مروری بر مفهوم میدان الکتریکی

طبق تعریف به خواص الکتریکی که یک ذره‌ی باردار در فضای اطراف خود ایجاد می‌کند، میدان الکتریکی گفته می‌شود. دو ذره‌ی باردار که در فاصله‌ای معین از یکدیگر قرار گرفته‌اند، به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند که به آن نیروی کولنی گفته می‌شود. اغلب نیروهایی که ما با آن‌ها آشنا هستیم و برای‌مان ملموس است، در تماس اجسام با یکدیگر به وجود می‌‌آیند. درک نیرویی که از راه دور و بدون تماس اعمال می‌شود، در ابتدا کمی دشوار به نظر می‌رسد، اما وجود میدانی در فضایی معین که این نیرو در آن فضا اثرگذار است، می‌تواند نقش تماسی را برای فهم بهتر ما ایفا کند. به این صورت که وقتی باری را در نزدیکی بار‌ی دیگر قرار می‌دهیم، درواقع آن را در تماس با میدان ناشی از آن قرار داده‌ایم و این میدان به آن ذره‌ی باردار نیرو وارد خواهد کرد. البته این قضیه دوطرفه است؛ یعنی این اتفاق برای ذره‌ی دوم نیز رخ خواهد داد. به همین دلیل دو ذره‌ی باردار به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند.

برای درک بهتر موضوع، یک گرداب یا گردباد را در نظر بگیرید. هر یک از این دو در اطراف خود میدانی ایجاد می‌کنند که اگر در این میدان قرار بگیرید، بر روی شما اثر خواهند گذاشت و درواقع بر شما نیرو وارد خواهند کرد. این‌ها پدیده‌هایی طبیعی هستند، اما چیزی که ما در الکتریسیته‌ (ساکن)، با آن روبه‌رو هستیم، ذرات باردار هستند؛ ذراتی که مانند یک گرداب یا گردباد میدان اثری دارند که اگر ذره‌ای دیگر در این میدان قرار بگیرد، بر آن نیرو وارد خواهد کرد و البته به دلیل میدانی که ذره‌ی دیگر به وجود می‌آورد بر آن‌ها نیز نیرو وارد خواهد شد.

این وجود نیرو بین دو بار الکتریکی بود که دانشمندان را به تعریف جدیدی به نام میدان الکتریکی رساند. پس برای این‌که میدان ناشی از یک ذره‌ی باردار را در فاصله‌ای معین اندازه بگیریم، باید یک بار آزمون را در آن فاصله قرار دهیم. این بار آزمون، فقط برقرارکننده‌ی نیرو است. پس باید به اندازه‌ی کافی کوچک باشد تا میدان ناشی از آن، میدان اصلی ما را دچار آشفتگی نکند. البته وجود میدان‌های الکتریکی اثبات شده است و برقراری نیرو بین دو بار، تنها یک روش برای به دست آوردن میدان الکتریکی است.

حال شاید بهتر متوجه شویم که چه‌طور یک آهن‌ربا، آهن‌ربا می‌شود. باز هم پای یک میدان در میان است. وقتی یک قطعه‌ی آهنی را در مجاورت یک آهن‌ربا قرار می‌دهید، به روشنی می‌بینید که جذب آن می‌شود. درواقع یک آهن‌ربا در فضای اطراف خود میدانی ایجاد می‌کند که وقتی قطعه‌ای مانند آهن در نزدیکی آن قرار می‌گیرد بر آن نیرو وارد کرده و آن را جذب خود می‌کند؛ اما ماهیت میدان ناشی از آهن‌ربا متفاوت از میدان‌های الکتریکی است و به آن میدان مغناطیسی گفته می‌شود که در فصل‌های انتهایی کتاب فیزیک ۳ به آن پرداخته شده است.