Search

 
 
📄 اطبع pdf
00971504825082

<<<الكهرباء الساكنة وقانون كولوم >>>

أنا العالم كولوم "
درست القوى المتبادلة بين الشحن الكهربائية وجدت أن

\(F \propto {q_1}{q_2}\)

القوة الكهربائية تتناسب طرديا مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين

\(F \propto \frac{1}{{{r^2}}}\)

القوة الكهربائية تتناسب عكسيا مع مربع البعد بين الشحنتين

وتتغير القوة الكهربائية بتغير الوسط

فتوصلت إلى ثابت كولوم الذي تتغير قيمتة بتغير الوسط
\(k = 9.0 \times {10^9}\frac{{{\rm{N}}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}}}{{{{\rm{C}}^{\rm{2}}}}}\)
\(k=1/4\pi\epsilon_0\). حيث أن \(\epsilon_0 = 8.85\times{10^{ - 12}}\frac{{{{\rm{C}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{N}}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}}}\)

فتوصلت إلى العلاقة التالية


\[F = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}} \tag{1} \label{1}\]
في هذه المحاكاة سوف نتأكد من العلاقة بين مقدار القوة ومقدار الشحنتين ونتأكد من العلاقة بين مقدار القوة والبعد بين الشحنتين من خلال الضغط على الأيقونة الموجودة على اليمين الاولى تبين العلاقة مع البعد بين الشحنتين والأيقونة الموجودة في أسفل منها تبين العلاقة مع مقدار الشحنتين عليك أن تثبت في البداية مقدر الشحن وتغير البعد ولاحظ الخط البياني ثم ثبت البعد وغير مقدارأحد الشحن ( الشحنة الأولى ) ولاحظ الخط البياني ماذا تستنتج



القوة الكهربائية بين شحنتين

قانون كولوم

القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما :

\[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]

حيث:
k = ثابت كولوم \[ k ≈ 9×10⁹ N·m²/C²\]

أنواع القوى الكهربائية

1. قوة تجاذب

تحدث عندما تكون الشحنتان مختلفتين في النوع (واحدة موجبة والأخرى سالبة)

مثال: تجاذب الإلكترونات للنواة في الذرة

2. قوة تنافر

تحدث عندما تكون الشحنتان متشابهتين في النوع (كلتاهما موجبتان أو سالبتان)

مثال: تنافر شحنتين على بالونين مشحونين بنفس النوع

خصائص هامة

  • قوة متبادلة (تساوي في المقدار وتعاكس في الاتجاه)
  • تزداد شدتها بزيادة مقدار إحدى الشحنتين أو كلاهما
  • تقل شدتها بزيادة المسافة بين الشحنتين
  • تعتمد على الوسط العازل بين الشحنتين

ملاحظات هامة:

1. القوة تنافرية إذا كانت الشحنتين متشابهتين
2. القوة تجاذبية إذا كانت الشحنتين مختلفتين
3. وحدة القوة: نيوتن (N)
4. التأثير المتبادل وفق قانون نيوتن الثالث

معلومات مفيدة: القوة المتبادلة بين شحنتين

يوجد نوعين من القوة الكهربائية تجاذب وتنافر

قوة التجاذب تنشأ بين الشحن المختلفة

قوة التنافر تنشأ بين الشحن المتشابهه

لاحظ مهما كانت نوع القوة المتبادلة بين الشحنتين

فإن اتجاه القوة المتبادلة بين الشحنتين متعاكستين

ان مقدار القوة التي تؤثر بها الشحنةالأولى على الثانية تساوي مقدار القوة التي تؤثر بها الشحنة الثانية على الأولى و لكن تعاكسها في الاتجاه

F12 = -F21

لكل فعل رد فعل (قانون نيوتن الثالث )


مثال :1

شحنتين مختلفتين في النوع مقدار الأولى يعادل ضعف الثانية \[q_1=+2q ,q_2=-q\] إذا أثرت قوة كهربائية من الشحنة الأولى على الثانية \[F_{12}= 10 N \] نحو اليمين فإن القوة التي تؤثر بها الشحنة الثانية على الأولى تعادل

أختر الإجابة الصحيحة


A
F21=20 N نحو اليمين
B
F21=20 N نحو اليسار
C
F21=10 N نحو اليسار
D
F21=10 N نحو اليمين
  • اضغط هنا تظهر طريقة الحل
  • مثال :2

    شحنتين لهما نفس المقدار كما في الشكل المسافة بينهما
    0.2 m
    فإذا كانت القوة الكهربائية المتبادلة بينهما تعادل
    0.4 N
    فإن مقدار كل من الشحنتين يعادل

    أختر الإجابة الصحيحة


    A
    q1=q2= 1.7 ×10-12C
    B
    q1=q2= 3.9 ×10-6C
    C
    q1=q2= 1.3 ×10-6C
    D
    q1=q2= 8.6 ×10-12C
  • اضغط هنا تظهر طريقة الحل




  • :تراكب القوى الكهربائية

    في الشكل ادناه لدينا ثلاث شحن كهربائية

    حدد اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الاولى من الشحنة الثانية واكتب العلاقة المعبرة عنها
    \[..........................................................\]

  • اضغط هنا تظهر طريقة الحل
  • حدد اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الاولى من الشحنة الثالثة واكتب العلاقة المعبرة عنها

    \[..........................................................\]

  • اضغط هنا تظهر طريقة الحل
  • لو كانت الثلاث شحن متساوية في المقدار ما هو اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الأولى

    \[..........................................................\]

  • اضغط هنا تظهر طريقة الحل
  • تراكب القوة الكهربائية
    في هذه المحاكاة نضع أكثر من شحنتين بجوار بعضهما على استقامة واحدة ونحدد الفوة المؤثرة على أحد الشحن ونحدد اتجاه القوة

    مثال محلول وضعت ثلاث شحنات نقطية على رؤوس مثلث قائم الزاوية كما في الشكل \[q_1= 2\;µc\;\;\;\;\;\;\;q_2=-3\;µc\;\;\;\;\;\;\;q_3=4\;µc\] والمسافة بين الشحنات تعادل \[r_{12}=0.3\;m\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; r_{13}=0.4\;m\] احسب القوة الكهربائية المؤثرة على الشحنة الأولى
    الحل
    \[Fe_{21}=K\frac {q_1.q_2}{r_{12}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×3×10^{-6}}{0.3^2}=0.6 N \] \[Fe_{31}=K\frac {q_1.q_3}{r_{13}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×4×10^{-6}}{0.2^2}=1.8 N \] \[F_{net}=\sqrt {F_{21}^2+F_{31}^2}=\sqrt {0.6^2+1.8^2}=1.9 N \] الاتجاه \[𝜃=tan^{-1}\frac {Fe_{21}}{Fe_{31}}=tan^{-1}\frac {0.6}{1.8}=18.4^0\] القوة الكهربائية بين ثلاث شحنات

    القوة الكهربائية بين ثلاث شحنات

    قانون كولوم:

    القوة بين شحنتين: \[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]

    آلية تحديد القوة المحصلة:

    1. حدد اتجاه القوة بين كل زوج (تنافر ←← أو تجاذب →←)
    2. احسب مقدار القوة بين كل زوج باستخدام القانون
    3. اجمع القوى بشكل متجهي حسب اتجاهها

    ملاحظات هامة:

    • تأخذ إشارة الشحنات في الاعتبار (تجاذب/تنافر)
    • المسافات تُحسب باستخدام نظرية فيثاغورث إذا لزم الأمر
    • الاتجاه يعتمد على طبيعة الشحنات:
      نوع الشحناتاتجاه القوة
      متماثلةتنافر
      مختلفةتجاذب
    محاكاة قانون كولوم

    القوة بين شحنتين

    ثلاث شحنات على خط مستقيم

    مثلث قائم الزاوية

    تطبيقات عملية

    1. تُستخدم القوى الكهربائية الساكنة لجمع الانبعاثات في مداخن

      تُستخدم مرسبات الكهروستاتيكية في المصانع لتنقية الدخان والجسيمات من الانبعاثات الصناعية.

      تمر غازات العادم عبر حجرة تحتوي على أقطاب كهربائية تشحن الجسيمات العالقة بشحنة موجبة

      تنجذب الجسيمات المشحونة إلى ألواح تجميع ذات شحنة سالبة حيث تلتصق بها.

      يتم تنظيف الألواح دورياً لإزالة الجسيمات المتراكمة.

      هذه التقنية فعالة جداً في إزالة الجسيمات الدقيقة بنسبة تصل إلى 99% في بعض التطبيقات.

    2. شحن قطرات الطلاء وصبغ السيارات

      تُستخدم الكهرباء الساكنة في عملية طلاء السيارات لتوفير الطلاء بشكل متساوٍ ومنظم.

      يتم شحن جزيئات الطلاء بشحنة كهربائية موجبة بينما يتم شحن هيكل السيارة بشحنة سالبة.

      يؤدي التجاذب الكهروستاتيكي إلى جذب جزيئات الطلاء إلى جميع أسطح السيارة، حتى في الزوايا والمناطق المخفية.

      هذه التقنية تقلل من هدر الطلاء وتوفر تغطية أفضل مع طبقة أكثر اتساقاً.

    3. الطابعات الليزرية

      تعتمد طابعات الليزر على مبادئ الكهرباء الساكنة في عملها.

      تحتوي الطابعة على أسطوانة مشحونة بشحنة كهروستاتيكية موحدة.

      يقوم الليزر بإزالة الشحنة من المناطق التي يجب أن تظهر فيها الصورة أو النص.

      يلتصق مسحوق الحبر (المشحون بشحنة معاكسة) بالمناطق المشحونة على الأسطوانة.

      ثم يتم نقل الحبر إلى الورقة (المشحونة بشحنة أقوى) ويتم تثبيته بالحرارة.

    4. تغليف الأطعمة

      تستخدم الكهرباء الساكنة في تغليف المواد الغذائية لإنشاء أغلفة محكمة الإغلاق.

      يتم تطبيق شحنة كهربائية على البلاستيك أو الغلاف ليلتصق بشكل أفضل بالمنتج أو بالطبقة الأخرى من الغلاف.

      هذه التقنية تساعد في حماية الطعام من التلف وتمديد فترة صلاحيته.

      تُستخدم أيضاً في تغليف المواد الغذئة بالنايلون الشفاف حيث تلتصق الطبقة البلاستيكية بالمنتج بشكل متساوٍ.

    مقارنة بين القوة الكهروستاتيكية وقوة التجاذب الكتلي

    الناحيةالقوة الكهروستاتيكيةقوة التجاذب الكتلي (الجاذبية)
    التعريفقوة تنشأ بين الشحنات الكهربائية الساكنةقوة تجاذب تنشأ بين الكتل بسبب كتلتها
    وحه التشابهقوة تناسب عكسياً مع مربع المسافةقوة تناسب عكسياً مع مربع المسافة
    وجه التشابهيمكن وصفها بمجال كهربائييمكن وصفها بمجال جذبوي (مجال الجاذبية)
    وجه الإختلافتكون تجاذبية أو تنافرية (تعتمد على نوع الشحنة)تكون تجاذبية فقط (لا وجود للتنافر)
    شدة القوةأقوى بكثير من قوة الجاذبيةأضعف بكثير من القوة الكهروستاتيكية
    وجه الإختلافتعتمد على ثابت كولوم \[k = 9 × 10^9 N.m²/C²\]تعتمد على ثابت الجذب العام \[G = 6.67 × 10^-11 N.m²/kg²\]
    التطبيقاتتستخدم في الدوائر الكهربائية، المكثفات، وغيرهاتفسر حركة الكواكب، المد والجزر، وغيرها

    I am Coulomb "
    I studied the mutual forces between electric charges and found that

    \(F \propto {q_1}{q_2}\)

    Electric force is directly proportional to the product of the magnitudes of the two charges

    \(F \propto \frac{1}{{{r^2}}}\)

    Electric force is inversely proportional to the square of the distance between the charges

    And the electric force changes with the medium

    So I arrived at Coulomb's constant whose value changes with the medium
    \(k = 9.0 \times {10^9}\frac{{{\rm{N}}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}}}{{{{\rm{C}}^{\rm{2}}}}}\)
    \(k=1/4\pi\epsilon_0\). where \(\epsilon_0 = 8.85\times{10^{ - 12}}\frac{{{{\rm{C}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{N}}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}}}\)

    Thus I arrived at the following relationship


    \[F = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}} \tag{1} \label{1}\]
    In this simulation we will verify the relationship between the magnitude of force and the magnitude of charges and verify the relationship between force and distance by clicking the icon on the right: the first shows the relationship with distance and the one below shows the relationship with charge magnitude. You must first fix the charge and change the distance, observe the graph; then fix the distance and change the magnitude of one charge (the first charge) and observe the graph. What do you conclude?



    Electric Force Between Two Charges

    Coulomb's Law

    The electric force between two point charges is directly proportional to the product of the magnitudes of the charges and inversely proportional to the square of the distance between them:

    \[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]

    where:
    k = Coulomb's constant \[ k ≈ 9×10⁹ N·m²/C²\]

    Types of Electric Forces

    1. Attractive Force

    Occurs when the two charges are of opposite types (one positive and one negative)

    Example: attraction of electrons to the nucleus in an atom

    2. Repulsive Force

    Occurs when the two charges are of the same type (both positive or both negative)

    Example: repulsion of two charges on two balloons charged with the same type

    Important Properties

    • Mutual force (equal in magnitude and opposite in direction)
    • Its intensity increases with increasing magnitude of one or both charges
    • Its intensity decreases with increasing distance between charges
    • Depends on the dielectric medium between the charges

    Important Notes:

    1. The force is repulsive if the two charges are alike
    2. The force is attractive if the two charges are different
    3. Unit of force: Newton (N)
    4. Mutual interaction according to Newton's third law

    Useful information: Mutual force between two charges

    There are two types of electric force: attraction and repulsion

    Attractive force arises between different charges

    Repulsive force arises between similar charges

    Observe whatever the type of mutual force between the two charges

    The direction of the mutual force between the two charges is opposite

    The magnitude of force that the first charge exerts on the second equals the magnitude of force that the second charge exerts on the first but opposite in direction

    F12 = -F21

    For every action there is an equal and opposite reaction (Newton's third law)


    Example :1

    Two charges of different types, the magnitude of the first is twice the second \[q_1=+2q ,q_2=-q\]. If an electric force from the first charge on the second is \[F_{12}= 10 N\] to the right, then the force exerted by the second charge on the first equals:

    Choose the correct answer


    A
    F21=20 N to the right
    B
    F21=20 N to the left
    C
    F21=10 N to the left
    D
    F21=10 N to the right
  • Click here to see solution
  • Example :2

    Two charges have the same magnitude as shown in the figure, the distance between them
    0.2 m
    If the mutual electric force between them is
    0.4 N
    then the magnitude of each charge equals:

    Choose the correct answer


    A
    q1=q2= 1.7 ×10-12C
    B
    q1=q2= 3.9 ×10-6C
    C
    q1=q2= 1.3 ×10-6C
    D
    q1=q2= 8.6 ×10-12C
  • Click here to see solution




  • Superposition of Electric Forces

    In the figure below we have three electric charges

    Determine the direction of the force acting on the first charge from the second charge and write the expression for it
    \[..........................................................\]

  • Click here to see solution
  • Determine the direction of the force acting on the first charge from the third charge and write the expression for it

    \[..........................................................\]

  • Click here to see solution
  • If all three charges are equal in magnitude, what is the direction of the net force acting on the first charge?

    \[..........................................................\]

  • Click here to see solution
  • Superposition of Electric Force
    In this simulation we place more than two charges next to each other on a straight line and determine the force acting on a charge and its direction

    Solved Example Three point charges are placed at the vertices of a right triangle as shown \[q_1= 2\;µc\;\;\;\;\;\;\;q_2=-3\;µc\;\;\;\;\;\;\;q_3=4\;µc\] and distances between charges are \[r_{12}=0.3\;m\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; r_{13}=0.4\;m\] Calculate the electric force on the first charge.
    Solution
    \[Fe_{21}=K\frac {q_1.q_2}{r_{12}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×3×10^{-6}}{0.3^2}=0.6 N \] \[Fe_{31}=K\frac {q_1.q_3}{r_{13}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×4×10^{-6}}{0.2^2}=1.8 N \] \[F_{net}=\sqrt {F_{21}^2+F_{31}^2}=\sqrt {0.6^2+1.8^2}=1.9 N \] Direction \[𝜃=tan^{-1}\frac {Fe_{21}}{Fe_{31}}=tan^{-1}\frac {0.6}{1.8}=18.4^0\]
    Electric Force Between Three Charges

    Electric Force Between Three Charges

    Coulomb's Law:

    Force between two charges: \[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]

    Method to determine resultant force:

    1. Determine direction of force between each pair (repulsion ←← or attraction →←)
    2. Calculate magnitude of force between each pair using the law
    3. Add forces vectorially according to their directions

    Important Notes:

    • Sign of charges is taken into account (attraction/repulsion)
    • Distances are calculated using Pythagorean theorem if needed
    • Direction depends on nature of charges:
      Charge typeForce direction
      Like chargesRepulsion
      Unlike chargesAttraction
    Coulomb's Law Simulation

    Force between two charges

    Three charges on a line

    Right triangle

    Practical Applications

    1. Electrostatic forces are used to collect emissions in chimneys

      Electrostatic precipitators are used in factories to purify smoke and particles from industrial emissions.

      Exhaust gases pass through a chamber containing electrodes that charge suspended particles with a positive charge.

      Charged particles are attracted to collection plates with negative charge where they adhere.

      Plates are cleaned periodically to remove accumulated particles.

      This technology is very effective in removing fine particles up to 99% in some applications.

    2. Charging paint droplets and car painting

      Static electricity is used in car painting to provide even and organized paint application.

      Paint particles are given a positive electric charge while the car body is given a negative charge.

      Electrostatic attraction draws paint particles to all surfaces of the car, even corners and hidden areas.

      This technique reduces paint waste and provides better coverage with a more uniform coat.

    3. Laser printers

      Laser printers rely on principles of static electricity in their operation.

      The printer contains a drum charged with a uniform electrostatic charge.

      The laser removes charge from areas where the image or text should appear.

      Toner powder (charged with opposite charge) adheres to the charged areas on the drum.

      The toner is then transferred to the paper (given a stronger charge) and fused with heat.

    4. Food packaging

      Static electricity is used in food packaging to create airtight seals.

      An electric charge is applied to plastic or wrap to make it adhere better to the product or to the other layer of wrapping.

      This technique helps protect food from spoilage and extends its shelf life.

      It is also used in packaging food with clear nylon where the plastic layer adheres evenly to the product.

    Comparison between Electrostatic Force and Gravitational Force

    AspectElectrostatic ForceGravitational Force
    DefinitionForce arising between static electric chargesAttractive force arising between masses due to their mass
    SimilarityInversely proportional to the square of distanceInversely proportional to the square of distance
    SimilarityCan be described by an electric fieldCan be described by a gravitational field
    DifferenceCan be attractive or repulsive (depends on charge type)Only attractive (no repulsion)
    StrengthMuch stronger than gravitational forceMuch weaker than electrostatic force
    DifferenceDepends on Coulomb's constant \[k = 9 × 10^9 N.m²/C²\]Depends on universal gravitational constant \[G = 6.67 × 10^{-11} N.m²/kg²\]
    ApplicationsUsed in electrical circuits, capacitors, etc.Explains planetary motion, tides, etc.
    اكتب تعليقا واذا كان هناك خطأ اكتبه وحدد مكانه Write a comment, and if there is mistake, write and specify its location

    No comments:

    Post a Comment

    🧮 Calculator
    🗑️
    ✏️ قلم