حاسبة المجال الكهربائي

المجال الكهربائي هو مجال متجهي حول جسم مشحون، حيث يمكن حساب القوة المؤثرة على الشحنات الأخرى. وهو مفهوم أساسي في الكهرومغناطيسية، وضروري لفهم كيفية تفاعل الشحنات داخل المجال.

الخلفية التاريخية

طور مفهوم المجال الكهربائي في القرن التاسع عشر مايكل فاراداي. وقد وضع عمله على خطوط المجال وطبيعة المجالات الكهربائية والمغناطيسية الأساس لمعادلات جيمس كليرك ماكسويل، التي تصف الكهرومغناطيسية الكلاسيكية.

صيغة الحساب

يُعطى المجال الكهربائي (E) بسبب شحنة نقطية (q) على مسافة (r) بقانون كولوم:

\[ E = \frac{k \cdot q}{r^2} \]

حيث:

• (E) شدة المجال الكهربائي (N/C)،
• (k) ثابت كولوم (\(8.987 \times 10^9\) N m²/C²)،
• (q) الشحنة (كولوم)،
• (r) المسافة من الشحنة (م).

مثال على الحساب

بالنسبة لشحنة مقدارها \(1.6 \times 10^{-19}\) C (شحنة الإلكترون) على مسافة 0.05 م، يكون المجال الكهربائي:

\[ E = \frac{8.987 \times 10^9 \times 1.6 \times 10^{-19}}{0.05^2} \approx 5.748 \times 10^{-15} \text{ N/C} \]

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد مفهوم المجال الكهربائي ضروريًا في تصميم المعدات الكهربائية، وفهم سلوك الشحنات في مواد مختلفة، وفي التطبيقات الطبية مثل دراسة الخلايا العصبية. كما أنه أساسي في دراسة الموجات الكهرومغناطيسية وانتشارها.

الأسئلة الشائعة

1. ماذا تشير شدة المجال الكهربائي (N/C)؟

   • تشير إلى القوة لكل وحدة شحنة التي يتعرض لها جسيم اختبار موجب صغير موضوع في المجال.

2. كيف تؤثر المسافة على المجال الكهربائي؟

   • تقل قوة المجال الكهربائي مع مربع المسافة من الشحنة، مما يشير إلى اعتماد قوي على المسافة.

3. هل يمكن حجب المجالات الكهربائية؟

   • نعم، يمكن استخدام مواد ذات توصيلية عالية، مثل المعادن، لحجب المناطق عن المجالات الكهربائية الخارجية، وهو مبدأ يستخدم في أقفاص فاراداي.

تساعد هذه الآلة الحاسبة على حساب المجالات الكهربائية، مما يجعل المفهوم أكثر سهولة للطلاب والمهندسين والعلماء العاملين في دراسات الكهرومغناطيسية.