میدان الکتریکی

بسیاری از نیروهایی که شما می‌شناسید، نیروهای تماسی می‌باشند، مثلاً شما ماشین را به وسیله دست‌هایتان هل می‌دهید یا یک ورزشکار به وسیله راکت تنیس به توپ ضربه می‌زند. اما بر خلاف موارد فوق، نیروی گرانشی و نیروی الکتریکی از راه دور اثر می‌کنند و به عبارت دیگر، این نیروها حتی اگر دو جسم در تماس هم نباشند به یکدیگر نیرو اعمال می‌کنند. (مثلاً زمین به ماهواره نیرو وارد می‌کند یا شانه‌ی باردار ‎باریکه آب را جذب می‌کند.)

درک نیرویی که از فاصله دور اعمال می‌شود کمی دشوار است. نیوتن نیز وقتی در ابتدا قانون جاذبه بین جرمی را بیان می‌کرد به نامانوس بودن آن اشاره نمود. یک راه حل مناسب برای بیان چنین موقعیت‌هایی استفاده از مفهوم میدان می‌باشد . این ایده ابتدا توسط فارادی بیان شد . با اینکه فارادی در زمینه ریاضی مهارت چندانی نداشت و بیشتر دانسته های او از مشاهده آزمایشات حاصل شده بود، اما این ایده چنان مناسب بود که بعدها بسیار مورد استقبال قرار گرفت. ماکسول مفهومی را که فارادی بیان کرده بود از نظر ریاضی تکمیل نمود و به این ترتیب مبنای تئوری های جدید الکترومغناطیس به وجود آمد.

بنا به نظر فارادی ، اطراف هر بار یک میدان الکتریکی وجود دارد که تمام فضا را پوشش می‌دهد . وقتی بار دومی در نزدیکی بار اول قرار می‌گیرد چون در آن محل میدان الکتریکی بار اول وجود دارد، نیرو به آن اعمال می شود.

به عبارت دیگر، میدان الکتریکی موجود در محل بار دوم مستقیماُ روی بار اثر گذاشته و نتیجه آن اعمال نیرو به آن خواهد بود . البته بایستی تاُکید شود که میدان از جنس ماده نمی‌باشد .

شرایطی را در نظر بگیرید که یک بار تحت تاثیر نیروی الکتریکی سایر بارها قرار ‌گیرد. به عنوان مثال بار q در شکل روبه‌رو تحت تأثیر نیروی F که جمع برداری نیروهای اعمالی توسط میله و دوگوی بارداراست ، قرار دارد .

نیروی وارد بر واحد بار q که در مثال فوق مورد بررسی قرار گرفت یک مفهوم بسیار مهم در الکتریسیته می‌باشد . این ایده میدان الکتریکی نامیده می‌شود. این ایده از ترکیب نیروی الکتریکی و بار آزمون حاصل می‌شود . تعریف میدان الکتریکی در زیر آمده است .

میدان الکتریکی (E) در یک نقطه برابر است با نیروی الکتریکی (F) وارد بر بار آزمون (q) تقسیم به مقدار بار آزمون.

میدان الکتریکی ، یک کمیت برداری است و جهتش همان جهت نیروی وارد بر بار آزمون مثبت در آن نقطه می‌باشد. واحد میدان الکتریکی نیوتن برکولن (N/C) می‌باشد.

تعریف میدان الکتریکی نشان می‌دهد که واحد میدان الکتریکی ، نیرو بر بار یا به عبارت دقیق‌تر نیوتن بر کولن می‌باشد. هم‌چنین این تعریف از میدان تاکید می‌کند که میدان بردار بوده و جهت آن جهت نیروی وارد بر بار آزمون مثبت می‌باشد .