מהו שדה חשמלי?
שדה חשמלי הוא רעיון שמתאר את ההשפעה שמפעיל מטען חשמלי על הסביבה. בדיוק כמו שכדור הארץ יוצר סביבו שדה גרביטציוני שמפעיל כוח על כל גוף עם מסה, כך מטען יוצר סביבו שדה חשמלי שמפעיל כוח על מטענים אחרים.
הגדרה מתמטית
עוצמת השדה החשמלי בנקודה במרחב מוגדרת ככוח שיפעל על מטען חיובי מבחן ביחס לגודל המטען:
$$ \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} $$
- \( \vec{E} \) — וקטור השדה החשמלי
- \( \vec{F} \) — הכוח החשמלי שפועל על מטען
- \( q \) — מטען מבחן
השוואה לשדה גרביטציוני
| שדה גרביטציוני | שדה חשמלי |
|---|---|
| נגרם ע”י מסה | נגרם ע”י מטען |
| כוח תמיד מושך | כוח יכול להיות משיכה או דחייה |
| \( \vec{g} = \frac{\vec{F}_g}{m} \) | \( \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} \) |
| כוח כבידה: \( F = G \cdot \frac{m_1 m_2}{r^2} \) | כוח חשמלי: \( F = k \cdot \frac{q_1 q_2}{r^2} \) |
כיוון השדה
השדה מוגדר תמיד לפי הכוח שיפעל על מטען חיובי. לכן:
- מטען חיובי יוצר שדה שיוצא ממנו
- מטען שלילי יוצר שדה שנכנס אליו
כיצד מחשבים שדה חשמלי ממטען נקודתי?
$$ E = \frac{k \cdot |q|}{r^2} $$
- \( q \) — המטען היוצר את השדה
- \( r \) — המרחק מהמטען
- \( k = 9 \times 10^9 \, \mathrm{N \cdot m^2 / C^2} \)
שימושים בחישובים
אם נתון שדה חשמלי ומטען של גוף, ניתן לחשב את הכוח החשמלי:
$$ \vec{F} = q \cdot \vec{E} $$
דוגמה אינטואיטיבית
כמו שתפוח נמשך לכדור הארץ בגלל שדה הכבידה — כך כדור טעון נע בתוך שדה חשמלי בהתאם לכיוון השדה:
- אם המטען חיובי – הוא נע עם כיוון השדה
- אם המטען שלילי – הוא נע נגד כיוון השדה
סיכום
- שדה חשמלי הוא הדרך של הפיזיקה לתאר “השפעה מרחוק” של מטענים.
- הוא מתאר כיצד מטענים אחרים ירגישו כוח אם ימוקמו בסביבה.
- הוא פועל עקרונית כמו שדה גרביטציוני – רק עם מטענים במקום מסות.