الشحنة الكهربائية والقوة الكهربائية
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| electric force/ɪˈlektrɪk fɔːs/ | القوة الكهربائية |
| electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ | الشحنة الكهربائية |
| coulombs/ˈkuːlɒmz/ | كولوم |
| quantised/ˈkwɒntaɪzd/ | كمّي |
| Coulomb's law/ˈkuːlɒmz lɔː/ | قانون كولوم |
| inverse-square law/ɪnˈvɜːs skweə lɔː/ | قانون العكس تربيعي |
| superposition/ˌsuːpəpəˈzɪʃn/ | التراكب |
لماذا يلتصق بالون ممسوح بالجدار؟
- امسح بالوناً على شعرك فيلتصق بالجدار — قوة جذب غير مرئية.
- هذه القوة هي القوة الكهربائية، إحدى القوى الأساسية الأربع.
- تعمل بين أي أجسام تحمل شحنة كهربائية.
- يُبنى هذا الوحدة الكاملة على قانون بسيط واحد لهذه القوة.
نوعان من الشحنات
- الشحنة تأتي بنوعين: موجبة وسالبة.
- الشحنات المتشابهة تتنافر؛ والشحنات المختلفة تتجاذب.
- تُقاس الشحنة بـالكولوم (C)؛ وأصغر شحنة حرة هي شحنة الإلكترون، وهي $e = 1.6\times10^{-19}$ C.
- الشحنة كمومية (عدد صحيح من $e$) ومحفوظة — لا تُخلق ولا تُفنى.
تم تقريب شحنتين سلبيتين من بعضهما البعض. إنه:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الشحنات المتشابهة تتنافر — شحنتان سالبتان تدفعان بعضهما بعيدًا.
يُقاس الشحنة الكهربائية بوحدة تسمى ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
تُقاس الشحنة بالكولوم (C).
قانون كولوم
- القوة بين شحنتين نقطيتين تخضع لـقانون كولوم.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$، مع $k = 8.99\times10^9\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$.
- القوة تتجه على طول الخط الواصل بين الشحنتين.
- كلما زادت الشحنة زادت القوة؛ وكلما زاد التباعد ضعفت القوة.
شحنتان $+3\ \mu\text{C}$ تبعدان عن بعضهما مسافة $2\ \text{m}$. أوجد القوة (بالنيوتن). استخدم $k = 9\times10^9$.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$F = \dfrac{(9\times10^9)(3\times10^{-6})^2}{2^2} = \dfrac{9\times10^9 \cdot 9\times10^{-12}}{4} \approx 0.02\ \text{N}$.
ضاعفت إحدى الشحنتين. القوة بينهما:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$F \propto q_1 q_2$، لذا مضاعفة إحدى الشحنتين تضاعف القوة.
قانون العكس التربيعي
- الـ $r^2$ في المقام يجعل هذا قانون التربيع العكسي.
- مضاعفة المسافة تقلل القوة إلى ربعها.
- مضاعفة المسافة ثلاثة أضعاف تقللها إلى تسعها.
- نفس شكل $1/r^2$ تماماً يعود لاحقاً في الجاذبية.
قانون كولوم
تتناقص القوة بين شحنتين مع مربع المسافة بينهما (قانون التربيع العكسي).
إذا مضّعت المسافة بين شحنتين، تنخفض القوة إلى واحد تسع.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
القوة تتناسب مع $1/r^2$، لذا فإن مضاعفة $\times 3$ تعطي قوة $\div 9$.
جمع الشحنات المتعددة كمتجهات
- مع وجود عدة شحنات، احسب القوة الناتجة عن كل شحنة على حدة.
- ثم اجمع تلك القوى كـ متجهات — مبدأ التراكب.
- $\vec F_{\text{net}} = \sum \vec F_i$، تُضاف طرفاً لطرف.
- هذا يسمح لنا ببناء القوة من أي توزيع للشحنات.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول القوة الكهربائية.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
قانون كولوم تربيع عكسي، على خط الوصل، ويخضع للتراكب. يجذب أو ينافر.
شحنتان $+2\ \mu\text{C}$ تبعدان مسافة $3\ \text{cm}$ عن بعضهما. أوجد القوة بينهما.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2} = \dfrac{(8.99\times10^9)(2\times10^{-6})^2}{(0.03)^2}$.
- $F \approx 40\ \text{N}$، وهي تنافرية لأن كلتا الشحنتين موجبتان.
أدخل مقدار شحنة كل من الشحنتين في $F = k q_1 q_2 / r^2$، ثم حدد الاتجاه بشكل منفصل: تنافر للإشارات المتشابهة، تجاذب للإشارات المختلفة. لا تدع إشارة السالب الزائدة من شحنة سالبة تعكس اتجاه سهم القوة الخاطئ.
القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين تخضع لـ قانون كولوم $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$ — وهو قانون التربيع العكسي. الشحنات المتشابهة تتنافر، والشحنات المختلفة تتجاذب، وقوى العديد من الشحنات تُجمع كمتجهات (التراكب).