D.2 · المجالات الكهربائية والمغناطيسية

تغطي هذه الورقة موضوعات مختارة من المستوى العادي للمادة الأولى التي تم تقييمها في 2025؛ وهي لا تمثل المنهج الكامل.

المؤهلات السابقة: قراءة الكميات والوحدات المحددة، واستخدام العمليات الحسابية وشروط النموذج أدناه.

الأمثلة أصيلة ومخترعة: فهي ليست قياسات حقيقية أو تحقيقات طلابية فعلية.

ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟

• الجسيم المشحون سالبًا يتعرض لقوة كهربائية معاكسة لاتجاه المجال. يُعرّف اتجاه المجال باستخدام شحنة اختبار موجبة.

بنِ النموذج

• شدة المجال الكهربائي هي القوة لكل وحدة شحنة اختبار موجبة.
• الشحنات المتماثلة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب.
• خطوط المجال تتجه بعيداً عن الشحنات الموجبة نحو الشحنات السالبة.
• الخطوط المتقاربة تمثل مجالاً أقوى ضمن رسم متسق.
• شدة المجال الكهربائي: القوة الكهربائية لكل وحدة شحنة اختبار موجبة.
• شحنة الاختبار: شحنة صغيرة تُستخدم لاستكشاف المجال الكهربائي.

اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج

• في مجال منتظم بين صفيحيتين متوازيتين مثاليّتين، E = V/d خارج تأثير الحواف.
• القوة هي F = qE، لذا يعكس اتجاهها للشحنة السالبة.
• قوة كولوم بين شحنات نقطية مثالية تتناقص مع مربع المسافة الفاصلة.

في المختبر: ارسم قطبي الصفيحات وموجهات المجال والشحنة قبل الحساب. حول المسافة إلى أمتار. في المدرسة، استخدم المحاكاة أو نماذج الكهروستاتيكا منخفضة الجهد المعتمدة بدلاً من معدات الجهد العالي المكشوفة.

اعمل من الكميات المعروفة

• معلوم: فرق جهد الصفيحة هو 120 V والمسافة هي 0.020 m.
• E = V/d = 6,000 V/m.
• شحنة +2.0 ميكروكولوم تتعرض لقوة F = qE = 0.012 N على طول المجال؛ وشحنة −2.0 ميكروكولوم تتعرض لنفس المقدار في الاتجاه المعاكس.

دورك الآن: استخدم E = V/d. أوجد E لـ 100 V عبر 0.025 m.

تحقق من الاستنتاج وحدوده

• شدة المجال كمية متجهة.
• فرق الجهد هو الطاقة لكل شحنة وليس نفس الكمية.
• رسم خطوط المجال نموذج وليس خيوطاً مادية.

غير صحيح: كل جسيم مشحون يتعرض لقوة على طول اتجاه المجال الكهربائي. اتجاه المجال مُعرّف بالقوة المؤثرة على شحنة POSITIVE. الجسيم السالب يشعر بقوة معاكسة للمجال، لذا لا يمثل اتجاه المجال قوة كل جسيم.

المفتاح:

• شدة المجال الكهربائي هي القوة لكل وحدة شحنة اختبار موجبة.
• في مجال منتظم بين صفيحيتين متوازيتين مثاليّتين، E = V/d خارج تأثير الحواف.
• انتبه: شدة المجال كمية متجهة.

اكتب من مجال مقداره 3000 فولت في المتر

• فرق جهد قدره 60 V موجود عبر مسافة 0.020 m.
• أوجد شدة المجال الكهربائي. الشحنة السالبة تشعر بقوة في الاتجاه المعاكس.

اكتب من كسب طاقة مقداره 3.2 × ١٠⁻17 جول

• بروتون (شحنة 1.6 × 10⁻¹⁹ C) يتسارع عبر 200 V.
• الطاقة = qV = 3.2 × 10⁻¹⁷ J = 200 eV — الفولت هو طاقة لكل وحدة شحنة، لذا فإن فرق جهد 200 V يمنح بروتونًا طاقة مقدارها 200 eV بالضبط.

اكتب من مسار عمل صفري

• شحنة تتحرك على سطح مساوٍ للجهد.
• ΔV = 0، لذا فإن التغير في الطاقة qΔV = 0 — لا يقوم المجال بأي عمل؛ الحركة العمودية على خطوط المجال لا تغير شيئًا.

اكتب من زوج قوى في مجال واحد

• بين صفيحتين بهما E = 6,000 V لكل متر، توجد شحنات +2.0 و −2.0 ميكروكولوم على التوالي.
• كل منهما يتعرض لقوة 0.012 N — نفس الحجم، عكس الاتجاه: المجال يؤثر على الشحنة، ولا يعمل من أجلها.

اكتب من مجال بين صفيحتين

• صفيحتان متوازيتان 0.040 m بينهما تحملان فرق جهد مقداره 160 V.
• E = V ÷ d = 4,000 V لكل متر، منتظم بين الصفيحتين — وهو المجال الذي تشعر به الشحنة في جميع أنحاء الفراغ.