أوراق عمل وملخص وحدة الجهد الكهربائي فيزياء الصف الثاني عشر متقدم - نموذج 1
ما مقدار الشغل الذي سيبذله مجال كهربائي لتحريك بروتون من نقطة جهدها V 180+ الى
نقطة جهدها 60V-.؟
يتسارع بروتون . يبدأ من موضع السكون عبر فرق جهد يبلغ 500 فما سرعته المتجهة النهائية ؟
ما نتيجة مساواة الجهد بقيمة 100 في اللانهاية، بدلا من مساواته بالصفر ؟
a) لا شيء ستبقى قيمة المجال والجهد ثابتة عند أي نقطة محددة
b) سيصبح الجهد الكهربائي غير محدود عند كل نقطة محددة، ولن يمكن تحديد المجال الكهربائي
C) سيصبح الجهد الكهربائي أعلى بقيمة 7 100 في كل مكان، بينما في المجال الكهربائي كما هو
d) سيعتمد الأمر على الموقف على سبيل المثال، سينخفض الجهد الناتج عن شحنة تغطية موجبة ببطء أكثر مع زيادة المسافة، ومن ثم سينخفض مقدار المجال الكهربائي
3.28 ما فرق الجهد اللازم لتزويد جسيم ألفا (يتكون من بروتونين ونیتروئین) بطاقة حركية مقدارها keV .200 ؟
3.24 في جزيئات كلوريد الصوديوم الغازي، يحتوي أيوم الكلوريد على إلكترون واحد أكثر من عدد البروتونات، ويحتوي أيون الصوديوم على بروتون واحد أكثر من عدد الإلكترونات، ويفصل بين هذه الأيونات مسافة nm 0.236 تقريبا، ما مقدار الشغل اللازم بذله لزيادة المسافة بين الأيونين إلى cm 100 ؟
3.25 كرة معدنية كتلتها 3.00x100 kg وشحنتها mC 5.00+ وطاقتها الحركية ل "10 * 600. وتتحرك مباشرة في مستوى لانهائي من الشحنات وتوزيع الشحنة ? C/m 4.00+. فإذا كانت حاليا على بعد m 1.00 عن مستوى الشحنة فإلى أي حد ستقترب من المستوى قبل أن تتوقف ؟
البطاريات :
أداة لتوليد الجهد الكهربائي بتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية .
تتكون من نصفي خلية مملوءين بمادة الكتروليتية موصلة مقسومة الى قسمين متساويين بواسطة حاجز يسمح
بمرور الأيونات المشحونة ويمنع مرور الالكترولیت عبره
تتحرك الأيونات السالبة ( الأنيونات ) باتجاه الأنود والأيونات الموجبة باتجاه الكائود مما يولد فرقة في الجهد بين طرفي البطارية
من أشهر أنواع البطاريات حديثا بطارية خلية الليثيوم أيون . مميزاتها:
1. كثافة طاقتها أكبر من البطاريات التقليدية.
2. يمكن إعادة شحنها عدة مرات
3. ليس لها تأثير " ذاكرة " لا تحتاج الى تعديل لتحتفظ بشحنتها .
4. تبلغ كفائتها 90% مقارنة مع البنزين الذي تبلغ كفائته %20
عيوبها
1. إذا تم تفريغها بالكامل لا يمكن اعادة شحنها مرة أخرى .
2. تعمل بأفضل شكل اذا كانت شحنها بين %80 - %20.
3. تضعف الحرارة من كفاءتها . واذا تم تفريغها بسرعة قد تشتعل مكوناتها . لذلك تحتوي دارة الكترونية تمنع من شحن البطارية أو تفريغها بشكل سريع . وإذا ارتفعت الحرارة بدرجة كبيرة فستفصل البطارية
تصل سعة سيارات تسلا الرياضية الى 53kWh وتحمل السيارة التي تعمل بالبنزين عادة 50L من البنزين ومحتوى طاقة البنزين 34.8 M/L
قارن بين الطاقة المتوفرة في بطارية الليثيوم أيون بسيارة تعمل بالبنزين ؟
مولد فان دي غراف
يستخدم مولد فان دي غراف التفريغ الهالي ( الكورونا لوضع شحنة موجبة على السير المطاطي المتحرك العازل الى كرة معدنية مجوفة وبذلك ينتج جهد كهربائي مرتفع للغاية
المجال الكهربائي على السن المدبب أقوى بكثير من السطح المستوي للموصل مما يؤدي الى تأين الهواء حول السن المدبب بشحنات موجبة وترسبها على السير المطاطي الذي يحملها باتجاه الكرة المعدينة المجوفة فتتوزع بانتظام على سطحها يستخدم محدد الفولتية لمنع اصدار شرارات أكبر من المرغوب فيها
ملاحظات هامة
1) يشكل سطح أي موصل سطحا لتساوي الجهد.
2) تختلف سطوح تساوي الجهد بحسب المجال الكهربائي ( مجال منتظم أم مجال غير منتظم
3) في السطوح متساوية الجهد لا تتقاطع مع بعضها البعض لأنها تعطي اتجاهين للمجال عند نقطة التقاطع وهذا مستحيل .
4) في السطوح متساوية الجهد هي فراغ مغلق في منطقة يكون المجال فيها أكبر.
5) المجال الكهربائي يكون دائما متعامد على السطح متساوي الجهد عند كل نقطة منه ويتجه من سطح متساوي الجهد ذو الجهد الأعلى إلى السطح متساوي الجهد ذو الجهد الأقل .
6) الشغل المبذول لتحريك شحنة اختبار من نقطة على سطح متساوي الجهد إلى أخرى يساوي صفرا
من خلال الرسم التوضيحي في الشكل المجاور ينبغي معرفة الأتي :
1 شدة المجال (E) متساوية عند جميع النقاط
2 دائما المجال يتجه من النقطة الأعلى جهد (اللوح الموجب) إلى النقطة الأقل جهدا ( اللوح السالب )
3 النقاط العمودية على المجال متساوية في الجهد (سطح تساوي الجهد ).
4 فرق الجهد في المجال المنتظم يحسب من العلاقة : d: الإزاحة من النقطة الأولى
باتجاه المجال d سالبة , عكس المجال d موجبة , عمودي على المجال d صفر , مائل على المجال نأخذ المركبة الموازية للمجال .
س2) معتمدا على القيم المثبتة في الشكل ل 4 نقاط تقع في مجال کهربائي منتظم. أجب عما يلي :
1، ما المقصود بسطح تساوي الجهد .
2، ارسم واحدا من سطوح تساوي الجهد وثلاثة من خطوط المجال موضحا إتجاه المجال،
3. احسب مقدار المجال الكهربائي المنتظم
الشغل المبذول على شحنة اختبار بمجال كهروستاتیکی نتیجة لشحنة ما لا يعتمد على المسار ومنها فرق الجهد يكون نفسه لأي مسار فمثلا في الشكل فرق الجهد بين النقطتين (A , B) سيكون نفسه لأي مسار .
مراجعة المفاهيم
3.6 وضعت ثلاث شحنات نقطية موجبة متماثلة تماما عند نقاط ثابتة في الفضاء. ثم تحركت الشحنة 4 من موقعها الابتدائي إلى موقع نهائي كما هو موضح في الشكل، وموضح أربعة مسارات مختلفة مميزة بالترقيم (a) إلى (d). يتبع المسار (a) أقصر خط، وينقل المسار (b) الشحنة و مرورا بالشحنة 9 وينقل المسار (c) الشحنة و مرورا بالشحنة c وينقل المسار (d) الشحنة 4 إلى ما لانهاية ثم إلى الموقع e) الشغل واحد النهائي، ما المسار الذي يتطلب أقل شغل ؟
3.8 شحنة نفطية موجبة يراد تحريكها من النقطة A إلى النقطة B بالقرب من ثنائي قطب كهربائي. أي من المسارات الثلاثة المبينة في الشكل سيؤدي إلى بذل المجال الكهربائي الثنائي القطب أكبر شغل على الشحنة النفطية ؟
a) المسار 1
b) المسار 2
c) المسار 3
d) الشغل واحد في المسارات الثلاثة.
3.13 أي العبارات التالية غير صحيحة ؟
a) خطوط تساوي الجهد موازية لخطوط المجال الكهربائي.
b) خطوط تساوي الجهد لشحنة نقطية تكون دائرية
c) توجد أسطح تساوي الجهد لأي توزيع للشحنات.
d) عندما تتحرك شحنة على أحد أسطح تساوي الجهد، تكون قيمة الشغل المبذول على الشحنة صفرا
3.6 طاقة الوضع الكهربائية لنظام من الشحنات النقطية
هي الشغل اللازم بذله لنقل الشحنات من اللانهاية ووضعها في مجال بعضها البعض . يمكن حساب طاقة الوضع لشحنتين فقط من خلال العلاقة
ملاحظات مهمة يجب الانتباه الها أثناء الحل
1. يكون الشغل وطاقة الوضع موجبة اذا كانت الشحنتان من نفس النوع . لاننا نحتاج إلى بذل شغل خارجي موجب لجليهما من اللانهاية وتقريبهما وابقائها دون حركة فتزيد طاقة الوضع )
2. يكون الشغل وطاقة الوضع سالبة اذا كانت الشحنتان مختلفتان في النوع (0.0 > 0 = ,W) (( لاننا نحتاج الى بذل شغل خارجي سالب على النظام فتقل طاقة الوضع ))
3. إذا كان عدد الشحنات أكثر من اثنتين فإننا تجمع الشحنات من اللانهاية واحدة تلو الأخرى بغض النظر عن الترتيب . وفق المعادلة التالية
س15 ) وضعت شحنتان نقطيتان موجبتان في الهواء كما في الشكل المجاور، أجب عن الآتي
1) احسب مقدار القوة الكهربائية المؤثرة في الشحنة (2) وحدد اتجاهها .
2) إذا نقلت الشحنة (2) من مكانها الحالي إلى النقطة (A) فهل تزداد طاقة وضعها الكهربائية أم تقل ولماذا .