قدرت میدان الکتریکی را می توان به عنوان نقطه ای در میدان الکتریکی تعریف کرد که برابر با نیرویی است که بر یک بار واحد کوچک وارد شده در آن نقطه اعمال می شود. قدرت یک میدان الکتریکی نیز به عنوان شدت آن صحبت می شود. شدت میدان الکتریکی در یک مکان خاص است؛ اجازه دهید یک ذره “Q” با بار مثبت “q” را در نظر بگیریم، سپس مقدار میدان الکتریکی E را می توان بر حسب نیروی F که توسط ذره ای با بار q است، تعریف کرد.
قدرت میدان الکتریکی را می توان به عنوان نقطه ای در میدان الکتریکی تعریف کرد که برابر با نیرویی است که بر یک بار واحد کوچک وارد شده در آن نقطه اعمال می شود. قدرت یک میدان الکتریکی نیز به عنوان شدت آن صحبت می شود. شدت میدان الکتریکی در یک مکان خاص است.
اجازه دهید یک ذره “Q” با بار مثبت “q” را در نظر بگیریم، سپس مقدار میدان الکتریکی E را می توان بر حسب نیروی F که توسط ذره ای با بار q است، تعریف کرد. هر دو F و E دارای قدر و جهت هستند زیرا کمیت های برداری هستند. برای یک ذره با بار مثبت، جهت میدان الکتریکی با جهت نیرو برابر است؛ به طور مشابه، برای یک ذره با بار منفی، نیرو مخالف میدان الکتریکی است.
هر دو F و E دارای قدر و جهت هستند زیرا کمیت های برداری هستند؛ برای یک ذره با بار مثبت، جهت میدان الکتریکی با جهت نیرو برابر است؛ به طور مشابه، برای یک ذره با بار منفی، نیرو مخالف میدان الکتریکی است.
خطوط میدان الکتریکی
خطوط میدان الگویی از خطوط هستند که به تجسم میدان های الکتریکی و سایر میدان های برداری کمک می کنند. این مفهوم توسط مایکل فارادی پیشنهاد شد که احساس می کرد میدان های الکتریکی را می توان با استفاده از خطوط میدانی به جای نمودارهای برداری تفسیر کرد؛ آنها با بارهای مثبت شروع می شوند و با بارهای منفی خاتمه می یابند. سه نوع خطوط میدان الکتریکی وجود دارد که عبارتند از:
- خطوط میدان الکتریکی برای شارژ مثبت
- خطوط میدان الکتریکی برای بار منفی
- خطوط میدان الکتریکی برای دوقطبی
خطوط میدان الکتریکی برای شارژ مثبت
همانطور که می دانیم، برای یک ذره با بار مثبت، جهت میدان الکتریکی برابر با جهت نیرو است و از این رو خطوط میدان الکتریکی از بار مثبت دور می شوند. خطوط میدان بیشتر به این معنی است که میدان الکتریکی قوی تر است. با دور شدن از بار، شدت میدان الکتریکی ضعیف می شود.
خطوط میدان الکتریکی برای بار منفی
برای یک ذره با بار منفی، نیرو مخالف میدان الکتریکی است و از این رو خطوط میدان به سمت داخل هستند.
خطوط میدان الکتریکی برای دوقطبی
یک دوقطبی زمانی ایجاد می شود که دو بار الکتریکی مخالف از هم جدا شوند. با یک ممان دوقطبی (μ) اندازه گیری می شود. خطوط میدان ترسیم شده به صورت چرخشی متقارن هستند؛ دو نوع دوقطبی وجود دارد:
- دوقطبی الکتریکی
- دوقطبی مغناطیسی
دوقطبی الکتریکی
این زمانی اتفاق می افتد که پروتون ها و الکترون ها از یکدیگر جدا شوند. آنها را می توان با فاصله کمی از هم جدا کرد. جدایی می تواند موقت یا دائمی باشد. در حالت دائمی، این دوقطبی الکتریکی، الکترت نامیده می شود.
دوقطبی مغناطیسی
این می تواند زمانی ایجاد شود که یک جریان الکتریکی در یک حلقه بسته وجود داشته باشد. بارهای الکتریکی نیز میدان های مغناطیسی خاص خود را دارند. جهت این لحظه دوقطبی از قانون گرفتن دست راست پیروی می کند. با ضرب جریان حلقه در مساحت حلقه محاسبه می شود.
قوانین میدان الکتریکی
این دو قانون عبارتند از:
- قانون گاوس
- قانون کولن
قانون گاوس
این قانون توسط ریاضیدان آلمانی کارل فردریش گاوس بیان شد اما پس از مرگش به عنوان بخشی از مجموعه آثار او منتشر شد. این قانون میدان الکتریکی ساکنی را که از توزیع بارهای الکتریکی ایجاد می شود، توصیف می کند. بیان می کند که:
شار الکتریکی از طریق هر سطح بسته به طور مستقیم با بار الکتریکی کل محصور شده توسط سطح متناسب است، یعنی یک بار مثبت یک میدان الکتریکی مثبت ایجاد می کند. این قانون به شکل معادله نشان داده شده است:
جایی که:
e = میدان الکتریکی
Q = بار الکتریکی محصور
ε0 = گذردهی الکتریکی فضای آزاد
n^ = واحد اشاره به بیرون عادی است
S = انتگرال سطحی.
قانون کولن
قانون کولن مقدار نیروی بین دو جسم ثابت و دارای بار الکتریکی را کمی می کند. بیان می کند که:
حاصل ضرب مقدار بار روی اجسام با نیروی الکتریکی بین آنها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله جدایی بین دو جسم نسبت معکوس دارد. این قانون به شکل معادله نشان داده شده است:
جایی که:
F = نیروی الکترواستاتیک بین دو جسم.
k = 2 کولن ثابت.
q = مقدار شارژ برای شی 1 و شی 2.
d = فاصله بین اشیاء.
کاربردهای رشته برق
برنامه های کاربردی عبارتند از:
این در مهندسی بافت که شامل ایجاد بافت های مصنوعی است استفاده می شود؛ آنها همچنین در صنعت پزشکی برای تشخیص خواص انواع خاصی از بافت های سرطانی و غیر سرطانی استفاده می شوند؛ الکتروریسی نیز بخش دیگری در پزشکی است که از میدان الکتریکی استفاده می کند. میدان های الکتریکی از طریق ولتاژهای بالا بین مویرگ ها و الکترود ضد تولید می شوند؛ این اصل در مهندسی آیرودینامیک، پیرولیز و فرآیندهای گازسازی کاربرد دارد. مهندسی فرآیند از Electric-Fields برای کاهش CO، انتشار آلاینده ها و آلاینده های محیطی استفاده می کند؛ آنها همچنین از زمین در برابر تشعشعات کیهانی محافظت می کنند – این مطمئناً آنها را بسیار مفید می کند! خودروها، هواپیماها و ژنراتورها نیز برای کار کردن به میدان های الکتریکی نیاز دارند زیرا برای کار کردن به باتری، دینام و مغناطیسی نیاز دارند.
منبع: برنیکا
