English Edition Copyright© 2009 the McGrawHill CompaniesIncAll rights reserved

©

Arabic Edition is published by Obeikan under agreement with�e McGrawHill CompaniesInc© 2008

©

www.macmillanmh.com

الفيزياء

Original Title:PhysicsPrinciples and ProblemsBy:Paul W. ZitzewitzTodd George ElliottDavid G. Haase Kathleen A. HarperMichael R. HerzogJane Bray NelsonJim NelsonCharles A. SchulerMargaret K. Zorn

يأيت اهتامم اململكة العربية السعودية بتطوير مناهج التعليم وحتديثها يف إطار اخلطة العامة للمملكة د. ع وسعيها إىل مواكبة التطورات العاملية عىل خمتلف الص

والعلوم الرياضيات مناهج تطوير مرشوع إطار يف الثانوي الثالث للصف الفيزياء كتاب ويأيت الطبيعية، الذي هيدف إىل إحداث تطور نوعي يف تعليم وتعلم الرياضيات والعلوم، يكون للطالب فيه الدور الرئيس واملحوري يف عملية التعلم والتعليم. وقد جاء هذا الكتاب يف ستة فصول، هي: الكهرباء الساكنة، واملجاالت الكهربائية، والكهرباء التيارية، ودوائر التوايل والتوازي الكهربائية،

واملجاالت املغناطيسية، واحلث الكهرمغناطييس.املنهج توجهات يعكس فاعل، تربوي وتنظيم شائق، بأسلوب الكتاب حمتو عرض جاء وقد

وفلسفته.ا عىل أنشطة متنوعة املستو، يمكن أن ينفذها الطالب، وتراعي يف الوقت وقد اشتمل املحتو أيضا توضيحية معربة عن موضوع الفصل، نفسه الفروق الفردية بينهم، باإلضافة إىل تضمني املحتو صور

مع حرص الكتاب عىل التقويم التكويني يف وحداته وفصوله املختلفة.كام أكدت فلسفة الكتاب أمهية اكتساب الطالب املنهجية العلمية يف التفكري والعمل، وإتقانه مهارات عقلية وعملية رضورية، منها عىل سبيل املثال: التجارب االستهاللية، والتجارب، وخمترب الفيزياء، واإلثراء، باإلضافة إىل حرصها عىل ربط املحتو الفيزيائي مع فروع املعرفة املختلفة ومع واقع حياة

الطالب، ومن ذلك ربطها مع الرياضيات واملجتمع. لد العلمية املعرفة تعميق يف تنفيذها يساهم أن ل يؤم العملية، للتجارب دليل الكتاب ويرافق واجتاهاته ميوله تنمية إىل باإلضافة والتقنية، العلوم جمال يف اليدوية املهارات واكتسابه الطالب،

اإلجيابية نحو العلم والعلامء.واهللا نسأل أن حيقق الكتاب األهداف املتوخاة منه، وأن يوفق اجلميع ملا فيه اخلري لبالدنا وتقدمها

وازدهارها.

4

5

6

الفصل 1

8 ................................. الساكنة الكهرباء

1-1 الشحنة الكهربائية ................................. 9

14 2-1 القـوة الكهربائيـة ..............................

الفصل 2

المجاالت الكهربائية ............................ 34

1-2 توليد املجاالت الكهربائية وقياسها .............. 35

2-2 تطبيقات املجاالت الكهربائية.................... 43

الفصل 3

الكهرباء التيارية ................................. 68

1-3 التيار الكهربائي والدوائر الكهربائية ............. 69

2-3 استخدام الطاقة الكهربائية ...................... 80

بعد دراســتك لهــذا الفصل ستكون قادرا على

• ربط املجـاالت الكهربائيـة مع القوالكهربائية، والتمييز بينهام.

ربط فرق اجلهـد الكهربائي مع الطاقة • والشغل.

وصـف كيفية توزيـع الشـحنات عىل • املوصالت.

ن املكثفات الشحنات • توضيح كيف ختزالكهربائية.

ا�هميةتعـد الكهربـاء الشـكل الرئيـس للطاقـة

بالنسبة للمجتمعات احلديثة.دث مولد جهد حيج الذي تشـاهده داخل كرات عال التوه

التفريغ املجاورة.

ر ◀ فكج مصباح كهربائي عادي بالطريقة ملاذا ال يتوهحة ج هبا كرات التفريغ املوض نفسـها التي تتوهد جهد عال؟ يف الصورة املجاورة عند وصلها بمول

343434

قائمة المحتويات

7

الفصل 4

96 ...... الكهربائية والتوازي التوالي دوائر

1-4 الدوائر الكهربائية البسيطة ....................... 97

2-4 تطبيقات الدوائر الكهربائية.................... 107

الفصل 5

125 .................. المغناطيسية المجاالت 1-5 املغانط: الدائمة واملؤقتة........................ 126

2-5 القو الناجتة عن املجاالت املغناطيسية ......... 134

الفصل 6

الحث الكهرمغناطيسي .................... 154

1-6 التيار الكهربائي الناتج عن تغري املجاالت املغناطيسية ....155

2-6 تغري املجاالت املغناطيسية يولد قوة دافعة كهربائية حثية... 163

182183214 217

قائمة المحتويات

بعد دراســتك لهذا الفصل ستكون قادرا على

مالحظة سلوك الشحنات الكهربائية، • وحتليـل طريقـة تفاعلهـا مـع املـادة.

اختبار القو التي تؤثر بني الشحنات • الكهربائية.

ا�هميةتتحكم الكهرباء الساكنة يف عمل بعض األجهزة، ومنها آلة الطباعة وآلة تصوير ا سـلبية يف بعض األوراق، إال أن هلا آثاراملكونات اإللكرتونيـة لألجهزة، كام أن

ل الربق. ا يف تشك هلا دورالـربق يعد كل مـن الـرشارة الكهربائية الصغـرية التي تعاين منهـا عندما تلمس مقبـض البـاب الفلـزي، والـربق الذي العواصـف أثنـاء يف األبصـار خيطـف مثالـني عـىل تفريـغ الكهرباء السـاكنة. وختتلـف عمليتا الشـحن والتفريغ - يف الصغـرية الكهربائيـة الـرشارة حالتـي والربق - إىل حد كبري من حيث املقدار، إال أهنام متامثلتان يف طبيعتيهام األساسية.

ر ◀ فكما أسباب تراكم الشحنات عىل السحب الرعديـة؟ وكيـف حيدث هلـا تفريغ عىل

شكل برق؟

888

ماذا حيدث عند دلك مسطرة بالستيكية

بقطعة صوف ثم تقريبها من قصاصات ورقية؟

A B C D E F G H I J K L M N

A B C D E F G H I J K L M N

ضـع 20-15 قصاصـة ورق (مما ينتج عن اسـتعامل 1.

اخلرامة) عىل الطاولة. خذ مسطرة بالستيكية، وادلكها بقطعة صوف. 2.ب املسـطرة البالسـتيكية من قصاصات الورق، 3. قر

والحظ تأثريها يف القصاصات.

بت املسـطرة مـاذا حـدث لقصاصات الـورق عندما قرالبالسـتيكية إليهـا؟ ومـاذا حـدث للقصاصـات التي التصقـت باملسـطرة؟ هل الحظـت نتائج غـري متوقعة عندمـا قربت املسـطرة إىل قصاصات الـورق؟ إذا كان

فها. هناك نتائج غري متوقعة فص

مـا القـو املؤثـرة يف قصاصـات الـورق قبل تقريب املسـطرة إليهـا؟ ومـاذا يمكنك أن تسـتنتج حول القو املؤثـرة يف هـذه القصاصات بعد

تقريب املسطرة البالستيكية إليها؟

ح التأثري الذي أحدثته املسـطرة يف ضـع فرضيات توضالقصاصـات الورقية مسـتعينا بإجاباتك عن السـؤالني

السابقني.

ا عـىل سـجادة، وقد احتـك حذاؤك لعلـك مشـيت يومبنسـيجها، ممـا ولد رشارة كهربائية ظهرت عندما ملسـت ا آخر. هل هناك تشابه بني هذه الرشارة والربق؟ شـخصالختبـار ذلـك، أجـر بنيامـني فرانكلني عـام 1752م جتربة عـىل طائرة ورقية؛ حيث طري طائـرة ورقية، وربط ـا يف هناية اخليط املتصـل بالطائرة. وعندما اقرتبت مفتاحعاصفـة رعديـة مـن الطائـرة الحـظ أن أليـاف اخليـط الرخـوة قد انتصبـت وتنافر بعضها عـن بعض. وعندما ب فرانكلني إصبعه من املفتاح، الحظ حدوث رشارة قركهربائية. وكانت هذه جتربة رائعة ولكنها جمازفة خطرية، ومـن حسـن حـظ فرانكلني أنـه نجـا، فقد حـاول أحد ا من شدة العلامء إعادة التجربة ذاهتا إال أنه مات مصعوقالتفريغ. وقد انطلقت بعد ذلك سلسـلة من البحوث يف جمـال الكهرباء، بعدما أظهـرت جتربة فرانكلني أن الربق يشـبه الرشر الناجم عـن االحتكاك. وتسـمى التأثريات

الكهربائية التي تتولد هبذه الطريقة الكهرباء الساكنة. ستستقيص يف هذا الفصل الكهرباء الساكنة (الكهرسكونية)، تجز يف وهي دراسة الشحنات الكهربائية التي تتجمع وحتمكان ما. ويمكن مالحظة آثار الكهرباء الساكنة عىل نطاق ا بالربق ووصوال إىل املستو املجهري للذرات واسع؛ بدءواجلزيئات. أما الكهرباء التيارية (املتحركة) املتولدة بواسطة

البطاريات واملولدات فستدرسها يف الفصول الالحقة.

• أن األجسام املشحونة تؤثر بقو جتاذب

وتنافر. • أن عملية الشحن هي فصل للشحنات

الكهربائية، وليس إنتاجها. • االختالفات بني املوصالت والعوازل.

الكهرباء الساكنة (الكهرسكونية)

اجلسم املتعادلمادة عازلة

مادة موصلة

• أن األجسام املشحونة تؤثر بقو جتاذب

وتنافر. • أن عملية الشحن هي فصل للشحنات

الكهربائية، وليس إنتاجها. • االختالفات بني املوصالت والعوازل.

الكهرباء الساكنة (الكهرسكونية)

اجلسم املتعادلمادة عازلة

مادة موصلة

Electric Charge الشحنة الكهربائية1-1

999

Charged Objects جسام المشحونة�اهل الحظت انجذاب شـعرك نحو املشـط عند متشـيطه يف يوم جاف، أو انتصاب شـعرك ا التصـاق اجلـوارب أحيانا بعضهـا ببعض عند بعـد دلكـه ببالـون؟ لعلك الحظـت أيضا انجذاب قصاصات الورق إىل املسطرة فة املالبس. ولعلك الحظت أيض إخراجها من جمفالبالستيكية املوضحة يف التجربة االستهاللية والشكل 1-1. من املؤكد وجود قوة جديدة كبرية نسـبيا سـببت تسارع القصاصات إىل أعىل بمقدار أكرب من تسارعها إىل أسفل الناتج

عن قوة اجلاذبية األرضية. هناك اختالفات أخر بني هذه القوة اجلديدة وقوة اجلاذبية األرضية؛ فقصاصات الورق ال تنجـذب إىل املسـطرة إال بعد دلك املسـطرة، كام أن املسـطرة تفقـد خاصية اجلذب هذه بعـد فرتة قصرية. أما قوة اجلاذبيـة األرضية فال حتتاج إىل دلك حتى تتولد، كام أهنا ال تفقد ا مماثلة للمسـطرة املدلوكـة عندما دلكوا خاصيـة اجلذب هـذه. الحظ قدماء اإلغريق آثارى العنرب (الكهرمان). وكلمة العنرب يف العربية تكافئ كلمة "إلكرتون" يف اإلغريقية، وتسمى األجسـام التـي تبدي تفاعـال كهربائيا بعد خاصيـة اجلـذب هذه اآلن الكهرباء. وتسـم

الدلك األجسام املشحونة. يمكنك استكشـاف التفاعالت الكهربائية باسـتخدام أجسـام بسيطة، ا، تخذ ذلك اجلزء مقبض مثل رشيط الصق شـفاف. اطو mm 5 تقريبا من الرشيط حتى يثـم ثبت اجلزء املتبقي من الرشيط cm 12-8 عىل سـطح جاف وأملس كسـطح الطاولة. بالطريقة نفسها، ثبت رشيطا آخر مماثال للرشيط األول بالقرب منه، ثم اسحب الرشيطني ب أحدمها إىل اآلخر. سـتالحظ أن هنـاك خاصية جديدة برسعـة عن سـطح الطاولة وقرا بالطريقة نفسـها، فيجب د جتعلهـام يتنافران؛ فلقد أصبحا مشـحونني كهربائيا. وألهنام أعأن يكون هلام النوع نفسـه من الشـحنات، وهكذا تتوصل إىل أن اجلسمني اللذين هلام النوع

نفسه من الشحنة يتنافران .يمكنك معرفة املزيد عن هذه الشـحنة بإجراء جتارب بسيطة. فلعلك الحظت أن الرشيط ينجـذب إىل يدك، هل ينجـذب كال اجلانبني أم أحدمها فقـط؟ وإذا انتظرت ا يف الطقس الرطب، فستجد أن الشحنة الكهربائية فرتة من الزمن، وخصوصقد اختفت. يمكنك إعادة شحن الرشيط مرة أخر بإلصاقه بسطح الطاولة وسـحبه عنها. كام يمكنك إزالة الشـحنة عن الرشيـط بدلك جانبي الرشيط

بأصابعك بلطف. ألصق اآلن رشيطا عىل سـطح الطاولة ثـم ضع الرشيط الثاين فوق األول. وكام هو موضح يف الشكل 2a-1، استخدم مقبض الطرف ا عن سطح الطاولة، ثم ادلكهام بأصابعك السفيل لكال الرشيطني لسحبهام معحتى ختتفي قوة التجاذب بينهام وبني يدك. لقد أزلت كل الشحنات الكهربائية ا عنهام. أمسك مقبض كل رشيط بيد، وبرسعة اسحب الرشيطني أحدمها بعيدنا، وانجذبا ثانية إىل يديك، فهل سيتنافران؟ ح عن اآلخر، سـتجد أهنام قد شال، سـيتجاذبان اآلن؛ ألن هلام شـحنتني خمتلفتني، إال أهنام لن يبقيا مشحونني

ا. فرتة طويلة؛ ألهنام سيلتصقان مع

1-1

10

هـل الرشيط هو اجلسـم الوحيد الـذي يمكنك شـحنه؟ لإلجابة عن هذا السـؤال ا عىل سـطح الطاولـة، وضع رشيطا آخر فوقه. علم ألصق مرة أخر رشيطا الصقا. الرشيط السـفيل بالرمز B، والرشيط العلوي بالرمز T، ثم اسـحب الرشيطني معا عن اآلخر، وألصق طرف مقبض غهام من الشـحنات، ثم اسـحب أحدمها بعيد فركل منهام يف طرف طاولة أو أسفل غطاء مصباح أو أي جسم مماثل. ينبغي أن يعلقا ا ادلك مشـطا بحيـث يتدليان إىل أسـفل، عـىل أن تكون بينهام مسـافة قصرية. أخريبه إىل الرشيط به إىل أحد الرشيطني، ثم قر بالستيكيا أو قلم حرب بقطعة صوف، وقراآلخر. سـتالحظ أن أحد الرشيطني ينجذب إىل املشـط، بينام يتنافر اآلخر معه، كام موضح يف الشـكل 2b-1. يمكنك اآلن استكشـاف تفاعالت األجسام املشحونة

مع األرشطة الالصقة. حاول شـحن أجسـام أخر، مثل كؤوس زجاجية، وأكياس بالسـتيكية. ادلكها بمواد خمتلفة مثل احلرير والصوف واألغلفة البالسـتيكية. وإذا

ب إصبعك إىل قطعتي الرشيط الالصق. ك وأنت متيش بالسجاد وقر كان اجلو جافا فحك حذاءوالختبار احلرير أو الصوف، ضع يدك يف كيس بالسـتيكي، ثم ادلك الكيس بقطعة الصوف به هو والقطعة التي دلكتها إىل الرشيطني الالصقني. أو احلرير، ثم أخرج يدك من الكيس، و قر

ا جسـام سـتجذب معظم األجسـام املشـحونة أحد الرشيطني، وتتنافر مع اآلخر، ولن جتد أبديتنافـر مـع كال الرشيطني، إال أنه يمكن أن جتد بعض األجسـام جتـذب كال الرشيطني؛ فمثال

ا يف هذا الفصل. ستجد أن إصبعك جيذب كال الرشيطني، وستكتشف هذا التأثري الحق يمكنك من خالل جتاربك إعداد قائمة باألجسـام املعلمة بـ B، التي هلا نفس شـحنة الرشيط امللصق عىل سطح الطاولة. كام يمكنك إعداد قائمة أخر لألجسام املعلمــة بـ T التي هلا شـحنة مماثلة لشـحنة الرشيط العلوي. سـتالحظ أن هنـاك قائمتني فقط؛ ألنه ال يوجـد إال نوعـان من الشـحنات، أطلق عليهـام بنيامني فرانكلني الشـحنة املوجبة والشـحنة السالبة. ووفق تسمية فرانكلني فإن املطاط والبالستيك يشحنان بشحنات سالبة عند دلكهام،

أما الزجاج والصوف فيشحنان بشحنات موجبة. وكام الحظت أن الرشيطني غري املشـحونني أصبحا مشـحونني بشحنتني خمتلفتني بعد سحبهام ا عـن اآلخـر. ويمكنـك توضيح أنـه عند دلـك البالسـتيك بالصـوف يصبح أحدمهـا بعيـدا الشـحنات بشـكل ن نوع البالسـتيك سـالب الشـحنة والصوف موجب الشـحنة. وال يتكونان عىل شـكل أزواج. وتشـري كل هذه التجارب أن املادة حتتوي عادة عىل منفصل، وإنام يتكونوعني من الشحنة: موجبة وسالبة. وبطريقة معينة يمكن فصل نوعي الشحنة. والستكشاف

ف الصورة املجهرية للامدة. ذلك أكثر يتعني عليك تعر

A Microscopic View of Charge الصورة المجهرية للشحنةتوجد الشـحنات الكهربائية يف الذرات. وقد اكتشـف ج.ج. طومسـون عام 1897م أن املواد ا سـالبة الشـحنة تسـمى اإللكرتونـات. وبني عامي مجيعهـا حتتوي عىل جسـيامت صغرية جد1909 و 1911م اكتشـف أرنسـت رذرفورد - تلميذ طومسـون من نيوزلندا- أن هناك جسام

ا ذا شحنة موجبة ترتكز فيه كتلة الذرة يسمى النواة. وتكون الذرة متعادلة عندما تكون مركزيالشحنة املوجبة يف النواة مساوية للشحنة السالبة لإللكرتونات التي تدور حول النواة.

1-2 a b

املوجبة • الشـحنات حـت وضباللون األمحر.

السـالبة • الشـحنات حـت وض

باللون األزرق.

a

b

11

يمكن إزالـة إلكرتونات املدارات اخلارجية للذرات املتعادلـة بإضافة طاقة إليها، وعندها ن من هذه تصبـح هـذه الذرات التـي تفقد إلكرتونـات موجبة الشـحنة. وأي مادة تتكـوالـذرات الفاقـدة لإللكرتونـات تكـون موجبة الشـحنة. ويمكـن أن تبقـى اإللكرتونات نتجة جسيامت سالبة الشحنة. إن املفقودة حرة غري مرتبطة، أو أن ترتبط مع ذرات أخر م

اكتساب الشحنة من وجهة النظر املجهرية ما هي إال عملية انتقال لإللكرتونات.ا فقد يصبح كل منهام مشـحونا. ففي حالة إذا دلك جسـامن متعـادالن مع دلـك املطـاط بالصوف تنتقل اإللكرتونـات من ذرات الصـوف إىل ذرات املطاط، كام هو موضح يف الشـكل 3-1. وتعمل اإللكرتونات اإلضافية التي اكتسـبها املطاط عىل جعل شـحنته الكليـة سـالبة، يف حـني جتعل اإللكرتونـات التي فقدهـا الصوف شـحنته الكلية موجبة. أما املجموع الكيل للشحنة عىل اجلسمني فيبقى هو نفسه؛ أي أن الشحنة حمفوظة؛ وهـذا يعنـي أن الشـحنات املفردة ال يمكـن أن تفنى أو تسـتحدث، وكل ما حيدث هو أن

الشحنات املوجبة والسالبة تنفصل من خالل عملية انتقال اإللكرتونات. العمليات المعقدة التي تؤثر في إطارات سيارة أو شاحنة متحركة يمكن أن تؤدي إلى أن تصبح اإلطارات مشحونة. كما أن العمليات التي تحدث داخل السحب الرعدية تجعل أسفل السحابة سالب الشحنة، وأعالها موجب الشحنة. وفي كلتا الحالتين السابقتين ال

تستحدث الشحنة، بل تنفصل.

Conductors and Insulators الموصالت والعوازلأمسك قضيبا بالستيكيا أو مشطا من منتصفه وادلك أحد طرفيه، ستجد أن الطرف املدلوك فقط أصبح مشـحونا، أي أن الشـحنات التي انتقلت إىل البالسـتيك بقيت يف املكان الذي ى املادة التي ال تنتقل خالهلا الشـحنة بسـهولة مادة عازلة. عت فيه ومل تتحرك. وتسـم وضا يف هذا الفصل كان له هذا األثر. فالزجاج واخلشب والرشيط الالصق الذي شحنته سابق

اجلاف ومعظم املواد البالستيكية واملالبس واجلو اجلاف مجيعها عوازل جيدة.ا ا فوق قضيب بالسـتيكي بحيث تم عزله، أو أحيط متام افـرتض أنك وضعت قضيبا فلزيبعـوازل. فـإذا ملسـت بعد ذلك أحد طريف القضيب الفلزي بمشـط مشـحون فسـتجد أن الشحنة تنترش برسعة داخل القضيب الفلزي. وتسمى املادة التي تسمح بانتقال الشحنات خالهلا بسهولة مادة موصلة. وتعمل اإللكرتونات عىل نقل الشحنة الكهربائية أو توصيلها خالل الفلز. لذا تعد الفلزات موصالت جيدة؛ ألنه يوجد يف كل ذرة إلكرتون واحد عىل

1-3

+

+

+

+

++

++

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

--

--

--

-

-

-

-

-

-

-

--

-

-

-

ba

12

1-4a

b

www.obeikaneduction.com

1-1مراجعة

بعد دلك مشط بسرتة مصنوعة 1.مـن الصوف يمكنه جذب قصاصات ورق صغرية. ملـاذا يفقـد املشـط هـذه القـدرة بعـد عـدة دقائق؟

مـن خـالل التجـارب التي مرت 2.أي تعــرف أن يمكنــك كيـف اجلــزء، هـذا يف

الرشيطـني B أو T موجب الشحنة؟ كرة البيلسـان كرة صغرية مصنوعة 3.

مـن مادة خفيفـة، مثل البوليسـرتين، وتكـون عادة مطليـة بطبقـة مـن اجلرافيـت أو األلومنيـوم. كيف د مـا إذا كانت كرة البيلسـان املعلقة يمكنـك أن حتدبخيط عازل متعادلة كهربائيا أو ذات شـحنة موجبة

أو ذات شحنة سالبة؟ يشحن قضيب مطاط بشحنة سالبة عند 4.

دلكه بالصوف. ماذا حيدث لشحنة الصوف؟ وملاذا؟

ا 5. افرتض أنـك علقت قضيبـا فلزيالقضيـب أصبـح بحيـث حريـر بخيـوط طويـال معزوال، ثم المسـت أحـد طريف القضيـب الفلزي بقضيـب زجاجـي مشـحون، فصف كيف يشـحن

القضيب الفلزي؟ وما نوع الشحنات عليه؟ يمكنـك شـحن قضيـب مطـاط 6.

بشحنة سالبة بدلكه بالصوف. ماذا حيدث عند دلك قضيب نحاس بالصوف؟

أن 7. أحدهـم يفـرتض أن يمكـن الشحنة الكهربائية نوع من املوائع تتدفق من أجسام لدهيـا فائـض يف املائـع إىل أجسـام لدهيا نقـص فيه. ملـاذا يكون نموذج التيار الثنائي الشـحنة أفضل من

نموذج املائع األحادي؟

األقل يمكن أن ينفصل عنها بسهولة. وتؤثر هذه اإللكرتونات وكأهنا تابعة لذرات الفلز مجيعها وليس لذرة معينة؛ أي تتحرك هذه اإللكرتونات بحرية خالل قطعة الفلز. يقارن الشـكل 4-1 بني سـلوك الشـحنات عندما توضع عىل موصل، وسـلوكها عندما توضع عىل عازل. فالنحاس واأللومنيوم موصالن ممتازان؛ لذا فهام يستخدمان لنقل الكهرباء. وتعد البالزما- وهي غاز

متأين بدرجة كبرية- واجلرافيت موصلني جيدين للشحنة الكهربائية. . فالرشارة ، إال أنه حتت ظروف معينة تتحرك الشـحنات خاللـه كام لو كان موصال يعد اهلواء عازال غ الشـحنات من جسـمك؛ فيصبح الكهربائيـة التـي حتدث بـني إصبعك ومقبض البـاب الفلزي بعد دلك قدميك بالسـجاد تفرغ الربق شحنات السحب الرعدية. ؛ ألن الشحنات الزائدة املوجودة عىل جسـمك قد انفصلت عنه. وباملثل يفر جسـمك متعادالويف كلتا احلالتني يصبح اهلواء موصال للحظات فقط. ولكنك تعرف أنه جيب أن حيتوي املوصل عىل شـحنات حرة احلركة، فمن ن جسـيامت مشـحونة حرة احلركة أيـن تـأيت هذه الشـحنات يف حالة اهلواء العـازل؟ لكي حتدث الـرشارة أو الربق جيب أن تتكويف اهلـواء املتعـادل، ويف حالة الربق تكون الشـحنات الزائـدة يف الغيمة وعىل األرض كبرية بشـكل كاف لفصل اإللكرتونات من ن من اإللكرتونات والذرات املوجبة الشـحنة والذرات السـالبة الشحنة، ن نتيجة ذلك البالزما؛ التي تتكو جزيئات اهلواء. وتتكوا مضيئا د تفريغ الشحنات الذي حيدث بني األرض والسحب الرعدية - من خالل هذه املوصالت- قوس . ويول والتي تعد موصال

ا يسمى الربق. أما يف حالة إصبعك ومقبض الباب الفلزي فيسمى تفريغ الشحنات رشارة كهربائية. والمع

ba

+

++

++

++

++

+

++

++

+

++

++

++

+

+

+

13

العالقات بني القو •

الكهربائية والشحنات الكهربائية والبعد بينها.

كيفية شحن األجسام •بطريقتي التوصيل واحلث.

ح كيف ا يوض نموذج •يمكن لألجسام املشحونة أن

ا متعادلة. جتذب أجسام قانون كولوم يف حل •

مسائل يف بعد واحد ويف بعدين.

اف الكهربائي الكش

الشحن بالتوصيلالشحن باحلث

التأريض قانون كولوم

الكولومالشحنة األساسية

C20-03A-845813

+ ++

++ +++ -- - ----- -

C20-03A-845813

+ ++

++ +++ -- - ----- -

C20-03A-845813

+ ++

++ +++ -- - ----- -

1-5

Electric Force 2-1 القوة الكهربائية

ا أكرب من التسـارع القـو الكهربائيـة قـو كبـرية؛ ألنه يمكنها أن تنتج بسـهولة تسـارعالـذي ينتـج بفعل قوة اجلاذبيـة األرضية. وتعلم أن القوة الكهربائيـة قد تكون قوة جتاذب أو قوة تنافر. أما قوة اجلاذبية األرضية فتكون قوة جتاذب فقط. وعىل مر السـنوات املاضية أجـر الكثري من العلامء حماوالت عديدة لقياس القـوة الكهربائية. فأجر دانيال برنويل املعروف بأعامله املتعلقة باملوائع عدة قياسات بسيطة عام 1760 م. وبني هنري كافندش يف سبعينيات القرن الثامن عرش أن القو الكهربائية جيب أن ختضع لقانون الرتبيع العكيس. ا بعد أكثر ـفت خمطوطاته الحق إال أن خجله الشـديد دفعه إىل عدم نرش عمله. ولقد اكتش

ر عمله علامء آخرون. من قرن، بعد أن كر

القوى المؤثرة في ا�جسام المشحونةForces on Charged Bodies

يمكن توضيح القو التي سبق أن الحظتها عىل األرشطة الالصقة بتعليق قضيب مطاطي بت صلب ذي شـحنة سالبة، بحيث يدور بسهولة، كام هو موضح يف الشكل 5-1. إذا قرا؛ قضيبـا آخر ذا شـحنة سـالبة مـن القضيب املعلق فسـوف يـدور القضيب املعلـق مبتعدحيث تتنافر الشـحنات السالبة عىل القضيبني. وليس من الرضوري أن حيدث تالمس بني القضيبـني حتى يظهر هذا التأثري؛ فالقوة التي تسـمى القـوة الكهربائية تؤثر عن بعد. وإذا ا علقت قضيبا زجاجيا مشـحونا بشحنة موجبة، ثم قربت إليه قضيبا زجاجيا آخر مشحونبت قضيبا مشـحونا بشـحنة سـالبة إىل ا فسـيتنافر القضيبان. أما إذا قر بشـحنة موجبة أيضقضيب آخر مشـحون بشحنة موجبة فسيجذب كل منهام اآلخر، وسيدور القضيب املعلق

ا من القضيب اآلخر. مقرتبيمكن تلخيص ما توصلت إليه من جتارب األرشطة الالصقة وسـلوك القضبان املشحونة

كام يأيت: هناك نوعان من الشحنات الكهربائية: موجبة وسالبة. • تؤثر الشحنات بعضها في بعض بقو عن بعد. • تكون القوة أكبر عندما تكون الشحنات متقاربة. • الشحنات المتشابهة تتنافر، والشحنات المختلفة تتجاذب. •

a b c

14

1-7 a b

c

1-6

ا أو مالئمة لتحديد ال يعد الرشيط الالصق والقضيب الكبري املعلق يف اهلواء طريقة دقيقة جدـاف ب الكش ـاف الكهربائي. يرتك ى الكش ـا عن ذلك يسـتخدم جهاز يسـم الشـحنة. وعوضثبت عىل سـاق فلزيـة متصلة بقطعتني فلزيتني خفيفتني رقيقتني، ي م الكهربائي من قرص فلز. الحظ أن الورقتني معلقتان ا كهربائيا متعادال ـاف يان الورقتني. ويبني الشـكل 6-1 كش تسـم

بصورة حرة داخل إناء زجاجي شفاف مغلق؛ وذلك للحد من تأثري تيارات اهلواء. عندمـا يلمـس قضيب مشـحون بشـحنة سـالبة قرص كشـاف كهربائي تنتقل اإللكرتونات منه إىل القرص، وتتوزع هذه الشـحنات عىل مجيع سـطوح الفلز. وكام هو موضح يف الشكل 7a-1، تشحن الورقتان بشحنات سالبة وتتنافران، لذا تنفرجان، ويصبح ى شحن اجلسم املتعادل بمالمسـته جسام آخر مشحونا الكشـاف الكهربائي مشـحونا. ويسما عند شـحن الكشـاف بشـحنات موجبة، فكيف الشـحن بالتوصيل. كام تنفرج الورقتان أيضـاف الكهربائي مشـحونا بشـحنة موجبة أم شـحنة سـالبة؟ ا معرفة ما إذا كان الكش يمكنك إذيمكن حتديد نوع الشـحنة بمالحظة ورقتي الكشاف الكهربائي املشحون عند تقريب قضيب مشـحون بشـحنة معلومة من قرصه؛ إذ يزداد انفراج الورقتني أكثر عند تقريب جسـم شحنته ـاف، كام يف الشـكل 7b-1، وسـيقل انفراج الورقتني إذا كانت شحنة مشـاهبة لشـحنة الكش

.1-7c ب، كام يف الشكل الكشاف خمالفة لشحنة اجلسم املقرعرفت أن الرشيط الالصق املشـحون انجذب نحو بت إصبعك إليه. وبالطبع كان إصبعك متعادال كهربائيا؛ أي فيه عدد متساو إصبعك عندما قرا أن الشحنات تتحرك بسهولة يف املوصالت، كام من الشـحنات املوجبة والسالبة. وتعلم أيضلت املادة العازلة إىل مادة ا أن القـو الكهربائية يف حالة الرشارة الكهربائية قـد حو تعلـم أيضموصلة. ومن كل هذه املعلومات يمكنك تطوير نموذج مناسـب للقوة التي أثر فيها إصبعك

يف الرشيط. بت إصبعك أو أي جسم غري مشحون إىل جسم ذي شحنة موجبة. ستنجذب افرتض أنك قرالشـحنات السـالبة يف إصبعك نحو اجلسـم ذي الشـحنة املوجبة، وتتنافر الشـحنات املوجبة يف إصبعـك معـه. ويبقى إصبعك متعادال كهربائيا، إال أن الشـحنات املوجبـة فيه تفصل عن الشـحنات السالبة. وتكون القوة الكهربائية كبرية بني الشحنات القريبة بعضها إىل بعض، لذا فإن فصل الشحنات ناتج عن قوة التجاذب بني إصبعك واجلسم املشحون. كام أن القوة التي أثرت هبا املسـطرة البالسـتيكية املشحونة يف قصاصات الورق املتعادلة هي نتيجة هلذه العملية

نفسها، أي فصل الشحنات بعضها عن بعض عىل اجلسم نفسه.

+ ++ ++

-

--

---

-

----

----

---

-

--

--

--

-----

---

--- -

-

-

----

+ ++ ++

-

--

---

-

----

----

---

-

--

--

--

-----

---

--- -

-

-

----

+ ++ ++

-

--

---

-

----

----

---

-

--

--

--

-----

---

--- -

-

-

----

a b c

15

1-8 a b c

ا إىل فصل الشحنات عىل ويمكن للشحنات السالبة يف أسفل الغيوم الرعدية أن تؤدي أيضذب الشحنات املوجبة عىل األرض نحو سطح األرض أسفل الغيمة. سطح األرض؛ حيث جتوتكون القو الكهربائية املتبادلة بني الشحنات املوجودة عىل الغيوم والشحنات املوجودة عىل سـطح األرض قادرة عىل كرس اجلزيئات إىل جسـيامت موجبة الشـحنة وأخر سالبة ا موصال من األرض الشحنة. وتكون هذه اجلسيامت املشحونة حرة احلركة، وتنشئ مسار 500,000 km/h إىل الغيـوم. وحيدث الربق الـذي تالحظه عندما تنتقل صاعقـة برسعةا إىل تفريغ شـحنات الغيمة. تقريبـا عىل امتداد املسـار املوصل بـني األرض والغيمة، مؤدي

افرتض أن كرتني فلزيتني متامثلتني متعادلتني ومعزولتني قد تالمسـتا، كام يف الشكل 8a-1. عند تقريب قضيب مشحون إىل إحدامها، كام يف الشكل 8b-1، تنتقل اإللكرتونـات مـن الكـرة األوىل إىل الكرة الثانية البعيدة عن القضيب بسـبب قـوة التنافر مع الشـحنات السـالبة التي عىل القضيب، وتصبح سـالبة الشـحنة، يف حني تصبح الكرة األوىل (القريبة من القضيب) موجبة الشـحنة. وإذا فصلت الكرتان إحدامها عن األخرا، كام هو ا وخمتلفتـني نوع والقضيب قريب فإهنام ستشـحنان بشـحنتني متسـاويتني مقـدار

موضح يف الشكل 8c-1. وتسمى عملية شحن اجلسم دون مالمسته الشحن باحلث. تستطيع شحن جسم مفرد باحلث عن طريق التأريض؛ وهو عملية توصيل جسم باألرض للتخلص من الشـحنات الفائضة، حيث تعد األرض كرة كبرية، وهلا قدرة عىل اسـتيعاب كمية كبرية من الشـحنة دون أن تظهر عليها آثار هذه الشـحنة. فإذا المس جسم مشحون

األرض فإن كل شحناته تنتقل غالبا إىل األرض.ـاف كهربائي متعـادل، كام يف ب قضيب مشـحون بشـحنة سـالبة من قـرص كش فـإذا قـرالشـكل 9a-1، فـإن الشـحنات السـالبة (اإللكرتونـات) تتنافر مع شـحنات القضيب، ضنا (المسـنا) الطـرف اآلخر للقـرص البعيد وتتحـرك مبتعـدة نحـو الورقتـني. وإذا أرعن القضيب املشـحون فـإن اإللكرتونات تنتقـل من الكشـاف إىل األرض إىل أن تتعادل الورقتان؛ أي تنطبقا، كام يف الشكل 9b-1. وبفصل التأريض قبل إبعاد القضيب املشحون ا تصبح شـحنة الكشـاف موجبة، كام يف الشـكل 9c-1. ويمكن اسـتخدام التأريض أيض

+++++

+

++

++

++++++++

-- ----

-- ----

- -- -- -- - ------

+ +++++ - -

----

+ +++++ -

- --- -

-----

+

+

++ ++-

--- --

+++++

+

++

++

++++++++

-- ----

-- ----

- -- -- -- - ------

+ +++++ - -

----

+ +++++ -

- --- -

-----

+

+

++ ++-

--- --

+++++

+

++

++

++++++++

-- ----

-- ----

- -- -- -- - ------

+ +++++ - -

----

+ +++++ -

- --- -

-----

+

+

++ ++-

--- --

b ca

16

1-9 a b

c

+++++

+

++

++

++++++++

-- ----

-- ----

- -- -- -- - ------

+ +++++ - -

----

+ +++++ -

- --- -

-----

+

+

++ ++-

--- --

b ca

1-10A AB

BA

ـاف كهربائي كمصدر لإللكرتونات؛ فعند تقريب قضيب موجب الشـحنة من قرص كشعـىل أن يكـون قرصه متصال من الطـرف املقابل باألرض فـإن اإللكرتونات تنجذب من ـاف الكهربائي، ويصبح سـالب الشحنة. وعند القيام هبذه اخلطوة فإن األرض نحو الكشـاف الكهربائي تكون خمالفة لشـحنة اجلسـم املؤثر. وألن الشـحنات املسـتحثة عىل الكشـاف الكهربائي فإن شـحنة القضيـب مل تنتقل، القضيـب املشـحون مل يلمس قرص الكش

ولذلك يمكن استخدامه أكثر من مرة لشحن األجسام باحلث.

Coulomb’s Law قانون كولومشـاهدت أن القـوة الكهربائيـة تؤثر بني جسـمني مشـحونني أو أكثر. ففـي جتاربك التي أجريتها عىل الرشيط الالصق وجدت أن القوة تعتمد عىل البعد بني اجلسمني املشحونني؛ ا بت املشـط املشـحون أكثر مـن الرشيط تزداد القـوة الكهربائيـة. ووجدت أيض فكلـام قرأنه كلام زادت شـحنة املشـط زادت القوة الكهربائية. فكيف يمكنك تغيري كمية الشـحنة بطريقة حمكمة أو بطريقة مسيطر عليها؟ حل الفيزيائي الفرنيس شارل كولوم هذه املشكلة عـام 1785م؛ حيث اسـتخدم األدوات املوضحة يف الشـكل 10-1، وهي قضيب عازل لق من منتصفه بسـلك رفيع. ووضعت A ، ع يف طرفيـه كرتـان صغريتان موصلتـان A و كـرة مماثلـة B بصورة متصلة مع الكرة A، وعند مالمسـة جسـم مشـحون هلاتني الكرتني تنتقل الشحنات من اجلسم املشحون إىل الكرتني وتتوزع عليهام بالتساوي، حيث تكتسب الكرتان الكمية نفسـها من الشـحنة؛ ألن هلام مساحة السـطح اخلارجي نفسها. وألن رمز

.qB و qA :لذا يمكن متييز مقادير الشحنات عىل الكرتني بالرمزين q الشحنة هودرس كولوم كيفيـة اعتامد القـوة الكهربائية بني كرتني مشحونتني عىل املسافة بينهام. ففي البداية قاس كولوم بدقة مقدار القوة الالزمة ليلتل) سلك التعليق بزاوية معينة، ثم وضع شحنتني متساويتني عىل الكرتني A و B، وبدأ (فكت القوة الكهربائية الكرة A، مما أد إىل يل سلك التعليق، يغري املسافة r بينهام. عندها حروبقيـاس انحـراف الكرة A متكن كولوم من حسـاب قوة التنافر بينهـام، وأثبت كولوم أن

القوة الكهربائية بني الكرتني تتناسب عكسيا مع مربع املسافة بني مركزهيام. F α 1 __ r 2

17

الستقصاء كيفية اعتامد القوة الكهربائية عىل مقدار الشـحنة، تعني عىل كولوم تغيري الشـحنات عىل الكرات بطريقة مدروسـة. فشحن ،C ا، ثم اختار كـرة غري مشحونة كولوم أوال الكرتني A و B بالتساوي، كام فعل ذلك سابقمسـاحة سـطحها اخلارجي مماثلة للكرة B. عند مالمسة الكرة C للكرة B تتقاسم الكرتان الشـحنة املوجودة عىل الكرة B فقط. وألن للكرتني مساحة السطح اخلارجي نفسها فإهنام تتقاسـامن شـحنة الكرة B؛ لذا تكون شحنة الكرة B مساوية لنصف شحنة الكرة A. وبعد أن ضبـط كولـوم موضع الكرة B بحيث أصبحت املسـافة r بـني الكرتني A و B كام كانت ا الحظ كولوم أن القوة بني الكرتني A و B أصبحت تسـاوي نصف قيمتها يف السـابق متام

ا مع مقدار شحنتي اجلسمني. السابقة؛ أي أن القوة الكهربائية تتناسب طرديF α q

A q

B

رف بقانون كولوم؛ ينص عىل وبعد قياسـات كثرية مماثلة خلص كولوم النتائـج يف قانون ع r اللتني تفصلهام مسافة مقدارها q

Bq و

Aأن مقدار القوة الكهربائية املتبادلة بني الشـحنتني

ا مع مقدار كل من الشحنتني، وعكسيا مع مربع املسافة بينهام. يتناسب طردي

F α q

A q

B ___ r 2

يصعب قياس كمية الشحنة عىل جسم مبارشة. وقد بينـت جتارب كولوم أنه يمكن ربط كمية الشـحنة بالقوة الكهربائيـة، لذا متكن كولوم من يت هذه تعريف كمية معيارية أو قياسـية للشـحنة بداللة مقدار القوة التي تولدها. وسـمالوحدة املعيارية للشحنة الكهربائية يف النظام العاملي للوحدات SI الكولوم C. والكولوم الواحد يساوي مقدار شـحنة 1018×6.24 إلكرتون أو بروتون، ومقدار شحنة اإللكرتون ى مقدار شحنة اإللكرتون الشحنة األساسية. ويمكن املفرد تساوي C 19-10×1.6، ويسمللصاعقـة أن حتمـل شـحنة مقدارهـا C 5 إىل C 25. وحتى املـواد الصغـرية -ومنها قطعة العملـة املعدنية- حتتوي شـحنة سـالبة قد تصـل إىل C 106، وهذه املقـدار اهلائل من كمية ن بكمية شـحنة واز عادل وم الشـحنة السـالبة ال ينتـج غالبا أي تأثـريات خارجية؛ ألنـه مموجبة مسـاوية له. أما إذا كانت الشـحنات غري متعادلة فستتولد قو كهربائية، وحتى لو

كانت الشحنة صغرية، C 9- 10 مثال فإهنا يمكن أن تولد قو كهربائية كبرية. q والناجتة

Aووفق قانون كولوم فإنه يمكن كتابة مقدار القوة الكهربائية املؤثرة يف الشـحنة

q التي تقع عىل بعد r منها عىل الشكل التايل:Bبفعل تأثري الشحنة

إذا قيسـت الشـحنـات بوحـدة الكولوم، واملسـافة باألمتـار، والقوة بالنيوتـن، فإن ثابت . 9.0×109 N.m2/ C 2 يساوي K كولوم

F = K qA q

B ___ r 2قانون كولوم

القـوة الكهربائية املتبادلة بني شـحنتني كهربائيتني تسـاوي ثابت كولـوم مرضوبا يف حاصل ا عىل مربع املسافة بينهام. رضب مقداري الشحنتني مقسوم

A B C D E F G H I J K L M NA B C D E F G H I J K L M N

.1

.2

.3

.4 .5

.6

18

A

A

B

B

FB AFA B

FA B FB A

++

+ -

A

A

B

B

FB AFA B

FA B FB A

++

+ -

1-11

استخدم هذه اخلطوات إلجياد مقدار واجتاه القوة املتبادلة بني الشحنات.ارسم خمططا للنظام مبينا فيه املسافات والزوايا مجيعها بمقياس رسم مناسب. 1.ارسم متجهات القو يف النظام. 2.استخدم قانون كولوم إلجياد مقدار القوة. 3.استعمل خمططك والعالقات املثلثية إلجياد اجتاه القوة. 4.ق أن الوحدات متوافقة مع املتغريات يف السؤال. 5. ذ العمليات اجلربية عىل كل من األرقام والوحدات. وحتق نفا، هل هي منطقية؟ 6. تأمل إجابتك جيد

، q B q يف الشـحنة

Aننـا قانـون كولوم من حسـاب مقـدار القوة التي تؤثر هبا الشـحنة يمك

q . وهاتان A q يف الشـحنة

Bا من حسـاب مقدار القوة التي تؤثر هبا الشـحنة ننا أيض كام يمك

القوتان متسـاويتان يف املقدار ومتعاكسـتان يف االجتاه. ويمكنك مالحظة هذا التطبيق عىل ب رشيطني الصقني مشحونني بشحنتني القانون الثالث لنيوتن يف احلركة عمليا عندما تقرا بت مشطا مشحون متامثلتني أحدمها إىل اآلخر؛ حيث يؤثر كل منهام بقوة يف اآلخر. وإذا قرإىل أي من الرشيطني املشـحونني فسـيتحرك الرشيط برسعة وسـهولة؛ ألن كتلته أقل، يف ا؛ ألن كتلتك وكتلة املشط أكرب حني سـيكون تسارعك أنت واملشـط الذي حتمله أقل كثري

ا من كتلة الرشيط. كثريالقـوة الكهربائيـة كمية متجهـة، مثلها يف ذلك مثـل مجيع القو األخـر يف الطبيعة، لذا دنا بمقدار حتتـاج متجهات القوة إىل حتديد املقدار واالجتاه. وألن معادلة قانون كولوم تزوالقوة فقط، لذا فإننا بحاجة إىل حتديد اجتاهها، ويتم ذلك برسـم خمطط للشـحنات وتفسري ب جسـامن A و B مشـحونان بشـحنتني موجبتني أحدمها إىل العالقات بينها بدقة. فإذا قراآلخـر فـإن كال منهام سـيؤثر يف اآلخر بقوة تنافر، كام يف الشـكل 11a-1. أمـا إذا كانت شحنة اجلسم B مثال سالبة فستكون القوة التي يؤثر هبا كل منهام يف اآلخر قوة جتاذب، كام

.1-11b كام موضح يف الشكل

ba

19

إذا كانت الكرة A مشحونة بشحنة مقدارها µC 6.0+، وموضوعة عىل بعد cm 4.0 إىل يسار كرة أخرB مشحونة بشحنة مقدارها µC 3.0- فأجب عام ييل:

.a.A يف الكرة B احسب مقدار واجتاه القوة التي تؤثر هبا الكرة

.b 3.0 منها فام cm وعىل بعد ،A 1.5+ مبارشة أسفل الكرة µC مشحونة بشحنة مقدارها C إذا وضعت كرة ثالثة مقدار القوة املحصلة املؤثرة يف الكرة A؟

1 أنشئ املحاور اإلحداثية، وارسم الكرات عليها.

هنا عىل الرسم. ها، ودو بني املسافات الفاصلة بني الكرات، وسمهنا عىل الرسم. ها، ودو ارسم متجهات القوة، وسم

q

A=+6.0 µC r

AB= 4.0 cmF

A يف B = ?q

B=-3.0 µC r

AC= 3.0 cmF

A يف C = ?q

C=+1.5 µCF حمصلة = ?

2.A يف الكرة B احسب مقدار القوة التي تؤثر هبا الكرة .a

FA يف B

= K q

Aq

B ___

r2AB

qB=3.0 µC q

A=6.0 µC

rAB

= 4.0 cm

=(9.0 ×109 N. m2

__ C 2 )

(6.0 ×10-6 C) (3.0 ×10-6 C) ___________________

(4.0 ×10-2 m)2

= 1.0 ×102 N

ألن الكرتني A و B خمتلفتان يف نوع الشحنة، فسيكون اجتاه القوة التي تؤثر هبا الكرة B يف الكرة A إىل اليمني.

.A يف الكرة C احسب مقدار القوة التي تؤثر هبا الكرة.b

FA يف C = K

qAq

C ___

r2AC

qA=6.0 µC q

c=1.5 µC

rAC

=3.0 cm

= (9.0 ×109 N. m2

__ C 2 )

(6.0 ×10-6 C) (1.5 ×10-6 C) ___________________

(3.0 ×10-2 m)2

= 9.0 ×101 N

للكرتني A و C شحنتان متامثلتان، لذلك ستتنافران. وسيكون اجتاه القوة التي تؤثر هبا الكرة C يف الكرة A إىل أعىل.

1

�

FA C

FA B

rAB

qBrACqA

qC

F

+x

+yBA

C

20

.A املؤثرة يف الكرة Fإلجياد املحصلة FA يف C B يف FA و أوجد مقدار اجلمع االجتاهي لـ Fاملحصلة= √

__________ F 2

A يف B+ F 2

A يف C

FA يف B

= 1.0 ×102 NF

A يف C = 9.0 ×101 N

= √ _______________________

(1.0 ×102 N)2+ (9.0 ×101 N)2

= 130 N

tan � = F

A يف C ____ F

A يف B

FA يف B

= 1.0 ×102 NF

A يف C = 9.0 ×101 N

� = tan-1( F

A يف C ____ F

A يف B )

= tan-1 ( 9.0 ×101 N ________

1.0 ×102 N )

= 42°F130=حمصلة N, 42° فوق املحور السيني بزاوية مقدارها

3ط الوحدات فتصبح نيوتن. m2= N)/(C) (C) (N.m2/C2 )، تبس

الشحنات املتشاهبة تتنافر، والشحنات املختلفة تتجاذب. يتفق مقدار القوة املحصلة مع مقداري القوتني.

.8 ،2×10-4 C 0.30 بني شحنتني؛ األوىل سالبة ومقدارها m تفصل مسافة مقدارهاوالثانية موجبة ومقدارها C 4-10×8.0. ما القوة املتبادلة بني الشحنتني؟

إذا أثرت الشحنة C 6-10×6.0- بقوة جذب مقدارها N 65 يف شحنة ثانية تبعد 9.عنها مسافة m 0.05 فام مقدار الشحنة الثانية؟

يف املثـال 1، إذا أصبحـت شـحنة الكـرة B تسـاوي µC 3.0+، فارسـم احلالـة 10. .A اجلديدة للمثال، وأوجد القوة املحصلة املؤثرة يف الكرة

وضعـت كـرة A شـحنتها C 6-10×2.0 + عند نقطة األصـل، يف حني وضعت 11.كرة B مشـحونة بشـحنة مقدارهـا C 6-10×3.6- عند املوقـع cm 0.60+ عىل املحور x. أما الكرة C املشـحونة بشـحنة مقدارها C 6-10×4.0 + فقد وضعت .A احسب القوة املحصلة املؤثرة يف الكرة .x 0.80+ عىل املحور cm عند املوقع

.12 .B يف املسألة السابقة، أوجد القوة املحصلة املؤثرة يف الكرة

21

1-12

ر دائام عند اسـتخدام قانـون كولوم أن هذا القانون يطبق فقط عىل الشـحنات النقطية تذكأو التوزيعات الكروية املنتظمة للشـحنة. وهذا يعني أنه يمكن التعامل مع كرة مشـحونة عة يف مركزها، فقط إذا كانت الشحنة موزعة بالتساوي عىل سطحها وكأن كل شحنتها جممبت إليها شـحنة أخر فإن الشـحنات عىل ر أو عىل حجمها. فإذا كانت الكرة موصلة وقالكرة سـتتجاذب أو تتنافر مع هذه الشـحنة، حيث لن تؤثر شحنة الكرة يف هذه احلالة كام عة يف مركزها. لذا، جيب أخذ أبعاد الكرتني املشـحونتني والبعد بني مركزهيام لو كانت جممبعني االعتبار قبل تطبيق قانون كولوم. واملسائل املطروحة يف هذا الكتاب تفرتض أن أبعاد الكرات املشـحونة صغرية ويبعد بعضها عن بعض مسافات كافية، بحيث يمكن اعتبارها ا طويلة شـحنات نقطية، ما مل يذكر خالف ذلك. أما إذا كانت األجسـام املشـحونة أسالكا مستوية وجب تعديل قانون كولوم ليناسب توزيعات غري نقطية من الشحنات. أو ألواح

تطبيقات القوى الكهرسكونيةApplications of Electrostatic Forces

هنـاك العديد مـن تطبيقات القو الكهربائية عىل اجلسـيامت. تسـتطيع هـذه القو مثال جتميع السناج من املداخن، ومن ثم تقليل تلوث اهلواء، كام هو موضح يف الشكل 1-12، ا باحلـث، واسـتعامهلا لطالء السـيارات كـام يمكن شـحن قطـرات الطـالء الصغرية جـدا. وتسـتخدم آالت التصويـر الفوتوجرايف وأجسـام أخـر بصورة منظمة وموحـدة جدالكهرباء السـاكنة لوضع احلرب األسـود عىل الورق، بحيث يتم نسـخ صورة طبق األصل ز التطبيقات عىل التحكم يف الشـحنة السـاكنة، للوثيقـة األصليـة. ويف حاالت أخر تركا، كام يمكن أن تتعطل معدات فمثال يمكن للشحنة الساكنة أن تتلف فيلام إذا جذبت غبارـم التطبيقات يف هذه احلـاالت لتجنب إلكرتونيـة عنـد تفريغ الشـحنة السـاكنة. لذا تصم

تراكم الشحنة الساكنة، وإزالة أي شحنة قد ترتاكم بطريقة آمنة.

22

كيف ترتبط القوة الكهربائية بالشحنة؟ 13.فها ف القوة عندما تكون الشـحنات متشـاهبة، وص ص

عندما تكون الشحنات خمتلفة. كيـف ترتبـط القـوة الكهربائيـة مـع 14.

املسـافة؟ وكيف تتغـري القوة إذا تضاعفت املسـافة بني شحنتني ثالث مرات؟

ـاف كهربائي ترتفع 15. عند شـحن كش ال زاوية معينة، وتبقى الورقتان ورقتاه الفلزيتان لتشـكحمافظتني عىل تلك الزاوية. ملاذا ال ترتفع الورقتان أكثر

من ذلك؟ اف 16. ارشح كيف يمكن شحن كش

كهربائي بشحنة موجبة باستخدام:b. قضيب سالب. a. قضيب موجب.

ان 17. ما اخلاصيتـان اللتان تفرسسـبب انجـذاب جسـم متعـادل إىل كل من األجسـام املشحونة بشـحنة موجبة واألجسـام املشحونة بشحنة

سالبة؟

اف كهربائي 18. ماذا حيدث عند شـحن كشباحلـث، وإبعـاد قضيـب الشـحن قبل فصـل تأريض

القرص؟ كرتان A وB مشحونتان، املسافة بني 19.

+3 µC تسـاوي A إذا كانت شـحنة الكرة .r مركزهياموشـحنة الكرة B تساوي µC 9+ فقارن بني القوة التي تؤثـر هبا الكرة A يف الكرة B والقوة التي تؤثر هبا الكرة

.A يف الكرة B افرتض أنك ختتـرب صحة قانون كولوم 20.

باسـتخدام كـرة بالسـتيكية صغـرية موجبـة الشـحنة وكرة فلزية كبرية موجبة الشـحنة، فوفق قانون كولوم، ، حيث متثل r املسافة بني مركزي

1 __ r 2 تتناسـب القوة معالكرتـني. ولكـن عنـد تقريـب الكرتـني إحدامهـا إىل د أن القوة بينهام أصغر ممـا هو متوقع من األخـر وج

قانون كولوم. وضح ذلك.

1-2مراجعة

.r والبعد بني مركزهيام يساوي ،+q وشحنة كل منهام ،m يبني الشكل املجاور كرتني هلام الكتلة نفسها ا للشـحنة q التي جيـب أن تكون عىل كلتا الكرتني لكي تكونا يف حالة اتزان. هـذا يعني أن هناك اتزانا بني 1. اشـتق تعبري

قويت التجاذب والتنافر. إذا تضاعفـت املسـافة بـني الكرتـني فكيف يؤثر هـذا يف قيمة 2.

ح ذلك. دهتا يف املسألة السابقة؟ وض الشحنة q التي حدد قيمة الشـحنة 3. إذا كانت كتلة كل كرة تسـاوي kg 1.50 فحد

التـي ينبغي أن تكون موجـودة عىل كل كرة للحفاظ عىل حالة االتزان.

r

m=q=

m=q=

www.obeikaneduction.com 23

ا�جسام المشحونةالحظـت يف هـذا الفصل ودرسـت ظواهر تنتج عن فصـل الشـحنات الكهربائية. وتعلمـت أن كال من املطاط الصلب والبالسـتيك يميل إىل أن تصبح شـحنته سالبة بعد الدلك، يف حني يميل كل من الصوف ا يميل كل منهام إىل أن يصبح والزجاج إىل يصبح موجب الشحنة. ولكن ماذا حيدث إذا دلكت جسمني معسـالب الشـحنة؟ هل سـتنتقل اإللكرتونات؟ وإذا كان األمر كذلك فأي املادتني ستكتسب إلكرتونات، م يف هذه التجربة إجراءات وخطوات ملزيد من االسـتقصاءات حول وأهيام سـتفقد إلكرتونات؟ سـتصم

الشحنات املوجبة والسالبة.

كيف يمكنك اختبار قدرة املواد عىل االحتفاظ بالشحنات املوجبة والسالبة؟

� أن املواد املختلفة متيل إىل أن تشحن بشحنة موجبة أو تشحن بشحنة سالبة.

� بني قـدرة املـواد عىل اكتسـاب الشـحنات السـالبة والشحنات املوجبة واالحتفاظ هبا.

لرتتب قائمة باملواد من األقو ميال لتصبح �سالبة الشحنة إىل األقو ميال لتصبح موجبة الشحنة.

A B C D E F G H I J K L M NA B C D E F G H I J K L M N

15 cm مسطرة بالستيكية طوهلا

خيطحامل حلقي مع حلقة

رشيط الصقمواد قابلة للشحن، مثل: قضيب مطاطي، وقضيب بالستيكي، وقضيب زجاجي، وأنبـوب PVC، وأنبوب نحايس، وأنبوب فـوالذي، وأقـالم رصـاص، وأقـالم حـرب، وقطعـة صوف، وقطعة حرير، وغالف طعام بالستيكي، وأكياس بالستيكية،

وورق زبد، وورق ألومنيوم.

انظر إىل الصورة املجاورة لتسـتفيد منها يف تعليق املسـطرة 1.

ـل غسـل املسـطرة باملـاء والصابـون، البالسـتيكية . يفضا إذا كان اجلو ا قبل كل اسـتعامل، وخصوص وجتفيفهـا متامرطبا. اربط اخليط بمنتصف املسـطرة، عـىل أن يفصل بينه

وبني املسطرة لفة إىل ثالث لفات من الرشيط الالصق.ـا ألنواع الشـحنات التي 2. اسـتخدم احلـاالت التالية مرجع

يمكن أن تكون للمواد: (1) عند دلك مسـطرة بالستيكية بقطعة صوف تشـحن املسطرة البالسـتيكية بشحنة سالبة، أما قطعة الصوف فسـوف تشحن بشحنة موجبة. (2) عند دلك مسـطرة بالسـتيكية بغالف طعام بالسـتيكي تشحن املسـطرة البالسـتيكية بشـحنة موجبة. أما غـالف الطعام

242424

البالستيكي فيشحن بشحنة سالبة.ـم خطـوات وإجـراءات ملعرفـة أي األجسـام متيـل 3. صم

إىل أن تشـحن بشـحنة سـالبة، وأهيـا متيـل إىل أن تشـحن ن ب جمموعات خمتلفة من املواد، ودو بشـحنة موجبة؟ جر

مالحظاتك يف جدول البيانات.ا لتكشـف عام إذا كان جسـم ما متعادال أم ال. 4. ر اختبار طو

ر أن املسـطرة املشحونة قد تنجذب إىل جسم متعادل وتذكإذا عملت عىل فصل شحنات هذا اجلسم باحلث.

ص جتربتك، كام أن عليك احلصول 5. تأكد أن معلمك قد تفحعىل موافقته قبل متابعة تنفيذ النشاط.

بـت مـواد مشـحونة بعضهـا 1. عندمـا قر

إىل بعـض، هـل أمكنك الكشـف عـن قوة بني هـذه املواد ف هذه القوة. املشحونة؟ ص

أنشـئ رسـام لتوزيع الشـحنة عىل املادتني 2.إلحد املحاوالت. واستخدم الرسم لتوضيح ملاذا أثرت املادتان إحدامها يف األخر بتلك الطريقة خالل جتربتك؟

أي املواد احتفظت بشـحنة فائضة، وأهيا 3.ا؟ مل حتتفظ بالشحنة جيد

أي املواد هلا ميل لتشـحن بشحنة سالبة، 4.وأهيا هلا ميل لتشحن بشحنة موجبة؟

اسـتخدم جدول بياناتـك لتعد قائمة بامليول 5. النسبية للمواد لتصبح موجبة الشحنة أو سالبة الشحنة.

ـح املقصود بتعبري الشـحنة الفائضة، وعدم التوازن يف 1. وض

الشحنة عند اإلشارة إىل الكهرباء الساكنة. د مـع مرور 2. هـل تبقـى الشـحنة الفائضـة يف املـادة أم تتبـد

الوقت؟هـل يمكنـك إكامل هذا النشـاط باسـتخدام قضيب فلزي 3.

ح إجابتك. بدال من املسطرة البالستيكية املعلقة؟ وضتسـتعمل األغلفـة البالسـتيكية الشـفافة لتغطيـة أوعيـة 4.

الطعام، فلامذا يلتصق الغالف البالسـتيكي الشفاف بعضه ببعض بعد سحبه عن أوعية الطعام التي كان يغطيها.

د ـاف الكهربائي. وأع راجـع املعلومات يف كتابك حول الكشاف الكهربائي بدال من تصميم النشـاط عىل أن تستعمل الكشاملسـطرة البالسـتيكية املعلقة؛ لتفحص نوع الشـحنة التي عىل

اجلسم.

للشـاحنات غالبا حزام مطاطي أو سلسـلة متدلية منها تتصل

بسطح الطريق. ملاذا؟

obeikaneducation.com

الفيزياء

12(+˛-˛0)

1(+˛-˛0)

2(+˛-˛0)

252525

Spacecraft and Static Electricity

PCU

26

Electric Charge 1-1

السـاكنة • الكهرباء

(الكهرسكونية)اجلسم املتعادل• مادة عازلة• مادة موصلة•

هناك نوعان من الشحنات الكهربائية: الشحنات املوجبة والشحنات السالبة، وتفاعالت •

ا توضح التجاذب والتنافر الذي لوحظ يف األرشطة الالصقة. هذه الشحنات معالشـحنة الكهربائية ال تفنى وال تسـتحدث؛ أي أهنا حمفوظة. والشـحن ما هو إال عملية •

فصل للشحنات، وليس إنتاج شحنات كهربائية جديدة.يمكـن شـحن األجسـام عن طريـق نقـل اإللكرتونـات؛ فاملناطـق التي فيهـا فائض يف •

اإللكرتونـات يكون صايف شـحنتها سـالبا، أما املناطق التي فيها نقـص يف اإللكرتونات فيكون صايف شحنتها موجبا.

الشحنات التي تضاف إىل جزء أو موقع ما من مادة عازلة تبقى عىل ذلك املوقع أو اجلزء. • ومن املواد العازلة الزجاج واخلشب اجلاف واملواد البالستيكية واهلواء اجلاف.

الشحنات التي تضاف إىل مادة موصلة تتوزع برسعة عىل سطح اجلسم كامال. ومن املواد • املوصلة اجلرافيت والفلزات واملادة عندما تكون يف حالة البالزما.

حتـت ظروف معينة، يمكن أن تنتقل شـحنات خالل مادة معروفة عـىل أهنا مادة عازلة. • ويعد الربق الذي يتحرك خالل اهلواء أحد األمثلة عىل ذلك.

Electric Force 1-2

اف الكهربائي• الكشالشحن بالتوصيل• الشحن باحلث• التأريض• قانون كولوم• الكولوم• الشحنة األساسية •

اف كهربائي تؤدي القوة الكهربائية إىل انفراج ورقتيه. • عند شحن كشيمكن شحن جسم ما بالتوصيل بمالمسته جسام آخر مشحونا.• حيث جسـم مشـحون شـحنات موصل متعادل عىل االنفصال عند تقريبه إليه، وحتدث •

هذه العملية نتيجة قوة التجاذب بني اجلسم املشحون واملوصل املتعادل.ب إليه أوال جسـم مشـحون، فيؤدي ذلك إىل انفصال • لشـحن جسـم موصل باحلث يقر

ع الشـحنات املوجبة عند أحد الطرفني، شـحنات اجلسم املوصل املراد شحنه؛ أي تتجموالشحنات السالبة عند الطرف اآلخر.

التأريـض عملية التخلص من الشـحنات الفائضة عن طريق مالمسـة اجلسـم لألرض. • اف كهربائي باحلث. ويستخدم التأريض يف عمليات شحن كش

ـا مع حاصل • ينـص قانـون كولوم عىل أن القوة بني جسـيمني مشـحونني تتناسـب طرديرضب مقدار شحنتيهام وعكسيا مع مربع املسافة بينهام.

لتحديد اجتاه القوة تذكر القاعدة التالية: الشحنات املتشاهبة تتنافر، واملختلفة تتجاذب. وحـدة الشـحنة يف النظام الـدويل للوحدات SI هـي الكولوم. والكولـوم الواحد C هو •

مقدار شحنة 1018×6.24 إلكرتون أو بروتون. والشحنة األساسية هي شحنة الربوتون .1.6×10-19 C أو اإللكرتون، وتساوي

F = K q

Aq

B ___

r2

27

أكمل خريطة املفاهيم أدناه باسـتخدام املصطلحات 21.

التالية: التوصيل، املسافة، الشحنة األساسية.

ـطت شـعرك يف يـوم جاف فسـوف يشـحن 22. إذا مش

املشـط بشـحنة موجبة. هـل يمكن أن يبقى شـعرك ح إجابتك. متعادال؟ وض

أعد قائمة ببعض املواد العازلة واملواد املوصلة. 23.

ا، واملطاط 24. ما اخلاصية التـي جتعل الفلز موصال جيدا؟ عازال جيد

عندما نخرج اجلـوارب من جمفف 25. املالبس تكون أحيانا ملتصقة بمالبس أخر. ملاذا؟

ملاذا جيذب قـرص مدمج الغبار 26.إذا مسحته بقطعة قامش نظيفة؟

جمموع شحنة مجيع إلكرتونات عملة 27.مصنوعـة مـن النيـكل يسـاوي مئـات اآلالف مـن الكولـوم. هل خيربنـا هذا بيشء عن صايف الشـحنة

عىل هذه العملة؟ وضح إجابتك. كيـف تؤثر املسـافة بـني شـحنتني يف القـوة املتبادلة 28.

بينهام؟ وإذا قلت املسـافة و بقي مقدار الشحنتني كام هو فامذا حيدث للقوة؟

ارشح كيف يمكنك شحن موصل بشحنة سالبة إذا 29.كان لديك قضيب موجب الشحنة فقط.

فيم ختتلف شـحنة اإللكرتون عن شحنة الربوتون؟ 30.

وفيم تتشاهبان؟ د ما إذا كان جسم ما موصال أم 31. كيف يمكنك أن حتد

اف كهربائي؟ ال، باستخدام قضيب مشحون وكشب قضيب مشحون إىل جمموعة كرات بالستيكية 32. قر

ا، فانجذبت بعض الكرات إىل القضيب، صغرية جدإال أهنـا حلظة مالمسـتها للقضيب اندفعـت مبتعدة

ح ذلك. عنه يف اجتاهات خمتلفة. وض حيدث الـربق عـادة عندما تنتقل الشـحنات 33.

سـطح كان فـإذا األرض. إىل الغيـوم يف السـالبة األرض متعادال فام الذي يوفر قوة اجلذب املسـؤولة

عن سحب اإللكرتونات نحو األرض؟ ـاف كهربائي مشـحون 34. ح ما حيدث لورقتي كش وض

مشـحون قضيـب تقريـب عنـد موجبـة بشـحنة بالشحنات التالية منه، مع مراعاة عدم ملس القضيب

اف الكهربائي: للكشa. شحنة موجبة.

b. شحنة سالبة.

يبدو أن قانون كولوم وقانون نيوتن يف اجلذب العام 35.متشـاهبان، كـام هو موضـح يف الشـكل 13-1. فيم تتشابه القوة الكهربائية وقوة اجلاذبية؟ وفيم ختتلفان؟

قانون اجلذب العامقانون كولومF=K

qAq

B ___ r2 F=G

mAm

B ____ r2

الشكل 13-1 (الرسم ليس وفق مقياس رسم)C2015A845813

Final

r

mBmA qA qB

r

F 5 K }qAqB}

282828

ا من قيمة 36. قيمـة الثابت K يف قانون كولوم أكـرب كثريالثابت G يف قانون اجلذب العام. عالم يدل ذلك؟

لشــحن 37. كولـوم طريقـة الفصــل هـذا ـف ص وعـىل الشـحنة تكـون بحيـث ،B و A كـرتـيــن ا. اقرتح الكرة B نصف الشـحنة عـىل الكـرة A متامطريقة تطبقها لتصبح شـحنة الكرة B مساوية لثلث

.A شحنة الكرةقاس كولـوم انحراف الكرة A عندمـا كان للكرتني 38.

الشـحنة نفسـها، وتبعد إحدامها عن األخر Bو Aمسـافة مقدارها r. ثم جعل شحنة الكرة B تساوي ثلـث شـحنة الكـرة A. كم جيـب أن تكون املسـافة اجلديدة بني الكرتني بحيث تنحرف الكرة A بمقدار

مساو النحرافها السابق؟ يؤثـر جسـامن مشـحونان أحدمهـا يف اآلخـر بقـوة 39.

مقدارها N 0.145 عندما كانا عىل بعد معني أحدمها ب أحدمهـا إىل اآلخـر بحيث مـن اآلخـر. فـإذا قـربع املسافة السابقة فام مقدار أصبحت املسافة بينهام ر

القوة املؤثرة يف كل منهام؟ ا عند 40. القـو الكهربائيـة بـني الشـحنات كبـرية جـد

مقارنتها بقو اجلاذبية بينها، ومع ذلك ال نشعر عادة بالقو الكهربائية بيننا وبني املحيط من حولنا، إال أننا نشعر بتأثريات قو اجلاذبية مع األرض. فرس ذلك.

1-2القوة الكهربائية

.41 ،r تفصل بينهام مسافة ،qBq و

Aشحنتان كهربائيتان،

ويؤثـر كل منهـام يف اآلخر بقـوة مقدارهـا F. حلل د القـوة اجلديدة التي تنتج حتت قانون كولوم، وحد

الظروف التالية: qA مرتني.

a. مضاعفة الشحنة

q إىل النصف. Bq و

Ab. تقليل الشحنتان

c. مضاعفة r ثالث مرات.

d. تقليل r إىل النصف.

q ثالث مرات وr مرتني. Ae. مضاعفة

إذا نقلـت صاعقة برق قوية شـحنة مقدارها 42.C 25 إىل األرض فام عدد اإللكرتونات املنقولة؟

إذا كانـت املسـافة بـني إلكرتونـني يف ذرة 43.m 10-10×1.5 فـام مقـدار القـوة الكهربائية بينهام؟

.44 ،2.5×10-5 C منهـام كل مقـدار كهربائيتـان شـحنتان واملسافة بينهام cm 15. أوجد القوة التي تؤثر يف كل منهام؟

إذا كانـت القـوة التـي تؤثـر يف كل مـن الشـحنتني 45. 2.4×102 N تسـاوي +3×10-5 Cو +8×10-5 C

فاحسب مقدار املسافة بينهام. منهـام 46. كل متامثلتـان موجبتـان شـحنتان أثـرت إذا

،6.4×10-9 N مقدارهـا تنافـر بقـوة األخـر يف مسـافة األخـر عـن تبعـد إحدامهـا كانـت عندمـا

m 10-10×3.8 فاحسب مقدار شحنة كل منهام.تسـحب شـحنة موجبة مقدارها µC 3.0 بشحنتني 47.

سـالبتني، كـام هـو موضـح يف الشـكل 14-1. فإذا كانـت إحد الشـحنتني السـالبتني µC 2.0- تبعد 0.05 إىل الغرب، وتبعد الشحنة األخر m مسافةµC 4.0- مسـافة m 0.030 إىل الـرشق فـام مقـدار

واجتاه القوة املحصلة املؤثرة يف الشحنة املوجبة؟2.0 μC 3.0 μC 4.0 μC

0.050 m 0.030 m

الشكل 1-14يوضح الشـكل 15-1 كرتني مشـحونتني بشحنتني 48.

موجبتـني، شـحنة إحدامها تسـاوي ثالثـة أضعاف شحنة األخر، واملسـافة بني مركزهيام cm 16. إذا كانت القوة املتبادلة بينهام N 0.28 فام مقدار الشحنة

عىل كل منهام؟

الشكل 1-15

q

16 cm

3q

++

292929

ما مقدار الشحنة املقيسة 49.بالكولـوم لإللكرتونات املوجـودة يف قطعة نقدية مصنوعـة من النيـكل؟ اسـتخدم الطريقـة التالية

لتجد اإلجابة:.a أوجد عـدد الذرات يف قطعة النقـد إذا كانت

كتلـة هـذه القطعـة g 5، و %75 منها نحاس، أمـا الــ %25 املتبقيـة منهـا فمن النيـكل، لذا

.62 g تكون كتلة كل مول من ذرات العملة.b أوجد عـدد اإللكرتونات يف قطعة النقد، علام

أن متوسـط عدد اإللكرتونـات التي لكل ذرة يساوي 28.75.

.c .أوجد شحنة اإللكرتونات بالكولوم

.50 1.2×10-5 C ت كرة فلزية صغرية شحنتها س إذا الم

0.15 m كرة مماثلة متعادلـة، ثم وضعت عىل بعدمنها فام القوة الكهربائية بني الكرتني؟

ما القوة الكهربائية بني إلكرتون وبروتون 51.يبعـد أحدمهـا عـن اآلخـر m 11-10×5.3؟ هـذه لـذرة التقريبـي القطـر تسـاوي نصـف املسـافة

اهليدروجني.تؤثر قوة مقدارها N 0.36 يف كرة صغرية شحنتها 52.

5.5 cm 2.4، وذلـك عنـد وضعها عىل بعـد µC

من مركز كرة ثانية مشـحونة بشحنة غري معروفة. ما مقدار شحنة الكرة الثانية؟

كرتان متامثلتان مشـحونتان، املسـافة بني مركزهيام 53. 0.28 N 12. فإذا كانت القوة الكهربائية بينهام cm

فام شحنة كل كرة؟ يف التجربة املستخدم فيها جهاز كولوم، يبعد مركز 54.

كـرة شـحنتها C 8-10×3.6 مسـافة cm 1.4 عـن مركـز كرة ثانية غـري معلومة الشـحنة. فإذا كانت القوة بـني الكرتني N 2-10×2.7 فام شـحنة الكرة

الثانية؟

.55 3.5×10-10 N إذا كانت القوة بني بروتون وإلكرتونفام املسافة بني اجلسيمني؟

احسـب نسـبة القـوة الكهربائية 56.

إىل قـوة اجلاذبية بني اإللكـرتون والربوتون يف ذرة اهليدروجني؟

وضعت الكرة A التي حتمل شـحنة 57.مقدارها µC 64+ عند نقطة األصل، ووضعت كرة ثانية B حتمل شحنة مقدارها µC 16- عند النقطة m 1.00+ عىل حمورx. أجب عن األسئلة التالية:

.a شـحنتها C ثالثـة كـرة وضـع جيـب أيـن µC 12+ بحيـث تكون القوة املحصلة املؤثرة

ا؟ فيها صفر.b تسـاوي C الثالثـة الكـرة إذا كانـت شـحنة

µC 6+ فأيـن جيـب وضعهـا عـىل أن تبقـى

ا؟ حمصلة القو املؤثرة فيها صفر.c 12-، فأين µC إذا كانت شـحنة الكرة الثالثة

جيـب وضعهـا عـىل أن تبقـى حمصلـة القوا؟ املؤثرة فيها صفر

وضعـت ثالث كرات مشـحونة، كـام هو موضح 58.يف الشـكل 16-1. أوجد القوة املحصلة املؤثرة يف

.B الكرة

C20-13A-845813Final

A

B

C+6.0 μC

+4.5 μC -8.2 μC

3.0 cm

4.0 cm+x

+y

+

+ -

الشكل 1-16

303030

يوضح الشكل 17-1 كريت بيلسان، كتلة كل منهام 59.g 1.0، وشـحنتامها متسـاويتان، إحدامهـا معلقـة بخيـط عـازل، واألخـر قريبـة منهـا ومثبتة عىل حامـل عازل، والبعد بـني مركزهيام cm 3.0. فإذا ل اخليط العازل الذي اتزنت الكرة املعلقة عندما شكحيملها زاوية مقدارها °30.0 مع الرأيس فاحسـب

كال مما يأيت:.a .املؤثرة يف الكرة املعلقة Fg

.b .املؤثرة يف الكرة املعلقة FE

.c .الشحنة عىل كل من الكرتني

3.0 cm

30.0

FE

الشكل 1-17.60 q

B q و

Aوضعـت شـحنتان نقطيتـان سـاكنتان

q، مقدارها Tبالقـرب من شـحنة اختبار موجبـة،

q موجبة AµC 7.2+ . فـإذا كانت الشـحنة األوىل

وتسـاوي µC 3.6 وتقـع عـىل بعـد cm 2.5 مـن °35، وكانـت زاويـة q عنـد

Tشـحنة االختبـار

q سـالبة ومقدارها µC 6.6- وتقع عىل Bالشحنة

بعد cm 6.8 من شحنة االختبار عند زاوية 125°: .a د مقدار كل قوة من القوتني اللتني تؤثران فحد

.q Tيف شحنة االختبار

.b .ارسم خمطط القوة

.c د بالرسـم القوة املحصلة املؤثرة يف شحنة حد .q

Tاالختبار

ابحث يف األجهزة املختلفة التي كانت 61.

تستخدم يف القرنني السـابع عرش والثامن عرش يف دراسة الكهرباء الساكنة. قد تتطرق مثال إىل قارورة ليدن وآلة ويمشورسـت. ناقش كيف تم بناؤمها،

ومبدأ عمل كل منهام.هنـاك قو بـني جزيئات املاء تـؤدي إىل أن يكون 62.

4° C0 و° C املاء أكرب كثافة عندما يكون سائال بنيمقارنـة بحالته عندما يكون صلبـا عند C °0. هذه القـو يف طبيعتها مـا هي إال قو كهرسـكونية. ابحـث يف القـو الكهرسـكونية بـني اجلزيئات، ف ومنها قو فان درفال وقو االستقطاب، وص

أثرها يف املادة.

.63 8.0×10-6 C5-10×2.0 و C إذا أثـرت شـحنتان

إحدامها يف األخر بقوة مقدارها N 9.0 فاحسب مقدار البعد بينهام.

313131

أسئلة اختيار من متعدداختر رمز ا�جابة الصحيحة فيما يلي:

ـاف كهربائي 1. ما عدد اإللكرتونات املنتقلة من كشمشـحون بشـحنة موجبـة إذا كان صـايف شـحنته

C 11-10×7.5؟ A 11-10×7.5 إلكرتون

B 9-10×2.1 إلكرتون

C 108×1.2 إلكرتون

D 108×4.7 إلكرتون

.2 5.0×10-9 C إذا كانت القوة املؤثرة يف جسيم شحنتهنتيجـة تأثري جسـيم آخـر يبعد عنه cm 4 تسـاوي

N 5-10×8.4 فام شحنة اجلسيم الثاين؟

4.2×10-13 C A

2.0×10-9 C B

3.0×10-9 C C

6.0×10-5 C D

عـت ثالث شـحنات A وB وC، عىل خط 3. ض إذا وواحـد، كام هـو موضح أدنـاه، فام القـوة املحصلة

املؤثرة يف الشحنة B؟ A 78 يف اجتاه N A

C 78 يف اجتاه N B

A 130 يف اجتاه N C

C 210 يف اجتاه N D

4.A

B

C

2.0

2.0

0.30

0.30

0.40

y (m)

x (m)4.0 µC

µC

µC

A B C

8.5 10 6 C 3.1 10 6 C 6.4 10 6 C

4.2 cm 2.9 cm

عـدد 4. كان إذا كهربائـي ـاف كش شـحنة مـا اإللكرتونات الفائضة عليه 1010×4.8 إلكرتون؟

3.3×10-30 C A

4.8×10-10 C B

7.7×10-9 C C

4.8×1010 C D

القوة الكهربائية املتبادلة بني جسـمني مشـحونني 5.ك اجلسامن بحيث أصبحا عىل ر تساوي N 86. فإذا حا بعد يساوي ستة أمثال البعد الذي كانا عليه سابقفام القوة اجلديدة التي يؤثر هبا كل منهام يف اآلخر؟

24 N A

14 N B

86 N C

5.2×102 N D

جسـامن مشـحونان باملقـدار نفسـه من الشـحنة، 6. ،90 N ويؤثـر كل منهـام يف اآلخـر بقوة مقدارهـافإذا وضعنا بدال من أحد اجلسـمني جسـام آخر له احلجم نفسه إال أن شحنته أكرب من اجلسم السابق ثالث مـرات فام القـوة اجلديدة التـي يؤثر هبا كل

منهام يف اآلخر؟ 10 N A

30 N B

2.7×102 N C

8.1×102 N D

.7 6.68×10-27 kg ألفـا جسـيم كتلـة كانـت إذا القـوة بـني النسـبة فـام 3.2×10-19 C وشـحنته الكهرسـكونية وقـوة اجلاذبيـة بـني جسـيمني من

جسيامت ألفا؟ 1 A

4.8×107 B

2.3×1015 C

3.1×1035 D323232

تسـمى عملية شـحن جسـم متعـادل عـن طريق 8.مالمسته بجسم مشحون بـ ..........

A التوصيل

B احلث

C التأريض

D التفريغ

ن البالون 9. ـح دلك أمحـد بالونا بقطعـة صوف، فشبشـحنة C 14-10×8.9-. مـا القـوة املتبادلـة بـني 2 km 25 وتبعد C البالون وكرة فلزية مشحونة بـ

عنه؟ 8.9×10-15 N A

5.0×10-9 N B

2.2×10-12 N C

5.6×104 N D

ا�سئلة الممتدةبالرجوع إىل الرسم أدناه، ما القوة املحصلة املؤثرة 10.

ن يف الشـحنة C مـن قبـل الشـحنتني A وB؟ ضم ح متجهات القو إجابتك رسام بيانيا يوض

Fو املحصلة FC يف B و

F

C يف A

4.A

B

C

2.0

2.0

0.30

0.30

0.40

y (m)

x (m)4.0 µC

µC

µC

A B C

8.5 10 6 C 3.1 10 6 C 6.4 10 6 C

4.2 cm 2.9 cm

تأكد أنـك أجبت عن السـؤال الذي تطرحه املسـألة. ر أن حل . وتذك ة وتـأن اقرأ األسـئلة واخليـارات برويمعظم املسـائل بصـورة صحيحة أفضل مـن أن حتلها

مجيعها ويكون معظمها غري صحيح.

333333