الشحنة الكهربائية والقوة الكهربائية
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| charge/tʃɑːdʒ/ | الشحنة الكهربائية |
| Coulomb's law/ˈkuːlɒmz lɔː/ | قانون كولوم |
| coulomb/ˈkuːlɒm/ | كولوم |
افرك بالونًا على شعرك — الآن يلتصق بالجدار
- افرك بالونًا على شعرك فيلتصق بجدار، متجاهلاً الجاذبية.
- نقلت عملية الفرك شحنةً غير مرئية من سطح إلى آخر.
- تأتي الشحنات بنوعين، وتتنافر وتتجاذب دون أن تلمس أبدًا.
- القاعدة التي تحكم هذا التنافر والتجاذب هي قانون كولوم.
نوعان من الشحنات
- توجد شحنات موجبة وسالبة (البروتونات +، والإلكترونات −).
- الشحنات المتماثلة تتنافر؛ والشحنات المختلفة تتجاذب — هذه هي القاعدة الأساسية.
- تقاس الشحنة بـ كولوم ($\text{C}$)؛ وشحنة الإلكترون ضئيلة جدًا.
- يكون الجسم مشحونًا عندما يحتوي على أعداد غير متساوية من البروتونات والإلكترونات.
شحنتان سالبتان موضعتان بالقرب من بعضهما البعض. ستفعلان:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الشحنات المتشابهة تتنافر — شحنتان سالبتان تدفعان بعضهما بعيدًا.
يُقاس الشحنة الكهربائي بـ ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
يُقاس الشحنة بالكولوم ($\text{C}$).
شحنة موجبة وشحنة سالبة ستفعلان:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الشحنات المتعاكسة تتجاذب.
قانون كولوم
- القوة بين شحنتين نقطيتين تُعطى بـ $F = \dfrac{k q_1 q_2}{r^2}$.
- تزداد مع كل شحنة وتتناقص مع مربع المسافة العكسي.
- مضاعفة المسافة تجعل القوة تنخفض إلى ربعها — تمامًا مثل الجاذبية.
- $k$ هو ثابت كولوم؛ والاتجاه على طول الخط الواصل بين الشحنتين.
مجال الشحنة
غيّر الشحنة وانظر المجال الكهربائي الذي تنشئه حول نفسها.
تم تقريب شحنتين من $2\ \text{m}$ إلى $1\ \text{m}$. بمقدار أي عامل تزداد القوة؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
تقريب $r$ إلى النصف يضاعف $1/r^2$ بـ $4$ — القوة تصبح أربعة أضعاف.
حدد جميع التغيرات التي تزيد القوة الكهربائية بين شحنتين.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
يُكبر $F = kq_1q_2/r^2$ مع زيادة أي شحنة وقرب المسافة. تباعد المسافة يضعفه.
تماماً مثل الجاذبية، لكن أقوى
- قانون كولوم له نفس الشكل العكسي المربعي للجاذبية.
- لكن القوة الكهربائية أقوى بكثير ويمكنها التنافر بالإضافة إلى التجاذب.
- الجاذبية تسحب دائمًا؛ والقوة الكهربائية تقوم بالكلاهما اعتمادًا على الإشارات.
- ولهذا السبب تخضع الكيمياء والإلكترونيات لقوى كهربائية وليس جاذبية.
مثل الجاذبية، تتبع القوة الكهربائية قانون العكس تربيعي مع المسافة.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
كلا من $F = kq_1q_2/r^2$ والجاذبية يتبع $1/r^2$؛ ولكن القوة الكهربائية يمكن أن تكون تنافرية أيضًا.
قانون كولوم عكسي مربعي ($1/r^2$)، وليس $1/r$. مضاعفة الفصل تجعل القوة ربعها، لا نصفها. وتذكر أن القوة يمكن أن تكون دفعًا أو سحبًا اعتمادًا على ما إذا كانت الشحنات متماثلة أم مختلفة.
تم نقل شحنتين من مسافة $2\ \text{m}$ إلى مسافة $1\ \text{m}$. كيف تتغير القوة؟
- نصف $r$ يضرب $\dfrac{1}{r^2}$ في $4$.
- تصبح القوة أربعة أضعاف قوتها السابقة.
يوجد نوعان من الشحنة (+ و −): المتماثلة تتنافر، والمختلفة تتجاذب. يعطينا قانون كولوم القوة، $F = \dfrac{kq_1q_2}{r^2}$ — وهي قاعدة عكسية مربعية مثل الجاذبية، لكنها أقوى بكثير وتستطيع التجاذب والتنافر.