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
\[F = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}} \tag{1} \label{1}\]
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
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 )
في الشكل ادناه لدينا ثلاث شحن كهربائية
حدد اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الاولى من الشحنة الثانية واكتب العلاقة المعبرة عنها
\[..........................................................\]
حدد اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الاولى من الشحنة الثالثة واكتب العلاقة المعبرة عنها \[..........................................................\]
لو كانت الثلاث شحن متساوية في المقدار ما هو اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الأولى \[..........................................................\]
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
\[Fe_{21}=K\frac {q_1.q_2}{r_{12}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×3×10^{-6}}{0.3^2}=0.6 N \] \[Fe_{31}=K\frac {q_1.q_3}{r_{13}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×4×10^{-6}}{0.2^2}=1.8 N \] \[F_{net}=\sqrt {F_{21}^2+F_{31}^2}=\sqrt {0.6^2+1.8^2}=1.9 N \]
القوة الكهربائية بين ثلاث شحنات
قانون كولوم:
القوة بين شحنتين: \[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]
آلية تحديد القوة المحصلة:
- حدد اتجاه القوة بين كل زوج (تنافر ←← أو تجاذب →←)
- احسب مقدار القوة بين كل زوج باستخدام القانون
- 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 الشحنات اتجاه القوة متماثلة تنافر مختلفة تجاذب
القوة بين شحنتين
ثلاث شحنات على خط مستقيم
مثلث قائم الزاوية
تطبيقات عملية
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
| الناحية | القوة الكهروستاتيكية | قوة التجاذب الكتلي (الجاذبية) |
|---|---|---|
| التعريف | قوة تنشأ بين الشحنات الكهربائية الساكنة | قوة تجاذب تنشأ بين الكتل بسبب كتلتها |
| وحه التشابه | قوة تناسب عكسياً مع مربع المسافة | قوة تناسب عكسياً مع مربع المسافة |
| وجه التشابه | يمكن وصفها بمجال كهربائي | يمكن وصفها بمجال جذبوي (مجال الجاذبية) |
| وجه الإختلاف | تكون تجاذبية أو تنافرية (تعتمد على نوع الشحنة) | تكون تجاذبية فقط (لا وجود للتنافر) |
| شدة القوة | أقوى بكثير من قوة الجاذبية | أضعف بكثير من القوة الكهروستاتيكية |
| وجه الإختلاف | تعتمد على ثابت كولوم \[k = 9 × 10^9 N.m²/C²\] | تعتمد على ثابت الجذب العام \[G = 6.67 × 10^-11 N.m²/kg²\] |
| التطبيقات | تستخدم في الدوائر الكهربائية، المكثفات، وغيرها | تفسر 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
\[F = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}} \tag{1} \label{1}\]
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
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)
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
\[..........................................................\]
Determine the direction of the force acting on the first charge from the third charge and write the expression for it \[..........................................................\]
If all three charges are equal in magnitude, what is the direction of the net force acting on the first charge? \[..........................................................\]
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
\[Fe_{21}=K\frac {q_1.q_2}{r_{12}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×3×10^{-6}}{0.3^2}=0.6 N \] \[Fe_{31}=K\frac {q_1.q_3}{r_{13}^2}=9×10^9×\frac {2×10^{-6}×4×10^{-6}}{0.2^2}=1.8 N \] \[F_{net}=\sqrt {F_{21}^2+F_{31}^2}=\sqrt {0.6^2+1.8^2}=1.9 N \]
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:
- Determine direction of force between each pair (repulsion ←← or attraction →←)
- Calculate magnitude of force between each pair using the law
- 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 type Force direction Like charges Repulsion Unlike charges Attraction
Force between two charges
Three charges on a line
Right triangle
Practical Applications
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
| Aspect | Electrostatic Force | Gravitational Force |
|---|---|---|
| Definition | Force arising between static electric charges | Attractive force arising between masses due to their mass |
| Similarity | Inversely proportional to the square of distance | Inversely proportional to the square of distance |
| Similarity | Can be described by an electric field | Can be described by a gravitational field |
| Difference | Can be attractive or repulsive (depends on charge type) | Only attractive (no repulsion) |
| Strength | Much stronger than gravitational force | Much weaker than electrostatic force |
| Difference | Depends on Coulomb's constant \[k = 9 × 10^9 N.m²/C²\] | Depends on universal gravitational constant \[G = 6.67 × 10^{-11} N.m²/kg²\] |
| Applications | Used in electrical circuits, capacitors, etc. | Explains planetary motion, tides, etc. |
Physics

No comments:
Post a Comment