شرح القوى الكهربيه | علوم أولى اعدادي
الوحده الثانيه القوى الكهربية (الكهربية الساكنة)
يُعد هذا الدرس مدخلاً لفهم أحد أهم القوى في حياتنا وهي "القوة الكهربية". سنتعرف على كيفية توليد "الكهربية الساكنة" (أو الكهروستاتيكية)، وهي الشحنات الكهربائية التي تتراكم على أسطح الأجسام.
سندرس كيفية شحن الأجسام بطرق مختلفة مثل "الدلك" (الاحتكاك) و "التلامس"، ونستكشف القانون الأساسي لهذه الشحنات (التجاذب والتنافر)، ونتعرف على المجال المحيط بها (المجال الكهربي)، وأخيراً نرى تطبيقاتها المذهلة في حياتنا مثل الطلاء ومانعات الصواعق.
مفهوم الكهربية الساكنة (الشحن بالدلك)
"الكهربية الساكنة" (أو الكهروستاتيكية) هي الشحنات الكهربائية التي تتراكم على أسطح الأجسام (خاصة العازلة) نتيجة لعملية "الدلك" (الاحتكاك).
تفسير الشحن بالدلك (الاحتكاك)
عند دلك جسمين مختلفين (مثل ساق من الزجاج وقطعة من الحرير، أو ساق من البلاستيك وقطعة من الصوف)، تنتقل "الإلكترونات" (الشحنات السالبة) من أحد الجسمين إلى الآخر.
- الجسم الذي يفقد إلكترونات: يصبح "موجب الشحنة" (مثل ساق الزجاج عند دلكه بالحرير).
- الجسم الذي يكتسب إلكترونات: يصبح "سالب الشحنة" (مثل ساق البلاستيك عند دلكه بالصوف).
ملاحظة: الشحنة المتكونة على الساق المدلوك تساوي الشحنة المتكونة على قطعة القماش ولكنها تخالفها في النوع (واحدة موجبة والأخرى سالبة)، تطبيقاً لقانون بقاء الشحنة.
سلسلة الدلك الكهروستاتيكية
هي قائمة ترتب فيها المواد حسب ميلها لفقد أو اكتساب الإلكترونات. المواد في أعلى السلسلة (مثل الزجاج) تميل "للفقد" (تصبح موجبة)، والمواد في أسفل السلسلة (مثل الأبونيت) تميل "للاكتساب" (تصبح سالبة).
(سؤال مقالي):
قام طالب بدلك مشط بلاستيكي بشعره الجاف، ثم قرب المشط من قصاصات ورق صغيرة.
1. ماذا تتوقع أن يحدث لقصاصات الورق؟
2. ما نوع الشحنة المتكونة على كل من المشط والشعر؟
قانون القوى الكهربية (التجاذب والتنافر)
تؤثر الأجسام المشحونة على بعضها البعض بقوى كهربية يمكن ملاحظتها. وقد وضع العالم "كولوم" القانون الأساسي لهذه القوى.
قوى التنافر
"الشحنات الكهربية المتشابهة تتنافر".
أي أن جسماً موجباً يتنافر مع جسم موجب آخر. وجسماً سالباً يتنافر مع جسم سالب آخر.
مثال: عند دلك بالونين بقطعة من الصوف، يكتسب كلاهما شحنة سالبة. وعند تعليقهما بجوار بعضهما، نلاحظ "تنافرهما" (ابتعادهما عن بعضهما).
قوى التجاذب
"الشحنات الكهربية المختلفة تتجاذب".
أي أن جسماً موجباً ينجذب نحو جسم سالب.
مثال: عند تقريب ساق زجاج (موجب الشحنة) من ساق أبونيت (سالب الشحنة)، نلاحظ "تجاذبهما".
(علل): لماذا تنجذب قصاصات الورق المتعادلة نحو الساق البلاستيكية المشحونة بشحنة سالبة؟
الكشاف الكهربي (الشحن بالتلامس)
بالإضافة إلى الدلك، يمكن شحن الأجسام بطرق أخرى منها "التلامس"، وهو ما يمكن ملاحظته بوضوح باستخدام جهاز الكشاف الكهربي.
جهاز الكشاف الكهربي (الإلكتروسكوب)
هو جهاز بسيط يستخدم في تجارب الكهربية الساكنة.
وظيفته (استخداماته):
- الاستدلال على وجود شحنة كهربائية على جسم ما.
- تحديد نوع الشحنة (موجبة أم سالبة) على الجسم المشحون.
- قياس مقدار الشحنة (بملاحظة درجة انفراج الورقتين).
الشحن بالتلامس
"الشحن بالتلامس" هو عملية شحن جسم "متعادل" عن طريق ملامسته لجسم آخر "مشحون".
كيف يحدث: عند ملامسة ساق أبونيت (سالبة الشحنة) لقرص الكشاف الكهربي (المتعادل)، تنتقل بعض الإلكترونات الزائدة من الساق إلى الكشاف.
النتيجة: يُشحن الكشاف (القرص والساق والورقتان) "بنفس شحنة" الساق (شحنة سالبة)، فتتنافر الورقتان وتنفرجان.
اختر الإجابة الصحيحة:
عند ملامسة ساق زجاجية (موجبة الشحنة) لقرص كشاف كهربي متعادل، فإن ورقتي الكشاف...
(أ) تنفرجان وتصبح شحنتهما موجبة.
(ب) تنفرجان وتصبح شحنتهما سالبة.
(ج) تنطبقان على بعضهما.
(د) لا تتأثران.
المجال الكهربي وخطوط القوى
لا تحتاج الشحنات الكهربية أن تتلامس لتؤثر على بعضها، بل تؤثر عن بعد، وذلك بسبب وجود "المجال الكهربي".
المجال الكهربي
"المجال الكهربي" هو "الحيّز" أو المنطقة المحيطة بالشحنة الكهربائية، والتي تظهر فيها آثار هذه القوة الكهربية (سواء تجاذب أو تنافر).
خطوط القوى الكهربية
هي "خطوط وهمية" لا تُرى بالعين، ابتكرها العلماء لوصف ورسم المجال الكهربي. هذه الخطوط توضح المسار الذي ستسلكه "شحنة اختبار موجبة" صغيرة إذا وُضعت في هذا المجال.
خصائصها:
- خطوط وهمية لا تتقاطع مع بعضها أبداً.
- تبدأ (تخرج) دائماً من الشحنة "الموجبة".
- تنتهي (تدخل) دائماً عند الشحنة "السالبة".
أشكالها:
- شحنة موجبة مفردة: تخرج منها الخطوط في جميع الاتجاهات إلى ما لا نهاية.
- شحنة سالبة مفردة: تدخل إليها الخطوط من جميع الاتجاهات.
- شحنتان مختلفتان (موجبة وسالبة): تخرج الخطوط من الموجبة وتتجه لتدخل في السالبة (تجاذب).
- شحنتان متشابهتان (موجبتان أو سالبتان): تخرج الخطوط (أو تدخل) وتتنافر في المنتصف مبتعدة عن بعضها.
(سؤال مقالي):
تم وضع جسم مشحون (أ) بجوار جسم آخر مشحون (ب)، فلوحظ أن خطوط القوى الكهربية تخرج من (أ) وتتجه لتدخل في (ب).
استنتج نوع الشحنة على كل من الجسمين (أ) و (ب).
تطبيقات على الكهربية الساكنة
تُستخدم مبادئ الكهربية الساكنة (التجاذب والتنافر وتفريغ الشحنات) في العديد من التطبيقات التكنولوجية الهامة في حياتنا.
الطلاء الإلكتروستاتيكي (رش الدهانات)
تُستخدم هذه التقنية لضمان توزيع مثالي ومتساوٍ للدهان على الأسطح (مثل طلاء السيارات).
كيف تعمل:
- يتم توصيل فوهة مسدس الرش (الدهان) بشحنة معينة (مثلاً: شحنة سالبة).
- يتم توصيل الجسم المراد طلاؤه (مثل هيكل السيارة) بالشحنة "المعاكسة" (شحنة موجبة).
- عند رش الدهان، تخرج القطرات مشحونة بشحنة سالبة، فتتنافر عن بعضها (مما يمنع تكتلها) وتنجذب بقوة نحو الجسم الموجب، فتلتصق به بانتظام وتغطيه بالكامل.
مانعة الصواعق
"البرق" هو ظاهرة طبيعية تمثل تفريغاً هائلاً للكهربية الساكنة المتكونة في السحب.
وظيفة مانعة الصواعق: هي حماية المباني العالية من أخطار الصواعق (الحرائق والدمار).
كيف تعمل: هي عبارة عن "ساق معدنية مُدببة" تُثبت في أعلى المبنى، وتُوصل بسلك غليظ متصل بالأرض. تقوم هذه الساق "بامتصاص" الشحنات الكهربائية الهائلة من الصاعقة وتفريغها بأمان في باطن الأرض، بدلاً من أن تضرب المبنى وتدمره.
(علل): لماذا تُصنع رؤوس مانعات الصواعق مُدببة؟