الحقل الكهربائي

التاريخ

قدم المفهوم مايكل فاراداي في القرن التاسع عشر، ثم ربط جيمس ماكسويل الحقلين الكهربائي والمغناطيسي في نظرية موحدة للكهرومغناطيسية.

كيف يعمل

إذا قربنا جسماً مشحوناً من شحنة أخرى، يبدأ حقلاها بالتفاعل مسببين حركة حتى قبل التلامس. هكذا تجذب كرة مدلوكة بالصوف قصاصات الورق لأن حقلها يزيح الشحنات في الورق.

التاريخ

قدم المفهوم مايكل فاراداي في القرن التاسع عشر، ثم ربط جيمس ماكسويل الحقلين الكهربائي والمغناطيسي في نظرية موحدة للكهرومغناطيسية.

كيف يعمل

إذا قربنا جسماً مشحوناً من شحنة أخرى، يبدأ حقلاها بالتفاعل مسببين حركة حتى قبل التلامس. هكذا تجذب كرة مدلوكة بالصوف قصاصات الورق لأن حقلها يزيح الشحنات في الورق.

التاريخ

اقترح مايكل فاراداي فكرة الحقل ككيان فيزيائي في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، وأدخل مفهوم خطوط القوة. ثم أعطى جيمس كليرك ماكسويل في ستينيات القرن نفسه صياغة رياضية، وجمع الكهرباء والمغناطيسية في منظومة معادلات وتنبأ بالموجات الكهرومغناطيسية. لاحقاً في القرن العشرين، فسرت الكهروديناميكا الكمومية (فاينمان، شوينغر، توموناغا) التفاعل كأنه تبادل فوتونات افتراضية، بدقة تأكدتها التجارب.

كيف يعمل

تنشئ الشحنة حولها حقلاً يؤثر في شحنة أخرى بقوة يحددها قانون كولوم. خطوط الحقل متصلة لا تتقاطع. الحقل الكهربائي المتغير زمنياً يولد حقلاً مغناطيسياً دوامياً (تيار الإزاحة)، والمغناطيسي المتغير يولد كهربائياً دوامياً، وهذا أساس الموجات الكهرومغناطيسية. تصف معادلات ماكسويل هذه الترابطات. في الصورة الكمومية يتم التفاعل بإصدار وامتصاص فوتونات افتراضية. ترتبط شدة الحقل E والكمون φ بالعلاقة E = -∇φ.

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

كيف نصف الحقل الكهربائي قرب إلكترون نقطي دون تباعدات (مشكلة الطاقة الذاتية)؟; هل يمكن بناء نظرية كمومية متسقة للجاذبية على غرار الكهروديناميكا الكمومية؟

💡 تستشعر أسماك القرش حقولاً كهربائية بشدة أجزاء من المليار من الفولت لكل متر، لتحدد فرائسها من خلال الكمونات الحيوية.