بسم
الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
ملخص درس تطبيقات المجالات
الكهربائية – المجالات الكهربائية
نبدأ على بركة الله
-
طاقة الوضع الكهربائية : طاقة مختزنة
في الشحنة عند بذل شعل عليها ..
+
لإبعادها عن شحنة مخالفة لها .
+
لتقريبها من شحنة مماثلة لها .
-
وحدة
قياس طاقة الوضع الكهربائية هي
الجول "J"
.
-
تزداد طاقة الوضع الكهربائية المختزنة في الشحنة عند :
+ زيادة
مقدار الشحنة .
+ تحريك
الشحنة في اتجاه معاكس لاتجاه القوة .
-
فرق الجهد الكهربائي "الجهد الكهربائي أو الفولتية " :
التغير في طاقة الوضع الكهربائية لكل وحدة شحنة داخل مجال كهربائي .
-
نستخدم القانون التالي لإيجاد فرق الجهد :
-
فرق
الجهد الكهربائي بين نقطتين يعتمد على موقع
النقطتين فقط ولا يعتمد على المسار الذي يسلك
للحركة من غحدى النقطتين إلى الآخر .
-
الفولتمتر : جهاز يستخدم لقياس فرق الجهد
الكهربائي بين نقطتين .
-
سطح تساوي الجهد : موضعان أو أكثر داخل المجال
الكهربائي يكون فرق الجهد الكهربائي بينهما صفرا .
مثال
على سطح تساوي الجهد : المسار الدائري حول الشحنة .
-
فرق
الجهد بين أي نقطتين على المسار الدائري حول
الشحنة يساوي صفرا .
-
علل : لا يبذل شغلا في تحريك شحنة الاختبار في مسار دائري حول الشحنة .
لأن القوة التي
يؤثر بها المجال في شحنة الاختبار دئما عمودية على اتجاه حركتها .
-
التغير في فرق الجهد الكهربائي :
+
إشارته موجبة :
· عند إبعاد شحنة الاختبار الموجبة عن شحنة سالبة .
· عند تقريب شحنة الاختبار الموجبة من شحنة موجبة .
+ إشارته سالبة :
· عند تقريب شحنة الاختبار الموجبة من شحنة سالبة .
· عند إبعاد شحنة الاختبار الموجبة عن شحنة موجبة .
- العوامل
التي يعتمد عليها التغير في فرق الجهد :
+
المجال الكهربائي .
+ الإزاحة بين النقطتين .
-
ملاحظة مهمة : التغير في فرق الجهد لا يعتمد على
مقدار شحنة الاختبار .
-
ازدياد فرق الجهد الكهربائي :
+ فرق
الجهد الكهربائي يزداد عند إبعاد الشحنات المختلفة بعضها عن بعض .
+ فرق
الجهد الكهربائي يزداد عند تقريب الشحنات المتماثلة بعضها على بعض .
-
نقصان فرق الجهد
الكهربائي :
+ فرق الجهد الكهربائي ينقص عند تقريب الشحنات
المختلفة بعضها على بعض .
+ فرق
الجهد الكهربائي ينقص عند إبعاد الشحنات المتماثلة بعضها عن بعض .
-
المجال الكهربائي المنتظم : المجال
الثابت في المقدار والاتجاه عند النقاط جميعها ما عدا النقاط عند حواف اللوحين .
مثاله
: المجال بين لوحبن فلزيين مستويين أحدهما موجب الشحنة والآخر سالب
الشحنة .
-
شكل خطوط المجال الكهربائي المنتظم : متوازية
والمسافة بينها متساوية .
-
اتجاه المجال الكهربائي المنتظم : من
اللوح الموجب إلى اللوح السالب .
-
فرق الجهد الكهربائي في مجال كهربائي منتظم
: حاصل ضرب شدة المجال الكهربائي المنتظم في المسافة التي تحركتها
الشحنة .
-
الجهد
الكهربائي بالقرب من اللوح الموجب أكبر منه بالقرب من اللوح
السالب .
-
الجهد
الكهربائي يزداد كلما تحركنا في اتجاه معاكس لاتجاه
المجال الكهربائي .
-
تجربة قطرة الزيت :" تطبيق على المجال
الكهربائي المنتظم "
+
الهدف منها : قياس شحنة الإلكترون .
+ أول من اجراها : الفيزيائي
الأمريكي روبرت مليكان .
+
حساب شحنة قطرة زيت :
· نرش بالمرذاذ قطرة زيت دقيقة في الهواء فتشحن
بسبب الاحتكاك أثناء رشها .
· نترك القطرات تسقط إلى الأسفل بتأثير قوة
الجاذبية الأرضية فيدخل بعضها في الفتحة الموجودة في اللوح العلوي داخل الجهاز .
· نطبق فرق جهد كهربائي بين اللوحين ليؤثر المجال
الكهربائي الناشئ بين اللوحين بقوة في القطرات المشحونة بشحنة سالبة إلى أعلى .
· نضبط فرق الجهد لمعرفة مقدار المجال الكهربائي
اللازم لتعليق قطرات زيت مشحونة في الهواء بين اللوحين " وزن القطرة إلى أسفل
يساوي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة في القطرة على أعلى " .
· نوقف المجال الكهربائي بين اللوحين فتسقط قطرة
الزيت تحت تاثير وزنها إلى اسفل ومقاومة الهواء إلى أعلى وبقياس سرعتها الحدية
يمكننا حساب وزن القطرة .
· نحسب شحنة القطرة بمعرفة وزن القطرة ومقدار
المجال الكهربائي المؤثر .
+ ملاحظات مليكان :
· قطرات الزيت ذات شحنات مختلفة .
· التغير في شحنة قطرات الزيت دائما من مضاعفات
الرقم 1.6x10-19
C .
+ استنتاج
مليكان : أقل تغير في الشحنة يساوي 1.6x10-19 C
ويساوي شحنة الإلكترون .
+الشحنة المكماة : شحنة أي جسم هي فقط مضاعفات صحيحة
لشحنة الإلكترون .
حيث أن n هو
عدد الالكترونات ، وq
شحنة قطرة الزيت ، e
شحنة الإلكترون .
- مبدأ توزيع الشحنة : الشحنات
تتوزع بين الاجسام المتلامسة بنسبة مساحتها السطحية بحيث تكون القوة المحصلة
المؤثرة في كل شحنة صفرا .
- أي نظام يؤول إلى الاتزان عندما تصبح طاقته أقل ما يمكن .
- انتقال الشحنات بين الأجسام
المتلامسة :
+ الشحنات تنتقل تلقائيا من الكرة ذات الجهد
المرتفع إلى الكرة ذات الجهد المنخفض .
+ عند الاتزان ، ينعدم فرق الجهد بين الكرتين و
يتوقف انتقال الشحنات بينهما .
- ملامسة كرة موجبة لأخرى متعادلة
لها الحجم نفسه :
+ الكرة الموجبة ذات جهد المرتفع والكرة المتعادلة
ذات جهد منخفض .
+ عند التلامس ، تتوزع الشحنات على الكرتين
بالتساوي .
-
تلامس كرتان مشحونتان
ومختلفتان في الحجم :
+ عدد
الشحنات على الكرتين نفسه لذلك جهد الكرة الضغيرة أعلى من جهد الكرة الكبيرة .
+ عند
التلامس ، القوة المحصلة تنقل الشحنات من الكرة الصغيرة إلى الكرة الكبيرة .
+ عند
الاتزان ، شحنة الكرة الكبيرة أكبر من شحنة الكرة الصغيرة .
- تأريض الأجسام : وصل
الأجسام بالأرض للتخلص من الشحنة الفائضة .
- تأريض الجسم يجعل فرق الجهد بينه وبين الأرض صفرا .
- تأريض صهريج النفط :
+ تشحن صهاريج النفط عن طريق الاحتكاك .
+ انتقال الشحنات الزائدة إلى الأرض من خلال بخار
البنزين يحدث انفجارا .
+ لمنع اشتعال بخار البنزين يتم تفريغ الشحنات
بطريقة آمنة عن طريق تاريض الصهريج .
- تأريض جهاز الحاسوب :
+ يتولد فرق الجهد بين الحاسوب والأرض .
+ إذا لامس شخص الحاسوب فستتدفق الشحنات من
الحاسوب إلى الشخص ويؤدي ذلك إلى تلف الجهاز أو إيذاء الشخص .
+ لمنع ذلك يتم تفريغ الشحنات بطريقة آمنة عن طريق
تأريض الحاسوب .
- توزيع الشحنات على سطوح الموصلات :
الشحنات
تتوزع على سطوح الموصل مبتعدة عن بعضها أبعد ما يمكن ، لذلك ..
+ طاقة النظام أقل ما يمكن .
+ القوة المحصلة المؤثرة في كل شحنة تساوي صفرا .
+ لا يوجد مجال كهربائي أو مركبة للمجال موازية
لسطح الموصل المشحون .
+ لا يوجد فرق جهد بين أي نقطتين على سطح الموصل
المشحون .
+ سطح الموصل المشحون سطح تساوي جهد .
-
الموصل المصمت والموصل الأجوف :
+ الموصل المصمت : الشحنات الفائضة
تتوزع على سطح الموصل المصمت بانتظام .
+ الموصل
الأجوف
· الشحنات تتوزع على سطح الموصل الخارجي بانتظام .
· لا توجد شحنات على سطح الموصل الداخلي
· الوعاء الفلزي المغلق يعمل درعا واقيا يحمي ما
بداخله من المجالات الكهربائية ، ومثال ذلك : الناس داخل السيارة محميون من
المجالات الكهربائية الناتجة عن البرق .
- الموصل غير المنتظم :
الشحنات
تتوزع على سطح الموصل الخارجي ، وعند الرؤوس المدببة تكون ..
+ الشحنات أكثر قربا بعضها من بعض ( أي كثافة
الشحنات كبيرة ) .
+ خطوط المجال أكثر تقاربا ( أي أن المجال
الكهربائي اكبر ) .
- العوامل التي يعتمد عليها المجال
الكهربائي خارج الموصل المشحون :
+ شكل الموصل .
+ فرق الجهد بين الموصل والأرض .
-
عمليات التفريغ
الكهربائي :
+ قرب
الرؤوس المدببة ، المجال الكهربائي الكبير قادر على مسارعة الإلكترونات والأيونات
الناتجة عن مرور الأشعة الكونية خلال الذرات .
+ يتأين
المزيد من الذرات نتيجة اصطدام الإلكترونات والأيونات بذرات أخرى .
+ ظهور
وهج وردي اللون .
- حدوث الشرارة الكهرباية :
+ قرب الرؤوس المدببة ، المجال الكهربائي الكبير
بصورة كافية ينتج حزمة من الايونات والإلكترونات .
+ اصطدام الأيونات والإلكترونات بجزيئات أخرى يشكل
البلازما ويؤدي إلى حدوث شرارة كهربائية .
- علل : تجعل الموصلات ذات الشحنة
الكبيرة أو التي تعمل تحت فروق جهد كبيرة ملساء وانسيابية الشكل .
لتقليل
المجالات الكهربائية وذلك للحد من عمليات التفريغ الكهربائي وحدوث الشرارة
الكهربائية .
-
عمل مانعة الصواعق :
+ يثبت قضيب بطريقة تجعل المجال
الكهربائي بالقرب من طرفه كبيرا .
+ مع
استمرار تسريع المجال الكهربائي للإلكترونات والأيونات يبدأ تشكل مسار موصل بين
طرف القضيب والغيوم .
+ شحنات
الغيمة تفرغ في صورة شرارة في رأس القضيب المدبب جدا .
+
الشحنات تنتقل من القضيب عبر موصل لتتفرغ بصورة آمنة في الأرض .
- السعة الكهربائية لجسم : النسبة
بين شحنة الجسم وفرق الجهد الكهربائي عليه .
- زجاجة ليدن :
+ مخترعها : الفيزيائي الهولندي بيترفان
مسجنيروك .
+ استخدامها : تخزين كمية كبيرة من الشحنات
الكهربائية .
- بنيامين فرانكلين استخدم
زجاجة ليدن لتخزين الشحنات الكهربائية الناتجة عن البرق .
- المكثف الكهربائي : موصلين
مشحونين بشحنتين متساويتين في المقدار ومختلفتين نوعا يفصل بينهما مادة عازلة .
- يستخدم المكثف
الكهربائي في تخزين الشحنات الكهربائية .
- تسمية
المكثف / نسمي المكثف حسب نوع المادة العازلة بين لوحيه ومن أمثلتها :
" السيراميك ، المايكا ، البولستر ، الورق ، الهواء " .
- علل : في المكثفات " شرائط
الألمنيوم المفصولة بطبقة رقيقة من البلاستيك ملفوفة بصورة أسطوانية .
كي
ينقص حجمها ولا تشغل حيزا كبيرا .
- علل : يجب عدم نزع غطاء التلفاز أو
شاشة الحاسوب حتى لو لم تكن متصلة بمصدر جهد كهربائي .
لأن
المكثفات فيها تبقى مشحونة عدة ساعات بعد إغلاق الجهاز .
- المكثفات الضخمة :
مكثفات كبيرة يمكنها تخزين شحنات تفي لإحداث البرق الاصطناعي أو تشغيل الليزرات
العملاقة .
- السعة الكهربائية لمكثف : النسبة
بين الشحنة على أحد اللوحين وفرق الجهد بينهما .
- العوامل المؤثرة في السعة
الكهرائية لمكثف : الابعاد الهندسية للمكثف .
- عوامل لا تعتمد عليها سعة المكثف :
+ شحنة المكثف .
+ فرق الجهد بين لوحي المكثف .
-
التحكم في سعة المكثف :
+ تغيير
مساحة سطح اللوحين "تزداد السعة بريادة مساحة سطح اللوحين " .
+ تغيير
المسافة بين اللوحين " تزداد السعة بتقليل المسافة بين اللوحين " .
+ تغيير
طبيعة المادة العازلة بين اللوحين " تزداد السعة بزيادة قدرة المادة العازلة
على عزل الشحنات .
- طريقة قياس السعة الكهربائية :
+ نضع شحنة +q على
أحد لوحي مكثف وشحنة -q
على اللوح الآخر .
+ نقيس فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين .
+ نحسب نسبة الشحنة إلى فرق الجهد فنحصل على السعة
الكهربائية .
-
نستخدم القانون التالي لإيجاد السعة
الكهربائية :
-
الفاراد : كولوم لكل فولت (F = C/V)
-
وحدة
الفاراد وحدة كبيرة جدا لقياس السعة لذلك
نستخدم ..
+
المايكروفاراد "µF" = 10-6 F
+
البيكوفاراد "pF" = 10-12 F
تم
بحمد الله
نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات
" نرد على جميع التعليقات "
بالتوفيق
للجميع ...^_^
شكراً لكم،أنا اذاكر من تلخيصكم الرائع
ردحذفشكرا الكم على المعلومات المفيدة ، بس عندي سؤال بخصوص توزع الشحنات ، في حالة كرة محشون يشحنة موجبة متوزعة بانتظام على كامل حجمها ، الطلب الاول يتمتع توزع الشحنات بتناظر معين ، شو هو هاد التناظر ؟
ردحذف