المجال الكهربائي هو خاصية كهربائية ترتبط بكل نقطة في الفضاء عند وجود شحنة بأي شكل. يتم تعبير عن حجم واتجاه المجال الكهربائي بقيمة E، ويطلق عليه أيضا قوة المجال الكهربائي أو شدة المجال الكهربائي أو ببساطة الحقل الكهربائي. معرفة قيمة المجال الكهربائي في نقطة معينة، بدون معرفة محددة لما يولد هذا المجال، يكفي لتحديد تأثيره على الشحنات الكهربائية بالقرب من تلك النقطة .
قوة المجال الكهربائي
بدلاً من اعتبار القوة الكهربائية بمثابة تفاعل مباشر لشحنتين كهربائيتين على مسافة من بعضهما البعض ، تعتبر شحنة واحدة مصدرًا لمجال كهربائي يمتد للخارج إلى الفضاء المحيط ، والقوة التي تمارس على شحنة ثانية في هذا الفضاء يعتبر بمثابة تفاعل مباشر بين المجال الكهربائي والشحنة الثانية .
يمكن تعريف قوة المجال الكهربائي E في أي نقطة كـ القوة الكهربائية المعروفة باسم كولومب، وتمارس القوة F على كل وحدة شحن كهربائي إيجابي q في تلك المرحلة، أو ببساطة E = F / q وهي قوة المجال الكهربائي .
إذا كانت الشحنة الثانية أو الاختبار أكبر مرتين يتم تضاعف القوة الناتجة ، لكن يكون حاصلها وهو مقياس المجال الكهربائي E ، لا يزال كما هو عند أي نقطة معينة ، وتعتمد قوة المجال الكهربائي على شحنة المصدر وليس على شحنة الاختبار ، وبالمعنى الدقيق للكلمة فإن إدخال شحنة اختبار صغيرة والتي لها مجال كهربائي بحد ذاته يعدل قليلاً المجال الحالي ، ويمكن اعتبار الحقل الكهربائي بمثابة قوة لكل وحدة شحنة موجبة تمارس قبل انزعاج الحقل من وجود شحنة اختبار .
قوة المجال الكهربائي مع شحنة سالبة وشحنة موجبة
تتجه القوة التي تؤثر على شحنة سالبة في الاتجاه المعاكس لتلك التي تؤثر على شحنة موجبة. ونظرًا لأن المجال الكهربائي يتميز بالحجم والاتجاه، يتم تحديد اتجاه القوة على شحنة موجبة بشكل تعسفي كاتجاه للحقل الكهربائي .
نظرا لاصطدام الشحنات الإيجابية مع بعضها البعض، فإن المجال الكهربائي المحيط بشحنة موجبة معزولة يتجه نحو الخارج بشكل شعاعي، وعندما يتم تمثيلها بواسطة خطوط القوة أو خطوط الحقل، يتم تصوير الحقول الكهربائية على أنها تبدأ بتهمة موجبة وتنتهي في الشحنات السلبية، ويشير خط الظل إلى اتجاه الحقل الكهربائي في تلك المرحلة .
عندما تكون خطوط المجال الكهربائي قريبة من بعضها البعض ، يكون المجال الكهربائي أقوى منه في أماكن متباعدة ، ويعتمد حجم الحقل الكهربائي حول شحنة كهربائية والتي تعتبر مصدرًا للحقل الكهربائي على كيفية توزيع الشحنة في الفضاء ، بالنسبة لشحنة مركّزة تقريبًا عند نقطة ما ، يتناسب المجال الكهربائي مباشرةً مع مقدار الشحن ، ويتناسب عكسياً مع مربع المسافة شعاعي بعيدا عن مركز الشحنة المصدر ويعتمد أيضاً على طبيعة الوسيط ، حيث إن وجود وسيط مادي يقلل دائمًا من المجال الكهربائي دون القيمة الموجودة في الفراغ .
المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي
في بعض الأحيان يمكن أن ينفصل المجال الكهربائي عن شحنة المصدر ويشكل حلقات مغلقة، مثل حالة الشحنات المتسارعة لأعلى ولأسفل هوائي الإرسال إلى محطة تلفزيون، ويتم نشر المجال الكهربائي بجانب المجال المغناطيسي المصاحب عبر الفضاء باعتباره موجة مشعة بنفس سرعة الضوء، وتشير هذه الموجات الكهرومغناطيسية إلى أن الحقول الكهربائية لا تنشأ فقط من الشحنات الكهربائية، ولكنها تنشأ أيضا من تغيير المجالات المغناطيسية .
المجال الكهربائي كمية متجهة
قيمة المجال الكهربائي لها أبعاد القوة لكل وحدة شحن ، وفي أنظمة الكيلوجرام ، وتكون الوحدات المناسبة عبارة عن نيوتن لكل كولوم أي ما يعادل فولت لكل متر ، ويتم التعبير عن المجال الكهربائي في نظام السنتيمتر ، جرام ، الثانية بوحدات الديناميات لكل وحدة إلكتروستاتيكية أي ما يعادل عدد المساعدين في السنتيمتر .
من خلال دراسة المجال الكهربائي، نجد أنه يتكون من كل نقطة في الفراغ المحيط بالشحنة الكهربائية. إذا تم وضع شحنة كهربائية أخرى في هذا المجال، ستظهر آثار قوى كهربائية عليها. ونظرا لأن القوة هي كمية ذات اتجاه، فإن المجال الكهربائي هو أيضا كمية ذات اتجاه ومقدار. وبالتالي، يمكن تحديد اتجاه المجال الكهربائي في نقطة ما، والذي يتجه خارجا من الشحنة الموجبة .