میدان الکتریکی

در فضای اطراف هر جسم باردار خاصيتی بوجود می آيد، که هر گاه جسم باردار ديگری در آن فضا قرار گيرد تحت تاثير قرار می گيرد، به اين خاصيت ميدان الکتريکی می گويند.

تعريف کمی ميدان الکتريکی

نيروی وارد بر يکای بار الکتريکی مثبت را در هر نقطه، ميدان الکتريکی در آن نقطه می ناميم. ميدان الکتريکی بار q در محل بار ${q_0}$ برابر است با: $E = \frac{F}{{{q_0}}}$

ميدان الکتريکی کميتی برداری است که آن را با نماد E نشان می دهند و يکای آن در SI، نیوتن بر کولن ($\frac{N}{C}$ ) است.

میدان الکتریکی حاصل از ذره باردار

بنا بر قانون کولن نيروی F وارد بر اين بار برابر است با:

$E = K\frac{{\left| q \right|}}{{{r^2}}}$

مولد وان دو گراف

دستگاهی است که بار الکتریکی روی کلاهک فلزی آن انباشته می شود. اگر یک جسم رسانا با کلاهک این دستگاه تماس پیدا کند دارای بار الکتریکی می شود.

ميدان الکتريکی ناشی از چند بار الکتريکی در نقطه ای از فضا، برابر مجموع ميدان هايی است که هر بار در نبود ساير بارها در آن نقطه از فضا ايجاد می کند.

$E = {E_1} + {E_2} + {E_3} + ...$

گام های اساسی حل مسائل بر هم نهی ميدان الکتريکی

1. اندازه ميدان الکتريکي ناشی از تک تک بارها را در نقطه مورد نظر محاسبه می کنيم.
2. جهت ميدان الکتريکی هر بار را در نقطه مورد نظر رسم می کنيم.
3. اندازه و جهت ميدان برآيند را محاسبه می کنيم.

برای تجسم ميدان الکتريکی در فضای اطراف هر جسم بارداری از خط های ميدان الکتريکی استفاده می شود. ويژگی های اين خطوط عبارتند از:

1. خط های ميدان در هر نقطه، هم جهت با نيروی وارد بر بار مثبت (بار آزمون) واقع در آن نقطه است. در نتيجه، جهت اين خط ها از بار مثبت به طرف خارج و به سوی بار منفی
2. مماس بر هر خط ميدان در هر نقطه دلخواه، راستای E در آن نقطه را نشان می دهد. سوی خط ها سوی ميدان الکتريکی است.
3. خطوط ميدان بايد طوری رسم شوند که تعداد آنها در واحد سطحی عمود بر خط های ميدان با بزرگی E متناسب باشد. به عبارت ديگر هر جا خط های ميدان به هم نزديک تر (متراکم تر) باشند، اندازه E بزرگتر و هر جا که از هم دورتر باشند، اندازه E کوچک تر است.
4. خط های ميدان يکديگر را قطع نمی کنند، يعنی از هر نقطه دلخواه در فضای اطراف يک يا چند جسم باردار فقط يک خط ميدان می گذرد که همان ميدان الکتريکی برآيند است.

خطوط میدان الکتریکی اطراف بار مثبت

خطوط میدان الکتریکی اطراف بار مثبت و منفی

میدان الکتریکی یکنواخت

ميدان الکتريکی را يکنواخت می نامند، که در فضای بين دو صفحه ی رسانا و دور از لبه های صفحات، خطوط ميدان مستقيم، موازی و هم فاصله اند؛ يعنی بردار ميدان در تمام نقاط بين دو صفحه هم اندازه و هم جهت است.

آزمايش قطره روغن ميليکان

اين آزمايش نشان می دهد که بار الکتريکي کميتی کوانتيده است ($q = \pm ne$ ) .ميليکان بين دو صفحه فلزی موازی و افقی ميدان الکتريکی يکنواخت E را توسط يک منبع ولتاژ قابل تنظيم ايجاد کرد. او در مرکز ورقه ی بالايی چند سوراخ ريز ايجاد کرد که از طريق اين سوراخ ها، قطرات روغن حاصل از يک روغن پاش به ناحيه بين دو ورقه مي پاشيد. بيشتر اين قطره ها در اثر مالش با دهانه خروجی روغن پاش باردار می شدند. ميليکان با تغيير دادن ميدان الکتريکی بين صفحات و با در نظر گرفتن مقاومت هوا، نيروی الکتريکی وارد بر هر قطره را محاسبه کرد و از آنجا بار الکتريکی هر قطره را تعيين کرد.

بررسی حرکت بار الکتريکی در ميدان الکتريکی يکنواخت

در يک ميدان الکتريکی يکنواخت قائم، اگر صفحه پايينی منفی باشد بار منفی به حال تعادل درمی آيد و اگر صفحه پايينی مثبت باشد، بار مثبت به حال تعادل درمی آيد و شرط تعادل به صورت زير است.

${F_E} = W \to Eq = mg$