الفيزياء — الكهرباء الساكنة: المجال الكهربائي وقانون كولوم — مستوى جامعي

الكهرباء الساكنة: المجال الكهربائي

\n

الكهرباء الساكنة (Electrostatics) هي فرع الفيزياء الذي يدرس الشحنات الكهربائية الساكنة والتفاعلات بينها. تعتبر أساسا لفهم الدوائر الكهربائية والكهرومغناطيسية.

\n

أولا: الشحنة الكهربائية

\n

الشحنة الكهربائية خاصية فيزيائية للمادة تتسبب في قوة تأثيرها عند وضعها في مجال كهرومغناطيسي. توجد نوعان من الشحنات: موجبة (بروتونات) وسالبة (إلكترونات). تتمايل الشحنات المختلفة وتتنافر المتماثلة. وحدة قياس الشحنة هي الكولوم (C). شحنة الإلكترون e = 1.602×10^(-19) C. مبدأ حفظ الشحنة ينص على أن الشحنة الكلية في نظام معزول تبقى ثابتة.

\n

ثانيا: قانون كولوم (Coulomb)

\n

قانون كولوم يحدد القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين: F = k.|q1.q2|/r² حيث F هي القوة بالنيوتن، q1 و q2 الشحنتان بالكولوم، r المسافة بينهما بالمتر، و k ثابت كولوم (9×10⁹ N.m²/C²). القوة تتناسب طرديا مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيا مع مربع المسافة بينهما.

\n

ثالثا: المجال الكهربائي (Electric Field)

\n

المجال الكهربائي هو المنطقة المحيطة بشحنة كهربائية حيث يمكن أن تؤثر بقوة على شحنات أخرى. يعرف بأنه القوة المؤثرة على شحنة اختبار موجبة صغيرة مقسومة على مقدار الشحنة: E = F/q. وحدة قياس المجال الكهربائي نيوتن/كولوم أو فولط/متر. المجال الكهربائي لشحنة نقطية يعطى بالعلاقة: E = k.q/r². خطوط المجال الكهربائي تخرج من الشحنة الموجبة وتدخل إلى الشحنة السالبة.

\n

رابعا: تطبيقات الكهرباء الساكنة

\n

تستخدم الكهرباء الساكنة في العديد من التطبيقات: مرشحات الغبار الكهروستاتيكية في المداخن، آلات التصوير (التصوير الكهروستاتيكي)، دهان السيارات بالرذاذ الكهروستاتيكي، وفي مختبرات الفيزياء النووية (مسرعات الجسيمات).

\n

مثال تطبيقي:

\n

شحنتان q1=2×10^(-6)C و q2=3×10^(-6)C تبعدان 0.5m. القوة بينهما وفق قانون كولوم: F=9×10⁹×(2×10^(-6)×3×10^(-6))/(0.5)² = 9×10⁹×6×10^(-12)/0.25 = 0.216N. إذا كانت الشحنات متماثلة تتنافر.

\n

خلاصة

\n

الكهرباء الساكنة أساس لفهم الظواهر الكهرومغناطيسية وتطبيقاتها التكنولوجية. للمزيد راجع دروسنا في الفيزياء الجامعية: الكهرومغناطيسية والديناميكا الحرارية.

---

دروس مشابهة قد تهمك

• درس: قانون مقدمة
• درس: فيزياء ميكانيكا