الكهرباء الساكنة هو مجال الفيزياء الذي يشمل دراسة الشحنات الكهربائية عند الراحة. أنت الظواهركهرباء درس من قبل هذا المجال من المعرفة تنشأ نتيجة ل الخضوع لفيجاذبية و تنافر أن الشحنات الكهربائية تؤثر على بعضها البعض. في هذا النص ، سوف نتحدث عن بعض الخصائص الرئيسية للكهرباء الساكنة ، مثل الشحنة الكهرباء ، الكهرباء ، القوة الكهربائية ، الجهد الكهربائي ، المجال الكهربائي والطاقة الكامنة كهربائي.
شحنة كهربائية
ال شحنة كهربائية هو منشأهحقيقي (مناسب) للجسيمات الأساسية للمادة ، مثل البروتونات والإلكترونات ، بالإضافة إلى معكرونة. الأجسام المحايدة كهربائيًا لها نفس كمية الشحنات الكهربائية إيجابي و نفي. وحدة الشحن الكهربائي في النظام الدولي للوحدات انها ال كولوم (ج).
علاوة على ذلك ، فإن الشحنة الكهربائية هي كمية مادية محددة، وهذا يعني أنه يحتوي على القيمةالحد الأدنى، لهذا السبب لاانه ممكن العثور على أجسام مكهربة باستخدام وحدة شحن كهربائية أقل من هذه القيمة، اتصل الحمل الأساسي ، عادة ما يشار إليها بالحرف و.
البروتونات والإلكترونات لها قيمة الشحنة الكهربية هذه بالضبط 1,6.10-19 ج. لذلك ، عندما يكون الجسم مشحونًا كهربائيًا ، تكون شحنته أ
مضاعفكل يعطي الشحنةأساسي، لأن الكهرباء تتم من إضافة أو إزالة في الإلكترونات، منذ البروتونات مرتبطة داخل النوىالذري.
العنوان الفرعي:
س - وحدة الشحن الكهربائي (C - كولوم)
لا - عدد الإلكترونات المفقودة أو الزائدة
و - الحمولة الأساسية (1.6.10-19 ج)
نظرةأيضا:خمس حقائق ممتعة عن الأشعة تجعل شعرك يقف على نهايته
الخريطة الذهنية: الكهرباء الساكنة
* لتنزيل الخريطة الذهنية بصيغة PDF ، انقر هنا!
كهربة
كهربة هل كل عملية قادرة على توليد ملف فرق أدخل عدد الأحمالإيجابي و نفي من الجسد. عندما يكون للجسم نفس عدد الشحنات الموجبة والسالبة ، نقول إنه كذلك حيادي; إذا كانت هذه الأرقام مختلفة ، نقول إنه كذلك مكهرب.
هناك ثلاث عمليات كهربة أساسية: أ كهربة عن طريق الاتصال, لكلاحتكاك و عن طريق الاستقراء:
ال كهربةلكلاتصل ينطوي على جثتين الموصلات, ويجب أن يكون واحد منهم على الأقل كهربائيامحمل. عندما يتلامس الجسمان ، تنقسم شحناتهما الكهربائية حتى يتماسك الاثنان تحت نفس الجهد الكهربائي. في نهاية العملية ، الجثث حاضرة نفس العلامة من الأحمال.
ال كهربة الاحتكاك ينطوي على توفير الطاقة لجسمين من خلال احتكاك بينهم. أثناء ال احتكاك (احتكاك), يتم انتزاع بعض الإلكترونات من أحد الأجسام ثم يتم التقاطها بواسطة الجسم الآخر. لذلك ، من الضروري التحقق من تقارب هاتين الهيئتين في هذا النوع من الكهرباء من خلال استشارة سلسلة كهرباء الاحتكاك.
ال كهربةلكلاستقراء يحدث من قبل تقريبنسبيا بين جسم مشحون كهربائيًا ، يسمى أ اداة الحث، وجسم موصل يسمى الناجم عن. يولد وجود المحرِّض أ فصل الشحنات في الجسم المحرض، نداء الاستقطاب. من هذا الفصل ، يتم تأريض المحرك على الأرض ، مما يتسبب في تدفق شحناته عبر سلك أرضي.
تتم جميع عمليات الكهربة وفقًا لـ مبادئفيالحفاظ علىيعطيالشحنةكهربائي و طاقة، بمعنى آخر، قبل وبعد الكهربةوعدد الشحنات وكمية الطاقة بين الشحنات يجب أن تكون هي نفسها.
نظرةأيضا: لماذا لا تصعق الطيور عادة بالأسلاك الكهربائية؟
لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)
قوة كهربائية
يمكن لجسمين مشحونين كهربائيًا جذب أو تنافر بعضهما البعض وفقًا لإشارة الشحن الخاصة بهما. الأجسام ذات الشحنات الكهربائية من علامات متساوية يتنافرون ، والأجسام التي لديها شحنات كهربائية علامات معاكسةتجذب بعضها البعض.
القانون الذي يسمح لنا بحساب معامل القوة الكهربائية التي تمارس بين شحنتين هو قانون كولوم ، مقدمًا بالتعبير التالي:
العنوان الفرعي:
F - القوة الكهربائية (N - نيوتن)
ك0 - ثابت الفراغ الالكتروستاتيكي (k0 = 9،0.109 نيوتن متر² / C²)
ماذا او ما1,ماذا او ما2 - الشحنات الكهربائية 1 و 2 (C - كولوم)
د - المسافة بين الأحمال 1 و 2 (م)
الحقل الكهربائي
ا الحقل الكهربائي إنه مقدار فيزيائي المتجه يعزى إلى الأحمال الكهربائية. تؤثر كل شحنة كهربائية على الفضاء المحيط بها بسبب مجالها الكهربائي. لذلك يمكننا أن نفهم المجال الكهربائي باعتباره التأثير الذي تمارسه الشحنات الكهربائية على محيطها. وحدة المجال الكهربائي في النظام الدولي للوحدات هي نيوتنلكلكولوم (N / C) أو Volt لكل متر (V / m) ، حيث أن كلاهما وحدتان مرادف.
شاهد مثالاً:
موقع معين في الفضاء له مجال كهربائي 12.0 لا ينطبق الناتجة عن شحنة كهربائية. عندما تكون شحنة كهربائية 1.0 ج في هذا الموضع ، سيتم العمل عليها بواسطة قوة كهربائية من المعامل تساوي 12.0 ن. إذا كانت هذه التهمة 2.0 ج، ستعاني من قوة كهربائية تبلغ 24.0 شمالاً.
المجال الكهربائي الناتج عن شحنة كهربائية س1 يمكن حسابها باستخدام التعبير التالي:
في التعبير أعلاه ، المتغير د هي المسافة من النقطة التي تريد قياس قوة المجال الكهربائي فيها إلى موضع الشحنة الكهربائية.
الجهد الكهربائي
ا الجهد الكهربائي إنه مقدار فيزيائي تسلق ممثلة بالكامل من خلال وحدتها والقياس في فولت (الخامس) في نظام أنادوليفي يوروابط. هذا الحجم يقيس الكميهفيطاقة بواسطة مجال كهربائي لكل منهما كولوم من البضائع.
عندما يكون الجسيم في منطقة من الفضاء يخضع لجهد كهربائي 100.0 فولت، سيتم تخزين 100.0 J معها (جول) من الطاقة لكل 1.0 درجة مئوية من الشحنات الكهربائية التي تقدمها. إذا كانت شحنتك من 2.0 ج، سيكون لديها طاقة 200.0 جول، بالتالي.
ا القدرهكهربائي تم إنشاؤها بواسطة شحنة كهربائية وحدة س1 يمكن حسابها باستخدام التعبير التالي:
طاقة الوضع الكهربائي
متي اثنيناو اكثر يتم إصلاح الشحنات الكهربائية عن بعد د فيما بينهم يخزنون شكلاً من أشكال الطاقة يسمى طاقة الوضع الكهربائي. إذا تم إطلاق إحدى هذه الشحنات ، فسيتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقةحركية على سبيل المثال. يتم قياس هذه الطاقة بـ جول في النظام الدولي للوحدات.
يمكننا حساب الطاقة الكهربائية المحتملة بين الشحنات باستخدام التعبير التالي:
الصيغ الكهروستاتيكية
تحقق هنا من الصيغ الرئيسية المستخدمة في دراسة الكهرباء الساكنة.
→ صيغة الشحنة الكهربائية
تُستخدم هذه الصيغة لحساب مقدار الشحنة الكهربائية الزائدة أو المفقودة في الجسم. يمكن استخدامه أيضًا لحساب عدد الإلكترونات المفقودة أو الزائدة.
→ صيغة المجال الكهربائي
يتم استخدامه لتحديد قوة المجال الكهربائي الناتج عن الشحنة الكهربائية النقطية ماذا او ما1على مسافة د من هذا الحمل:
→ صيغة الجهد الكهربائي
يمكن حساب الجهد الكهربائي لنقطة توزيع الشحنات باستخدام الصيغة التالية:
→ صيغة القوة الكهربائية (قانون كولوم)
الصيغة التي يمكن استخدامها لحساب القوة التي تمثلها الشحنة الكهربائية ماذا او ما1 يمارس على شحنة كهربائية ماذا او ما2، مفصولة بمسافة d ، يحددها قانون كولوم:
→ صيغة طاقة الوضع الكهربائي
يمكننا حساب معامل طاقة الوضع الكهربائي بين شحنتين ماذا او ما1 و ماذا او ما2مفصولة بمسافة د، من خلال الصيغة التالية:
ملخص
الكهرباء الساكنة هي مجال الفيزياء الذي يدرس الظواهر الناتجة عن الشحنات الكهربائية في حالة السكون ؛
تؤثر كل شحنة كهربائية على الفضاء المحيط بها من خلال كمية فيزيائية متجهة تسمى المجال الكهربائي ؛
المجال الكهربائي هو مقياس القوة الكهربائية المبذولة على كل وحدة شحن.
تحدد الخطوط المتعامدة مع خطوط المجال الكهربائي حجم الجهد الكهربائي الناتج عن الشحنات الكهربائية ؛
طاقة الوضع الكهربائي بين شحنتين هي كمية قياسية تُعطى بالجول وتقيس كمية الطاقة المرتبطة بالتنافر والجذب المتبادل بين الشحنات الكهربائية ؛
يمكن تحديد معامل القوة الكهربائية بين شحنتين كهربائيتين من قانون كولوم.
تم حل تمرين الكهرباء الساكنة
شحنة كهربائية 2.0 درجة مئوية ثابتة وذات حجم ضئيل ، على مسافة 0.5 م، مجال كهربائي وإمكانات كهربائية على التوالي تساوي:
البيانات: ك0 = 9.109 N.m² / C².
أ) 72.10-3 N / C و 3.6.103 الخامس
ب) 12.104 N / C و 36.105 الخامس
ج) 72.103 N / C و 54.103 الخامس
د) 72.102 N / C و 3.6.104 الخامس
هـ) 7.2.103 N / C و 3.6.10-3 الخامس
قالب: حرف الباء
القرار:
مجالكهربائي و القدرهكهربائي إنها خصائص متأصلة في شحنة كهربائية واحدة في الفضاء. لحساب مجالكهربائي من هذا الحمل ، نستخدم المعادلة التالية:
بأخذ البيانات التي يوفرها بيان التمرين ، يتعين علينا:
لحساب القدرهكهربائي ينتج عن هذا الحمل على نفس المسافة (0.5 م) ، نستخدم المعادلة التالية:
بأخذ البيانات الواردة في البيان ، لدينا القرار التالي:
بقلم رافائيل هيلربروك
ماجستير في الفيزياء