الكهرباء الساكنة

الباب الأول : الكهرباء الساكنة

        الكهرباء الساكنة : هي دراسة الشحنات المتجمعة في مكان ما .

        الجسم المشحون : الجسم الذي يبدي تفاعلاً كهربائياً بعد دلكه .

        الشحنات المتشابهة هي التي تتنافر فيما بينها .

        الشحنات المختلفة هي التي تتجاذب فيما بينها .

        أنواع الشحنات

سالبة   -    و موجبة   +

        النظرة المجهرية للشحنة

* شحن الأجسام هو انتقال الإلكترونات من مادة لأخرى .

* المادة التي تنتقل منها الالكترونات تشحن بشحنة موجبة .

* المادة التي تنتقل اليها الالكترونات تشحن بشحنه سالبة .

        علل . يشحن المطاط بشحنة سالبة عند دلكه بالصوف ؟

* لأن الالكترونات تنتقل من الصوف الى المطاط .

        حفظ الشحنة

إن الشحنة الكلية على الأجسام ثابتة و لا يمكن إفناء أو استحداث شحنة .

        المواد الموصلة و المواد العازلة :

        علل . الفلزات موصل جيد للكهرباء ؟

لأنها تحتوي إلكترونات حرة .

        الهواء غير موصل للكهرباء ماعدا في حالتين

1- البرق

2- الشرارة الكهربائية

        تؤثر الشحنات في بعضها بقوة كهربائية عن بعد

        تزداد القوة الكهربائية كلما زاد مقدرا الشحنة و اقتربت من بعضها

        الكشاف الكهربائي :

* هو جهاز يستخدم في الكشف عن الشحنة الكهربائية و تحديد نوعها .

* عند تقريب جسم مشحون من  قرص كشاف معلوم الشحنة :

1- إذا زاد انفراج ورقتي الكشاف فإن شحنة الجسم مشابهة لشحنة الكشاف .

2- إذا قل انفراج الورقتين فإن شحنة الكشاف مختلفة عن شحنة الجسم .

        الشحن بالتوصيل : هو شحن جسم متعادل بملامسته لجسم مشحون .

        فصل الشحنات : يمكن فصل الشحنات على الأجسام المتعادلة بواسطة القوة الكهربائية .

        الشحن بالحث : هو شحن جسم بواسطة جسم آخر مشحون دون ملامسته .

        التأريض : توصيل جسم بالأرض للتخلص من الشحنة الزائدة .

        يرمز للشحنة الكهربائية بــ q 

        وحدة قياس الشحنة الكهربائية هي الكولوم  C

        الكولوم الواحد يساوي شحنة  6.24X〖10〗^18  إلكتروناً .

        الوحدة الأساسية للشحنة هي شحنة الإلكترون  و تساوي

 1.6×〖10〗^(-19) كولوم .

        العوامل التي تعتمد عليها القوة الكهربائية بين شحنتين :

1- مقدار الشحنتين q1 و q2 . و تتناسب مع القوة طردياً

2- المسافة بين الشحنتين r  . و يتناسب مع القوة عكسياً

        نص قانون كولوم : القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين تتناسب طرديا مع مقداري الشحنتين و عكسياً مع مربع المسافة بينهما .

F=k ×  (q1 ×q2)/r^2

حيث :

القوة الكهربائية بالنيوتن = F  ....  ثابت كولوم K = 9×〖10〗^9

        سؤال شحنتان موجبتان  مقداراهما  2µC ,  6µC  بينهما مسافة قدرها 3cm  احسب القوة الكهربائية و ما نوعها ؟

        تطبيقات القوة الكهروسكونية 

* تجميع السناج من أدخنة المصانع

* تستخدم في آلات التصوير الفوتوغرافي

        شحنة الجسم = شحنة الإلكترون × عدد الإلكترونات

        عدد الإلكترونات = شحنة الجسم ÷ شحنة الإلكترونات

        سؤال : إذا كانت الكرة A   مشحونة بشحنة قدرها  +6µC و موضوعة على بعد 4.0cm من كرة B التي شحنتها     -3µC فأجب عما يلي

1- احسب مقدار و اتجاه القوة التي تؤثر بها الكرة B  في كرة A  .

2- إذا وضعت كرة ثالثة و لتكن C  على شحنتها +1.5µC مباشرة اسفل كرة A   و على بعد 3cm منها . فما مقدار القوة المحصلة المؤثرة في كرة A  ؟

 

        سؤال : إذا نقلت صاعقة برق قوية شحنة مقدارها 25C الى الأرض فما عدد الإلكترونات المنقولة ؟

الباب الثاني : المجالات الكهربائية .

المجال الكهربائي : هو الحيز المحيط بالشحنة و يظهر فيه أثر القوة الكهربائية

٭ المجال الكهربائي يسبب تغيرا في خصائص الوسط المحيط به .

٭ القوة الكهربائية تبذل شغلاً على الجسم المشحون (( داخل المجال الكهربائي )) فتنقل له الطاقة من المجال الكهربائي .

قياس المجال الكهربائي :

٭ شحنة الاختبار : هي شحنة صغيرة موجبة تستخدم لاختبار المجال الكهربائي .

٭ علل . تكون شحنة الإختبار صغيرة و موجبة ؟

حتى لا تؤثر عل الشحنات الأخرى .

شدة المجال الكهربائي E  : هو مقدار القوة الكهربائية المؤثرة في شحنة اختبار مقسوما على مقدار تلك الشحنة .

E= F/q

اتجاه المجال الكهربائي :

٭ في نفس اتجاه القوة بالنسبة للشحنة الموجبة .

٭ في عكس اتجاه القوة بالنسبة للشحنة السالبة .

سؤال : شحنة كهربائية سالبة مقدارها -5×〖10〗^(-6)C  وضعت في مجال كهربائي فتأثرت بقوة إلى اليمين مقدارها 2×〖10〗^(-3) N  احسب شدة المجال الكهربائي و اتجاهه .

شدة المجال الكهربائي عند نقطة تبعد rm  عن الشحنة :

E= kq/r^2

سؤال : ما شدة المجال الكهربائي عند نقطة تبعد 0.3m عن يمين كرة صغيرة مشحونة بشحنة مقدارها  -4×〖10〗^(-6) C  .

سؤال : وضعت شحنة موجبة مقدارها 3.0×〖10〗^(-7) C في مجال كهربائي شدته  27 N/c   يتجه على الجنوب . فما مقدار القوة المؤثرة في الشحنة ؟

سؤال : إذا كانت شدة المجال الكهربائي الناشئ على بعد 0.25m من كرة صغيرة مشحونة هو 450 N/C و يتجه نحو الكرة . فما مقدار و نوع شحنة الكرة ؟

خط المجال الكهربائي : هو خط يمثل المجال الكهربائي في الفراغ أو الوسط المحيط بالشحنة .

خواص خطوط المجال الكهربائي :

1- خطوط وهمية تخرج من الشحنة الموجبة و تدخل إلى الشحنة السالبة .

2- لا تتقاطع .     3- تتناسب كثافة هذه الخطوط مع شدة المجال الكهربائي و مقدار الشحنة طردياً .

اتجاه المجال الكهربائي : هو اتجاه المماس لخط المجال عن نقطة معينة 

مولد فاندي جراف : جهاز يستخدم لتوليد الكهرباء الساكنة  ذات الفولتية العالية .

سؤال : في الشكل المرفق كرتان مشحونتان

1 /الكرة A شحنتها ...... و الكرة Bشحنتها .......

2/ مقدار الشحنة على كرة A ...... من مقدار الشحنة على كرة B.

3/ لو وضعنا إلكترونا بين الشحنتين فإنه يتحرك نحو الكرة .........

فرق الجهد الكهربائي

طاقة الوضع الكهربائية : هي الطاقة المختزنة في الشحنة بسبب بذل شغل عليها .

فرق الجهد الكهربائي ∆v : هو النسبة بين الشغل المبذول لتحريك شحنة و مقدار تلك الشحنة .

∆V= w/q

يقاس فرق الجهد بالفولت V  و يعبر عنه بــ J/C... و الشغل بالجول J

٭ لقياس فرق الجهد الكهربائي نستخدم جهاز الفولتميتر .

٭التغير في في فرق الجهد الكهربائي :

- يزداد فرق الجهد الكهربائي عند تقريب شحنتين مختلفتين او إبعاد شحنتين مختلفتين .

- يقل فرق الجهد الكهربائي عند إبعاد شحنتين مختلفتين أو تقريب شحنتين مختلفتين .

تساوي الجهد الكهربائي : يتساوى الجهد الكهربائي بين نقطتين أو اكثر عندما يكون فرق الجهد بينهما صفراً .

٭ علل . حركة شحنة في مسار دائري يكون فرق الجهد فيها صفراً ؟

  لأن القوة تكون عمودية على الإزاحة فلا يبذل شغل . و يتساوى الجهد في المسار الدائري .

سؤال : يتحرك الكترون في أشعة تلفاز تحت تأثير فرق جهد قدره  18000V احسب الشغل المبذول .

سؤال : ما الشغل المبذول لنقل شحنة مقدارها 3C خلال فرق جهد قدرة 1.5V ؟

سؤال : إذا كان مقدار شحنة اختبار 6×〖10〗^(-6) C و وضعت في مجال كهربائي شدته 50N/C احسب مقدار القوة المؤثرة في الشحنة .

سؤال : تتسارع إلكترونات في انبوب الأشعة المهبطية في تلفاز نتيجة مجال كهربائي مقداره 1×〖10〗^5 N/C  احسب

(#) القوة المؤثرة في الالكترون الواحد .

(#) تسارع الإلكترون علماً أن   me=9.11×〖10〗^(-31)

سؤال : اوجد شدة المجال الكهربائي على بعد  20cm من شحنة نقطية مقدارها 8×〖10〗^(-7) C .

تطبيقات المجالات الكهربائية

المجال المنتظم : هو مجال ثابت الشدة و الاتجاه 

∆V=E×d

فرقة الجهد الكهربائي = شدة المجال الكهربائي × الإزاحة

- تجربة قطرة الزيت لميليكان :

استخدمت لقياس شحنة الإلكترون .

q= (fg×d)/∆V

حيث fg هو وزن قطرة الزيت .

وجد ميليكان ان شحنة قطرة الزيت هي مضاعفات صحيحة لشحنة الإلكترون .

٭ علل . الشحنة مكماة ؟

لأنها مضاعفات صحيحة لشحنة الإلكترون .

سؤال : إذا كانت شدة المجال بين لوحين مشحونين و متوازيين 6000N/C و كانت المسافة بينهما 10.5m احسب فرق الجهد .

في تجربة قطرة الزيت لمليكان وجد أن وزن القطرة كان 2.4×〖10〗^(-14) N

و المسافة بين اللوحين 12cm و عندما اصبح فرق الجهد 450V توقفت القطرة . احسب شحنتها .. و كم عدد الإلكترونات عليها ؟

 

توزيع الشحنات الكهربائية

٭تتوزع الشحنات على الموصل المشحون بحيث تبقى القوة المؤثرة على الشحنة مساوية لصفر .

٭تنتقل الشحنات الكهربائية من الجهد المرتفع إلى الجهد المنخفض.

        علل . يكون سطح الموصل المشحون متساوي الجهد ؟

لان الشحنات تنتقل من الجهد المرتفع إلى الجهد المنخفض حتى يتساوى الجهد .

المجالات الكهربائية بالقرب من الموصلات .

٭ تتجمع الشحنات الكهربائية على السطح الخارجي للموصل الأجوف

٭ علل . يبقى ركاب السيارة داخلها محميين من المجالات الكهربائية أثناء البرق ؟

-. لأن الشحنات تتوزع على السطح الخارجي فقط .

٭ تتجمع الشحنات الكهربائية على الأسطح المدببة فيزداد عندها المجالات الكهربائية  مثل مانعة الصواعق .

تخزين الشحنات الكهربائية

المكثف الكهربائي : هو جهاز يستخدم لتخزين الشحنات الكهربائية .

السعة الكهربائية : هي النسبة بين الشحنة الكهربائية و فرق الجهد .

C= q/∆V

تقاس السعة الكهربائية بوحدة C/V  و هي تكافئ الفاراد F

سؤال : احسب السعة الكهربائية لمكثف شحنته 5µC و جهده 200V .

 

سؤال : احسب الشغل المبذول لنقل إلكترون بين لوحين من اللوح الموجب إلى اللوح السالب علماً أن المسافة بين هذين اللوحين 3mm و شدة المجال 4500N/C .

سؤال : قطرة من الزيت تكون عليها 20 الكتروناً و كان وزنها 5×〖10〗^(-12) N  احسب فرق الجهد اللازم لإيقافها بين اللوحين حيث المسافة بينهما 4mm  .