خطوط میدان الکتریکی

مدیر

مدیر کل انجمن
مدیر کل سایت

خطوط میدان الکتریکی ، را در همیارخاص بخوانید


بسیاری از دستاوردهای جالب در الکترواستاتیک وجود دارند که با مطالعه خطوط میدان الکتریکی شکل می‌گیرند. مسلماً شما این مطالب را در کلاس هندسه خود یاد نمی‌گیرید چون این مفاهیم ارتباط تگاتنگی با بار الکتریکی، میدان الکتریکی و دیگر مفاهیم الکتریسیته و مغناطیس دارند. به همین دلیل قصد داریم در این نوشتار خطوط میدان الکتریکی و ویژگی‌های آن‌ها را مورد بررسی قرار دهیم.

خطوط میدان الکتریکی​


می‌توان از شکل تصویری میدان الکتریکی برای توصیف شدت کلی میدان در اطراف بار الکتریکی استفاده کرد. این نمایش خطوط میدان الکتریکی نامیده می‌شود. خطوط میدان الکتریکی خصوصیات، قوانین و کاربردهای خاصی دارند. خطوط میدان الکتریکی را می‌توان یک منحنی تعریف کرد که جهت میدان الکتریکی را هنگام ترسیم مماس در آن نقطه نشان می‌دهند.

مفهوم میدان الکتریکی اولین بار توسط مایکل فارادی در قرن نوزدهم ارائه شد. فارادی همیشه به خطوط میدان الکتریکی فکر می‌کرد که می‌توانند برای توصیف و تفسیر میدان الکتریکی نامرئی استفاده شوند. این خطوط می‌توانند به جای استفاده از بردارهای پیچیده مورد استفاده قرار گیرند. در حقیقت می‌توان از خطوط میدان الکتریکی برای توصیف میدان الکتریکی اطراف یک سیستم بار به روش آسان‌تری استفاده کرد.

شدت میدان الکتریکی معمولاً با طول خطوط میدان الکتریکی متناسب است. همچنین از آنجا که میدان الکتریکی با عکس مجذور فاصله متناسب است با فاصله گرفتن از بار، قدرت میدان الکتریکی کاهش می‌یابد. جهت فلش‌های خطوط میدان جهت میدان الکتریکی را نشان می‌دهد که در صورتی که بار مثبت باشد به سمت خارج و در صورتی که بار منفی باشد به سمت داخل است.

به علاوه اندازه یک میدان الکتریکی با تراکم بارها به خوبی توصیف می‌شود. خطوط نزدیک به بار الکتریکی نشان دهنده یک میدان الکتریکی قوی و خطوط دور از بار نشان دهنده یک میدان الکتریکی ضعیف هستند. زیرا با دور شدن از بار قدرت میدان الکتریکی کاهش می‌یابد.

برای آشنایی بیشتر با مفهوم میدان الکتریکی در فیزیک، می‌توانید فیلم آموزش فیزیک پایه یازدهم را که توسط فرادرس ارائه شده است مشاهده کنید. لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

ویژگی‌های خطوط میدان الکتریکی​


خطوط میدان الکتریکی به طور کلی خصوصیات مربوط به ماهیت میدان‌های الکتریکی را نشان می‌دهند. برخی از ویژگی‌های این خطوط عبارتند از:

مثال‌های خطوط میدان الکتریکی​


مثال ۱: محاسبه کنید که در چه فاصله‌ای از یک بار منفی به بزرگی $$۵٫۵۳۶ C$$ قدرت میدان الکتریکی برابر با $$۱٫۹۰ imes 10^5 f acNC$$ است؟

پاسخ: میدان الکتریکی از یک صفحه بار با رابطه زیر به دست می‌آید:

$$E=f acKqd^2$$

با قرار دادن مقادیر داده شده در صورت سوال فاصله یا $$d$$ برابر با $$۱٫۶ cm$$ به دست می‌آید.

مثال ۲: چرا خطوط میدان الکتریکی با هم تلاقی ندارند؟

پاسخ: اگر خطوط میدان الکتریکی با هم تلاقی داشته باشند می‌توان دو نقطه مماس در نقطه تقاطع آن‌ها ترسیم کرد. بنابراین شدت میدان الکتریکی در نقطه دو جهت متفاوت خواهد داشت که یکدیگر را خنثی می‌کنند.

مثال ۳: نمودار زیر خطوط نیروی الکتریکی و خطوط هم‌پتانسیل را در یک صفحه نشان می‌دهد. کدامیک از گزاره‌های زیر صحیح است؟

پاسخ: گزینه الف و ج صحیح هستند. در نقطه A خطوط نیرو چگالی یا تراکم بیشتری دارند و چون نیرو و میدان با یکدیگر متناسب هستند پس تراکم بیشتر خطوط نیرو نشان دهنده بیشتر بودن میدان در نقطه A نسبت به نقطه B است.

از طرفی کار الکتریکی برابر با بار در اختلاف پتانسیل الکتریکی است. بدین ترتیب چون نقطه B و C در یک پتانسیل قرار گرفته‌اند پس کار بین این دو نقطه روی خط هم پتانسیل صفر است.

مثال ۴: چرا داخل یک رسانا هیچ خط میدان الکتریکی وجود ندارد؟

پاسخ: به این دلیل است که میدان الکتریکی داخل یک رسانا صفر است و بار الکتریکی در یک رسانا روی سطح رسانا قرار می‌گیرد.

مثال ۵: چه زمانی یک میدان الکتریکی را یکنواخت می‌گوییم؟

پاسخ: زمانی یک میدان الکتریکی یکنواخت است که در یک منطقه مشخص از فضا، دارای یک مقدار و یک جهت باشد.

مثال ۶: با توجه به شکل زیر کدامیک از گزینه‌های زیر صحیح نیست؟

پاسخ: گزینه ب صحیح نیست. زیرا با قرار دادن یک بار الکتریکی مثبت در نقطه P و با توجه به اینکه خطوط میدان از نقطه B خارج می‌شوند، می‌توان گفت بار الکتریکی B مثبت است و دو بار همنام یکدیگر را دفع می‌کنند.

مثال ۶: در شکل زیر بار الکتریکی چه علامتی دارد؟

پاسخ: چون خطوط میدان از بار الکتریکی خارج می‌شوند پس بار الکتریکی جسم نشان داده شده مثبت است.

مثال ۷: در شکل زیر در کدام نقطه میدان قوی‌تر است؟

پاسخ: چون خطوط میدان در نقطه A با چگالی بیشتری قرار گرفته‌اند. پس میدان در نقطه A قوی‌تر است.

مثال ۸: در شکل زیر در کدام نقطه یک بار الکتریکی مثبت، نیرویی به سمت پایین حس می‌کند؟

پاسخ: جهت خطوط نیرو و میدان با یکدیگر متناسب است. در نتیجه چون بارهای نشان داده شده بار الکتریکی مثبت دارند. با قرار دادن یک بار الکتریکی مثبت در نقطه C نیرویی به سمت پایین به بار وارد می‌شود. این در صورتی است که اگر یک بار الکتریکی منفی داشته باشیم، نیروی رو به پایین در نقطه D برای آن محقق می‌شود.

فیلم آموزش فیزیک یازدهم​


مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک یازدهم کرده است. این مجموعه آموزشی مباحث فیزیک یازدهم را پوشش می‌دهد. در این مجموعه ابتدا به آموزش الکتریسیته ساکن، میدان الکتریکی، خطوط میدان الکتریکی، انرژی پتانسیل الکتریکی، خازن و دی الکتریک پرداخته می‌شود و در انتهای بخش اول نمونه تست‌های کنکور سراسری مورد بررسی قرار می‌گیرند.

در درس دوم این مجموعه الکتریسیته جاری مورد بحث قرار می‌گیرد و آموزش موضوعاتی نظیر جریان الکتریکی، قانون اهم، مقاومت الکتریکی، باتری و توان آن نیز پوشش داده می‌شوند. حل تست‌های کنکور سراسری مربوط به این مباحث پایان بخش این قسمت از آموزش‌ خواهد بود.

در ادامه و در درس سوم آموزش مطالب مربوط به مغناطیس‌ها ارائه می‌شود که شامل سرفصل‌هایی مانند قطب‌های مغناطیسی، میدان مغناطیسی، نیروی وارد بر سیم حامل جریان باردار و انواع مواد مغناطیسی و ویژگی‌های آن‌ها است. تست‌های کنکور سراسری مربوط به این مبحث نیز در انتهای آن مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

در انتها و در درس چهارم القای الکترومغناطیسی و جریان متناوب مورد بررسی قرار می‌گیرد. محاسبه نیروی محرکه القایی، قانون القای فارادی و موضوعات مربوط به القاگرها از مهم‌ترین مباحث مربوط به این درس هستند. لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

جمع‌بندی​


در این مطلب مباحث مربوط به خطوط میدان الکتریکی و ویژگی‌های خطوط میدان را مورد بحث قرار دادیم و در نهایت این مطلب را با حل چند مثال به پایان رساندیم.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سارا داستان ( )

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.


خطوط میدان الکتریکی​


عنوان : خطوط میدان الکتریکی


اگر این مطلب نیاز به اصلاح و یا تکمیل دارد اطلاع دهید
 

دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تائید توسط همیارخاص در سایت منتشر خواهد شد
نظراتی که حاوی توهین و افترا باشد منتشر نخواهد شد
بالا