میدان الکتریکی چیست؟

تاریخچه

تاریخچه‌ی کشف این پدیده فیزیکی به دوران پایه‌گذاری فیزیک برمی‌گردد. این مفهوم اساساً به دوران گذشته برمی‌گردد، اما به طور معمول به آیزاک نیوتن نسبت داده می‌شود، که در قرن هفدهم زندگی می‌کرد. او تلاش کرد تا قوانین الکتریکی را به کمک قوانین نیوتنی مشهور برای جذب و دفع یکدیگر از بارهای الکتریکی توصیف کند.

اما به طور رسمی‌تر، کار اولیه‌ای در خصوص این نوع از میدان توسط مایکل فارادی در اوایل قرن نوزدهم انجام شد. او به دنبال درک بهتری از پدیده‌های الکتریکی بود و با توجه به تجربیات و اندیشه‌های قبلی دانشمندان، نظریه‌ای پیشنهاد داد که بارهای الکتریکی میدان‌هایی را ایجاد می‌کنند که موجب تأثیراتی مانند جذب و دفع بر دیگر بارها می‌شوند. این نظریه برای دانشمندان زمینه‌ای بود تا مفهومی جدید از فیزیک الکتریکی را بیان کنند.

در دهه ۱۸۳۰، فیلدرش فارادی و گوستاو روبرت کیرشهف فرمولاسیون دقیقتری از قوانین میدان الکتریکی ارائه دادند، که به نام قانون کولن شناخته می‌شود. این قانون توضیح داد که نیروهای الکتریکی بین دو بار بر عکس متناسب با محلول آنها و برعکس متناسب با مربع فاصله میان آنها است.

از آن زمان به بعد، میدان الکتریکی به عنوان یک مفهوم بنیادی در فیزیک شناخته شده است و توسط دانشمندان بسیاری برای توصیف و تحلیل پدیده‌های الکترواستاتیک و الکترودینامیک استفاده شده است.

ساختار میدان الکتریکی

این پدیده فیزیکی از توزیع مکانی قوه‌های الکتریکی در فضا تشکیل می‌شود. این میدان در هر نقطه از فضا یک بردار دارد که جهت آن نشان‌دهنده جهت نیروی الکتریکی و مقدار آن نشان‌دهنده شدت این نیرو است.

برای مدل‌سازی و توصیف این میدان، از خطوط میدان الکتریکی و خطوط هم پتانسیال استفاده می‌شود. خطوط این نوع میدان خود نشان‌دهنده جهت و شدت میدان در هر نقطه هستند و از قوس‌های متراکم به سمت بار مثبت و از قوس‌های متراکم شده از بار منفی تشکیل شده‌اند. همچنین، خطوط هموپتانسیال خطوطی هستند که در سطح‌های هموپتانسیال قرار می‌گیرند و نشان‌دهنده منحنی‌های متقارن با بارهای الکتریکی هستند.

ساختار میدان الکتریکی به طور کلی تابعی از توزیع بارها در فضا است. برای مثال، در اطراف یک بار الکتریکی مثبت، خطوط میدان به سمت خارج از بار جریان دارند، در حالی که در اطراف یک بار الکتریکی منفی، خطوط میدان به سمت داخل بار جریان دارند.

این ساختار به ما امکان می‌دهد که علاوه بر توصیف شدت میدان الکتریکی در هر نقطه، تأثیر بارهای الکتریکی بر یکدیگر و بر رفتار سیستم‌های الکتریکی را نیز درک کنیم.