أوراق عمل وحدة المجال الكهربائي فيزياء الصف الثاني عشر متقدم - نموذج 2
المجالات الكهربائية وقانون جاوس
تعريف المجال الكهربائي E :
المجال الكهربائي عند أي نقطة في الفراغ
- محصلة القوة الكهربائية المؤثرة في شحنة مقسومة على مقدار هذه الشحنة (الموضوعة) الكهربائية المؤثرة في شحنة و موضوعة داخل المجال الكهربائية.
- من العلاقة السابقة فإن: ( F(۳) = qE(r وبالتالي فإن القوة لها مقدار واتجاه: / اتجاه القوة الكهربائية المؤثر بالشحنة يعتمد على نوع الشحنة الموضوعه
اذا كانت الشحنة الموضوعة موجبة فإن اتجاه القوة باتجاه المجال الكهربائي
اذا كانت الشحنة الموضوعة سالبة فإن اتجاه القوة عكس اتجاه المجال الكهربائي
في حالة وجود عدة مصادر للمحالات الكهربائية فإن شدة المجال الكهربائي عند نقطة ناتجة عن هذه المصادر يمثل وفق مبدأ التراكب للمجال الكهربائي الكلي عند نقطة في الفراغ احداثياتها
2.2 خطوط المجال الكهربائي
7 خطوط المجال الكهربائي : هي خطوط وهمية تبين مسار وحدة شحنة الاختبار (الموحية بالمجال الكهربائي /
اتجاه المجال الكهربائي عند نقطة على خط المجال الكهربائي:
- اتجاه محصلة القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة الاختبار الموجبة الموضوعة عند النقطة
- اتجاه المماس المرسوم على خط المحال عند تلك النقطة.
من خصائص خطوط المجال أن
1- عددها يتناسب مع كمية الشحنة ( يتناسب كثافة خطوط المجال طردا مع مقدار القوة الكهربائية)
2- خطوط المجال لا تتقاطع
3- تبدأ من الشحنة الموجبة و تنتهي الى الشحنة السالبة
4- شدة المجال الكهربائي عند نقطة: عدد خطوط المجال الكهربائي التي تجتاز عموديا وحدة المساحات المحيطة بالنقطة
انواع المجالات الكهربائية:
• غير منتظم : مقداره او اتجاه مختلفين عند أي نقطتين واقعتين فيه.
• منتظم : مقداره واتجاه ثابت عند جميع النقاط الواقعة فيه.
القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة عند نقطة معينة داخل المجال كمية متجهة
12. وضعت شحنتان کهربائیتان متماثلتان وموجبتان في الهواء على رأسي مثلث متساوي الأضلاع بحيث كان أطول ضلعه (m0.45)، كما يظهر في الشكل المجاور. إذا كان مقدار القوة الكهربائية التي توثر بها كل منهما في الأخری (N 36) فأجب عن الآتي:
- ما مقدار كل من الشحنتين ؟
- ما مقدار شدة المجال الكهربائي عند النقطة
نقاط التعادل لشدة المجال الكهربائي الناتج عن شحنتين نقطيتين
هي النقطة التي يكون عندها محصلة المحال الكهربائي تساوي صفرا
إذا كانت الشحنتان من نفس النوع فتكون نقطة التعادل على الخط الواصل بينهما واقرب للشحنة الأقل مقدارا
إذا كانت الشحنتان مختلفتان بالنوع فتكون نقطة التعادل على امتداد الخط الواصل بينهما ( للخارج ) واقرب للشحنة الأقل مقدار
13. اذا كان شدة المجال الكهربائي عند النقطة a في الشكل المحاور يساوي صفرا احسب البعد بين الشحنتين
14. بين الشكل المجاور المجال الكهربائي المتولد بین صفيحتين فلزيتين متوازیتین موصولتين بقلبي بطارية، اعتمادا على الشكل أجب عن الآتي:
a. ما نوع المجال الكهربائي بين اللوحين ؟
b- أي الطرفين (a أم b) موصول بالقطب الموجب للبطارية ؟
2.5 التوزيعات العامة للشحنة الكهربائية
- حساب المجال الكهربائي الناتج عن عدد هائل من الشحنات الكهربائية عن طريق التكامل في حالة أن الشحنات مرتبة في الفراغ وموزعة بأحد الاشكال المنتظمة
التوزيعات في بعد واحد: تكون الشحنات مرتبة على طول سلك مستقيم .
التوزيعات في بعدين : تكون الشحنات مرتبة على سطح جسم فلزي.
التوزيعات في ثلاثة أبعاد: تكون الشحنات مرتبة حجم جسم فلزي ثلاثي الابعاد.
- لاجراء عملية التكامل لحساب المحال الكهربائي عند نقطة ناتجة عن كل توزيع
- تقسيم الشجنة و الى عناصر dq
- ایجاد المجال الكهربائي الناتج عن كل عنصر شحنة كما لو كانت شحنة نقطية. و اذا كانت الشحنة موزعة بطول جسم احادي البعد( خط مستقيم) يمكن التعبير عن الشحنة (dq)
ب بدلالة الشحنة لكل وحدة طول مضروبة في الطول وهي بالرمز adr
اذا كانت الشحنة موزعة على سطح (جسم ثنائي الأبعاد ) نستعير عن الشحنة (dq) ب دلالة الشحنة لكل وحدة مساحات مضروبة في المساحة وهي بالرمز odA
اذا كانت الشحنة موزعة على حجم ( حسم ثلاثي الأبعاد) فسنعبر عن الشحنة (dq) ب بدلالة الشحنة لكل وحدة حجوم مضروبة في الحجم وهي بالرمز pdv
- توزيع الشحنة على:
امتداد خط dq = ads حيث : كثافة الشحنة الخطية وحدة قياسها C/m
السطح dq = dA حيث : كثافة الشحنة السطحية وحدة قياسها * C/m ، الحجم dq = pv من كثافة الشحنة الحجمية وحدة قياسها * C/m
حساب المجال الكهربائي عند نقطة: