تطبيقات المجالات الكهربائية

بواسطةفوري


تطبيقات المجالات الكهربائية في الطب


يمكن تعريف المجال الكهربائي على أنه منطقة الفضاء حول جسيم مشحون كهربائيًا أو جسم يتعرض فيه جسم الشحنة للقوة  ويتم استخدام المجالات الكهربائية في الكثير من التطبيقات بما فيها الطب وفيما يلي أشهرها:


  • العلاج بالمجال الكهربائي المتناوب


هذا نوع من العلاج بالمجال الكهرومغناطيسي يعمل على تعطيل نمو وانقسام الخلايا السرطانية، ولها دور أيضاً في تباطئ نمو أورام المخ، وتم اختراع اجهزة  تصدر موجات تتراوح بين 100-300 كيلو هرتز، وقد تمت الموافقة على جهاز egTTF من قبل الولايات المتحدة وأوروبا لعلاج الورم الأرومي الدبقي المتكرر، ولكن هذه الأجهزة لم تثبت فعاليتها الكلية حتى الآن فهي تسبب بعض الآثار الجانبية مثل القضاء على الخلايا السليمة.


  • تحفيز العضلات


أيضاً يتم استخدام المجال الكهربائي في تخفيف الألم ، وذلك من خلال إنشاء المجال الكهربائي في الأنسجة البيولوجية بهدف تحفيز أو تبديل عملية الشفاء، حيث يتم إنشاء مجال كهربائي على سطح الجلد لدفع الأيونات المفيدة لعملية الشفاء إلى الجلد أو خلاله، وذلك يسبب تأثير على المستوى الخلوي مثل إثارة الأعصاب والتغيرات في نفاذية غشاء الخلية.[1]


  • التئام الجروح


في حالة تلف الأنسجة يحدث إنتاج المجال الكهربائي في موقع الجرح، لذلك يتم استخدام مجالات التيار المتردد النبضي ومنخفض التردد (AC)، المطبقة إما مع أقطاب كهربائية مزروعة أو سطحية، إما لتحفيز أو قمع النشاط العصبي، و


والذي حسن علاج الجروح مقارنة بالعناية القياسية بالجروح.


  • التحفيز الكهربائي للجهاز العصبي


يتم استخدام المجال الكهربائي من أجل التحفيز العميق للدماغ، ويتم ذلك من خلال  وضع أقطاب كهربائية جراحيًا في مناطق معينة من الدماغ لتطبيق إشارات النبض التي تثبط الإشارات الذاتية التي تنتج رعشات مرض باركنسون أو نوبات الصرع.


والجدير بالذكر أنه تم استخدام هذه الطريقة بنجاح لاستعادة الوظائف العضلية في المرضى الذين عانوا من إصابة كبيرة في النخاع الشوكي، وعلى الرغم من تلف الحبل الشوكي، إلا أن الجهاز العضلي الذي يحفزه عادةً قد يظل غير تالف ويمكن أن يستقبل الإشارات وارسالها للعضلات.[2]


تطبيقات المجالات الكهربائية في مجال الطاقة


هناك الكثير  من الاستخدامات للمجالات الكهربائية  في مجال الطاقة والهندسة على سبيل المثال:


  • يتم استخدام المجال الكهربائي من أجل تحسين السلوك الديناميكي الهوائي ونقل الحرارة والكتلة وكذلك التفاعلات الكيميائية  مثل عمليات الانحلال الحراري والتغويز.

  • كما تلعب دور في تنظيف البيئة مثل معالجة المياه، ومعالجة النفايات، وتنظيف الأسطح والتطهير.

  • وتساهم المجالات الكهربائية في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والاحترار العالمي، بالإضافة إلى أنها تعمل على تقلل من استهلاك ناقلات الطاقة، من خلال زيادة الكفاءة وهي مفيدة في تقليل انبعاثات الملوثات والملوثات البيئية.[4]


تطبيقات المجالات الكهربائية في مجال الصناعة




  • التحكم في التبلور


تعد تأثيرات المجال الكهربائي على التبلور


مجالًا جديدًا ونشطًا نسبيًا للبحث، ويتم استخدام المجالات الكهربائية من أجل الحث على التبلور والتحكم في النتيجة البلورية متعددة الأشكال، بالإضافة ألي جودة بلورات البروتين، كما لها دور في فصل المكونات عن المعلقات في مخاليط متعددة المكونات وبلورة النظم الغذائية، كما يتم تغيير الإمكانات الكيميائية وبالتالي فرق الجهد الكيميائي بين السائل والصلب عن طريق تطبيق مجال كهربائي على محلول أو مادة كتلة بلورية. [5]


  • نزع الماء الكهربائي


يتم استخدام المجال الكهربائي من أجل نوع الماء أو المواد السائلة بشكل عام عن المواد الصلبة وذلك بسبب الحركات التاثيرى الناتجة عن المجال الكهربائية، وهذه العملية هامة في الكثير من الصناعات مثل الخزف وتحسين التربة.


أنواع المجال الكهربائي


يتم تقسيم المجال الكهربائي إلى نوعين أساسين هما :


  • المجال الكهربائي المنتظم


يطلق على المجال الكهربي الكهربي الثابت في جميع النقاط المجال الكهربائي المنتظم، حيث يتم الحصول على المجال الثابت عن طريق وضع الموصلين على التوازي مع بعضهما البعض، ويظل فرق الجهد بينهما كما هو في كل نقطة.


مثال


: يمكن إنشاء مجال كهربائي موحد بين لوحين متوازيين مشحونين، الذي يطلق عليه اسم المكثف، وتخرج خطوط المجال الكهربائي من اللوحة الموجبة وتنتهي في اللوحة السلبية.


  • المجال الكهربائي غير المنتظم


عندما تكون نقاط المجال الكهربائي غير منتظمة فإنها تسمى مجال كهربائي غير منتظم، وفي هذا النوع يكون المجال الكهربائي غير منتظمة ومختلفة في كل من الحجم والاتجاهات.


مثال


: المجال الذي تولده الشحنة النقطية يكون شعاعيًا، وتتناسب شدته عكسًا مع المسافة.[3]


خصائص المجال الكهربائي


  • لا يحدث أبداً  تقاطع بين خطوط المجال الكهربائي.

  • خطوط المجال الكهربائي متعامدة على سطح الشحنة.

  • يتناسب كل من حجم الشحنة وعدد خطوط المجال الكهربائي.

  • تبدأ خطوط المجال الكهربائي عند الشحنة الموجبة وتنتهي عند الشحنة السالبة.

  • لكي تبدأ خطوط المجال أو تنتهي عند اللانهاية، يجب استخدام شحنة واحدة.

  • لا يمكن أن تمر خطوط الحقل عبر الموصل، وبتالي المجال الكهربي داخل الموصل يساوي صفرًا.

  • يحدث ضغط جانبي بين خطوط المجال الكهربائي وبعضها، وهذا ما يفسر قوة التنافر التي تحدث.


أمثلة على المجالات الكهربائية


  • تتولد المجالات الكهربائية من الشحنات وتكويناتها مثل المكثفات وخلايا البطارية.

  • يوجد مجال كهربائي خارجي في الموصلات الحاملة للتيار.

  • الضوء والأشعة السينية وموجات الراديو والموجات الدقيقة والموجات الكهرومغناطيسية تحتوي على مكونات المجال الكهربائي.

  • يتم إنتاج شحنة كهربائية عند فرك البالون على سترة ثم يشحن البالون وبسبب هذه الشحنة يمكن أن يلتصق البالون بالجدران ولكن البالون عند وضعه ببالون فرك آخر ثم يطير كلاهما في الاتجاه المعاكس.

  • عند فرك المشط في الشعر وينتج المجال الكهربائي حوله ونتيجة لذلك يجذب قلم الرصاص أو الورق.


المجالات الكهربائية بالقرب من الموصلات


يكون الموصل في حالة توازن إلكتروستاتيكي عندما يكون توزيع الشحنة ثابتًا، و في الأصل عندما يتم القيام بشحن موصل، تنتشر الشحنة نفسها، وفي حالة حدوث التوازن تتبع الشحنة والمجال الكهربائي هذه الخصائص:


  • الشحنة الزائدة تقع فقط على سطح الموصل.

  • المجال الكهربي يساوي صفرًا داخل الجزء الصلب من الموصل.

  • المجال الكهربائي على سطح الموصل عمودي على السطح.

  • تتراكم الشحنة ويكون المجال أقوى على الأجزاء المدببة من الموصل.


مثلاً في حالة وجود  موصل سالب الشحنة أي به إلكترونات زائدة، يحدث تنافر بي الإلكترونات الزائدة عن بعضها، لأنهم يريدون الابتعاد قدر الإمكان عن بعضهم، لذلك يحدث انتقال إلى سطح الموصل، وتوزع الالكترونات نفسها أيضًا بحيث يكون المجال الكهربي داخل الموصل صفرًا.


وفي حالة عدم الوصول الى الصفر، فإن أي إلكترونات حرة الحركة تقوم بذلك، هناك الكثير من الإلكترونات الحرة داخل الموصل وهي التي تعمل على إلغاء الشحنة الموجبة من جميع البروتونات وهي لا تتحرك، لذلك يجب أن يكون الحقل صفراً، ويمكن قرآءة

بحث عن المجالات الكهربائية

لتعرف على مزيد من المعلومات.