بحث عن توليد المجالات الكهربائية وقياسها

بحث عن توليد المجالات الكهربائية ، وهذا ما سنقدمه لك في هذا المقال. أصبحت الكهرباء العمود الفقري للحياة اليوم ولا يمكن الاستغناء عنها بأي شكل من الأشكال. لكي نفهم الكهرباء وآلية عملها يجب أن نفهم كيف يتم توليد هذه الكهرباء. وتتكون من المجالات الكهربائية. إذن ما هي المجالات الكهربائية؟ كيف تتشكل هذه الحقول؟ كيف يتم توليدها؟ كل هذه المعلومات وأكثر سنقدمها لكم من خلال مقالنا الذي سنتضمن فيه أبحاثاً حول توليد وقياس المجالات الكهربائية.

مقدمة للبحث في توليد وقياس المجالات الكهربائية

يعتبر علم الكهرباء أحد العلوم الأساسية التي تدخل ضمن تخصص الفيزياء. إن فهم المجالات الكهربائية وكيفية توليدها وآلية تأثيرها هو مقدمة لفهم أعمق لكيفية عمل الكهرباء وآلية الاستفادة منها. وفيما يلي سنقدم لكم دراسة عن المجالات الكهربائية سنستعرض فيها العديد من المعلومات القيمة عن هذه المجالات.

أبحاث في توليد وقياس المجالات الكهربائية

وفيما يلي نقدم لكم أبحاثاً عن المجالات الكهربائية وكيفية توليدها وقياسها:

اقرأ أيضًا: بحث عن الفن الإسلامي

تعريف المجال الكهربائي

المجال الكهربائي: هو المجال الفيزيائي الذي يحيط بالجسيمات المشحونة كهربائياً. تمارس الجسيمات المشحونة قوى تجاذبية على بعضها البعض عندما تكون شحناتها متضادة، وتسبب قوى تنافر فيما بينها عندما تكون شحناتها متشابهة. ونظرًا لأن هذه القوى تعمل بشكل متبادل، فلا بد من وجود شحنتين حتى تحدث القوى الكهربائية. ويصف المجال الكهربائي لشحنة واحدة (أو مجموعة شحنات) قدرتها على ممارسة هذه القوى على جسم مشحون آخر، ويتم وصف هذه القوى بقانون كولوم، الذي ينص على أنه كلما زادت الشحنات، زادت القوة، وزادت قوة الشحنة. المسافة بينهما، كلما كانت القوة أضعف. وبالتالي، يمكننا أن نقول بشكل غير رسمي أنه كلما زادت شحنة الجسم، كلما كان مجاله الكهربائي أقوى. وبالمثل، فإن المجال الكهربائي أقوى بالقرب من الأجسام المشحونة وأضعف بعيدًا عنها. تنشأ المجالات الكهربائية من الشحنات والتيارات الكهربائية المتغيرة بمرور الوقت. المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية هي مظاهر للمجال الكهرومغناطيسي، وهو أحد القوى الأساسية الأربعة في الطبيعة.

اقرأ أيضًا: بحث عن اشخاص الحق 

كيف يتكون المجال الكهربائي؟

تتكون الذرات من ثلاثة جسيمات أساسية: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. تشكل البروتونات والنيوترونات النواة، وتدور الإلكترونات حول النواة، عادة على مسافة كبيرة من النواة ومن بعضها البعض، نسبة إلى حجم الذرة. تحتوي معظم الذرات على نفس العدد من البروتونات والإلكترونات، لذا تكون شحناتها متوازنة، ويقال إن الذرة متعادلة. ومع ذلك، يمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية أكبر بكثير من البروتونات، مما يجعل من الممكن للذرة أن تفقد أو تكتسب إلكترونات، اعتمادًا على نوع الذرة والمجال الكهربائي المحيط الناتج عن الجسيمات.
يمكن أن تسبب حركة الإلكترون خللاً في التوازن بين عدد البروتونات والإلكترونات داخل الذرة، مما يترك الذرة في حالة مشحونة. إذا كان عدد البروتونات أكثر من الإلكترونات، تكون الذرة موجبة الشحنة. إذا كان عدد الإلكترونات أكثر من البروتونات، تكون الذرة سالبة الشحنة. تشكل الذرة المشحونة، سواء كانت سالبة أو موجبة، مجالًا كهروستاتيكيًا يمكنه التفاعل مع الذرات الأخرى. ونظرًا لأن الذرات توفر اللبنات الأساسية لجميع الكائنات، فإن الكائنات بأكملها يمكن أن تصبح مشحونة وتشكل مجالات كهروستاتيكية. يمكن للإلكترونات أيضًا أن تتحرر وتنتقل في المواد الموصلة، مكونة تيارًا كهربائيًا ينتج مجالًا كهربائيًا.

أنواع المجالات الكهربائية

الشحنة هي خاصية فيزيائية للمادة، والمستوى الذري يمكن أن يفسر لماذا تكون بعض الشحنات موجبة والبعض الآخر سالبة. صاغ العالم الشهير مايكل فاراداي (1791-1867) مصطلح “المجال الكهربائي” للمساعدة في وصف ظاهرة التفاعلين – التنافر أو الجذب – بشحنة نقطية. تنتج الشحنة ذات النقطة الثابتة في الفضاء مجالًا كهربائيًا ثابتًا في المنطقة المحيطة. وكونه ساكناً يعني أن المجال الكهربائي لا يتغير اتجاهه أو قوته مع مرور الوقت، على عكس المجال الكهربائي الديناميكي الذي يتغير اتجاهه وقوته ومع مرور الوقت. بشكل عام، تنقسم المجالات الكهربائية إلى أربعة أنواع. وأهمها المجال الكهربائي المنتظم، والمجال الكهربائي غير المنتظم، والمجال الكهربائي الساكن، والمجال الكهربائي المتغير بمرور الوقت.

المجال الكهربائي الساكن

تتشكل المجالات الكهربائية الساكنة نتيجة للكهرباء الساكنة الكامنة في بعض الجزيئات الذرية. إذا كان هناك جسمان لهما حالات شحن مختلفة وكانا قريبين نسبيًا من بعضهما البعض، فإنهما يشكلان مجالًا كهروستاتيكيًا تعتمد قوته على كمية الشحنة التراكمية في كل جسم والمسافة بينهما. إذا كان لهذين الجسمين نفس حالات الشحنة وكانا قريبين من بعضهما البعض، فإن كل منهما يشكل مجالات كهروستاتيكية خاصة به تجعلهما يتنافران. إذا كانت الشحنات متضادة، فإن القوة الكهربائية الساكنة تتسبب في تجاذب الجسمين. تعتمد قوة القوة التنافرية على كمية الشحنة الموجودة في كل جسم والمسافة بينهما.

معظم الأجسام محايدة، لكنها يمكن أن تصبح مشحونة عندما تتلامس مواد مختلفة مع بعضها البعض بطريقة تسبب قفز الإلكترونات من جسم إلى آخر. على سبيل المثال، إذا قمت بفرك بالون منتفخ على ملابسك، فإن الإلكترونات تنتقل من الملابس إلى سطح البالون، مما يتسبب في حصول البالون على شحنة سالبة. إذا قمت بعد ذلك بلصق البالون على الحائط، فسوف يعلق هناك لأن شحنة الجدار تكون أكثر إيجابية. يتشكل مجال إلكتروستاتيكي بين البالون والجدار، فيحدث تجاذب بينهما.

مجال كهربائي موحد

المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الذي تكون فيه شدة المجال الكهربائي ثابتة عند كل نقطة من هذا المجال، أي أن القوة الكهربائية التي تتعرض لها كل شحنة من هذا المجال متساوية، وخطوط المجال متوازية والمسافة بينهما متساويين، ويمكن تمثيل ذلك بوضع لوحتين موصلتين متوازيتين وعلى مسافة ثابتة من بعضهما البعض وحفظهما في وسط عازل متجانس أو نقي تماماً، وتطبيق جهد (فرق الجهد) بينهما، الجهد الكهربائي المطبق على هاتين الصفيحتين سيكون منتظماً، كما أن خطوط المجال الكهربائي ستكون منتظمة في منتصف الصفيحتين، أما عند حواف الصفيحتين فقد تختلف الأمر أن المجال غير منتظم، وقوة المجال ويعتمد المجال على عدة عوامل، وهي فرق الجهد والمسافة الفعلية بين الموصلين. فإذا كان فرق الجهد كبيرا، يكون المجال الكهربائي قويا، وإذا كانت المسافة بين الموصلين كبيرة، يكون المجال ضعيفا.

مجال كهربائي غير منتظم

على النقيض من المجال الكهربائي المنتظم، فإن المجال الكهربائي غير المنتظم هو مجال لا تكون فيه شدة المجال الكهربائي ثابتة عند كل نقطة من هذا المجال، وتكون فيه خطوط المجال الكهربائي غير متوازية والقوى المطبقة غير متساوية . بل إن خطوط المجال الكهربائي في مجال غير منتظم تأخذ أشكالا. بشكل مختلف، ينشأ المجال الكهربائي غير المنتظم من شحنات نقطية ثابتة أو ساكنة، ويمكننا الحصول على المجال الكهربائي غير المنتظم من خلال زوج من الأقطاب الكهربائية غير المتماثلة أو أنبوب أو قناة صغيرة غير متماثلة، وعندما يطبق جهد كهربائي على هذه الأجسام، فإن المجال الكهربائي غير المنتظم سينشأ المجال خطوط المجال غير المنتظمة لن تكون متوازية أو متساوية في المسافة.

يتغير المجال الكهربائي مع مرور الوقت

هو المجال الكهربائي الذي تتغير فيه شدة المجال الكهربائي عند كل نقطة من هذا المجال مع الزمن، أي أنه يأخذ قيماً مختلفة في كل لحظة زمنية ولا يبقى ثابتاً. إن تغير مقدار المجال الكهربائي بالنسبة للزمن سيولد حتما مجالا مغناطيسيا يتغير مع الزمن أيضا، وكذلك الأمر أن المجال المغناطيسي المتغير أيضا يولد مجالا كهربائيا يتغير مع الزمن، وهذا هو الأساس لتوليد الكهرباء في المولدات الكهربائية والموجات الكهرومغناطيسية في المحركات، والقانون الذي يحكم هذا التوليد المتناوب بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي هو قانون فاراداي.

قياس المجالات الكهربائية

المجال الكهربائي يساوي القوة الكهربائية مقسومة على قيمة الشحنة النقطية.

القانون بالرموز العربية: M = Q/Sh

القانون بالرموز الانجليزية: E = F/q

• حيث: Q أو F: القوة الكهربائية المؤثرة على الشحنة النقطية، وتقاس بوحدة (نيوتن).
• Sh أو q : كمية الشحنة الكهربائية مقاسة بالكولوم.
• M أو E: شدة المجال الكهربائي، مقاسة بوحدات (نيوتن/كولوم).

اقرأ أيضًا: بحث عن الفن الشعبي

خاتمة البحث

إذن، المجال الكهربائي هو المجال الفيزيائي الذي يحيط بالجسيمات المشحونة كهربائيًا، ويصف قدرة الشحنات على التأثير على جسم مشحون آخر. وتنقسم المجالات الكهربائية إلى أربعة أنواع رئيسية هي: المجال الكهربائي المنتظم، والمجال الكهربائي غير المنتظم، والمجال الكهربائي الساكن، والمجال الكهربائي الذي يتغير مع الزمن، ويمكن قياس شدته. المجال الكهربائي من خلال قانون فاراداي الذي ينص على أن شدة المجال الكهربائي تساوي القوة الكهربائية المؤثرة على الشحنة النقطية على قيمة الشحنة النقطية.

وإلى هنا نكون وإياكم قد وصلنا إلى نهاية مقالتنا التي قدمناها لكم بعنوان بحث عن توليد المجالات الكهربائية وقد أدرجنا لكم فيها دراسة كاملة العناصر تشمل مقدمة وعرضا وخاتمة عن المجالات الكهربائية وكيفية تشكلها وآلية تأثيرها وأسبابها. ثم استعرضنا الأنواع الأساسية لهذه المجالات، وتعرفنا على القانون الذي يمكن من خلاله حساب شدة المجال الكهربائي.