إعادة توزيع الشحنة بين الموصلات
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| grounding/ˈɡraʊndɪŋ/ | التأريض |
| surface charge density/ˈsɜːfɪs tʃɑːdʒ ˈdensɪti/ | كثافة الشحنة السطحية |
صل كرة كبيرة بكرة صغيرة — من يحصل على شحنة أكثر؟
- صِل موصلين مشحونين بسلك وتتدفق الشحنة فجأة.
- تستمر التدفق حتى تتساوى بينهما خاصية ما.
- تلك الخاصية هي الجهد، وليست الشحنة — نقطة دقيقة لكنها جوهرية.
- إذا فهمت这一点 بشكل صحيح، ستفهم التأريض، المشاركة، وأبراق الصواعق.
ينتهيان عند نفس الجهد
- تتدفق الشحنة من الجهد العالي إلى المنخفض، تماماً كالماء الذي يبحث عن مستواه.
- تتوقف عندما يستقر كلا الموصلين عند نفس $V$.
- في تلك اللحظة لم يعد هناك فرق جهد لدفع الشحنة.
- تساوي الجهد — وليس تساوي الشحنة — هو الحالة النهائية.
عند توصيل موصلين، تتدفق الشحنة حتى يصبح لهما:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الشحنة تتدفق حتى يتساوى الجهد — لا يبقى دفع.
الموصلات الأكبر تحتفظ بشحنة أكثر
- بالنسبة للكرة، $V = \dfrac{kQ}{R}$، لذا فإن تساوي $V$ يعني $Q \propto R$.
- تنتهي الكرة الكبيرة بحصة أكبر من الشحنة.
- مضاعفة نصف القطر تعني احتفاظها ضعف الشحنة عند نفس الجهد.
- الحجم يحدد مقدار الشحنة التي يمكن للموصل حملها لكل فولت.
عند تساوي الجهد، الكرية الأكبر تحمل شحنة أكثر ($Q \propto R$).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$V = kQ/R$ متساوي يعني $Q \propto R$ — الأكبر يحمل المزيد.
كرة نصف قطرها $3R$ تشترك في الشحنة مع كرة نصف قطرها $R$. كم مرة تحمل الكرة الكبيرة شحنة الكرة الصغيرة؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q \propto R$، لذا الكرة $3R$ تحمل $3\times$ الشحنة.
لكن الصغيرة تحتوي على كثافة شحنة أعلى
- كثافة الشحنة السطحية هي $\sigma \propto \dfrac{1}{R}$ — أعلى على الكرة الأصغر.
- لذا يكون المجال السطحي أقوى على الموصل الصغير الحاد.
- هذا هو تأثير برق الصواعق مرة أخرى: نقاط حادة $=$ كثافة $=$ مجال قوي.
- شحنة كلية كبيرة وكثافة عالية تعيش على موصلات مختلفة.
مشاركة الشحنة بين الموصلات
عند توصيل موصلين، تتدفق الشحنة حتى يصلوا إلى نفس الجهد.
أي موصل لديه كثافة شحنة سطحية أعلى؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\sigma \propto 1/R$، لذا الموصل الأصغر أكثر كثافة.
حدد كل العبارات الصحيحة حول الموصلات المتصلة.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
جهد متساوي، $Q \propto R$، $\sigma \propto 1/R$. التقسيم حسب الحجم، وليس 50/50.
التأريض هو المشاركة مع الأرض
- التأريض يربط الموصل بالأرض العظيمة.
- الأرض ضخمة لدرجة أنها تحتفظ بأي شحنة عند جهد تقريبي $V = 0$.
- تتدفق الشحنة حتى يصل الموصل أيضاً إلى $V = 0$.
- هكذا "تفرغ" عملية الشحن بالتح induction الإشارة غير المرغوب فيها.
التأريض يربط الموصل بالأرض، يسحبه لجهد ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الأرض تستوعب أي شحنة عند $V = 0$.
كرة نصف قطرها $2R$ متصلة بأخرى نصف قطرها $R$، تتشارك الشحنة.
- تساوي الجهد: $Q \propto R$، لذا تحمل الكرة الكبيرة ضعف الشحنة.
- لكن $\sigma \propto 1/R$، لذا تمتلك الكرة الصغيرة كثافة سطحية أعلى.
الموصلات المتصلة تتشارك لتساوي الجهد، وليس تساوي الشحنة. لا تقسم الشحنة 50/50 — قسمها متناسباً مع الحجم ($Q \propto R$ للكرات)، وتذكر أن الكثافة تسير في الاتجاه العكسي ($\sigma \propto 1/R$).
الموصلات المتصلة تتبادل الشحنة حتى تصل إلى نفس الجهد. للكرات، $Q \propto R$ (الأكبر تحمل المزيد)، بينما الكثافة السطحية $\sigma \propto 1/R$ (الأصغر أكثر كثافة). التأريض يتشارك مع الأرض، ويجعل الموصل يصل إلى $V = 0$.