القوة الكهربائية: ما هي وكيفية استخدام الصيغة

القوة الكهربائية هي تفاعل التجاذب أو التنافر الناتج بين شحنتين بسبب وجود مجال كهربائي حولهما.

اكتشف الفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستين دي كولوم (1736-1806) قدرة الشحنة على تكوين قوى كهربائية ودراستها في أواخر القرن الثامن عشر.

في حوالي عام 1780 ، أنشأ كولوم توازن الالتواء ، وباستخدام هذه الأداة ، أظهر تجريبيًا أن شدة القوة يتناسب طرديا مع قيمة الشحنات الكهربائية التي تتفاعل وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة التي يفترق.

صيغة القوة الكهربائية

الصيغة الرياضية ، التي تسمى أيضًا قانون كولوم ، والتي تعبر عن شدة القوة الكهربائية هي:

في النظام الدولي للوحدات (SI) ، يتم التعبير عن شدة القوة الكهربائية (F) بالنيوتن (N).

الشروط التي₁ و ماذا₂ من الصيغة تتوافق مع القيم المطلقة للشحنات الكهربائية ، ووحدتها SI هي كولوم (C) ، والمسافة التي تفصل بين الشحنتين (r) ممثلة بالمتر (م).

يعتمد ثابت التناسب (K) على الوسيط الذي يتم فيه إدخال الشحنات ، على سبيل المثال ، في الفراغ يسمى هذا المصطلح الثابت الكهروستاتيكي (K₀) وقيمته 9.10⁹ نانومتر²/ ج².

تعلم المزيد عنقانون كولوم.

ما هي صيغة القوة الكهربائية المستخدمة وكيفية حسابها؟

تُستخدم الصيغة التي أنشأها كولوم لوصف شدة التفاعل المتبادل بين شحنتين نقطتين. هذه الشحنات عبارة عن أجسام مكهربة أبعادها ضئيلة مقارنة بالمسافة بينها.

يحدث التجاذب الكهربائي بين الشحنات التي لها إشارات معاكسة ، لأن القوة الحالية هي قوة الجذب. يحدث التنافر الكهربائي عندما يتم الجمع بين الشحنات التي تحمل نفس العلامة ، حيث تعمل القوة الطاردة عليها.

لحساب القوة الكهربائية إشارات الشحنات الكهربائية لا يتم أخذهم في الاعتبار ، فقط قيمهم. تعرف على كيفية حساب القوة الكهربائية باستخدام الأمثلة التالية.

مثال 1: اثنان من الجسيمات المكهربة ، q₁ = 3.0 × 10^-6 ج و ف₂ = 5.0 × 10^-6 C ، وذات أبعاد لا تذكر على مسافة 5 سم من بعضها البعض. حدد قوة القوة الكهربائية مع الأخذ في الاعتبار أنها في فراغ. استخدم الثابت الكهروستاتيكي K₀ = 9. 10⁹ نانومتر²/ ج².

حل: لإيجاد القوة الكهربائية ، يجب تطبيق البيانات في الصيغة بنفس وحدات الثابت الكهروستاتيكي.

لاحظ أن المسافة معطاة بالسنتيمتر ، ولكن الثابت هو المتر ، لذا فإن الخطوة الأولى هي تحويل وحدة المسافة.

الخطوة التالية هي استبدال القيم الموجودة في الصيغة وحساب القوة الكهربائية.

توصلنا إلى استنتاج مفاده أن شدة القوة الكهربائية المؤثرة على الشحنات هي 54 نيوتن.

قد تكون أيضا مهتما بالكهرباء الساكنة.

مثال 2: المسافة بين النقطتين A و B هي 0.4 متر والأحمال Q موجودة في النهايات₁ وس₂. شحنة ثالثة ، س₃، عند نقطة تبعد 0.1 متر عن Q₁.

احسب صافي القوة على Q₃ مع العلم أن:

• س₁ = 2.0 × 10^-6 ج
• س₂ = 8.0 × 10^-6 ج
• س₃ = - 3.0 × 10^-6 ج
• ك₀ = 9. 10⁹ نانومتر²/ ج²

حل: الخطوة الأولى في حل هذا المثال هي حساب قوة القوة الكهربائية بين شحنتين في وقت واحد.

لنبدأ بحساب قوة الجذب بين Q₁ وس₃.

الآن ، نحسب قوة الجذب بين Q₃ وس₂.

إذا كانت المسافة الإجمالية بين الخط هو 0.4 م و Q₃ يقع على بعد 0.1 متر من A ، مما يعني أن المسافة بين Q₃ وس₂ 0.3 م.

من قيم قوى التجاذب بين الأحمال ، يمكننا حساب القوة الناتجة على النحو التالي:

توصلنا إلى استنتاج مفاده أن القوة الكهربائية الناتجة هي Q₁ وس₂ تمارس على Q₃ هو 3 ن.

لمواصلة اختبار معلوماتك ، ستساعدك القوائم التالية:

• قانون كولوم - تمارين
• الشحنة الكهربائية - تمارين
• الكهرباء الساكنة - تمارين