تعريف الشحنة الكهربائية
الشحنة الكهربائية ليست سوى كمية من الطاقة أو الإلكترونات التي تنتقل من جسم إلى آخر من خلال أوضاع مختلفة مثل التوصيل أو الحث أو طرق أخرى محددة. هذا هو تعريف الشحنة الكهربائية الأساسية. هناك نوعان من الشحنات الكهربائية. إنها الشحنات الكهربائية الموجبة والأخرى كهربائية سلبية.
توجد الشحنات الكهربائية في كل نوع من أنواع الجسم تقريبًا. كل تلك الأجسام التي ليس لديها شحنات تكون محايدة. نشير إلى الشحنة y بالرمز "q" ووحدتها القياسية هي كولوم. رياضيا ، يمكننا القول إن الشحنة الكهربائية هي عدد الإلكترونات مضروبًا في شحنة الإلكترون الواحد. من الناحية الرمزية ، هو كذلك
Q = ne
حيث q شحنة ، n عدد من الإلكترونات و e شحنة لإلكترون واحد (C 1.6 × 10-19). الطبعتان الأساسيتان للشحنات الكهربائية هما
مثل الشحنات تتنافر.
عكس الشحنات تجذب بعضها البعض.
هذا يعني أنه بينما تتنافر البروتونات عن بعضها البعض ، فإنها تجذب الإلكترونات. طبيعة الشحنات الكهربائية هي المسؤولة عن القوى التي تعمل عليها وتنسيق اتجاه تدفقها. الشحنة على الإلكترون والبروتون هي نفسها من حيث الحجم وهيC 1.6 × 10-19 . الفرق هو فقط في الإشارة التي نستخدمها للإشارة إليهما ، + و -.
تسبب حركة الجسيمات المشحونة تأثيرات كهربائية ، وصدمات صغيرة ، وبرق وشرر. تسبب المجالات الكهربائية قوى للعمل على الجسيمات المشحونة.
الشحنات الكهربائية
كل مادة تتكون من ذرات. تحتوي الذرات على ثلاثة أنواع من الجسيمات الأصغر: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. من بين هؤلاء الثلاثة ، يتم شحن كل من البروتونات والإلكترونات.
☄ تكون البروتونات مشحونة إيجابيا والإلكترونات سالبة الشحنة.
يمكن أن تؤثر الأشياء المشحونة على الأشياء المشحونة الأخرى باستخدام قوة عدم الاتصال ب الكهرباء الساكنة.
تدور الإلكترونات حول نواة
بشكل عام ، تمتلك الذرة شحنة متعادلة ، ولكن إذا فقدت إلكترونًا ، فإنها تصبح موجبة الشحنة ، وإذا اكتسبت الذرة إلكترونًا ، فإنها تصبح سالبة الشحنة. الذرات المشحونة تسمى "الأيونات".
الشحن عن طريق الاحتكاك
عندما تحتك المواد العازلة ببعضها البعض ، فقد تصبح مشحونة كهربائيًا. الإلكترونات سالبة الشحنة ، يمكن "حكها" من إحدى المواد وإليها إلى الأخرى. تصبح المادة التي تكتسب إلكترونات سالبة الشحنة. وتترك المادة التي تفقد الإلكترونات بشحنة موجبة.
1. يتم وضع قضيب مغطى بالشحنات السالبة بجانب منفضة الغبار مغطاة بشحنات موجبة
2. يفرك منفضة الغبار ذهابًا وإيابًا على طول القضيب
3. يتم نقل الإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة وتستقر الآن على منفضة الغبار
عندما يتم فرك قضيب البوليثين بمنفضة الغبار ، يتسبب الاحتكاك في اكتساب الإلكترونات للطاقة. تكتسب الإلكترونات طاقة كافية لترك الذرة و "تحك" على قضيب البوليثين.
اكتسب قضيب البوليثين إلكترونات ، مما يعطيها شحنة سالبة
فقدت المنفضة إلكترونات ، مما أعطاها شحنة موجبة
إذا تم تبديل القضيب بمواد مختلفة مثل الأسيتات ، يتم فرك الإلكترونات من الأسيتات وعلى منفضة الغبار.
فقد قضيب الأسيتات إلكتروناته ، مما أعطاها شحنة موجبة
اكتسب المنفضة إلكترونات ، مما أعطاها شحنة سالبة
كل من القضبان والمنفضة مصنوعة من مواد عازلة. تمنع العوازل الإلكترونات من الحركة وتبقى الشحنة الكهربائية ثابتة. من ناحية أخرى ، لا تستطيع الموصلات الاحتفاظ بالشحنة الكهربائية ، حيث يمكن للإلكترونات أن تتحرك من خلالها.
القوى الكهربائية
سيواجه الجسم المشحون قوة غير ملامسة من جسم مشحون آخر. يعتمد نوع القوة على نوع الشحنة (موجبة أو سالبة) على الجسمين.
غالبًا ما تُستخدم خصائص الجاذبية والتنافر لإظهار شحن الجسم:
يمكن للقضيب المشحون التقاط قطع صغيرة من الورق
يمكن أن يلتصق البالون المشحون بالحائط عن طريق الجذب
يمكن للقضيب المشحون سحب تيار من الماء نحوه
☄ تقوم الشحنات المعاكسة بالجذب. عكس الأضداد التتي تتنافر.
مثال
إذا تم وضع قضيب بلاستيكي سالب الشحنة بالقرب من قضيب آخر سالب الشحنة ، فسوف يتحرك كل منهما بعيدًا أي يتنافران.
إذا تم وضع قضيب موجب الشحنة بالقرب من قضيب سالب الشحنة ، فسوف يتجمعان معًا عندما يجذبان بعضهما البعض.
تكون قوى الجذب أو التنافر أكبر عندما تكون الأجسام المشحونة أقرب.
المجالات الكهربائية
تحتوي جميع الأجسام المشحونة على مجال كهربائي حولها ، مما يوضح كيفية تفاعلها مع الجسيمات المشحونة الأخرى.
ملاحظة: مولّد فان دي غراف هو عبارة عن مُولد كهربائي يقوم بتوليد الكهرباء الساكنة
يزيل مولد (الكهرباء الساكنة) Van de Graaff الإلكترونات لإنتاج شحنة موجبة. لا يتعين على الشخص لمس مولد Van de Graaff لبدء الشعور بالتأثيرات ، حيث أن الكهرباء الساكنة هي قوة غير ملامسة. ستؤثر هذه القوة على أي جسيم مشحون في المجال الكهربائي حول المولد.
الشخص الذي يلمس قبة مولد (الكهرباء الساكنة) Van de Graaff سيفقد أيضًا الإلكترونات ويصبح مشحونًا بشكل إيجابي. سيحدث نفس الشيء لكل شعرة على رأسهم. نظرًا لأن الشخص ورأسه وكل بصيلات الشعر كلها مشحونة بشكل إيجابي ، فإن الشعر سوف يبتعد عن الرأس ومن كل خصلة أخرى مما يؤدي إلى خروجها من الرأس في جميع الاتجاهات.
أشكال المجال الكهربائي
المجال الكهربائي هو منطقة تتعرض فيها الشحنات لقوة.
تظهر الحقول عادة كمخططات ذات أسهم:
يوضح اتجاه السهم الاتجاه الذي ستتحرك فيه الشحنة الكهربائية الموجبة.
وكلما اقتربت الأسهم من بعضها ، كلما كان المجال أقوى وزادت القوة التي تتعرض لها الشحنات الكهربائية في هذا المجال. هذا يعني أن المجال أقوى وأقرب إلى الجسم المشحون.
☄ تشير خطوط المجال بعيدًا عن الشحنات الموجبة ونحو الشحنات السالبة.
مع وجود مجال شعاعي حول شحنة موجبة ، يتم صد الشحنات الإيجابية الأخرى بعيدًا. لذلك تشير الأسهم بعيدًا عن الشحنة الموجبة المركزية. هذا ما يحدث مع مثال مولد Van de Graaff.
ومع ذلك ، إذا تم وضع شحنة سالبة في هذا المجال ، فإنها تجذب الشحنة الموجبة وتشعر بقوة في الاتجاه المعاكس لخطوط المجال.
المجال بين لوحين متوازيين ، أحدهما موجب والآخر سالب ، سيكون مجالًا منتظمًا. ستكون خطوط المجال مستقيمة ومتوازية ونقطة من الموجب إلى السالب.
إذا كان المجال قويًا بدرجة كافية ، فيمكن أن يتم دفع الشحنات من خلال عوازل مثل الهواء والشرارة. هذا ما يحدث أثناء الصاعقة ويمكن أن يحدث إذا لامس شخص مشحون موصلًا. على سبيل المثال ، قد يشحن الشخص الذي يسحب أقدامه عبر السجادة ، لذلك إذا مد يده لمس مقبض الباب ، فهناك شرارة ويشعرون بصدمة صغيرة.
حفظ الشحنة الكهربائية
وفقًا لمبدأ الحفاظ على الشحنات الكهربائية ، لا يتم إنشاء الشحن أو ضياعها ؛ يتم نقلهم فقط من جسد إلى آخر. على سبيل المثال ، عندما يكون هناك جسمان ، أحدهما له بعض الشحنة الكهربائية والآخر بدون شحنة يتم توصيلهما ببعضهما البعض ، يتم نقل الشحنَة الكهربائية من الكائن الذي يمتلك بعض الشحنَة إلى الكائن الذي لا يمتلك أي شحنة حتى يتم توزيع الشحنَة بالتساوي على النظام بأكمله. هنا ، لا يتم إنشاء أو فقدان أي شحنة ولا يتم تحويلها إلا من الشخص الذي لديه فائض في الشحن الكهربائية إلى الآخر الذي لديه عجز.
تكميم الشحنات الكهربائية
وفقًا لمبدأ تكميم الشحنَة الكهربائية ، فإن جميع الشحنات الكهربائية المجانية هي مضاعفات متكاملة لوحدة أساسية محددة مسبقًا نشير إليها بواسطة e. وبالتالي ، يمكن إعطاء الشحنَة التي يمتلكها نظام ما
q=ne
حيث n عدد صحيح إما (صفر ، أَو رقم موجب أو سالب) و e هي الوحدة الأساسية لشحنة كهربائية ، أي الشحنَة التي يحملها إلكترون أو بروتون. قيمته هي C 1.6 × 10-19 الكولوم.
السؤال: اشرح العبارة: "بالنسبة للجسم ، يتم تكميم الشحنَة الكهربائية".
الجواب: بالنظر إلى جسم معين ، يشير مصطلح "الشحنَة الكهربائية مكمَّمة" إلى العدد الأساسي للإلكترونات التي يمكن نقلها من هذا الجسم إلى آخر. وتجدر الإشارة إلى أن الرسوم لا تنقل المخالفات. لذلك ، فإن الشحنَة الكلية التي يتحكم فيها الجسم هي ببساطة المضاعفات الأساسية للشحنة الكهربائية.
أهم المصادر: