5-1 شحن الكشاف الكهربائي

نشاط a : شحن الكشاف الكهربائي بطريقة التماس ( التوصيل ) 

أدوت النشاط: كشاف كهربائي ، مشط من البلاستك.

خطوت النشاط:

• ندلك المشط بالشعر (بشرط أن يكون الشعرجافًا وبدون زيت).

• نجعل المشط يلامس قرص الكشاف المتعادل كهربائيًا. نلاحظ إبتعاد ورقتي الكشاف.

تفسير النشاط:

عند حصول التماس بين المشط المشحون وقرص الكشاف المتعادل كهربائيا، تبتعد ورقتا الكشاف الكهربائي، بسبب ظهور قوة تنافر بينهما، لاكتساب الورقتين النوع نفسه من الشحنات.

نشاط b : شحن الكشاف الكهربائي بطريقة الحث

أدوت النشاط: كشاف كهربائي ، ساق من الزجاج ، قطعة من الحرير. 

خطوت النشاط: 

• ندلك ساق الزجاج بقطعة الحرير (تظهر على الساق شحنة موجبة) الشكل (a-22). 

• نقرب ساق الزجاج المشحونة من قرص كشاف متعادل كهربائيًا. 

تلاحظ تنافر ورقة الالمنيوم مع الساق المعدنية للكشاف الشكل (b-22). وهذادليل على أن الكشاف صار مشحونًا، (ينشحن قرص الكشاف بالشحنة السالبة وهي الشحنة المقيدة وتنشحن ورقة الالمنيوم بالشحنة الموجبة وهي الشحنة الطليقة). أي دائمًا ينشحن القرص بالشحنة المخالفة لتجاذب شحناته مع شحنات المؤثر والورقة والساق بالشحنة المشابهة لتنافر شحنتهما مع شحنة المؤثر. 

• نصل قرص الكشاف بالأرض (بوضع إصبع اليد على قرص الكشاف) مع بقاء ساق الزجاج المشحونة بالقرب من قرص الكشاف نلاحظ إنطباق الورقة على ساق الكشاف الشكـل (c-22) (بسبب اكتساب الكشاف الالكترونات من الأرض). 

• نقطع إتصال قرص الكشاف بالأرض (نرفع الاصبع عن قرصه) مع بقاء ساق الزجاج المشحونة بالقرب من قرص الكشاف. نجد بقاء الورقة منطبقة على ساق الكشاف. أخيرًانبعد ساق الزجاج عن الكشاف، نلاحظ تنافر ورقة الالمنيوم مع ســاق الكشاف، الشكــــل (d-22). 

وهذا يدل على توزع الشحنات الباقية (الشحنات التي كانت مقيدة) على قرص الكشاف والساق والورقة. 

4-1 الكشاف الكهربائي - Electroscope

جهاز يستعمل في تجارب الكهربائية الساكنة لاغراض منها:

1- الكشف عن وجود شحنة كهربائية على جسم ما.

2 - لمعرفة نوع الشحنة الكهربائية على الجسم المشحون.

تصنع الكشافات الكهربائية باشكال مختلفة، لاحظ الشكل (20).

يتاألف الكشاف الكهربائي من:

• ساق مصنوعة من المعدن.
• قرص معدني (أو كرة معدنية) يتصل بالطرف العلوي للساق.
• ورقتين رقيقتين (اأو شريطين) من الذهب أو الالمنيوم تتصلان بالطرف السفلي للساق (او ورقة رقيقة واحدة من الذهب او الالمنيوم تتصل بالطرف السفلي للساق) وتعلق من منتصفها على محور في نهاية الساق لتكون طليقة الحركة.

• صندوق من الزجاج أو المعدن أو الخشب ذو نافذة زجاجية .
• سداد من الفلين أو المطاط في الجزء العلوي من الصندوق لعزل الساق والورقتين عن الصندوق.

3-1 - شحن المادة بالكهربائية

توجد ثلاث طرائق لشحن الأجسام بالكهربائية الساكنة هي:

a - الشحن بطريقة الدلك:

إذا دلكت بالونًا بقطعة من الصوف ستظهر شحنة موجبة على قطعة الصوف ( نتيجة لفقدها بعضًا من الكتروناتها )، بينما تظهر شحنة سالبة على البالون (نتيجة لإكتسابه تلك الإلكترونات). وإذا علقت البالون المشحون بالشحنة السالبة بخيط من مادة عازلة وقربت منه قطعة الصوف المشحونة بالشحنة الموجبة، تجد ان قطعة الصوف هذه تجذب اليها البالون، الشكل (17).

b - الشحن بطريقة التماس:

علق كرتين من نخاع البيلسان بوساطة خيطين من مادة عازلة ومن نقطة واحدة. اشحن احدى الكرتين بملامستها لساق من الزجاج مدلوكة بالحرير ثم اتركها لتلامس الكرة الاخرى غير المشحونة كما في الشكل (a-18)، تلاحظ بعد ذلك إبتعاد الكرتين عن بعضهما وهذا يدل على ان الكرة الثانية غير المشحونة قد اكتسبت قسما من شحنة الكرة الاولى بالتماس مما ادى اإلى تنافر الكرتين شكل (b-18).

c- الشحن بطريقة الحث:

• عند تقريب ساق من المطاط الصلب مشحونة بشحنة سالبة (تصير شحنتها سالبة بعد دلكها بالصوف) من سطح كرة معدنية متعادلة كهربائيًا ومعزولة، فان شحنةالساق السالبة (الإلكترونات) سوف تنافر بعضا من الاكترونات سطح الكرة وتدفعها إلى الجهة البعدة عن الساق (تدعى هذه الالكترونات بالشحنات الطليقة)، ونتيجة للنقص الحاصل في عدد الكترونات الجهة القريبة من الساق، تظهر فيها شحنة موجبة ( تدعى هذه الشحنات بالشحنات المقيدة). لاحظ الشكل (b-19).

• نوصل الكرة المعدنية بالأرض بربط سطحها بسلك موصول بالأرض (أو بملامسة سطحها باصبع اليد) مع بقاء الساق المشحونة قريبة من الكرة، نجد ان الشحنات الطليقة قد تسربت إلى الأرض لاحظ الشكل (c-19).

• نقطع إتصال الكرة مع الأرض (نرفع الاصبع عن الكرة) مع بقاء الساق قريبة من الكرة نجد بقاء الشحنة المقيدة في موضعها. لاحظ الشكل (d-19).

• نبعد الساق عن الكرة، نجد اأن الشحنات المقيدة (وهي الشحنات الموجبة المخالفة لشحنة الساق) تتوزع بانتظام على السطح الخارجي للكرة. لاحظ الشكل (e-19). وان الاستدلال عن وجود الشحنة من عدمها على جسم ما يتم باستعمال جهاز الكشاف الكهربائي.

نشاط - قوى التجاذب والتنافر بين الشحنات الكهربائية

الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها والشحنات المختلفة تتجاذب مع بعضها

أدوت النشاط: ساقان متماثلان من المطاط الصلب ، ساقان متماثلان من الزجاج ، قطعتان أحداهما من (الصوف أو الفرو) واخرى من الحرير ، خيوط من القطن اأو الحرير ، حاملان.

الخطوت:

أولا:

- نعلق ساقي المطاط بوضع أفقي بخيطين بوساطة حاملان ونجعلهما متقاربتين من بعضهما.

- ندلك كل منهما وعلى إنفراد بوساطة قطعة الصوف. (ستنشحن كل منهما بالشحنة السالبة)

- نترك الساقين معلقتين بحرية، نلاحظ تنافرهما مع بعضهما الشكل (a-16).

نستنتج من النشاط الأول: أن الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها

ثانياً:

- نعلق ساقي الزجاج بوضع افقي بخيطين بوساطة حاملان ونجعلهما متقاربتين من بعضهما.

- ندلك كل منهما وعلى انفراد بوساطة قطعة الحرير. (ستنشحن كل منهما بالشحنة الموجبة)

- نترك الساقين معلقتين بحرية، نلاحظ تنافرهما لاحظ الشكل (b-16).

نستنتج من النشاط الثاني: أن الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها

ثالثاً:

- نعلق ساق من الزجاج وساقا أخرى من المطاط بوضع أفقي بخيطين بوساطة حاملان ونجعلهما متقاربتين من بعضهما.

- ندلك ساق الزجاج بقطعة الحرير (ستنشحن الساق بالشحنة الموجبة) وندلك ساق المطاط بقطعة الصوف ستنشحن الساق بالشحنة السالبة).

- نترك الساقين معلقتين بحرية، نلاحظ تجاذبهما الشكل (c-16).

نستنتج من النشاط الثالث: أن الشحنات المختلفة تتجاذب مع بعضها

2-1 الشحنة الكهربائية - Electric charge

تحتوي الذرة الكترونات سالبة الشحنة (-e) تدور بسرع عالية جدا حول النواة التي تحوي على بروتونات موجبة الشحنة (+p) ونيوترونات (n) متعادلة الشحنة. الشكل (11).

و ترتبط الالكترونات بنواة الذرة بقوى مقاديرها متفاوتة حسب بعدها عن النواة.

وإن معظم ذرات المواد تكون متعادلة كهربائيا (عدد الكتروناتها يساوي عدد بروتوناتها) لاحظ الشكل (a-12).

نوعا للشحنة الكهربائية

هناك ذرات في مواد تفقد بعضًا من الكتروناتها الخارجية بوجود مؤثر خارجي يساعدها على ذلك، فإذا حصل نقص في عدد الكترونات الذرة بسبب هروب بعض منها إلى خارج الجسم،تصير الذرة أيونًا موجبا ويكون الجسم مشحونًا بالشحنة الموجبة (q+) الشكل (b-12). اماالجسم الذي تكتسب ذراته بعضًا من الكترونات ذرات اجسام اأخرى تصير الذرة ايونًا سالبًا ويكون الجسم مشحونا بالشحنة السالبة (q-). لاحظ الشكل (c-12).

من المهم أن تعرف المعلومات التالية:

• البروتون داخل نواة الذرة شحنته موجبة ومقدارها يساوي مقدار شحنة الالكترون.

• ان شحنة الإلكترون أو البروتون تعد أصغر وحدة قياس للشحنات.

• أن شحنة أي جسم مشحـون تسـاوي مضاعفــات صحيحــة لمقدار شحنـــة الالكتــرون

• لقد أوضحت التجارب ان مقدار شحنة الالكترون يساوي 

• وأن الكولوم هي وحدة قياس الشحنات الكهربائية.

• الكولوم الواحد (Coulomb 1) يعادل شحنة كمية من اإلالكترونات عددها

 الكترون (electron).

• والكولوم وحدة كبيرة واجزائها الشائعة الاستعمال هي:

1-1 الكهربائية الساكنة - Electrostatics

من الملاحظات المعروفة:

• إنجذاب قصاصات الورق الصغيرة إذا قربت منها مادة لدنة (بلاستيكية) كالمشط بعد دلكه بالشعر، لان المشط المدلوك يصير مشحونا بالشحنات الكهربائية الساكنة (عندما يكون الشعر جافا وبدون زيت) شكل (1).








• أو إنجذاب هذه القصاصات من بالون (نفاخة مملوءة بالهواء) بعد دلك البالون بقطعة من الصوف (سينشحن البالون بالشحنات الكهربائية الساكنة) الشكل (2).

• كذلك الحال عندما تدلك بالونًا بقطعة من الصوف وتقربه من رأسك تجد ان البالون  يجذب شعر رأسك (إذا كان شعرك جافا ومن غير زيت) الشكل (3).

• وإذا دفعت البالون المشحون نحو جدار تجد أنه يلتصق بالجًدار ويبقى ملتصقًا به لعدة ساعات إذا كان الجو جافا. (لأن الهواء الرطب يساعد على تفريغ الشحنات الكهربائية بسرعة  لاحظ الشكل (4).

• وعندما تسير على سجادة من الصوف فان قدميك سيحتكان بالسجادة ويكتسبان شحنات كهربائية ساكنة، والشحنات الكهربائية المتولدة على جسمك يمكن أن تشعر بها بشكل صعقة طفيفة، عندما تتفرغ هذه الشحنات لحظة ملامسة يدك للمقبض المعدني لباب الغرفة لاحظ الضكل (5).

• ويحصل الشيء نفسه عند نزولك من السيارة بعد توقفهاعن الحركة وملامسة يدك فورًا أي جزء معدني من السيارة، ستشعر بصعقة كهربائية طفيفة، أو إذا مسكت الجزء المعدني من المفتاح بيدك وقربته من الجزء المعدني للسيارة، ستحدث شرارة كهربائية صغيرة بين طرف المفتاح والسطح المعدني للسيارة لاحظ الشكل (6).

• وإذا دلكَت مشطًا من البلاستك بشعرك (أو دلكت هذا المشط بقطعة من الصوف) ثم قربته من ماء ينساب رفيعا من حنفية، تجد أن ماء الحنفية ينجذب نحو المشط. لاحظ الشكل (7).

• وفي بعض المتنزهات العامة توجد أجهزة مسلية للأطفال، منها لعبة التزحلق البلاستيكية، من إرتفاع مناسب لاحظ الشكل (8). ففي أثناء إنزلق الطفل تحتك ملابسه مع أرضية اللعبة البلاستيكية، وسيكتسب جسمه شحنات كهربائية ساكنة. وعند ملامسة الطفل فورًا لأي عمود معدني قريب منه فإن الطفل سيشعر بصعقة كهربائية طفيفة نتيجة لتفريغ الشحنات التي إكتسبها جسمه بالاحتكاك.

مقدمة - Introduction

لقد وجد الحكيم الاغريقي أرصطو طاليس (عام 600 ق.م) ان مادة الكهرب عند دلكها بقطعة من الصوف تصير لها القابلية على جذب الاجسام الخفيفة (مثل قصاصات الورق ، قطع من القش)، وبعده وجد العالم الانكليزي وليم كلبرت (عام 1600م) ان كثيرا من المواد تشارك الكهرب في هذه الخاصية، لذا اطلق عليها اسم «الكهربائية» وهي عند الإغريق مشتقة من كلمة Electron التي اطلق عليها «الكهرمان Amber»

الفصل الأول - المتسعات - Capacitors

الفصل الأول - المتجهات - Vectors

الفصل الاول - الكهربائية الساكنة - Electrostatic

1-1 القياس - Measurement

ترتكز العلوم بصورة عامة والفيزياء بصورة خاصة على القياس ،فالمفاهيم الفيزيائية مثل الكتله ، المسافة ، الزمن ، السرعة ، القوة ، الضغط ، المساحة ، درجة الحرارة هي كميات فيزيائية تتحدد بذكر قيمتها العددية ووحدة قياسها لبيان مقاديرها وكان ادخال القياس في التجارب عاملاً اساساً في تقدم علم الفيزياء وتطوره بسرعة .

على الرغم من اهمية حواس الانسان كدلالة للقياس إلا انها محدودة في مداها وصحتها ودقتها. فأحساسنا بالزمنَ تكون لدينا من ادراكنا لمامضى، ومانحن عليه الان،علماً ان اجسامنا مزودة بمقياس طبيعي للتوقيت إلا وهو القلب بنبضاته المنتظمة تقريباً والمستمرة طيلة الحياة .

فاليوم هو زمن دورة الارض الكاملة حول محورها، والسنة هي زمن دورتها الكاملة حول الشمس وتعاقب الليل والنهار وتعاقب فصول السنة تعد مقاييس طبيعية للزمن. فاحساسنا بالزمن هو نتيجة لوعينا وادراكنا لما حولنا من مادة وحركة.

ولقد تعرفت في دراستك السابقة على الابعاد والكتل لبعض من مكونات هذا الكون لتدرك عظمة الخالق في خلق هذا الكون الهائل وما يحتويه من اجسام في غاية الكبر وجسيمات في غاية الصغر .

الفصل الأول - معلمات رئيسية في الفيزياء