مراجعة شاملة لأهم مفاهيم الوحدة الأولى في مقرر فيز 311 للصف الثالث الثانوي: الكهرباء الساكنة، قانون كولوم، شدة المجال الكهربائي، والجهد الكهربائي، مع تطبيقات حياتية وتمارين متنوعة.
ما هي الكهرباء الساكنة؟
الكهرباء الساكنة هي نوع من الكهرباء تنتج عندما تنتقل الشحنات من جسم إلى آخر نتيجة الاحتكاك، مثل التصاق الملابس عند إخراجها من المجفف. هذا التراكم للشحنات يؤدي إلى توليد قوى تجاذب أو تنافر بين الأجسام.
أنواع الشحنات الكهربائية
- شحنات متشابهة: تتنافر.
- شحنات مختلفة: تتجاذب.
- الشحنة تقاس بوحدة الكولوم (C)، والشحنة الأساسية هي شحنة الإلكترون:
1.6 × 10⁻¹⁹ C.
قانون كولوم للقوة الكهربائية
القوة الكهربائية بين شحنتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب مقداري الشحنتين، وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما:
F = k × (q₁ × q₂) / r²
- F: القوة الكهربائية (نيوتن).
- k: ثابت كولوم =
9 × 10⁹ N·m²/C². - r: المسافة بين الشحنتين.
المجال الكهربائي
هو المنطقة المحيطة بالشحنة الكهربائية والتي تؤثر فيها بقوة على شحنة أخرى. يُمثّل بخطوط اتجاه:
- من الشحنة الموجبة إلى السالبة.
- كلما تقاربت الخطوط دلّ على شدة المجال.
شدة المجال الكهربائي
E = F / q أو E = k × q / r²
تقاس بوحدة نيوتن/كولوم (N/C)
الجهد الكهربائي
هو مقدار الشغل اللازم لنقل شحنة من نقطة إلى أخرى في المجال الكهربائي. ويحسب بالعلاقة:
V = W / q
يقاس بوحدة الفولت (Volt)
سطوح تساوي الجهد
- هي نقاط يكون فرق الجهد بينها صفر.
- لا يُبذل شغل عند تحريك شحنة على هذه السطوح.
أمثلة تطبيقية للكهرباء الساكنة
- آلات التصوير تستخدم الكهرباء الساكنة لوضع الحبر.
- الطلاء الكهروستاتيكي للسيارات.
- تجميع الغبار في المداخن.
- تفريغ الشحنات في الأجهزة الإلكترونية لتفادي تلفها.
تطبيقات قانون كولوم
يتم استخدام القانون في حساب القوة بين الشحنات في مسائل متنوعة، مثل تحديد نوع القوة (تجاذب/تنافر) عند تغيير المسافة أو مقدار الشحنات.
الفرق بين الكهرباء الساكنة والتيار الكهربائي
- الكهرباء الساكنة: شحنات متجمعة لا تتحرك.
- التيار الكهربائي: تدفق مستمر للشحنات في دائرة كهربائية.
أهمية التأريض
توصيل الأجسام بالأرض لتفريغ الشحنات الزائدة. مثال: صهاريج البترول أو فنيي الحاسوب، لتفادي تلف الأجهزة أو حدوث انفجار.
خلاصة
الوحدة الأولى من فيز 311 تعطي الطالب فهمًا عميقًا لأحد أساسيات الفيزياء الحديثة. بداية من تكون الكهرباء الساكنة، وحتى فهم المجالات والجهود الكهربائية، والتطبيقات الواقعية، تُهيئ هذه الوحدة الطالب لفهم أوسع للدوائر والتيار في الفصول القادمة.
رابط التحميل ملخص فيز 311 | الكهرباء الساكنة والقوة الكهربائية - فيزياء ثالث ثانوي
