מטען חשמלי וכוח חשמלי
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| electric force/ɪˈlektrɪk fɔːs/ | כוח חשמלי |
| electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ | מטען חשמלי |
| coulombs/ˈkuːlɒmz/ | קולון |
| quantised/ˈkwɒntaɪzd/ | כמותי |
| Coulomb's law/ˈkuːlɒmz lɔː/ | חוק קולון |
| inverse-square law/ɪnˈvɜːs skweə lɔː/ | חוק הפוך-ריבועי |
| superposition/ˌsuːpəpəˈzɪʃn/ | היתכבות |
מדוע בלון ששוחק נדבק לקיר?
- לשחק בלון על השיער שלך והוא יידבק לקיר — משיכה בלתי נראית.
- משיכה זו היא הכוח החשמלי, אחד מארבעת הכוחות היסודיים.
- הוא פועל בין כל האובייקטים שנושאים מטען חשמלי.
- יחידה זו כולה בנויה על חוק פשוט אחד לכוח זה.
שני סוגי מטען
- המטען קיים בשני סוגים: חיובי ושלילי.
- מטענים זהים דוחים זה את זה; מטענים מנוגדים נמשכים זה אל זה.
- מטען נמדד בקולונים (C); המטען החופשי הקטן ביותר הוא של האלקטרון, $e = 1.6\times10^{-19}$ C.
- המטען כמותי (מספר שלם של $e$) ושמור — לעולם אינו נוצר או נשחק.
שני מטענים שליליים מקורבים זה לזה. הם:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מטענים דומים דוחים זה את זה — שני מטענים שליליים דוחקים זה את זה הרחק.
מטען חשמלי נמדד ביחידה הנקראת ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מטען נמדד בקולונים (C).
חוק קולון
- הכוח בין שני מטעני נקודתיים כפוף לחוק קולון.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$, עם $k = 8.99\times10^9\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$.
- הכוח פועל לאורך הקו המחבר בין שני המטענים.
- מטענים גדולים יותר גורמים לכוח גדול יותר; הפרשה גדולה יותר גורמת לכוח חלש יותר.
שני מטענים $+3\ \mu\text{C}$ נמצאים במרחק $2\ \text{m}$. מצאו את הכוח (בניוטון). השתמשו ב-$k = 9\times10^9$.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$F = \dfrac{(9\times10^9)(3\times10^{-6})^2}{2^2} = \dfrac{9\times10^9 \cdot 9\times10^{-12}}{4} \approx 0.02\ \text{N}$.
הכפלתם אחד מהמטענים. הכוח ביניהם:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$F \propto q_1 q_2$, ולכן הכפלת מטען אחד מגדילה את הכוח פי שניים.
חוק הריבוע ההפוך
- ה-$r^2$ בתחתית הופך זאת לחוק מרובע הפוך.
- אם מכפילים את המרחק, הכוח יורד לרביעי.
- אם מכפילים את המרחק פי שלושה, הכוח יורד לתשיעי.
- אותו צורה $1/r^2$ בדיוק חוזרת מאוחר יותר בתורת הכבידה.
חוק קולון
הכוח בין שתי מטענים יורד עם הריבוע של המרחק ביניהם (חוק הריבוע ההפוך).
אם מכפילים בשלושה את המרחק בין שני מטענים, הכוח יורד לשמינית.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הכוח משתנה לפי $1/r^2$, ולכן מרחק של $\times 3$ גורם לכוח של $\div 9$.
מטענים רבים מתווספים כווקטורים
- עם מספר מטענים, מצאים את הכוח מכל אחד מהם בנפרד.
- לאחר מכן מחברים את הכוחות הללו כ-ווקטורים — עקרון ה-סופרפוזיציה.
- $\vec F_{\text{net}} = \sum \vec F_i$, מחוברים קצה לקצה.
- הדבר מאפשר לנו לבנות את הכוח מכל סידור של מטענים.
בחרו את כל האמיתות לגבי כוח חשמלי.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
חוק קולון הוא ריבוע הפוך, לאורך הקו המחבר, ומשלב. הוא מושך או דוחה.
שני $+2\ \mu\text{C}$ מטענים ניצבים $3\ \text{cm}$ זה מזה. מצאו את הכוח ביניהם.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2} = \dfrac{(8.99\times10^9)(2\times10^{-6})^2}{(0.03)^2}$.
- $F \approx 40\ \text{N}$, והוא דוחה משום ששתי הטענות חיוביות.
הכנס את גודלי הטענות ל$F = k q_1 q_2 / r^2$, ולאחר מכן קבע את הכיוון בנפרד: דחייה עבור סימנים זהים, משיכה עבור סימנים נגדיים. אל תתן למינוס זורם מטענה שלילית להפוך את חץ הכוח שלך לכיוון השגוי.
כוח חשמלי בין שני מטענים נקודתיים עומד בחוק קולון $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$ — חוק ריבוע ההופכי. מטענים זהים דוחים זה את זה, מטענים נגדיים נמשכים זה אל זה, וכוחות ממטענים רבים מתחברים כווקטורים (עיקרון הסופרפוזיציה).