وحدة قياس المجال الكهربائي. الإجابة الصحيحة هي : فولت/متر.
وحدة قياس المجال الكهربائي
المجال الكهربائي هو أحد المفاهيم الأساسية في الفيزياء، وهو يصف قوة تأثير الشحنة الكهربائية على الجسيمات المشحونة الأخرى. وحدة قياس المجال الكهربائي، المعروفة باسم نيوتن لكل كولوم (N/C)، هي كمية أساسية مستخدمة لحساب قوة المجال الكهربائي المؤثرة على الشحنة.
وحدة قياس المجال الكهربائي
نيوتن لكل كولوم (N/C) هي وحدة قياس المجال الكهربائي في النظام الدولي للوحدات (SI). يمثل نيوتن قوة، وكولوم مقدار الشحنة الكهربائية. لذلك، فإن نيوتن لكل كولوم يمثل مقدار القوة المؤثرة على شحنة مقدارها كولوم واحد في مجال كهربائي.
الاشتقاق
يمكن اشتقاق وحدة قياس المجال الكهربائي من قانون كولوم، والذي ينص على أن قوة التجاذب أو التنافر بين شحنتين نقطيتين متناسب طرديًا مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما. رياضيًا، يمكن التعبير عن ذلك على النحو التالي:
“`
F = k (q1 q2) / r^2
“`
حيث:
F هي قوة التفاعل بين الشحنتين (نيوتن)
k ثابت كولوم (8.9876 × 10^9 N·m^2/C^2)
q1 و q2 هما مقدار الشحنتين (كولوم)
r هي المسافة بين الشحنتين (متر)
إذا تم تقسيم كلا طرفي المعادلة على q2، نحصل على:
“`
F/q2 = k q1 / r^2
“`
والتي يمكن إعادة كتابتها على النحو التالي:
“`
E = k q1 / r^2
“`
حيث:
E هي شدة المجال الكهربائي (نيوتن/كولوم)
k ثابت كولوم
q1 مقدار الشحنة المسببة للمجال (كولوم)
r المسافة من الشحنة المسببة للمجال (متر)
هذا يوضح أن شدة المجال الكهربائي تساوي قوة التفاعل بين الشحنة النقطية الموجودة في المجال وشحنة نقطية تساوي كولومًا واحدًا.
تطبيقات وحدة قياس المجال الكهربائي
تستخدم وحدة قياس المجال الكهربائي على نطاق واسع في الفيزياء والهندسة الكهربائية. بعض التطبيقات الشائعة تشمل:
حساب قوة التفاعل بين الشحنات الكهربائية
تصميم الأجهزة الكهربائية، مثل المكثفات والمحولات
تحليل المجالات الكهربائية في مختلف التطبيقات، مثل انتقال القدرة الكهربائية
أمثلة على قيم المجال الكهربائي
تتراوح قيم المجال الكهربائي في الطبيعة على نطاق واسع، من المجالات الصغيرة جدًا، مثل تلك الموجودة حول الإلكترونات والبروتونات، إلى المجالات الكبيرة جدًا، مثل تلك الموجودة في العواصف الرعدية والانفجارات الشمسية. إليك بعض الأمثلة على قيم المجال الكهربائي:
المجال الكهربائي للأرض: حوالي 100 نيوتن/كولوم
المجال الكهربائي داخل مكثف: يمكن أن يتراوح من بضع مئات إلى عدة آلاف من نيوتن/كولوم
المجال الكهربائي حول سلك مشحون: يمكن أن يتراوح من عشرات إلى مئات نيوتن/كولوم
المجال الكهربائي داخل عاصفة رعدية: يمكن أن يتجاوز 10000 نيوتن/كولوم
تعديل وحدة قياس المجال الكهربائي
بالإضافة إلى نيوتن لكل كولوم، يمكن أيضًا التعبير عن وحدة قياس المجال الكهربائي بوحدات أخرى، مثل فولت لكل متر (V/m). ترتبط وحدتا القياس هاتان بالعلاقة التالية:
“`
1 N/C = 1 V/m
“`
وحدة قياس المجال الكهربائي، نيوتن لكل كولوم، هي كمية أساسية في الفيزياء والهندسة الكهربائية. يتم استخدامها لوصف قوة تأثير المجال الكهربائي على الشحنات الكهربائية. يمكن اشتقاق وحدة القياس هذه من قانون كولوم، وهي تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، من تصميم الأجهزة الكهربائية إلى تحليل المجالات الكهربائية.