الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة - صفحة1

الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة - صفحة2

أهداف الفصل الخامس
يفترض في الطالب بعد أن ينهي دراسته لهذا الفصل أن يكون قادراً على أن :
1- يتعرف على بعض الظواهر التي ترتبط بالقوى الكهربائية.
2- يعرف أن القوى الكهربائية الناشئة بين شحنتين كهربائيتين تختلف بين تجاذب أو تنافر حسب نوع الشحنتين .
3- يعرف نص قانون كولوم و يكتب الصياغة الرياضية له.
4- يعرف (الكولوم) و أنه وحدة قياس الشحنة الكهربائية و أن (كولوم) هو الوحدة المعيارية و يعتبر مقداراً كبيراً من الشحنة.
5- يقارن بين مقداري قوتي التجاذب الكتلية و الكهربائية الناشئة بين الكترون و بروتون ذرة الهيدروجين.
6-يحدد بعض الصفات المشتركة بين قوتي التجاذب الكتلية و القوى الكهربائية.

الكهرباء الساكنة - صفحة3

أهداف الفصل الخامس
7- يُعَرِّف المجال الكهربائي لشحنة كهربائية .
8- يُعَرِّف خط المجال الكهربائي ، أو خط القوة الكهربائية .
9- يُعَرِّف شدة المجال الكهربائي لشحنة نقطية عند نقطة ما تقع في المجال .
10- يجد شدة المجال لشحنة كهربائية نقطية مقداراً واتجاهاً .
11- يجد مقدار واتجاه شدة المجال الكهربائي عند نقطة تقع في مجال عدة شحنات كهربائية .
12- يحدد نقاط التعادل في المجال الكهربائي .
13- يُعَرِّف نوعي المجالات الكهربائية وصفات كل منها.
14- يُعَرِّف أن الجسم المشحون الموضوع داخل مجال كهربائي منتظم يتحرك بعجلة منتظمة (ثابتة) ويمكن تطبيق معادلات الحركة المعجلة بإنتظام على حركته .

الكهرباء الساكنة - صفحة4

 التجاذب والتنافر

الكهرباء الساكنة

من المعروف أنه يمكننا استخدام طريقة الشحن بالدلك لشحن الأجسام المتعادلة, ومعروف أيضاً أن شحنة البروتون موجبة وأن شحنة الالكترون سالبة وأن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب .الشحن بطريقة الدلك

إن أصغر شحنة هي شحنة الالكترون والشحنة الكهربائية لأي جسم مشحون هي مضاعفات لشحنة الالكترون التي لا تتجزأ.تنافر الشحنات المتشابهة

الكهرباء الساكنة - صفحة5

وحدة قياس الشحنة الكهربائية:

الكهرباء الساكنة - صفحة6

وحدة قياس الشحنة الكهربائية:

تقاس الشحنة الكهربائية بوحدة تسمى كولوم حيث :
شحنة الإلكترون = - 1.6 × 10-19 كولوم.

الكهرباء الساكنة - صفحة7

التوصيل الكهربائي للأجسام:

الكهرباء الساكنة - صفحة8

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشحنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:

الكهرباء الساكنة - صفحة9

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشُحْنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:


1- أجسام موصِّلة: وهي التي تسمح للشُحْنات الكهربائية بالانتقال خلالها بحريّة مثل الفضة والذهب والنحاس.

الكهرباء الساكنة - صفحة10

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشُحْنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:

2- أجسام عازلة: وهي التي لا تسمح للشُحْنات الكهربائية بالانتقال خلالها مثل الزجاج والمطاط والمَيْكا.

الكهرباء الساكنة - صفحة11

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشُحْنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:

3- أجسام شبه موصِّلة: وهي أجسام درجة توصيلها تترواح بين الموصِّلات والعوازل مثل السيليكون والجرمانيوم.

الكهرباء الساكنة - صفحة12

شحن الأجسام بطريقة الحث (التأثير):

الكهرباء الساكنة - صفحة13

شحن الأجسام بطريقة الحث (التأثير):

1- قرب كرتين معدنيتين مجوفتين كل منهما محمولة على عازل إلى قرص
    الكشاف الكهربائي وتأكد من خلوهما من الشحنات الكهربائية.

2- ضع الكرتين بشكل عمودي على أرض مستوية بحيث يتلامس سطح
    الكرتين.

3- اشحن ساق الأبونيت بدلكه بقطعة قماش من الصوف.

الكهرباء الساكنة - صفحة14

4- قرب (دون ملامسة) ساق الأبونيت إلى إحدى الكرتين.

5- أثناء وجود ساق الأبونيت قرب الكرة المعدنية أبعد الكرتين عن بعضهما.

6- أبعد ساق الأبونيت عن الكرة المعدنية.

7- قرب الكرتين - كلاً على حدة إلى قرص الكشاف الكهربائي. هل انفرجت
    ورقتا الكشاف؟

8- هل تستطيع أن تفسر كيف شحنت كل من الكرتين؟

الكهرباء الساكنة - صفحة15

عملية الشحن بالحث (تفسير):

الكرة المعدنية جسم موصِّل للكهرباء وهذا يعني وُجود إلكترونات حُرة فيها وعند تقريب ساق الأبونيت المشحون بشُحنة سالبة من إحدى الكُرتين تتنافر الإلكترونات التي في جسم الكرتين إلى أبعد نقطة عن ساق الأبونيت فتتجمع في الكرة البعيدة وتظل الكرة المعدنية القريبة من ساق الأبونيت خالية تقريباً من الإلكترونات الحُرة.

الكهرباء الساكنة - صفحة16

فنحصل على كرة مشحونة بشحنة سالبة (عدد الإلكترونات أكبر من عدد البروتونات) وكرة مشحونة بشحنة مُوجبة (عدد الإلكترونات أقل من عدد البروتونات)
وعند إبعاد إحدى الكُرتين عن الأخرى أثناء وُجُود ساق الأبونيت فإن كُل كُرة تحتفظ بالشحنة التي تكونت عليها حتى إذا أبعدنا ساق الأبونيت بعد ذلك.

قانون كولوم

قانون كولوم - صفحة1

قانون كولوم:

قانون كولوم - صفحة2

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:

قانون كولوم - صفحة3

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.

قانون كولوم - صفحة4

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.
2- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشُحْنتين.

قانون كولوم - صفحة5

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.
2- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشُحْنتين.
3- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين الشُحْنتين.

قانون كولوم - صفحة6

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.
2- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشُحْنتين.
3- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين الشُحْنتين.

ق=أ ش1ش2
ف2

قانون كولوم - صفحة7

قانون كولوم:

ق=أ ش1ش2
ف2

أ = 9× 910 نيوتن. م2/كولوم2 تقريباً
ش1 وش2 بالكولوم
ف بالمتر.

قانون كولوم - صفحة8

مثال 1: شحنتان موجبتان على محور واحد بينهما مسافة 2 متر، حيث ش1 = 15 ميكروكولوم، ش2= 6 ميكروكولوم. أين يجب وضع شحنة سالبة مقدارها ش3 بحيث تصبح محصلة القوة المؤثرة عليها = صفراً.

قانون كولوم - صفحة9

الحل: نفترض أن المسافة بين ش1 وش3 هي س فتصبح المسافة بين ش2 وش3 هي (2 - س).

قانون كولوم - صفحة10

الحل: نفترض أن المسافة بين ش1 وش3 هي س فتصبح المسافة بين ش2 وش3 هي (2 - س).
قوة التجاذب بين ش1 وش3 هي:

     ق1 ش1ش3
س2

قانون كولوم - صفحة11

الحل: نفترض أن المسافة بين ش1 وش3 هي س فتصبح المسافة بين ش2 وش3 هي (2 - س).
قوة التجاذب بين ش1 وش3 هي:

     ق1 ش1ش3
س2
قوة التجاذب بين ش2 وش3 هي:     ق2 ش2ش3
(2 - س)2

قانون كولوم - صفحة12

لكي تكون محصلة القوة المؤثرة على ش3 = صفراً لا بد من تساوي القوتين لأنهما على محور واحد.
إذاً       ق1 = ق2

قانون كولوم - صفحة13

لكي تكون محصلة القوة المؤثرة على ش3 = صفر لا بد من تساوي القوتين لأنهما على محور واحد.
إذاً       ق1 = ق2

أ×ش1ش3 = أ×ش2ش3
س2 (2-س)2
ش1 = ش2
س2 (2-س)2

2=15(2-س)2       سنحصل على س = 0.775 متر

قانون كولوم - صفحة14

مثال 2: أ ب جـ مثلث متساوي الأضلاع طول ضلعه 10 سم. وضعت عند رؤوسه ثلاث شحنات هي على الترتيب (-5، 4، 2) ميكروكولوم. احسب مقدار القوة المؤثرة على الشحنة الموضوعة عند النقطة جـ.

قانون كولوم - صفحة15

الحل: ق1= أ×ش1ش3 = 910×5×10-6×2×10-6 =9 نيوتن
(أجـ)2 (0.1)2
       ق2= أ×ش2ش3 = 910×4×10-6×2×10-6 =7.2 نيوتن
(ب جـ)2 (0.1)2


محصلة القوتين:
ح2= ق21+ ق22+ 2ق1ق2 جتاهـ
  = 81+ 51.84 +2 ×9 ×7.2 جتا 120
  = 65.34 نيوتن
ح = 8.25 نيوتن

قانون كولوم - صفحة16

زاوية اتجاه المحصلة     
    =
جا-12جاهـ)
ح

= جا-1(7.2جا120) = 49°
8.25

أي إن اتجاه المحصلة يصنع زاوية قدرها 49° مع اتجاه
.

المجال الكهربائي

المجال الكهربائي - صفحة1

المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة2

المجال الكهربائي:

تتناقص القوة بين شحنتين كلما زادت المسافة بينهما حتى تنعدم. ومن هنا نعلم أن لكل شحنة كهربائية حيزاً يحيط بها تؤثر خلاله بأي شحنة موجودة في هذا الحيز، والمجال الكهربائي (لهذه الشحنة) هو الحيز الذي يظهر فيه أثر الشحنة الكهربائية .

المجال الكهربائي - صفحة3

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

المجال الكهربائي - صفحة4

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

المجال الكهربائي - صفحة5

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

جالمركزي = أ ش
ف2

المجال الكهربائي - صفحة6

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

ج= ق
ش
جالمركزي= أ ش
ف2

هذه العلاقة تعطي شدة المجال الكهربائي (المركزي) المتولد عن شحنة نقطية (ش) في نقطة تبعد عن هذه الشحنة مسافة (ف).

المجال الكهربائي - صفحة7

خطوط المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة8

خطوط المجال الكهربائي:

تم الإصطلاح على أن يكون اتجاه المجال الكهربائي للشحنة الموجبة خارجاً منها لأن شحنة الاختبار تتحرك مبتعدة عن الشحنة الموجبة .

المجال الكهربائي - صفحة9

خطوط المجال الكهربائي:

تم الإصطلاح على أن يكون اتجاه المجال الكهربائي للشحنة الموجبة خارجاً منها لأن شحنة الاختبار تتحرك مبتعدة عن الشحنة الموجبة .

أما اتجاه المجال الكهربائي للشحنة السالبة فيكون
داخلاً إليها لأن شحنة الاختبار تتحرك مقتربةً منها.

المجال الكهربائي - صفحة10

خطوط المجال الكهربائي:

تم الإصطلاح على أن يكون اتجاه المجال الكهربائي للشحنة الموجبة خارجاً منها لأن شحنة الاختبار تتحرك مبتعدة عن الشحنة الموجبة .

أما اتجاه المجال الكهربائي للشحنة السالبة
فيكون داخلاً إليها لأن شحنة الاختبار تتحرك مقتربةً منها.

ويمثل اتجاه المجال الكهربائي بخطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي.

المجال الكهربائي - صفحة11

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة12

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

1- خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لانهاية.

المجال الكهربائي - صفحة13

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

1- خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لانهاية.
2- عدد خطوط المجال الكهربائي الخارجة من الشحنة الكهربائية أو الداخلة إليها يتناسب مع مقدار الشحنة.

المجال الكهربائي - صفحة14

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

1- خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لانهاية.
2- عدد خطوط المجال الكهربائي الخارجة من الشحنة الكهربائية أو الداخلة إليها يتناسب مع مقدار الشحنة.
3- خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع.

تجربة

المجال الكهربائي - صفحة15

المجال الكهربائي المنتظم:

المجال الكهربائي - صفحة16

المجال الكهربائي المنتظم:

هو المجال الذي يكون ثابت الشدة والإتجاه ( تكون خطوطه مستقيمة ومتوازية).

ويمكن الحصول عليه بوصل لوحين معدنيين متوازيين بقطبي بطارية. ويكون المجال الكهربائي منتظماً فقط في وسط اللوحين.

المجال الكهربائي - صفحة17

حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:

المجال الكهربائي - صفحة18

حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:

أولاً: حركة الشحنة موازية لخطوط لمجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة19

حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:

أولاً: حركة الشحنة موازية لخطوط لمجال الكهربائي:
عندما نضع شحنة في مجال كهربائي منتظم فإنها تتعرض لقوة تحسب من القانون:
        

قانون نيوتن : ق = ك × ت;   (حيث ك=الكتلة .ت=التسارع)

المجال الكهربائي - صفحة20

إذاً ك × ت = ش × ج

ت= ش×ج
ك

إذا كانت الشحنة موجبة فإنها تتسارع في نفس اتجاه المجال (من الموجب إلى السالب) .

المجال الكهربائي - صفحة21

أما إذا كانت الشحنة سالبة فإنها تتسارع بعكس اتجاه المجال.

المجال الكهربائي - صفحة22

إذا كانت الشحنة موجبة فإنها تتسارع في نفس اتجاه المجال (من الموجب إلى السالب).
أما إذا كانت الشحنة سالبة فإنها تتسارع بعكس اتجاه المجال.
ملاحظة: وزن الشحنة يعتبر في هذه الحالة صغيراً جداً بالنسبة للقوة ق.

المجال الكهربائي - صفحة23

ثانياً: حركة الشحنة عمودياً على اتجاه المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة24

ثانياً: حركة الشحنة عمودياً على اتجاه المجال الكهربائي:

نفترض أن إلكترونا دخل مجالاً كهربائياً منتظماً بشكل عمودي عليه فإنه يسلك مساراً بشكل جزء من قطع مكافئ. ويمكن بذلك تحليل السرعة إلى مُرَكَّبَتَيْن (كما في حركة المقذوفات الرأسية):

المجال الكهربائي - صفحة25

1- مُرَكَّبة عمودية على اتجاه المجال الكهربائي (ع0) وهي تمثل الاتجاه الأساسي للشحنة (الإلكترون) قبل دخولها المجال الكهربائي، وسرعة الشحنة في هذه المركبة ثابتة وهي نفسُ سرعتها قبل دخولها المجال الكهربائي.


المجال الكهربائي - صفحة26

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة( الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.


المجال الكهربائي - صفحة27

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة( الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.
        ع1 = ت × ز         (حيث ت = تسارع الشحنة، ز= الزمن)

المجال الكهربائي - صفحة28

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة( الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.
        ع1 = ت × ز         (حيث ت = تسارع الشحنة، ز= الزمن)

ت= ق = ش×ج
ك ك

المجال الكهربائي - صفحة29

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة (الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.
        ع1 = ت × ز         (حيث ت = تسارع الشحنة، ز= الزمن)

ت= ق = ش×ج
ك ك
ع1= ش×ج×ز
ك

ويمكن حساب الزمن (ز) من معادلة الحركة المنتظمة للشحنة حيث:
      ل(المسافة) = السرعة (ع0) × الزمن (ز)

تجربة

المجال الكهربائي - صفحة30

المجال الكهربائي - صفحة31

الجُهد الكهربائي

الجُهد الكهربائي - صفحة1

الجُهد الكهربائي:

الجُهد الكهربائي - صفحة2

الجُهد الكهربائي:

اشحن قضيب من الأبونيت بطريقة الدلك بالقماش وضعه على الكرة المعدنية لكشاف كهربائي التي بدورها ستأخذ شُحنات كهربائية من قضيب الأبونيت، وبالتالي فإن ورقتي الكشاف ستنفرجان لانتقال الشحنة الكهربائية إليها.

الجُهد الكهربائي - صفحة3

الجُهد الكهربائي:

اشحن قضيب من الأبونيت بطريقة الدلك بالقماش وضعه على الكرة المعدنية لكشاف كهربائي التي بدورها ستأخذ شُحنات كهربائية من قضيب الأبونيت، وبالتالي فإن ورقتي الكشاف ستنفرجان لانتقال الشحنة الكهربائية إليها .
ومن ثم إذا وضعنا يدنا على الكرة المعدنية للكشاف فإن يدنا ستفرغ الكشاف من الشحنة الكهربائية وتعود ورقتا الكشاف إلى وضعهما القديم.

الجُهد الكهربائي - صفحة4

إن انتقال الشُحْنات في الحالتين (بين قضيب الأبونيت والكرة، وبين اليد والكرة) يشبه تماماً انتقال الحرارة بين الجسم البارد والجسم الساخن وانتقال السائل من الضغط العالي إلى الضغط المنخفض.

الجُهد الكهربائي - صفحة5

وكما أن درجة الحرارة هي التي تحدد اتجاه انتقال الحرارة من الجسم أو إليه عند ملامسته لجسم آخر فكذلك الجُهد الكهربائي (الضغط الكهربائي) للجسم هو الذي يحدد انتقال الشُحْنات الكهربائية منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر.

الجُهد الكهربائي - صفحة6

وعند انتقال الشُحْنات الكهربائية (ش) من منطقة إلى أخرى فإنها تفقد من طاقتها الكهربائية (ط) التي تتناسب طردياً مع فرق الجُهد (جـ) بين النقطتين اللتين انتقلت بينهما الشُحْنات حسب العلاقة التالية:

الجُهد الكهربائي - صفحة7

وعند انتقال الشحنات الكهربائية (ش) من منطقة إلى أخرى فإنها تفقد من طاقتها الكهربائية (ط) التي تتناسب طردياً مع فرق الجُهد (جـ) بين النقطتين اللتين انتقلت بينهما الشحنات حسب العلاقة التالية:
        ط = ش × جـ

فرق الجُهد   جـ= ط
ش

(حيث جـ وحدة قياسها الفولت.)

الجُهد الكهربائي - صفحة8

وعند انتقال الشحنات الكهربائية (ش) من منطقة إلى أخرى فإنها تفقد من طاقتها الكهربائية (ط) التي تتناسب طردياً مع فرق الجُهد (جـ) بين النقطتين اللتين انتقلت بينهما الشحنات حسب العلاقة التالية:
        ط = ش × جـ

فرق الجُهد   جـ= ط
ش

(حيث جـ وحدة قياسها الفولت.)
ومن هذه العلاقة يعرّف فرق الجُهد بين نقطتين بأنه مقدار الطاقة الكهربائية المفقودة من وحدة الشحنات الكهربائية ( الكولوم )عند انتقالها بين هاتين النقطتين ( المراد قياس جَهْدهما).

الجُهد الكهربائي - صفحة9

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

الجُهد الكهربائي - صفحة10

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

إن الطاقة التي تفقدها شحنة ما أثناء انتقالها بين نقطتين تستهلك على شكل شغل مبذول لنقل تلك الشحنة بين هاتين النقطتين.

الجُهد الكهربائي - صفحة11

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

إن الطاقة التي تفقدها شحنة ما أثناء انتقالها بين نقطتين تستهلك على شكل شغل مبذول لنقل تلك الشحنة بين هاتين النقطتين.

الطاقة المفقودة = الشغل المبذول
ط = ق × ف          ق = ج × ش
ط = ج × ش × ف       ط= جـ × ش
جـ × ش = ج × ش ×ف
جـ = ج × ف

الجُهد الكهربائي - صفحة12

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم جـ = ج × ف

ووحدة قياس الطاقة في هذا القانون هي الجول إذا قيست الشحنة بالكولوم، أما إذا قيست الشحنة بالإلكترون
(e) فإن وحدة قياس الطاقة هي إلكترون فولت (ev).

الجُهد الكهربائي - صفحة13

مثال: إلكترون يتحرك ضمن الأشعة الإلكترونية في شاشة التلفاز تصل سرعته إلى 5 × 710م/ث. ما هو فرق الجُهد المؤثر على مثل هذا الإلكترون؟

الجُهد الكهربائي - صفحة14

الحل:        طاقة الإلكترون = جـ × ش            ولكن طاقة الإلكترون الحركية

إذاً:   جـ×ش= 1 ك×ع2
2
إذاً:   جـ= ك×ع2 = 9.1×10-31×(5×710)2
2×ش 2×1.6×10-19

                                  = 7.1 × 310 فولت او 7.1 كيلوفولت.

الجُهد الكهربائي - صفحة15

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

الجُهد الكهربائي - صفحة16

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

إذا وضعنا شحنة اختبار عند النقطة (أ) والتي تبعد مسافة (ف) عن شحنة موجبة (ش) فإن شحنة الاختبار تتعرض لقوة تنافر تجعلها تتحرك بعيداً عن الشحنة مُوْلِدةَ المجال.

الجُهد الكهربائي - صفحة17

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

إذا وضعنا شحنة اختبار عند النقطة (أ) والتي تبعد مسافة (ف) عن شحنة موجبة (ش) فإن شحنة الاختبار تتعرض لقوة تنافر تجعلها تتحرك بعيداً عن الشحنة مُوْلِدةَ المجال.
ولإعادة هذه الشحنة مرة أخرى إلى النقطة (أ)، لا بد من بذل شغل عليها، وهذا الشغل هو عبارة عن جُهد كهربائي تكتسبه هذه الشحنة.

الجُهد الكهربائي - صفحة18

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

إذا وضعنا شحنة اختبار عند النقطة (أ) والتي تبعد مسافة (ف) عن شحنة موجبة (ش) فإن شحنة الاختبار تتعرض لقوة تنافر تجعلها تتحرك بعيداً عن الشحنة مُوْلِدةَ المجال.
ولإعادة هذه الشحنة مرة أخرى إلى النقطة (أ)، لا بد من بذل شغل عليها، وهذا الشغل هو عبارة عن جُهد كهربائي تكتسبه هذه الشحنة.

الشغل = الجُهد الكهربائي (جـ)

الجُهد الكهربائي - صفحة19

الشغل = الجُهد الكهربائي (جـ)
جـ = ق × ف     ق = ج × ش
جـ = ج × ش × ف      ش = 1كولوم (شحنة اختبار)

جـ = ج × ف     ج=أ ش
ف2
جـ =أ ش
ف

الجُهد الكهربائي - صفحة20

وإذا أردنا حساب الجُهد الناشئ في نقطة واحدة عن أكثر من شحنة فنستخدم العلاقة التالية:

جـ =أ[ ش1 + ش2 + ..... ]
ف1 ف2
أو             جـ =أ ش
ف

               (حيث
تعني المجموع الجبري)

الجُهد الكهربائي - صفحة21

وإذا أردنا حساب الجُهد الناشئ في نقطة واحدة عن أكثر من شحنة فنستخدم العلاقة التالية:

جـ =أ[ ش1 + ش2 + ..... ]
ف1 ف2
أو             جـ =أ ش
ف

               (حيث
تعني المجموع الجبري)

ملاحظة: نعتبر الجُهد الناتج عن شحنة موجبة موجباً والناتج عن شحنة سالبة سالباً.

الجُهد الكهربائي - صفحة22

مثال: شحنتان نقطيتان ( -5 نانوكولوم، 6 نانوكولوم) المسافة بينهما 10 سم. احسب:
أ - الجُهد عند النقطة د التي تقع في منتصف المسافة بينهما.
ب- جُهد النقطة أ التي تبعد عن كل من الشحنتين مسافة 10 سم.
ج- الشغل اللازم لنقل شحنة مقدارها -2 × 10-9 كولوم من النقطة أ إلى
    النقطة د.

الجُهد الكهربائي - صفحة23

الحل: أ-           جـ =أ[ ش1 + ش2 ]
ف1 ف2
=9×910[ -5×10-9 + 6×10-9 ]
0.05 0.05

الجُهد عند النقطة د التي تقع في منتصف المسافة بينهما = 180 فولت

الجُهد الكهربائي - صفحة24

ب-            جُهد النقطة (أ) =9×910 [ -5×10-9 + 6×10-9 ]
0.1 0.1

                    =90 فولت

الجُهد الكهربائي - صفحة25

ج- الشغل المبذول لنقل الشحنة -2× 10-9 من النقطة أ إلى النقطة د:
     
الشغل = ش × جـ
(حيث جـ فرق الجُهد بين النقطتين)
            = ش (جـد - جـأ)
            = -2×10-9(180-90)=-1.8×10-7 جول.

الجُهد الكهربائي - صفحة26

ج- الشغل المبذول لنقل الشحنة -2× 10-9 من النقطة أ إلى النقطة د:
     
الشغل = ش × جـ
(حيث جـ فرق الجُهد بين النقطتين)
            = ش (جـد - جـأ)
            = -2×10-9(180-90)=-1.8×10-7 جول.

ملاحظة:

الشحنة تقوم بشغل قدره 1.8 × 10-7 جولاً (تتحرك تلقائياً وبذلك تقل طاقتها الكامنة بنفس المقدار عندما تنتقل من أ الى د)

الجُهد الكهربائي - صفحة27

قياس فرق الجُهد الكهربائي:

الجُهد الكهربائي - صفحة28

قياس فرق الجُهد الكهربائي:

يستخدم جهاز الفولتميتر لقياس فرق الجُهد الكهربائي.

الجُهد الكهربائي - صفحة29

الفولتمتر

قياس فرق الجُهد الكهربائي:

يستخدم جهاز الفولتميتر لقياس فرق الجُهد الكهربائي.

الكشاف الكهربائي

كما يستخدم الكشاف الكهربائي أيضاً للمقارنة بين جهود أجسام مختلفة حيث يتناسب انفراج ورقتي الكشاف طردياً مع مقدار الجُهد.

الجُهد الكهربائي - صفحة30

تساوي الجُهد على سطح موصل:

الجُهد الكهربائي - صفحة31

تساوي الجُهد على سطح موصل:

عند توصيل موصلين مختلفين في الجُهد الكهربائي فإن الشحنات الكهربائية الموجبة تنتقل من الموصل ذي الجُهد الأعلى إلى الموصل ذي الجُهد المنخفض، ويستمر انتقال الشحنات حتى يتساوى جُهد الموصلين.

الجُهد الكهربائي - صفحة32

تساوي الجُهد على سطح موصل:

عند توصيل موصلين مختلفين في الجُهد الكهربائي فإن الشحنات الكهربائية الموجبة تنتقل من الموصل ذي الجُهد الأعلى إلى الموصل ذي الجُهد المنخفض، ويستمر انتقال الشحنات حتى يتساوى جُهد الموصلين.
ومن هنا ندرك أنه لا يمكن أن توجد نقطتان مختلفتان في الجُهد الكهربائي على سطح موصل واحد أو عدة موصلات متصلة مع بعضها لأنه لو وجد مثل هذا الوضع فسوف يحدث ما ذُِكر أعلاه.

الجُهد الكهربائي - صفحة33

تساوي الجُهد على سطح موصل:

عند توصيل موصلين مختلفين في الجُهد الكهربائي فإن الشحنات الكهربائية الموجبة تنتقل من الموصل ذي الجُهد الأعلى إلى الموصل ذي الجُهد المنخفض، ويستمر انتقال الشحنات حتى يتساوى جُهد الموصلين.
ومن هذا ندرك أنه لا يمكن أن توجد نقطتين مختلفتين في الجُهد الكهربائي على سطح موصل واحد أو عدة موصلات متصلة مع بعضها لأنه لو وجد مثل هذا الوضع فسوف يحدث ما ذُِكر أعلاه.

ملاحظة: هذا الانتقال اصطلاحي، والانتقال الحقيقي يكون للإلكترونات من الجُهد الأدنى (السالب) إلى الجُهد الأعلى (الموجب).

تلخيص الكهرباء الساكنة

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة1

تلخيص الفصل الخامس
الكهرباء الساكنة

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة2

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة3

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

2- وحدة قياس الشحنة هي الكولوم.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة4

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

2- وحدة قياس الشحنة هي الكولوم.

3- شحنة الإلكترون = - 1.6 × 10-19 كولوم وهي أصغر شحنة.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة5

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

2- وحدة قياس الشحنة هي الكولوم.

3- شحنة الإلكترون = 1.6 × 10-19 كولوم وهي أصغر شحنة.

4- تشحن الأجسام بطريقة الدلك أو الحث (التأثير).

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة6

5- قانون كولوم: القوة التي تؤثر بها إحدى الشحنتين على الأخرى.

ق=أ ش1ش2
ف2

(حيث أ = 9× 910 تقريباً ش1 وش2 بالكولوم وف بالمتر.)

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة7

5- قانون كولوم: القوة التي تؤثر بها إحدى الشحنتين على الأخرى.

ق=أ ش1ش2
ف2

      (حيث أ = 9× 910 تقريباً ش1 وَ ش2 بالكولوم وف بالمتر.)

6- المجال الكهربائي لشحنة كهربائية هو الحيز الذي تؤثر خلاله هذه الشحنة على شحنة أخرى.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة8

7- شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه هي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة.

ق=ش × ج

ج=أ ش
ف2

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة9

7- شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه هي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة.

ق=ش × ج

ج=أ ش
ف2

8- يُمثَّل اتجاه المجال الكهربائي بخطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي. وتبدأ هذه الخطوط من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة10

7- شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه هي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة.

ق=ش × ج

ج=أ ش
ف2

8- يُمثَّل اتجاه المجال الكهربائي بخطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي. وتبدأ هذه الخطوط من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة.

9- المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الثابت الشدة والاتجاه
(تكون خطوطه مستقيمة ومتوازية).

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة11

10- حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:
 أ- حركة الشحنة موازية لخطوط المجال الكهربائي.
ب- حركة الشحنة عمودياً على اتجاه المجال الكهربائي.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة12

11- الجهد الكهربائي للجسم يحدد انتقال الشحنات الكهربائية منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر.
وعند انتقال الشحنات الكهربائية (ش) من نقطة إلى أخرى فإنها تفقد قدراً من طاقتها الكهربائية (ط):

جـ= ط
ش

جـ = ج × ف          جـ (الجهد الكهربائي) ج (شدة المجال) ف (المسافة)

ج=أ ش
ف

يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد الكهربائي

تمارين الكهرباء الساكنة

تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة1

س 1: ش 1 = 6 × 10 -9 كولوم

       ش 2 = - 2 × 10 -9 كولوم
       ش 3 = 5 × 10 -9كولوم
جد محصلة القوى المؤثرة على ش3:

1.08 × 10 -8 نيوتن 

6.5 × 10 -9 نيوتن 

7.16 × 10 -9 نيوتن 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة2

س 2: على المحور السيني، لدينا شحنة ش1= 15 ميكروكولوم موضوعة على س = 2م وشحنة أخرى ش2 على المركز (س = صفر).
جد الموقع الذي يجب أن توضع فيه شحن سالبة 3) بحيث تكون محصلة القوى عليها تساوي الصفر.



س = 0.8 م 

س = 1.2 م 

س = 1 م 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة3

س 3: جد المجال الكهربائي عند نقطة تقع في منتصف الخط الواصل بين شحنتين 1= +30× 10 -9 كولوم) و2= +60 × 10 -9 كولوم) إذا كانت المسافة بين الشحنتين تساوي (30 سم).


12 × 10 3 نيوتن /كولوم باتجاه ش2 

12 × 10 3 نيوتن /كولوم باتجاه ش1 

2,4 × 10 3 نيوتن /كولوم باتجاه ش1 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة4

س 4: كرة بلاستيكية وزنها 2 غم معلقة بخيط طوله 20 سم وموضوعة في مجال كهربائي منتظم قيمته
10 4 نيوتن/كولوم كما مبين في الشكل.


1 ـ ما نوع شحنة الكرة البلاستيكية


سالبة 

موجبة 

متعادلة 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة5

2 ـ إذا ضُع الخيط 15° مع الخط العمودي عند الإتزان، جد شحنة الكرة البلاستيكية:

5.3 × 10 -7 كولوم 

3.2 × 10 -6 كولوم 

8.2 × 10 -6 كولوم 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة6

س 5: في الشكل المقابل:
ش 1 = + 5 ميكروكولوم
ش 2 = - 2 ميكروكولوم

جد الجهد الناتج عن الشحنتين عند النقطة ب:


11000 فولت 

14600 فولت 

7000 فولت 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة7

س 6: المجال الكهربائي المنتظم بين لوحين يساوي 1.7 × 610 نيوتن /كولوم. إذا كانت المسافة بين اللوحين 1.5 سم، جد فرق الجهد بين اللوحين.


2.6 × 10-6 فولت 

2.6 × 410 فولت 

1.1 × 810 فولت 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة8

س 7: تحتاج شحنة مقدارها 56 ميكروكولوم إلى قوة مقدارها 4.3 × 10-2 نيوتن لتنتقل 20 سم باتجاه مجال كهربائي منتظم.

جد فرق الجهد الذي يعطي هذه القوة.


-154 فولت 

224 فولت 

308 فولت 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة9

س 8: بروتون سرّع من السكون عندما كان فرق الجهد 120 فولت, جد سرعة هذا البروتون.

3 × 510 م/ث 

1.3 × 510 م/ث 

1.5 × 510 م/ث 


اختبار الكهرباء الساكنة

اختبار الكهرباء الساكنة - اختبار

على رؤوس أ، ب وجـ في المربع أب جـ د وضعنا على التوالي ش1، ش2 وش3
بحيث ش1 = ش2 = ش3= ش
صفر.
إذا كان ضلع المربع = ص
 أ - جد شدة المجال الكهربائي على الرأس د من المربع.
ب - ش2 استبدلت بـ (شَ) لنحصل على شدة المجال الكهربائي = صفر.
جد شَ بدلالة ش.


ج = 17.23× 910 ش/ص2 ,(45° مع جـ د) , شَ = -2
ش 

ج = 9× 910 ش/ص2      ,(45° مع أد)      ,شَ = -
ش 

ج = 12.72 × 910 ش/ص2 ,(باتجاه ب د)     , شَ = +2
ش 

ما هو اتجاه وشدة المجال الكهربائي الناتج عن شحنة كهربائية ش = -10-5 كولوم، موجودة على نقطة (أ)، عند نقطة (د) تبعد 20 سم عن (أ).


2.25× 610 نيوتن/كولوم (من أ إلى د)

2.25× 610 نيوتن/كولوم (من د إلى أ)

2.25× 410 نيوتن/كولوم (من د إلى أ)

شحنة كهربائية ش1 = -10-5 كولوم وأخرى ش2 = -9× 10-5 كولوم على مسافة 40 سم من بعضهما.
حدد مكان النقطة على الخط الواصل بينهما بحيث تكون شدة المجال الكهربائي تساوي صفراً.


تبعد 10 سم عن ش2.

تبعد 30 سم عن ش2.

تبعد 30 سم عن ش1.

وضعنا كرة مشحونة، كتلتها 0.05غم وتحمل شحنة سالبة، عند النقطة (أ) الواقعة بين لوحي مكثف. إذا علمت أن المسافة بين اللوحين = 10 سم وفرق الجهد بينهما = 410 فولت، احسب شحنة الكرة ش إذا بقيت ساكنة عند النقطة (أ).


10-10 كولوم.

+5× 10-9 كولوم.

-5× 10-9 كولوم.

لدينا لوحان (ب وجـ) مشحونان
فرق الجهد بينهما 45.5 فولت
ويبعدان 1سم عن بعضهما.
 أ - جد شدة المجال الكهربائي الناتج بين ب وجـ
 ب - قذفنا من فتحة صغيرة عند النقطة (أ) إلكترونا بسرعة ع = 3× 610م/ثانية.
جد سرعة الإلكترون عندما يصل إلى اللوح (جـ) إذا تجاهلنا وزن الإلكترون. (شحنة الإلكترون = -1.6× 10-19 كولوم).


ج = 4550 فولت/متر , سرعة الإلكترون = 5× 610 م/ثانية.

ج =  45.5 فولت/متر , سرعة الإلكترون = 3× 610 م/ثانية.

ج = صفر            ,    سرعة الإلكترون = 710     م/ثانية.