قوه برقی، عبارت از قوهای است که بین چارجهای برقی(مثبت و منفی) ایجاد میشود. این قوه یکی از چهار قوۀ اساسی طبیعت است. این قوه غیرتماسی بوده و از یک فاصله بالای به همدیگر تاثیر میگذارند.
خواص قوۀ برقی: قوه های برقی دو خاصیت عمده دارند:
جذب و دفع: برخلاف قانون جاذبه که همیشه جاذبهای است ولی قوه برقی هم جذب میکند و هم دفع و این خاصیت آنرا از قوه جاذبه متمایز میکند. همچنان، قانون بنیادی عمل متقابل چارجها بیان میکند که چارجها بر یکدیگر قوه وارد میکنند.
جذب: چارجهای برقی با علامتهای مختلف همدیگر را جذب میکنند.
دفع: چارجهای برقی همعلامت یکدیگر را دفع میکنند.
قانون کولمب(Coulomb’s law):مقدار قوه چارجبرقی بین دو چارج نقطهای با حاصلضرب بزرگی آنها متناسب است و با مربع فاصله بین آنها رابطه معکوس دارد.
درین رابطه(F) قوه متقابل بین چارجها(چارج اولی و چارج دومی) و (r) فاصله بین چارجهای برقی را نشان می دهند.
(K) ثابت کولمب است و مقدار عددی آن در خلاء تقریبا برابر است با:
ساحۀ برقی(Electric Fields)
خاصیت فیزیکی است که فضای اطراف یک چارج برقی یا یک سیستم از چارجها را دربر میگیرد.
این ساحه یک حالت تغییر یافته در فضا است که باعث میشود قوۀ برقی بر هر چارج دیگری که وارد این ساحه میشود، وارد گردد. ساحۀ برقی در واقع واسطهای است که چارجها از طریق آن بریکدیگر قوه وارد میکنند.
در شکل ذیل ایجاد ساحه برقی در حالتهای مختلف نشان داده شده اند.
به عبارت ساده، ساحۀ برقی را میتوان به صورت ذیل تعریف کرد:
تعریف ریاضیکی و کمیتی: ساحۀ برقی(E) یک کمیت وکتوری(دارای اندازه و جهت) است که در هر نقطهای از فضا برابر است با قوۀ برقی(F) وارده بر واحد چارج آزمایشی مثبت(q) که در آن نقطه قرار داده میشود.
فورمول آن عبارت است از: E = F/q
در اینجا (E) شدت ساحۀ برقی (Electric Field Strength)
(F) قوۀ برقی وارد بر چارج آزمایشی.
(q) چارج آزمایشی مثبت (Test Charge)
واحد ساحۀ برقی در سیستم بینالمللی واحدها (SI)، نیوتن برکولمب (N/C) یا ولت بر متر (V/m) میباشد.
جهت ساحۀ برقی
جهت ساحۀ برقی در یک نقطه همواره در جهتی است که قوه بر یک چارج آزمایشی مثبت وارد میشود.
چارج مثبت (+): خطوط ساحۀ برقی از چارج مثبت به سمت خارج جهت دارند (دافعه).
چارج منفی (-): خطوط ساحۀ برقی به سمت چارج منفی و به داخل جهت دارند (جاذبه).
در شکل ذیل جهت ساحه برقی نشان داده شده است.
اهمیت ساحه برقی
ساحه برقی یکی از مفاهیم بنیادی فیزیک است که رفتار چارجهای برقی را توضیح میدهد. این میدان نشان میدهد که اگر در یک نقطه از فضا یک چارج برقی قرار داده شود، چه قوه ای بر آن وارد خواهد شد. اهمیت میدان الکتریکی (برقی) در این است که ما میتوانیم بدون تماس مستقیم اجسام، اثرات الکتریکی را توصیف و تحلیل کنیم.
ساحه برقی پایهٔ بسیاری از پدیدهها و فناوریهای امروزی است. برای نمونه، کارکرد خازنها، مدارهای برقی، آنتنها و بخش بزرگی از تجهیزات مخابراتی به وجود ساحه برقی وابسته است. حتی نور و امواج رادیویی نیز نتیجهٔ تغییرات ساحه برقی و مقناطیسی هستند.
در ساینس و انجنیری، ساحه برقی ابزاری مهم برای درک و پیشبینی رفتار مواد است، مانند اینکه چرا برخی مواد هادی و برخی دیگر عایقاند، یا چگونه مواد در حضور یک میدان قوی دچار قطبش میشوند. به همین دلیل، مطالعهٔ ساحه برقی برای فهم پدیدههای طبیعی، طراحی ابزارهای مدرن و توسعهٔ فناوری بسیار ضروری است.
خلاصه مفاهیم کلیدی
1) قانون کولمب: این قانون عملکرد قوه برقی بین دو چارج را بیان میکند؛ این قوه مستقیماً متناسب با حاصلضرب مقدار دو چارج و معکوسِ مجذور فاصلهٔ بین آنها است.
2) ساحه برقی یکی از مفاهیم بنیادی فیزیک است که رفتار چارجهای برقی را توضیح میدهد.
3) جهت ساحۀ برقی در یک نقطه همواره در جهتی است که قوه بر یک چارج آزمایشی مثبت وارد میشود.