Physics
📄 اطبع pdf
00971504825082
الكهرباء الساكنة وطرق الشحن
يوجد نوعين من الشحن الكهربائية
سالبة - وموجبة
ماذا يعني جسم مشحون بشحنة موجبة
ماذا يعني جسم مشحون بشحنة سالبة
تتكون أي مادة من
نواة تحتوي على بروتونات ذات شحنة موجبة ونترونات متعادلة
وتدور حول النواة إلكترونات ذات شحنة سالبة
الذرة متعادلة كهربائيا ؟
لأن عدد البروتونات = عدد الالكترونات
شحنة البروتون = شحنة الالكترون
\[ 𝑞_𝑒 = 𝑞_𝑝 = 1.602 X 10^{-19}C\]
الالكترونات هي التي تكتسب أو تفقد
الاجسام المشحونة تحتوي على بروتونات والكترونات ولكن عددها مختلف
جسم سالب الشحنة يكون اكتسب إلكترونات
عدد الالكترونات > عدد البروتونات
جسم موجب الشحنة يكون فقد إلكترونات
عدد البروتونات > عدد الالكترونات
في هذه المحاكاة يتم دلك بالون بقطعة من الصوف لاحظ الشحنات التي يكتسبها البالون ومانوع شحنتة
وماذا حدث لقطعة الصوف و ما نوع شحنتها
قم بدلك البالون الأخر بقطعة الصوف وقرب البالونين من بعضهما وحدد نوع القوة بينهما
وقرب البالون من قطعة الصوف وحدد نوع القوة بينهما
من خلال التجربة السابقة أجب عن الأسئلة التالية
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
معلومات مفيدة: شحنة جسم
يتم حساب شحنة الجسم من العلاقة
q = ±n .e
\[q\] شحنة الجسم
\[n\]عدد الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة
\[e=1.602× 10^{-19}c\] الشحنة الأولية للإلكترون
إذا إكتسب الجسم إلكترونات نضع إشارة سالبة وإذا فقد الجسم إلكترونات نضع إشارة موجبة
نستخدم الرموز اللونية للشحنات
الشحنات الموجبة لونها أحمر
الشحنات السالبة لونها أزرق
مثال : 1
تم دلك قضيب من الزجاج بقطعة من الصوف فأصبح القضيب الزجاجي مشحون بشحنة موجبة فإن القضيب
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
أختر الإجابة الصحيحة
مثال :2
تم دلك بالون بقطعة من الصوف فأصبح البالون مشحون بشحنة سالبة قدرها
8 × 10-19c
فإن قطعة الصوف
\[q_e=1.6× 10^{-19} C\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
أختر الإجابة الصحيحة
الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات وفائقة التوصيل
المواد الموصلة :
وهي المواد القادرة على توصيل التيار الكهربائي لأنها تحتوي على إلكترونات حرة قادرة على التحرك في المادة مثل النحاس الحديد الالمنيوم
المواد العازلة :
وهي المواد غير قادرة على توصيل التيار الكهربائي لأن إلكترونات غير حرة مرتبطة بالنواة وهي غير قادرة على التحرك في المادة مثل الخشب البلاستيك الايبونيت
أشباه الموصلات : وهي المواد القادرة على توصيل
التيار في الظروف الخاصة مثل الجرمانيوم والسليكون عناصر المجموعة 14
تحتوي هذه المواد على أربع إلكترونات تكافؤ ترتبط الذرات مع
بعضها البعض بروابط تساهمية في درجة حرارة الصفر المطلق(273-)
في درجة الصفر المطلق تكون غير قادرة على التوصيل ولكن في درجة حرارة الغرفة تتكسر روابط وتصبح قادرة على التوصيل
عند تطعيم أشباه الموصلات بشوائب عناصر من المجموعة 15
(المانحات ) نوع
\[N \]
ويتم التطعيم ذرة شائبة واحدة لكل مليون
ذرة أصلية وتصبح الالكترونات حاملات للشحن
عند تطعيم أشباه الموصلات بشوائب عناصر من المجموعة 13
( المستقبلات)نوع
\[p\]
ويتم التطعيم ذرة شائبة واحدة لكل مليون
ذرة أصلية وتصبح الفجوات حاملات للشحن
فائقة التوصيل :
وهي المواد ممانعتها لمرور التيار تكاد أن تكون معدومة وهذا النوع من المواد لا تعمل إلا عند
درجة حرارة منخفضة جدا مثل مادة التيتانيوم
أنواع الشحن الكهربائي
أنواع الشحن الكهربائي
الشحن بالدلك (Charging by Friction)
الشرح العلمي:
تحدث هذه الظاهرة عندما يتم دلك جسمين مختلفين معًا، حيث تنتقل الإلكترونات من جسم إلى آخر بسبب الاختلاف في قابلية المواد لفقدان أو كسب الإلكترونات.
التفاعل الكهرومغناطيسي:
- المادة ذات النزعة الإلكترونية الأعلى (مثل الصوف) تفقد إلكترونات
- المادة ذات النزعة الإلكترونية الأقل (مثل البلاستيك) تكتسب إلكترونات
الاستخدامات العملية:
- صناعة المولدات الكهربائية الساكنة (Van de Graaff generators)
- أنظمة طلاء السطوح بالكهرباء الساكنة
- أجهزة تنقية الهواء من الجسيمات العالقة
- تجارب علمية تعليمية لفهم الكهرباء الساكنة
الغاية الأساسية:
توليد شحنات كهربائية ساكنة عن طريق نقل الإلكترونات بين المواد، مع الحفاظ على الشحنة المكتسبة لفترة زمنية طويلة نسبيًا.
الشحن بالحث الكهربائي
الشحن الكهربائي بالحث (Induction charging)
تعريف الشحن بالحث:
هي عملية فصل الشحنات الكهربائية في جسم موصل دون تلامس مباشر مع الجسم المشحون، حيث تتأثر الشحنات الكهربائية في الجسم المحايد بوجود المجال الكهربائي للجسم المشحون.
خطوات العملية:
تقريب جسم مشحون (مثل قضيب سالب) من جسم موصل محايد
حدوث استقطاب في الجسم المحايد (الشحنات الموجبة تقترب، السالبة تبتعد)
توصيل الجسم الموصل بالأرض (تأريض)
إزالة التوصيل بالأرض ثم إبعاد الجسم المشحون
يصبح الجسم الموصل مشحونًا بشحنة معاكسة للجسم المشحون
مثال عملي:
عند تقريب بالون مشحون سالبًا من علبة ألومنيوم:
تتجاذب الشحنات الموجبة في العلبة نحو البالون
تبتعد الشحنات السالبة للطرف البعيد
إذا تم تأريض العلبة، تنتقل الشحنات السالبة للأرض
بعد إزالة البالون، تبقى العلبة بشحنة موجبة
الخصائص الرئيسية:
- لا يحتاج اتصال مباشر بين الجسمين
- الشحنة الناتجة معاكسة لشحنة الجسم المحث
- يحدث تغيير مؤقت في توزيع الشحنات
- يعتمد على قانون حفظ الشحنة الكهربائية
مقارنة بين الموصلات والعوازل
مقارنة بين شحن الموصلات والعوازل
الخاصية
الموصلات (Conductors)
العوازل (Insulators)
حركة الإلكترونات
إلكترونات حرة الحركة
إلكترونات مرتبطة بذراتها
التوصيل الكهربائي
✅ توصيل ممتاز للكهرباء
❌ لا توصل الكهرباء
التوصيل الحراري
✅ توصيل جيد للحرارة
❌ توصيل ضعيف للحرارة
أمثلة
النحاس، الفضة، الألومنيوم
الخشب، الزجاج، المطاط
شحن السطح
الشحنات تنتشر على السطح
الشحنات تبقى في مكانها
الإستخدامات
أسلاك التوصيل الكهربائي
عزل الأسلاك الكهربائية
الشرح العلمي:
الموصلات: تحتوي على إلكترونات حرة الحركة في المدار الخارجي لذراتها، مما يسمح بسهولة انتقال الشحنات الكهربائية عبر المادة.
العوازل: تكون الإلكترونات فيها مرتبطة بقوة بنواة الذرة، مما يمنع حركتها الحرة وبالتالي تمنع تدفق التيار الكهربائي.
قانون الحفظ في الشحنات:
عند شحن موصل:
- تنتقل الشحنات إلى السطح الخارجي
- توزع الشحنات بشكل متساوٍ
التأثير البيئي:
العوازل تلعب دورًا حاسمًا في:
- منع الصعقات الكهربائية
- الحفاظ على استقرار التيار الكهربائي
- تقليل فقدان الطاقة
عند تقريب جسم مشحون من مادة موصلة يحدث اعادة ترتيب للشحنات أما الجسم العازل يبتعد مركز الشحنة الموجبة عن السالبة دون الحركة
شحن الكشاف الكهربائي بالحث
شحن كشاف كهربائي بالحث (شحنة سالبة)
الخطوة 1: تقريب الجسم المشحون
قرب موصل مشحون بشحنة موجبة (+) من قرص الكشاف.
→ تنتج إعادة توزيع الشحنات (حث كهروستاتيكي)
Qالكشاف = σ+A - σ-A
الخطوة 2: التأريض (لمس القاعدة)
عند لمس القاعدة تنتقل الإلكترونات الحرة من الأرض إلى الكشاف
ΔQ = e- × n (حيث n عدد الإلكترونات)
→ يتخلص الكشاف من الشحنات الموجبة
الخطوة 3: إبعاد المصدر ثم الإصبع
بعد إزالة التأريض وإبعاد الجسم المشحون:
Qنهائي = -|Qمصدر|
→ يصبح الكشاف مشحونًا بشحنة سالبة معادلة
التطبيقات العملية
- شحن الأجسام في أنظمة الطلاء الإلكتروستاتيكي
- عملية نسخ المستندات في آلات التصوير
- أنظمة تنقية الهواء من الجسيمات العالقة
- شحن البالونات في التجارب العلمية التعليمية
قانون الحفظ الأساسي
ΣQقبل = ΣQبعد
(حفظ الشحنة الكهربائية)
وهي عملية شحن جسم موصل دون الملامسة
خطوات شحن كشاف كهربائي بشحنة سالبة بالحث
قرب موصل مشحون بشحنة موجبة من الكشاف ( يحدث إعادة ترتيب لشحنات الكشاف )
لامس قاعدة الكشاف بيدك ( تأريض ) تتفرغ الشحنات الحرة الغير متأثرة بقوة تجاذب
أبعد يدك ثم ابعد الجسم المشحون عن الكشاف يشحن الكشاف بشحنة سالبة
الشحن بالتلامس (Charging by Contact)
الشرح العلمي:
عملية نقل الشحنة الكهربائية عن طريق التلامس المباشر بين جسم مشحون وآخر متعادل، حيث تتنقل الشحنات حتى يصل النظام إلى حالة التوازن الكهروستاتيكي.
آلية النقل:
- إذا كان الجسم المشحون سالبًا: تنتقل الإلكترونات الزائدة إلى الجسم المتعادل
- إذا كان الجسم المشحون موجبًا: تسحب الإلكترونات من الجسم المتعادل
الاستخدامات العملية:
- أنظمة التأريض الكهربائي
- شحن البطاريات القابلة لإعادة الشحن
- أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية (عبر التلامس المباشر)
- أجهزة قياس الجهد الكهربائي
الغاية الأساسية:
توزيع الشحنات الكهربائية بالتساوي بين الأجسام المتلامسة، مع إمكانية التحكم في كمية ونوع الشحنة المنقولة.
عند ملامسة جسم مشحون لجسم موصل فإن جزء من شحنة الجسم
المشحون تنتقل للموصل ولا يشترط ان تتم تقاسم الشحن مناصفة
إلا إذا كان الجسم المشحون يماثل تمام الجسم الموصل يحدث
تقاسم الشحن
مثال : 3
أحد الموصلات التالية قد زادت كتلته
مع العلم
حدث التقريب في الصورة
\[A\;\;\;\;,B\] حدث تلامس في الصورة \[C\;\;\;\;,D\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
أختر الإجابة الصحيحة
مثال :4
موصلان متشابهان متعادلان تم تقريب جسم مشحون بشحنة
موجبة
كما في الشكل من الموصلين
ثم تم التوصيل بالأرض
ومن بعدها قطع الاتصال بالأرض
و ابعد الجسم المشحون
و تم ابعاد الموصلين عن بعضهما البعض
فان شحنة الموصلين
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
أختر الإجابة الصحيحة
مثال : 5
عند ملامسة موصل مشحون بشحنة موجبة مقدارها
6ᶙc
موصل أخر متعادل له نفس شكل الموصل المشحون وتم فصل الموصلين عن بعضهما فإن شحنة كل من الموصلين
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
أختر الإجابة الصحيحة
المصدر
https://phet.colorado.edu/sims/html/balloons-and-static-electricity/latest/balloons-and-static-electricity_ar_SA.html
https://www.showmethephysics.com/home/notes/electricity/staticElectricity/conduction.htm.
🧮 Calculator
الكهرباء الساكنة وطرق الشحن |
سالبة - وموجبة
ماذا يعني جسم مشحون بشحنة موجبة
ماذا يعني جسم مشحون بشحنة سالبة
تتكون أي مادة من
نواة تحتوي على بروتونات ذات شحنة موجبة ونترونات متعادلة
وتدور حول النواة إلكترونات ذات شحنة سالبة
الذرة متعادلة كهربائيا ؟
لأن عدد البروتونات = عدد الالكترونات
شحنة البروتون = شحنة الالكترون
\[ 𝑞_𝑒 = 𝑞_𝑝 = 1.602 X 10^{-19}C\]
الالكترونات هي التي تكتسب أو تفقد
الاجسام المشحونة تحتوي على بروتونات والكترونات ولكن عددها مختلف
جسم سالب الشحنة يكون اكتسب إلكترونات
عدد الالكترونات > عدد البروتونات
جسم موجب الشحنة يكون فقد إلكترونات
عدد البروتونات > عدد الالكترونات
يتم حساب شحنة الجسم من العلاقة
q = ±n .e
\[q\] شحنة الجسم
\[n\]عدد الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة
\[e=1.602× 10^{-19}c\] الشحنة الأولية للإلكترون
إذا إكتسب الجسم إلكترونات نضع إشارة سالبة وإذا فقد الجسم إلكترونات نضع إشارة موجبة
نستخدم الرموز اللونية للشحنات
الشحنات الموجبة لونها أحمر
الشحنات السالبة لونها أزرق
تم دلك قضيب من الزجاج بقطعة من الصوف فأصبح القضيب الزجاجي مشحون بشحنة موجبة فإن القضيب
أختر الإجابة الصحيحة تم دلك بالون بقطعة من الصوف فأصبح البالون مشحون بشحنة سالبة قدرها
أختر الإجابة الصحيحة تحتوي هذه المواد على أربع إلكترونات تكافؤ ترتبط الذرات مع
بعضها البعض بروابط تساهمية في درجة حرارة الصفر المطلق(273-)
في درجة الصفر المطلق تكون غير قادرة على التوصيل ولكن في درجة حرارة الغرفة تتكسر روابط وتصبح قادرة على التوصيل
عند تطعيم أشباه الموصلات بشوائب عناصر من المجموعة 15
(المانحات ) نوع
\[N \] ويتم التطعيم ذرة شائبة واحدة لكل مليون
ذرة أصلية وتصبح الالكترونات حاملات للشحن
عند تطعيم أشباه الموصلات بشوائب عناصر من المجموعة 13
( المستقبلات)نوع
\[p\]
ويتم التطعيم ذرة شائبة واحدة لكل مليون
ذرة أصلية وتصبح الفجوات حاملات للشحن
الشرح العلمي:
التفاعل الكهرومغناطيسي:
توليد شحنات كهربائية ساكنة عن طريق نقل الإلكترونات بين المواد، مع الحفاظ على الشحنة المكتسبة لفترة زمنية طويلة نسبيًا.
هي عملية فصل الشحنات الكهربائية في جسم موصل دون تلامس مباشر مع الجسم المشحون، حيث تتأثر الشحنات الكهربائية في الجسم المحايد بوجود المجال الكهربائي للجسم المشحون. عند تقريب بالون مشحون سالبًا من علبة ألومنيوم: الموصلات: تحتوي على إلكترونات حرة الحركة في المدار الخارجي لذراتها، مما يسمح بسهولة انتقال الشحنات الكهربائية عبر المادة. العوازل: تكون الإلكترونات فيها مرتبطة بقوة بنواة الذرة، مما يمنع حركتها الحرة وبالتالي تمنع تدفق التيار الكهربائي. عند شحن موصل:
العوازل تلعب دورًا حاسمًا في:
قرب موصل مشحون بشحنة موجبة (+) من قرص الكشاف.
عند لمس القاعدة تنتقل الإلكترونات الحرة من الأرض إلى الكشاف
بعد إزالة التأريض وإبعاد الجسم المشحون:
ΣQقبل = ΣQبعد
الشرح العلمي:
آلية النقل:
توزيع الشحنات الكهربائية بالتساوي بين الأجسام المتلامسة، مع إمكانية التحكم في كمية ونوع الشحنة المنقولة.
أحد الموصلات التالية قد زادت كتلته
أختر الإجابة الصحيحة موصلان متشابهان متعادلان تم تقريب جسم مشحون بشحنة
موجبة أختر الإجابة الصحيحة عند ملامسة موصل مشحون بشحنة موجبة مقدارها أختر الإجابة الصحيحة
وماذا حدث لقطعة الصوف و ما نوع شحنتها
قم بدلك البالون الأخر بقطعة الصوف وقرب البالونين من بعضهما وحدد نوع القوة بينهما
وقرب البالون من قطعة الصوف وحدد نوع القوة بينهما
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
8 × 10-19c
فإن قطعة الصوف
\[q_e=1.6× 10^{-19} C\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
المواد العازلة :
وهي المواد غير قادرة على توصيل التيار الكهربائي لأن إلكترونات غير حرة مرتبطة بالنواة وهي غير قادرة على التحرك في المادة مثل الخشب البلاستيك الايبونيت
أشباه الموصلات : وهي المواد القادرة على توصيل
التيار في الظروف الخاصة مثل الجرمانيوم والسليكون عناصر المجموعة 14
فائقة التوصيل :
وهي المواد ممانعتها لمرور التيار تكاد أن تكون معدومة وهذا النوع من المواد لا تعمل إلا عند
درجة حرارة منخفضة جدا مثل مادة التيتانيوم
أنواع الشحن الكهربائي
الشحن بالدلك (Charging by Friction)
تحدث هذه الظاهرة عندما يتم دلك جسمين مختلفين معًا، حيث تنتقل الإلكترونات من جسم إلى آخر بسبب الاختلاف في قابلية المواد لفقدان أو كسب الإلكترونات.
- المادة ذات النزعة الإلكترونية الأعلى (مثل الصوف) تفقد إلكترونات
- المادة ذات النزعة الإلكترونية الأقل (مثل البلاستيك) تكتسب إلكترونات
الاستخدامات العملية:
الغاية الأساسية:
الشحن الكهربائي بالحث (Induction charging)
تعريف الشحن بالحث:
خطوات العملية:
مثال عملي:
الخصائص الرئيسية:
مقارنة بين شحن الموصلات والعوازل
الخاصية
الموصلات (Conductors)
العوازل (Insulators)
حركة الإلكترونات
إلكترونات حرة الحركة
إلكترونات مرتبطة بذراتها
التوصيل الكهربائي
✅ توصيل ممتاز للكهرباء
❌ لا توصل الكهرباء
التوصيل الحراري
✅ توصيل جيد للحرارة
❌ توصيل ضعيف للحرارة
أمثلة
النحاس، الفضة، الألومنيوم
الخشب، الزجاج، المطاط
شحن السطح
الشحنات تنتشر على السطح
الشحنات تبقى في مكانها
الإستخدامات
أسلاك التوصيل الكهربائي
عزل الأسلاك الكهربائية
الشرح العلمي:
قانون الحفظ في الشحنات:
- تنتقل الشحنات إلى السطح الخارجي
- توزع الشحنات بشكل متساوٍالتأثير البيئي:
- منع الصعقات الكهربائية
- الحفاظ على استقرار التيار الكهربائي
- تقليل فقدان الطاقة
عند تقريب جسم مشحون من مادة موصلة يحدث اعادة ترتيب للشحنات أما الجسم العازل يبتعد مركز الشحنة الموجبة عن السالبة دون الحركة
شحن كشاف كهربائي بالحث (شحنة سالبة)
الخطوة 1: تقريب الجسم المشحون
→ تنتج إعادة توزيع الشحنات (حث كهروستاتيكي)
Qالكشاف = σ+A - σ-A
الخطوة 2: التأريض (لمس القاعدة)
ΔQ = e- × n (حيث n عدد الإلكترونات)
→ يتخلص الكشاف من الشحنات الموجبة
الخطوة 3: إبعاد المصدر ثم الإصبع
Qنهائي = -|Qمصدر|
→ يصبح الكشاف مشحونًا بشحنة سالبة معادلة
التطبيقات العملية
قانون الحفظ الأساسي
(حفظ الشحنة الكهربائية)
وهي عملية شحن جسم موصل دون الملامسة
خطوات شحن كشاف كهربائي بشحنة سالبة بالحث
قرب موصل مشحون بشحنة موجبة من الكشاف ( يحدث إعادة ترتيب لشحنات الكشاف )
لامس قاعدة الكشاف بيدك ( تأريض ) تتفرغ الشحنات الحرة الغير متأثرة بقوة تجاذب
أبعد يدك ثم ابعد الجسم المشحون عن الكشاف يشحن الكشاف بشحنة سالبة
الشحن بالتلامس (Charging by Contact)
عملية نقل الشحنة الكهربائية عن طريق التلامس المباشر بين جسم مشحون وآخر متعادل، حيث تتنقل الشحنات حتى يصل النظام إلى حالة التوازن الكهروستاتيكي.
- إذا كان الجسم المشحون سالبًا: تنتقل الإلكترونات الزائدة إلى الجسم المتعادل
- إذا كان الجسم المشحون موجبًا: تسحب الإلكترونات من الجسم المتعادل
الاستخدامات العملية:
الغاية الأساسية:
إلا إذا كان الجسم المشحون يماثل تمام الجسم الموصل يحدث
تقاسم الشحن
مع العلم
حدث التقريب في الصورة
\[A\;\;\;\;,B\] حدث تلامس في الصورة \[C\;\;\;\;,D\]
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
كما في الشكل من الموصلين
ثم تم التوصيل بالأرض
ومن بعدها قطع الاتصال بالأرض
و ابعد الجسم المشحون
و تم ابعاد الموصلين عن بعضهما البعض
فان شحنة الموصلين
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
6ᶙc
موصل أخر متعادل له نفس شكل الموصل المشحون وتم فصل الموصلين عن بعضهما فإن شحنة كل من الموصلين
اضغط هنا تظهر طريقة الحل
المصدر
https://phet.colorado.edu/sims/html/balloons-and-static-electricity/latest/balloons-and-static-electricity_ar_SA.html
https://www.showmethephysics.com/home/notes/electricity/staticElectricity/conduction.htm.
هنادي الدوسري
ReplyDelete