مجالات استخدام المجال الكهربائي وتطبيقاته الهامة
يعتبر المجال الكهربائي (Electric Field) كميّة متجهة تُعبّر عن الفضاء المحيط بجسم مشحون كهربائياً، حيث تؤثر الشحنة الكهربائية على هذا الفضاء بقوة كهربائية. تتحرك خطوط المجال الكهربائي مبتعدة عن الأجسام المشحونة بشحنات موجبة، أو تتحرك نحوها إذا كانت مشحونة بشحنات سالبة. يُستخدم الرمز (E) للتعبير عن المجال الكهربائي، وتُقاس وحدته بالفولت/متر. وللمجال الكهربائي تطبيقات متنوعة في مجالات عدة، سنستعرض بعضاً منها فيما يلي:
تطبيقات المجال الكهربائي في الطب وعلم الأحياء
تتمتع تطبيقات المجال الكهربائي في مجالي الطب وعلم الأحياء بقدر كبير من التنوع، حيث يُستخدم لتحفيز الخلايا والأنسجة وتعزيز قدرتها على التعافي والتحكم فيها من أجل عدة أغراض، ومنها:
- شفاء الجروح: عندما تتعرض أنسجة الجلد للتلف أو الإصابة، يكون لدى الكائنات الحية القدرة على التئام الجروح تلقائياً، ولكن في بعض الأحيان يحدث تأخر في الشفاء، مما قد يشكل خطرًا على حياة الكائن الحي. لذا، ابتكر العلماء طريقة علاج جديدة تعتمد على توليد مجال كهربائي باستخدام ضمادة إلكترونية مرنة ذاتية الحركة، تقوم بتحويل حركات الجلد إلى مجال كهربائي، مما يساعد على تحفيز خلايا الجلد لتسريع عملية الشفاء.
- التحفيز الكهربائي للجهاز العصبي: يُستخدم المجال الكهربائي إما للتحفيز العميق للدماغ (Deep Brain Stimulation)، أو لتقليل النشاط العصبي في بعض الأمراض مثل رعشة مرض باركنسون، أو نوبات الصرع، وذلك عبر زرع جهاز لتحفيز الأعصاب داخل الجسم، مثل زرعه تحت عظمة الترقوة، أو تثبيته على سطح الجلد. كما يُستخدم التحفيز الكهربائي في تخفيف آلام الالتهابات العضلية الليفية، وتحسين نوعية النوم، وتقليل الإرهاق.
تطبيقات المجال الكهربائي في الهندسة والطاقة
يؤدي المجال الكهربائي دورًا مهمًا في العديد من مجالات الهندسة، ومنها:
- تقليل انبعاث المواد الملوثة والغازات، مثل الغازات الصادرة من المداخن.
- استخدام البلازما عالية الطاقة في معالجة المياه، بالإضافة إلى استخدامها في مجالات الكتلة الحيوية*، ودراسة العناصر المكونة والتركيب الكيميائي للمواد الصلبة والسائلة والغازية.
- يسهم المجال الكهربائي في احتراق الوقود داخل محركات الاحتراق، ويُستخدم أيضًا في أجهزة المطياف التي تقيس خصائص الضوء من طيف الأشعة الكهرومغناطيسية.
تطبيقات المجال الكهربائي في الصناعة
وفيما يلي بعض التطبيقات العملية للمجال الكهربائي في القطاع الصناعي:
- إزالة الماء الكهربائي: وهي تقنية تعتمد على استخدام المجال الكهربائي لفصل المواد السائلة عن المواد الصلبة بواسطة التأثيرات الحركية الكهربائية. يتطلب فصل المواد الصلبة والجافة عن الماء مستويات منخفضة من الطاقة، وتعتبر هذه التقنية مفيدة في مجالات الهندسة المدنية، وميكانيكا التربة، وصناعة الخزف وغيرها.
- جهاز استشعار المجال الكهربائي: يُستخدم هذا الجهاز لقياس كمية واتجاه المجال الكهربائي لمراقبة تراكم الشحنات التي قد تضر وتُتلف المنتجات الإلكترونية، مما يسهم في حماية الأجهزة الإلكترونية، ولوحات الدوائر الكهربائية، وأشباه الموصلات من المشكلات التي تنجم عن الشحنات الضارة، مثل التفريغ الكهروستاتيكي والإجهاد الزائد.
يتجلى المجال الكهربائي كقوة كهربائية مؤثرة على جسم مشحون موجود في الفراغ، ويُستخدم في مجالات متعددة مثل الطب والهندسة والصناعة والطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون المجال الكهربائي منتظمًا أو غير منتظم، يعتمد تصنيفه على شكل الخطوط الخارجة أو الداخلة بالنظر إلى الشحنة الكهربائية وطبيعة الشحنات المتواجدة.
______________________________________________________________________________
*الكتلة الحيوية: تُعتبر مصدرًا متجددًا للطاقة، وتشمل المواد العضوية الناتجة عن النباتات والحيوانات، والتي يتم تحويلها فيما بعد إلى طاقة تُستخدم لإنتاج الوقود والحرارة والكهرباء.