Data Loading...
مشروع الفيز Flipbook PDF
مشروع الفيز
107 Views
5 Downloads
FLIP PDF 1.38MB
مشروع الفيزياء الوحدة الخامسة: الكهرباء الساكنة الوحدة السادسة: مجاالت الكهربائية
اعداد الطالبة: لمياء المنتشري.
الكهرباء الساكنة هي تلك الكهرباء السكونية وهي أحد الجوانب القوى الكهربائية الموجودة في عالم الفيزياء التي تسلط الضوء على ظاهرة االنجذاب الكهربائي ،وسوف نتناول معكم اليوم بحث عن الكهرباء الساكنة وتوضيح كيفية توليد هذا النوع من الكهرباء. وهي أحد أنواع الكهرباء التي تنتهي إلى عالم الفيزياء ،تظهر هذه الكهرباء عن طريق االنجذاب الكهربائي ،هي نوع من الكهرباء التي تنتج من تزايد أو تراكم اإللكترونات في داخل جزئيات المواد.
قانون كولوم للكهرباء الساكنة: وصف لنا قانون كولوم أن الكهرباء االستاتيكية على أنها الكهرباء التي تنشأ نتيجة اتحاد أو اجتماع شحنات مختلفة. كذلك قال كولوم أنها قوي غير قوية وضعيفة جدا نظر لتوليدها بين اإللكترونات والبروتونات ،وهذا التعريف اقتبسه من تاريخ الفيزياء األول الذي يبين انه عند تدليك بعض المواد فيحدث انجذاب بعض الحبيبات الصغيرة إليها طبقا لقانون كولوم.
طرق توليد الكهرباء الساكنة: طريقة الدلك :ويمكن الحصول على الشحنات الكهربائية من خالل هذه الطريق .حيث مثال نستطيع الحصول على -: الشحنات الكهربائية السالبة من دلك ساق االبونايت بالفرو حيث تنفصل االلكترونات من الفرو لتذهب إلى ساق االبونايت ليصبح سالب الشحنة. الشحنات الكهربائية الموجبة من دلك ساق الزجاج بالحرير حيث تنفصل االلكترونات من الزجاج لتذهب إلى الحرير فيصبح الزجاج موجب الشحنة.
طريقة التماس :وذلك بمالمسة جسم مشحون بآخر غير مشحون فتنتقل اليه الشحنات الكهربائية من الجسم المشحون وتكون نوع شحنة الجسم الذي شحن اخيرا نفس نوع شحنة الجسم الذي شحنه(الذي تالمس معه). طريقة الحث :ويكون ذلك كما في التجربة االتية: األدوات -:كرة موصلة ومعزولة ،سلك ،جسم مشحون مسبقا (و لتكن شحنة موجبة مثال). العمل -: نقرب الجسم المشحون من الكرة دون أن يالمسها فتقترب الشحنات السالبة للكرة من الجسم المشحون(تجاذب) وتبتعد الشحنات الموجبة للكرة على الجهة الثانية بعيدة عن الجسم المشحون(تنافر). نصل الكرة بواسطة سلك إلى األرض (مع بقاء الجسم المؤثر) فتنتقل الشحنات السالبة من األرض إلى الكرة الموصلة وتبقى الشحنة السالبة على الكرة نتيجة التجاذب بينها وبين الشحنة الموجبة المشحون مسبقا. نرفع السلك عن الكرة وبعدها نبعد عنها الجسم المشحون المؤثر أيضا. الكرة اآلن أصبحت مشحونة بشحنة سالبة ،ومن المالحظ من طريقة توليد الكهربائية المستقرة بالحث ان الجسم الذي نريد ان نشحنه تكون شحنته مخالفة لشحنة الجسم المؤثر المشحون مسبقا.
التأريض: هي عملية التخلص من الشحنة الكهربائية الفائضة على الجسم بتوصيلة باألرض.
تطبيقات الكهرباء الساكنة: المكثف :حيث يتمتع المكثف بالقدرة على تخزين الشحنة الكهربائية ،وبالتالي يمكن استخدام المكثف محل البطاريات القابلة إلعادة الشحن في بعض التطبيقات. الضغط الميكانيكي :حيث يمكن استخدام الكهرباء الساكنة في المواد الكهروضغطية عن طريق إبعاد اإللكترونات من مكانها وإجبارها على االنتقال من المنطقة الواقعة تحت الضغط ،ومن ثم يتم تسخير الجهد الناتج عن الكهرباء الساكنة للقيام بعمل ما.
ميكروفونات الكرستال :يمكن لإلشارة الكهربائية أن تتسبب في تحريك المحول الكهروضغطي في مكبرات الصوت، وبالتالي سيؤدي إلى إنتاج الصوت. محطات توليد الطاقة :حيث يمكن لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم استخدام الكهرباء الساكنة لجمع الجسيمات من المداخن والتي يتم التخلص منها كنفايات صلبة بدالً من تصريفها في الهواء.
المجال الكهربائي: ان المجال الكهربي في الفيزياء يعرف بانه ذلك التأثير الناتج عن شحنة كهربية او حتى مجال مغناطيسي متغير ،وتكون قوته على تلك االجسام المشحونة في المجال ،حتى انه قد تم اكتشاف تلك الظواهر الكهربية في عهد اليونان القديم ،حيث انه الحظوا ان االجسام عند التدليك يحدث لها تكهرب، وتكتسب الكثير من الشحنات الكهربية ،حتى انه قد تم تصنيف تلك االجسام بانها اجسام موجبة الشحنة ،ولكن ما هو المجال الكهربي وما هي خطوطه، وايض خصائصه ،هذا ما سنتحدث عنه اليوم في ذلك البحث الشيق.
ما هو اتجاه المجال الكهربي: انه من الممكن ان نقوم بتحديد المجال الكهربي من خالل استخدام الحقيقة المؤكدة بان القوة المتبادلة بين الشحنات الكهربية المتشابهة هي عبارة عن قوة تنافر ،أي ان الشحنات المتشابهة في النوع ،مثال سالب وسالب ،موجب وموجب ،فهي سوف تتباعد عن بعضها البعض ،اما عن الشحنة المتبادلة بين الشحنات المختلفة فهي تعرف باسم قوة التجاذب ،وهي تعني بان الشحنات مختلفة النوع مثل موجب وسالب فأنها تتقارب من بعضها البعض بشكل تلقائي. وباستخدام تلك الحقيقة ،وعن طريق استخدام أيضا ما نعرفه بشحنة االختبار ،فانه من الممكن ان نقوم بتحديد المجال الكهربي للشحنات ،ويكون ذلك من خالل النظر الى اتجاه حركة الشحنة وذلك عند وضعها في مجال كهربي لشحنة ما. كما ان شحنة االختبار أيضا تمتلك قدرة صغيرة للغاية ،وذلك لضمان عدم تأثير مجال الشحنة على ذلك المجال المراد دراسته ،وبذلك تكون شحنة االختبار تلك موجبة دائما.
شدة المجال الكهربائي : هي كمية فيزيائية متجهة تستخدم في الكهرباء الساكنة وفي اإللكترو ديناميكا ( علم الحركية الكهربائية) ،وهي تصف شدة مجال كهربائي واتجاهه .وهي تصف القوة التي يؤثر بها مجال كهربائي على شحنة كهربائية .وتعرف شدة المجال الكهربائي عند نقطة معينة كاآلتي:
حيث :
شحنة اختبارية صغيرة توجد عندي تلك النقطة المعينة، هي القوة المؤثرة على تلك الشحنة الصغيرة. أي أن القوة تتناسب تناسبا طرديا مع شدة المجال الكهربائي ومع كمية الشحنة .يالحظ أن كال من القوة وشدة المجال الكهربائي كمية متجهة ولهذا يؤشر عليهما بسهم ،أما كمية الشحنة فهي كمية غير متجهة. تمثل أطوال األسهم شدة المجال الكهربائي عند نقاط مختلفة حول شحنة موجبة (أحمر) وشحنة سالبة (أزرق). تتسبب شحنة كهربائية في وجود مجال كهربائي حولها .ويقل تأثيرها على شحنة أخرى بازدياد المسافة بينهما .يكون لكل نقطة في المكان شدة للمجال الكهربائي واتجاه معين .وتمتد خطوط المجال الكهربائي عند كل نقطة في اتجاه المجال من الشحنة الموجبة إلى الشحنة السالبة .وتمثل شدة المجال الكهربائي كثافة خطوط المجال.
تقاس شدة المجال : "نيوتن\كولوم“
كولوم : هو مقدار الشحنة التي ينقلها تيار كهربائي مقداره أمبير واحد في ثانية واحدة
وحدة قياس المجال الكهربائي : وهو الوحدة المستخدمة لقياس شدة التيار الكهربائي ،وهي واحدة من أهم الوحدات الرئيسية السبعة الموجودة في النظام المتري ،حيث يُرمز لها باللغة العربية أ ،وباللغة الالتينية سميت بهذا االسم ، ampوباللغة اإلنجليزية Aبالحرف ،و ُ تخليدا ً لذكرى العالم الفيزيائي الفرنسي أندري ماري أمبير الذي أجرى العديد من األبحاث والدراسات الخاصة بالتيار الكهربائي.
ما هي خطوط المجال الكهربي:
ان خطوط المجال الكهربي تلك تعرف على انها عبارة عن خطوط وهمية ،تعمل على تمثيل المسار الذي سوف تسلكه شحنة االختبار تلك ،وتكون موضوعة ضمن حيز المجال لشحنة كهربية معينة ،وأيضا اتجاهها وعددها ،ولكنها مع ذلك فأنها تختلف باختالف نوع الشحنة ومقدارها ،باإلضافة الى بعد تلك النقطة المراد دراسة خطوط المجال لديها.
كما انه يتم تحديد اتجاه ذلك المجال الكهربي من خالل استخدام شحنة اختبار موجبة كما ذكرنا سابقا ،ولكن يكون اتجاه المجال الكهربي للشحنة الموجبة تلك مبتعدا عن تلك الشحنة ،وذلك يحدث الن القوة التي يتم تبادلها بين شحنة االختبار الموجبة وأيضا الشحنة الموجبة األخرى تعتبر قوة تنافر بين الشحنتين النهما يحمالن نفس النوع.
ما هي خصائص خطوط المجال الكهربي هناك عدد كبير من الخصائص التي لها عالقة بالخطوط الكهربية ،ومن اهم تلك الخصائص هي. _ 1ان خطوط المجال الكهربي هي عبارة عن خطوط وهمية.
_ 2إذا قمنا بوضع شحنة موجبة داخل المجال الكهربي ،فان تلك الشحنة ستتأثر بقوة كبيرة تؤدي الى حركتها باتجاه المجال الكهربي ،أي انها تكون باتجاه خطوط المجال الكهربي نفسه. _ 3عادة ما تكون خطوط المجال الكهربي خارجة عن الشحنة الموجبة ،وأيضا داخلة في الشحنة السالبة. _ 4ان خطوط المجال الكهربي ال تتقاطع باي شكل من االشكال ،فاذا كانت خطوط المجال تلك تتقاطع فان المجال الكهربي يعني انه سوف يتكون هناك اتجاهان للمجال الكهربي ،وذلك عند نقطة التقاطع ،ولكان المجال الكهربي عند نقطة التقاطع له قيمتان ،وهو ذلك االمر الذي ال يمكن تصحيحه ابدا. _ 5ان عدد الخطوط للمجال الكهربي تتناسب بشكل كبير مع مقدارها ،حيث ان خطوط المجال تكون أكثف إذا كان المجال الكهربي اقوى ،أي ان عدد خطوط المجال الكهربي والتي من الممكن ان تخترق سطحا ما ،ستكون مع الوقت أكثر إذا كان المجال الكهربي فيها اقوى ،ولكنها ستكون قليلة ،أي ان خطوط المجال الكهربي ستكون متباعدة عن بعضها البعض في ذلك الوقت ،وخاصة إذا كان المجال الكهربي ضعيف للغاية. _ 6كما انه كلما اقتربنا من تلك الشحنة زادت شدة المجال الكهربي ،وبتلك الطريقة فأنها تزداد كثافة خطوط المجال الكهربي ،ولكن كلما ابتعدنا عن تلك الشحنة فان شدة المجال الكهربي تقل ،وبالتالي فان كثافة الخطوط الكهربية تقل بدورها.
مفهوم فرق الجهد:
) Electric Potential Differenceفرق الجهد الكهربائي (باإلنجليزية: بين نقطتين هو الشغل الخارجي المبذول لنقل وحدة شحنة اختبار موجبة من نقطة البداية إلى نقطة النهاية داخل المجال الكهربائي لتغيير طاقتها الكامنة إلى طاقة وضع أعلى ،ونتيجة تحريك الشحنة بين النقطتين وتغيير في الطاقة الكامنة فإنّه يحدث اختالف في الجهد الكهربائي بين النقطتين وهذا ما يُسمى بفرق الجهد الكهربائي. ويُجدر بالذكر أ ّن الموقع أو النقطة التي يوجد به وحدة شحنة بطاقة كامنة كبيرة يُقال عن هذه النقطة ذات جهد كهربائي مرتفع ،وأ ّما النقطة التي يوجد عندها وحدة شحنة بطاقة كامنة منخفضة يُقال عنها نقطة ذات جهد كهربائي منخفض أداة قياس فرق الجهد:
يُقاس فرق الجهد الكهربائي باستخدام جهاز الفولتميتر ،إذ تتكون بعض أجهزة الفولتميتر من قرص يحتوي على مؤشر لقياس الجهد ،والبعض اآلخر يحتوي على شاشة رقمية، وتكمن أهمية جهاز الفولتميتر في تحليل تشغيل الدوائر الكهربائية واإللكترونية ومحاولة إيجاد السبب في حدوث إي عطل فيها والسبب في توقف عملها من خالل قياس المستويات المختلفة للجهد عبر الدائرة الكهربائية وتحديد المكان أو المكون ال ُمسبب للعطل. ولقياس مستويات الجهد الكهربائي المختلفة في الدائرة الكهربائية يجب توصيل الجهاز بالتوازي مع المكون ال ُمراد قياس جهده ،تُستخدم مقاييس جهاز الفولتميتر لقياس انخفاض الجهد الكهربائي لمكون في الدائرة الكهربائية ،أو لقياس فرق الجهد بين مكونين داخل الدائرة ،كما يُستخدم لقياس جهد التيار المستمر والتيار المتردد. وتقاس بوحده :
V=J/c
فرق الجهد الكهربائي:
اما في الحالة األخير : اذا كانت الشحنة في المسار الدائري تكون ثابتة.
المجال الكهربائي المنتظم: يُعرف المجال الكهربائي المنتظم على أنه حالة خاصة من المجال ويعرف على أنه المجال الذي قيمته ثابتة عند جميع النقاط ويمكن الحصول عليه من خالل صفيحتين متوازيتين مساحتهما كبيرة والمسافة بينهما صغيرة مشحونتين بنفس مقدار الشحنة لكن األولى موجبة والثانية سالبة .في المجال الكهربائي المنتظم تكون شدة المجال متساوية وفي نفس االتجاه .أما المجال الكهربائي الغير منتظم فهو مجال غير ثابت الشدة ينشأ عن الشحنات النقطية الساكنة.
توزيع الشحنات: بنفس الحجم وباختالف الحجم
تنتقل الشحنات من الكره ذات الجهد العالي الى الكره ذات الجهد المنخفض عند تالمسها ، ويستمر انتقال الشحنات الى ان ينعدم فرق الجهد بينهما
النهاية