هل يمكنك شرح الاختلافات والتشابهات بين المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية والمجالات الجاذبية؟

هناك اختلافات وتشابهات بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية والجاذبية.

أ. الاختلافات

مصادر التوليد المختلفة

المجال الكهربائي: يُنتج بواسطة الشحنات الثابتة أو المتحركة. على سبيل المثال، كرة معدنية ذات شحنة موجبة ستُنتج مجالًا كهربائيًا في الفضاء المحيط بها. الشحنة الموجبة ستجذب الشحنات السالبة وتطرد الشحنات الموجبة في المنطقة المحيطة.

المجال المغناطيسي: يُنتج بواسطة الشحنات المتحركة (التيارات) أو الأجهزة المغناطيسية الدائمة. على سبيل المثال، سلك مستقيم به تيار سيُنتج مجالًا مغناطيسيًا دائريًا حوله. ملف لفيف به تيار سيُنتج أيضًا مجالًا مغناطيسيًا نسبيًا قويًا.

المجال الجاذبي: يُنتج بواسطة الأجسام ذات الكتلة. الأرض هي مصدر هائل للمجالات الجاذبية. أي جسم على الأرض سيكون خاضعًا للقوة الجاذبية للأرض.

خصائص أساسية مختلفة

خصائص قوة المجال المغناطيسي: المجال المغناطيسي يمارس قوة على الشحنات المتحركة أو التيارات. هذه القوة تُسمى قوة لورنتز أو قوة أمبير. قوة لورنتز F=qvB sin #(حيث q هي شحنة الشحنة، v هي سرعة الشحنة، B هي قوة المجال المغناطيسي، و # هي الزاوية بين اتجاه السرعة واتجاه المجال المغناطيسي).

قوة أمبير F=BIL sin# (حيث I هي شدة التيار و L هي طول الموصل). اتجاه قوة المجال المغناطيسي يتعلق باتجاه المجال المغناطيسي واتجاه الحركة (أو اتجاه التيار)، ويمكن تحديده باستخدام قاعدة اليد اليسرى.

خصائص الجاذبية: الجاذبية هي مكون من قوة الجاذبية بين جسمين. اتجاه الجاذبية يكون دائمًا عموديًا إلى الأسفل. حجم الجاذبية G= mg(حيث m هي كتلة الجسم و g هي تسارع الجاذبية).

خصائص مجال مختلفة

المجال الكهربائي: خطوط المجال الكهربائي هي خطوط وهمية تُستخدم لوصف اتجاه وقوة المجال الكهربائي. خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنات الموجبة وتنتهي عند الشحنات السالبة أو اللانهائي. قوة المجال الكهربائي هي متجهة تعكس قوة واتجاه المجال الكهربائي. على سبيل المثال، في المجال الكهربائي الذي يُنتج بواسطة شحنة نقطة، تكون قوة المجال الكهربائي E=kQ/r*r (حيث k هو الثابت الكهربائي، Q هي شحنة الشحنة المصدرة، و r هي المسافة من الشحنة المصدرة).

المجال المغناطيسي: خطوط الإندماج المغناطيسي هي أيضًا خطوط وهمية تُستخدم لوصف اتجاه وقوة المجال المغناطيسي. خطوط الإندماج المغناطيسي هي منحنيات مغلقة. خارجياً، تبدأ من القطب الشمالي وتعود إلى القطب الجنوبي. داخلياً، تذهب من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي. قوة الإندماج المغناطيسي هي أيضًا متجهة تعكس قوة واتجاه المجال المغناطيسي. على سبيل المثال، حول سلك طويل مستقيم به تيار، تكون قوة الإندماج المغناطيسي B=u0I/2Πr (حيث u0 هو النفاذية المغناطيسية للفراغ، I هي شدة التيار، و r هي المسافة من السلك).

المجال الجاذبي: خطوط المجال الجاذبي هي في الواقع خطوط اتجاه الجاذبية، دائمًا تشير إلى الأسفل نحو مركز الأرض. تسارع الجاذبية هو متجهة تعكس قوة المجال الجاذبي. قيمة تسارع الجاذبية تختلف قليلاً في مواقع مختلفة على سطح الأرض.

ب. التشابهات

وجودها في صورة مجالات

المجالات الكهربائية والمغناطيسية والجاذبية كلها غير مرئية وغير ملموسة، لكنها يمكن أن تمارس قوى على الأجسام الموجودة فيها. تنقل القوى عبر صورة المجالات في الفضاء دون الاتصال المباشر بالأجسام. على سبيل المثال، الشحنة في المجال الكهربائي ستكون خاضعة لقوة المجال الكهربائي، المغناطيس في المجال المغناطيسي ستكون خاضعة لقوة المجال المغناطيسي، والجسم في المجال الجاذبي سيكون خاضعًا لقوة الجاذبية.

قوى المجال كلها متجهات

قوة المجال الكهربائي وقوة الإندماج المغناطيسي وتسارع الجاذبية كلها متجهات. لديها كل من القيمة والاتجاه. عند حساب قوة المجال على الجسم، يجب اعتبار اتجاه قوة المجال. على سبيل المثال، عند حساب قوة المجال الكهربائي وقوة المجال المغناطيسي والجاذبية، يجب تحديد اتجاه القوة وفقًا لاتجاه قوة المجال وخصائص الجسم.

تتبع قوانين فيزيائية معينة

المجالات الكهربائية والمغناطيسية والجاذبية تتبع جميعها بعض القوانين الفيزيائية الأساسية. على سبيل المثال، قانون كولوم يصف العلاقة بين قوة المجال الكهربائي بين شحنتين نقطتين والشحنة والمسافة؛ قانون بييوت-سافار يصف العلاقة بين المجال المغناطيسي الذي يُنتج بواسطة عنصر تيار والتيار والمسافة والزاوية؛ قانون الجاذبية العام يصف العلاقة بين الجاذبية بين جسمين والكتلة والمسافة. هذه القوانين هي أسس مهمة للفيزياء وتكشف عن جوهر وأسس عمل المجالات.