يتم تحديد شدة المجال. قوة المجال الكهربائي. مبدأ تراكب المجال – المعرفة هايبر ماركت

قبل معرفة كيفية تحديد التوتر المجال الكهربائيفمن الضروري أن نفهم جوهر هذه الظاهرة.

خصائص المجال الكهربائي

تشارك الشحنات المتنقلة والثابتة في إنشاء مجال كهربائي. ويتجلى حضور الميدان في تأثيره القوي عليهم. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحقل قادر على إنشاء تحريض الشحنات الموجودة على سطح الموصلات. عندما يتم إنشاء حقل بواسطة شحنات ثابتة، فإنه يعتبر حقل كهربائي ثابت. اسم آخر هو المجال الكهروستاتيكي. هو أحد الأصناف المجال الكهرومغناطيسي، والتي من خلالها تحدث جميع تفاعلات القوة التي تحدث بين الجسيمات المشحونة.

كيف يتم قياس شدة المجال الكهربائي؟

التوتر هو كمية متجهة تؤثر بقوة على الجسيمات المشحونة. يتم تعريف المقدار على أنه نسبة القوة الموجهة من جانبه إلى حجم نقطة اختبار الشحنة الكهربائية عند نقطة محددة في هذا المجال. يتم إدخال شحنة كهربائية اختبارية في المجال الكهربائي خصيصًا بحيث يمكن حساب شدتها.

بالإضافة إلى النظرية، هناك طرق عملية لتحديد شدة المجال الكهربائي:

1. في مجال كهربائي تعسفي، من الضروري أن تأخذ الجسم الذي يحتوي على شحنة كهربائية. ويجب أن تكون أبعاد هذا الجسم أصغر من أبعاد الجسم الذي يتولد به المجال الكهربائي. ولهذا الغرض يمكنك استخدام كرة معدنية صغيرة مزودة بشحنة كهربائية. من الضروري قياس شحنة الكرة باستخدام مقياس كهربائي ووضعها في الملعب. يجب موازنة القوة المؤثرة على الكرة باستخدام مقياس الدينامومتر. بعد ذلك، يتم أخذ القراءات المعبر عنها بالنيوتن من مقياس الدينامومتر. إذا تم قسمة قيمة القوة على قيمة الشحن، فستحصل على قيمة الجهد المعبر عنها بالفولت / متر.
2. يتم تحديد شدة المجال عند نقطة معينة، على بعد مسافة ما من الشحنة، أولاً عن طريق قياس المسافة بينهما. ثم يتم قسمة القيمة على مربع المسافة الناتجة. يتم تطبيق معامل 9*10^9 على النتيجة التي تم الحصول عليها.
3. في المكثف، تحديد الجهد يبدأ بقياس الجهد بين ألواحه باستخدام الفولتميتر. بعد ذلك، تحتاج إلى قياس المسافة بين اللوحات. يتم تقسيم القيمة بالفولت على المسافة بين اللوحات بالأمتار. وستكون النتيجة التي تم الحصول عليها هي قيمة شدة المجال الكهربائي.

توترالمجال الكهربائي هو كمية متجهة، مما يعني أن له مقدارًا واتجاهًا عدديًا. حجم شدة المجال الكهربائي له بعده الخاص الذي يعتمد على طريقة حسابه.

توصف القوة الكهربائية للتفاعل بين الشحنات بأنها إجراء عدم الاتصالوبعبارة أخرى، يحدث عمل بعيد المدى، أي إجراء عن بعد. من أجل وصف مثل هذا الإجراء بعيد المدى، من المناسب تقديم مفهوم المجال الكهربائي ومساعدته في شرح الإجراء عن بعد.

لنأخذ شحنة كهربائية، والتي سنشير إليها بالرمز س. تخلق هذه الشحنة الكهربائية مجالًا كهربائيًا، أي أنها مصدر القوة. بما أنه يوجد في الكون دائمًا شحنة موجبة واحدة على الأقل وشحنة سالبة واحدة على الأقل، والتي تؤثر على بعضها البعض على أي مسافة، حتى بشكل لا نهائي، فإن أي شحنة تكون مصدر القوةمما يعني أنه من المناسب وصف المجال الكهربائي الذي ينشئونه. في حالتنا، التهمة سيكون مصدرالمجال الكهربائي وسنعتبره على وجه التحديد مصدرًا للمجال.

قوة المجال الكهربائي مصدريمكن قياس الشحنة باستخدام أي شحنة أخرى موجودة في مكان ما في المنطقة المجاورة لها. تسمى الشحنة المستخدمة لقياس شدة المجال الكهربائي تهمة الاختبارحيث يتم استخدامه لاختبار شدة المجال. تحتوي شحنة الاختبار على قدر معين من الشحن ويشار إليها بالرمز س.

عندما توضع محاكمةالشحن في مجال كهربائي مصدر القوة(تكلفة س), محاكمةستواجه الشحنة تأثير قوة كهربائية - إما الجذب أو التنافر. يمكن الإشارة إلى القوة كما هو مقبول عادة في الفيزياء بالرمز ف. ومن ثم يمكن تعريف حجم المجال الكهربائي ببساطة على أنه نسبة القوة إلى الحجم محاكمةتكلفة.

إذا تمت الإشارة إلى شدة المجال الكهربائي بالرمز ه، فيمكن إعادة كتابة المعادلة بشكل رمزي كـ

تنشأ الوحدات المترية القياسية لقياس شدة المجال الكهربائي من تعريفها. وبالتالي، يتم تعريف شدة المجال الكهربائي على أنها قوة تساوي 1 نيوتن(ح) مقسومة على 1 قلادة(الكلور). يتم قياس شدة المجال الكهربائي بـ نيوتن / كولومبأو غير ذلك N/Kl. في نظام SI يتم قياسه أيضًا الفولتميتر. لفهم جوهر مثل هذا الموضوع، ما مدى أهمية البعد في النظام المتري غير مقيدلأن هذا البعد يعكس أصل خاصية مثل شدة المجال. إن ترميز Volt/Meter يجعل مفهوم جهد المجال (Volt) أساسيًا، وهو أمر مفيد في بعض المجالات، ولكن ليس في جميع المجالات.

يتضمن المثال أعلاه شحنتين س (مصدر) و س محاكمة. تعتبر كلتا التهمتين مصدرًا للقوة، ولكن أي منهما ينبغي استخدامه في الصيغة أعلاه؟ هناك شحنة واحدة فقط في الصيغة وهي محاكمةتكلفة س(ليس مصدر).

لا يعتمد على الكمية محاكمةتكلفة س. قد يبدو هذا مربكًا للوهلة الأولى، إذا فكرت فيه حقًا. المشكلة هي أنه ليس كل شخص لديه عادة التفكير المفيدة ويظل في ما يسمى بالجهل السعيد. إذا كنت لا تفكر، فلن يكون لديك هذا النوع من الارتباك. فكيف لا تعتمد على قوة المجال الكهربائي س، لو سموجود في المعادلة؟ سؤال عظيم! ولكن إذا فكرت في الأمر قليلاً، يمكنك الإجابة على هذا السؤال. زيادة في الكمية محاكمةتكلفة س- لنفترض مرتين - سيزيد مقام المعادلة أيضًا مرتين. ولكن وفقًا لقانون كولوم، فإن زيادة الشحنة ستؤدي أيضًا إلى زيادة القوة المولدة بشكل متناسب ف. سوف تزيد الشحنة مرتين ثم القوة فسوف تزيد بنفس المقدار بما أن المقام في المعادلة يزيد بمعامل اثنين (أو ثلاثة أو أربعة)، فإن البسط سيزيد بنفس المقدار. يلغي هذان التغييران بعضهما البعض، لذلك يمكننا أن نقول بأمان أن شدة المجال الكهربائي لا تعتمد على الكمية محاكمةتكلفة.

وهكذا، بغض النظر عن عددهم محاكمةتكلفة سالمستخدمة في المعادلة قوة المجال الكهربائي هفي أي نقطة معينة حول التهمة س (مصدر) سيكون هو نفسه عند قياسه أو حسابه.

تعلم المزيد عن صيغة شدة المجال الكهربائي

تطرقنا أعلاه إلى تعريف شدة المجال الكهربائي في كيفية قياسها. سنحاول الآن استكشاف معادلة أكثر تفصيلاً مع المتغيرات من أجل تخيل جوهر حساب وقياس شدة المجال الكهربائي بشكل أكثر وضوحًا. من المعادلة يمكننا أن نرى بالضبط ما يتأثر وما لا يتأثر. للقيام بذلك، علينا أولا العودة إلى معادلة قانون كولوم.

قانون كولومب ينص على ذلك القوة الكهربائية فبين شحنتين يتناسب طرديا مع حاصل ضرب عدد هذه الشحنات ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين مركزيهما.

إذا أضفنا الشحنتين إلى معادلة قانون كولوم س (مصدر) و س (محاكمةتهمة)، ثم نحصل على الإدخال التالي:

إذا كان التعبير عن القوة الكهربائية فكيف يتم تحديده قانون كولومبنعوض في المعادلة بـ قوة المجال الكهربائي هالذي ذكرناه أعلاه فنحصل على المعادلة التالية:

.لاحظ أن محاكمةتكلفة ستم تخفيضه، أي إزالته من البسط والمقام. صيغة جديدة لقوة المجال الكهربائي هيعبر عن شدة المجال من خلال متغيرين يؤثران عليها. قوة المجال الكهربائييعتمد على مقدار الرسوم الأولية سومن المسافة من هذه التهمة دإلى نقطة في الفضاء، أي موقع هندسي تتحدد فيه قيمة التوتر. وهكذا، لدينا الفرصة لتوصيف المجال الكهربائي من خلال شدته.

قانون التربيع العكسي

مثل جميع الصيغ في الفيزياء، يمكن استخدام صيغ شدة المجال الكهربائي جبريحل مشاكل (مشاكل) الفيزياء. تمامًا مثل أي صيغة أخرى في تدوينها الجبري، يمكنك دراسة صيغة شدة المجال الكهربائي. يساهم هذا البحث في فهم أعمق لجوهر الظاهرة الفيزيائية وخصائص هذه الظاهرة. ومن مميزات صيغة شدة المجال أنها توضح العلاقة التربيعية العكسية بين شدة المجال الكهربائي والمسافة إلى نقطة في الفضاء من مصدر المجال. قوة المجال الكهربائي الناتج في مصدر الشحنة سيتناسب عكسيا مع مربع المسافة من المصدر . وإلا يقولون أن الكمية المطلوبة يتناسب عكسيا مع المربع .

تعتمد شدة المجال الكهربائي على الموقع الهندسي في الفضاء، وتتناقص قيمته مع زيادة المسافة. لذلك، على سبيل المثال، إذا زادت المسافة بمقدار 2 مرات، فسوف تنخفض الشدة بمقدار 4 مرات (2 2)، وإذا انخفضت المسافات بينهما بمقدار 2 مرات، فسوف تزيد شدة المجال الكهربائي بمقدار 4 مرات (2 2). فإذا زادت المسافة بمقدار 3 مرات، فإن شدة المجال الكهربائي تقل بمقدار 9 مرات (3 2). إذا زادت المسافة بمقدار 4 مرات، تنخفض شدة المجال الكهربائي بمقدار 16 (4 2).

اتجاه متجه شدة المجال الكهربائي

كما ذكرنا سابقًا، شدة المجال الكهربائي هي كمية متجهة. على عكس الكمية العددية، لا يتم وصف الكمية المتجهة بشكل كامل ما لم يتم تحديد اتجاهها. يتم حساب حجم ناقل المجال الكهربائي على أنه حجم القوة عند أي شيء محاكمةالشحنة الموجودة في مجال كهربائي .

القوة المؤثرة على محاكمةيمكن توجيه الشحنة إما نحو مصدر الشحن أو بعيدًا عنه مباشرة. ويعتمد الاتجاه الدقيق للقوة على إشارتي شحنة الاختبار ومصدر الشحنة، سواء كانت لهما نفس إشارة الشحنة (يحدث التنافر) أو كانت إشارتيهما معاكستين (يحدث الجذب). ولحل مشكلة اتجاه متجه المجال الكهربائي سواء كان موجها نحو المصدر أو بعيدا عن المصدر تم اعتماد قواعد يستخدمها جميع العلماء في العالم. وفقًا لهذه القواعد، يكون اتجاه المتجه دائمًا من شحنة ذات علامة قطبية موجبة. ويمكن تمثيل ذلك على شكل خطوط قوة تخرج من الشحنات ذات الإشارات الإيجابية وتدخل في شحنات ذات إشارات سلبية.

الهدف من الدرس:إعطاء مفهوم شدة المجال الكهربائي وتعريفه عند أي نقطة في المجال.

أهداف الدرس:

• تشكيل مفهوم قوة المجال الكهربائي. إعطاء مفهوم خطوط التوتر وتمثيل رسومي للمجال الكهربائي.
• تعليم الطلاب تطبيق الصيغة E=kq/r 2 في حل المسائل البسيطة لحساب التوتر.

المجال الكهربائي هو شكل خاصالمادة التي لا يمكن الحكم على وجودها إلا من خلال عملها. وقد ثبت تجريبياً أن هناك نوعين من الشحنات تدور حولهما مجالات كهربائية تتميز بخطوط القوة.

عند تصوير المجال بيانياً، يجب أن نتذكر أن خطوط شدة المجال الكهربائي:

1. ولا تتقاطع مع بعضها البعض في أي مكان؛
2. لها بداية بشحنة موجبة (أو عند اللانهاية) ونهاية بشحنة سالبة (أو عند اللانهاية)، أي أنها خطوط مفتوحة؛
3. بين الاتهامات لا تنقطع في أي مكان.

الشكل 1

خطوط الشحن الموجبة:

الشكل 2

خطوط الشحن السالبة:

الشكل 3

خطوط المجال للشحنات المتفاعلة التي تحمل الاسم نفسه:

الشكل 4

خطوط المجال ذات الرسوم المتفاعلة المختلفة:

الشكل 5

القوة المميزة للمجال الكهربائي هي الشدة، والتي يُشار إليها بالحرف E ولها وحدات قياس أو. التوتر هو كمية متجهة، حيث يتم تحديده بنسبة قوة كولوم إلى قيمة وحدة الشحنة الموجبة

ونتيجة لتحويل صيغة قانون كولوم ومعادلة الشدة، أصبح لدينا اعتماد شدة المجال على المسافة التي يتم تحديدها عندها بالنسبة إلى شحنة معينة

أين: ك– معامل التناسب الذي تعتمد قيمته على اختيار وحدات الشحنة الكهربائية.

في نظام SI ن م 2 / الكلور 2،

حيث ε 0 هو الثابت الكهربائي الذي يساوي 8.85·10 -12 C 2 /N m 2 ;

ف – الشحنة الكهربائية (C);

r هي المسافة من الشحنة إلى النقطة التي يتم عندها تحديد الجهد.

يتزامن اتجاه ناقل التوتر مع اتجاه قوة كولوم.

المجال الكهربائي الذي تكون قوته متساوية في جميع نقاط الفضاء يسمى المجال الموحد. في منطقة محدودة من الفضاء، يمكن اعتبار المجال الكهربائي منتظمًا تقريبًا إذا تغيرت شدة المجال داخل هذه المنطقة قليلاً.

ستكون شدة المجال الإجمالية للعديد من الشحنات المتفاعلة مساوية لـ مجموع هندسينواقل التوتر، وهو مبدأ تراكب المجال:

دعونا ننظر في عدة حالات لتحديد التوتر.

1. دع الشحنتين المتضادتين تتفاعلان. لنضع نقطة شحنة موجبة بينهما، وعند هذه النقطة سيكون هناك متجهين للجهد موجهين في نفس الاتجاه:

وفقًا لمبدأ تراكب المجال، فإن إجمالي شدة المجال عند نقطة معينة يساوي المجموع الهندسي لمتجهي القوة E 31 وE 32.

يتم تحديد التوتر عند نقطة معينة بواسطة الصيغة:

ه = ك ف 1 /س 2 + ك ف 2 /(ص - س) 2

حيث: r - المسافة بين الشحنة الأولى والثانية؛

x هي المسافة بين الشحنة الأولى والنقطة.

الشكل 6

2. ضع في اعتبارك الحالة عندما يكون من الضروري العثور على الجهد عند نقطة بعيدة على مسافة a من الشحنة الثانية. إذا أخذنا في الاعتبار أن مجال الشحنة الأولى أكبر من مجال الشحنة الثانية، فإن الشدة عند نقطة معينة من المجال تساوي الفرق الهندسي في الشدة E 31 و E 32.

صيغة التوتر عند نقطة معينة هي:

ه = kq1/(ص + أ) 2 – ك ف 2 /أ 2

حيث: r - المسافة بين الشحنات المتفاعلة؛

a هي المسافة بين الشحنة الثانية والنقطة.

الشكل 7

3. لنفكر في مثال عندما يكون من الضروري تحديد شدة المجال على مسافة معينة من الشحنتين الأولى والثانية، في هذه الحالة على مسافة r من الشحنة الأولى وعلى مسافة b من الشحنة الثانية. نظرًا لأن الشحنات المتشابهة تتنافر، وتتجاذب على عكس الشحنات، فلدينا متجهان للتوتر ينبعثان من نقطة واحدة، فإضافتهما يمكننا تطبيق الطريقة؛ الزاوية المقابلة لمتوازي الأضلاع ستكون متجه التوتر الكلي. نجد المجموع الجبري للمتجهات من نظرية فيثاغورس:

ه = (2 31 + 2 32) 1/2

لذلك:

ه = ((ك ف 1 /ص 2) 2 + (ك ف 2 /ب 2) 2) 1/2

الشكل 8

وبناء على هذا العمل، يترتب على ذلك أنه يمكن تحديد الشدة عند أي نقطة في المجال من خلال معرفة حجم الشحنات المتفاعلة، والمسافة من كل شحنة إلى نقطة معينة والثابت الكهربائي.

4. تعزيز الموضوع.

عمل اختباري.

الخيار رقم 1.

1. أكمل العبارة: "الكهرباء الساكنة هي...

2. أكمل العبارة: المجال الكهربائي هو….

3. كيف يتم توجيه خطوط شدة المجال لهذه الشحنة؟

4. تحديد علامات الشحنات:

5. أشر إلى ناقل التوتر.

المهام المنزلية:

1. الشحنتان q 1 = +3·10 -7 C و q 2 = −2·10 -7 C موجودتان في الفراغ على مسافة 0.2 متر من بعضهما البعض. تحديد شدة المجال عند النقطة C، الواقعة على الخط الذي يربط الشحنات، على مسافة 0.05 متر على يمين الشحنة q 2.

2. عند نقطة معينة في المجال، تؤثر قوة مقدارها 5·10 -9 C على شحنة مقدارها 3·10 -4 N. أوجد شدة المجال عند هذه النقطة وحدد مقدار الشحنة المولدة للمجال. إذا كانت النقطة على بعد 0.1 متر منها.

>>الفيزياء: شدة المجال الكهربائي. مبدأ تراكب المجال

لا يكفي التأكيد على وجود مجال كهربائي. ومن الضروري إدخال خاصية كمية لهذا المجال. وبعد ذلك يمكن مقارنة المجالات الكهربائية مع بعضها البعض ومواصلة دراسة خصائصها.
يتم اكتشاف المجال الكهربائي بواسطة القوى المؤثرة على الشحنة. يمكن القول أننا نعرف كل ما نحتاجه حول المجال إذا عرفنا القوة المؤثرة على أي شحنة في أي نقطة في المجال.
لذلك، من الضروري تقديم خاصية المجال، والمعرفة التي ستسمح لنا بتحديد هذه القوة.
إذا قمت بوضع أجسام صغيرة مشحونة بالتناوب في نفس النقطة في المجال وقمت بقياس القوى، فستجد أن القوة المؤثرة على الشحنة القادمة من المجال تتناسب طرديًا مع هذه الشحنة. في الواقع، دع المجال يتم إنشاؤه بواسطة شحنة نقطة س 1. حسب قانون كولومب (14.2) الخاص بالتهمة س 2هناك قوة تتناسب مع الشحنة س 2. لذلك، فإن نسبة القوة المؤثرة على شحنة موضوعة عند نقطة معينة في المجال إلى هذه الشحنة لكل نقطة في المجال لا تعتمد على الشحنة ويمكن اعتبارها خاصية للمجال. وتسمى هذه الخاصية قوة المجال الكهربائي. مثل القوة، قوة المجال كمية ناقلات; ويشار إليه بالحرف . إذا تمت الإشارة إلى الشحنة الموضوعة في الحقل بواسطة سبدلاً من س 2، فإن التوتر سيكون مساوياً لـ:

إن شدة المجال عند نقطة معينة تساوي نسبة القوة التي يؤثر بها المجال على شحنة نقطية موضوعة عند هذه النقطة إلى هذه الشحنة.
ومن هنا القوة المؤثرة على الشحنة سمن جانب المجال الكهربائي يساوي:

يتزامن اتجاه المتجه مع اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الموجبة وعكس اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة السالبة.
شدة المجال لشحنة نقطية.دعونا نوجد شدة المجال الكهربائي الناتج عن شحنة نقطية س 0. وفقا لقانون كولومب، فإن هذه الشحنة ستعمل على شحنة موجبة سبقوة تساوي

معامل شدة المجال لشحنة نقطية س 0على مسافة صوهو يساوي:

يتم توجيه متجه الشدة عند أي نقطة من المجال الكهربائي على طول الخط المستقيم الذي يربط هذه النقطة بالشحنة ( الشكل 14.7) ويتزامن مع القوة المؤثرة على نقطة شحنة موجبة موضوعة عند نقطة معينة.

مبدأ تراكب المجال. إذا أثرت عدة قوى على جسم ما، فإن القوة الناتجة، وفقًا لقوانين الميكانيكا، تساوي المجموع الهندسي لهذه القوى:

يتم التأثير على الشحنات الكهربائية بواسطة قوى من المجال الكهربائي. إذا، عندما يتم فرض حقول من عدة رسوم، فإن هذه الحقول ليس لها أي تأثير على بعضها البعض، فيجب أن تكون القوة الناتجة من جميع الحقول مساوية للمجموع الهندسي للقوى من كل حقل. تظهر التجربة أن هذا هو بالضبط ما يحدث في الواقع. وهذا يعني أن شدة المجال تتراكم هندسيًا.
إذا كانت هناك جسيمات مشحونة مختلفة عند نقطة معينة في الفضاء تولد مجالات كهربائية لها نقاط قوة وما إلى ذلك، فإن شدة المجال الناتجة عند هذه النقطة تساوي مجموع نقاط قوة هذه المجالات:

علاوة على ذلك، يتم تحديد شدة المجال الناتجة عن شحنة فردية كما لو لم تكن هناك شحنات أخرى تخلق المجال.
بفضل مبدأ التراكب، للعثور على شدة المجال لنظام من الجسيمات المشحونة في أي نقطة، يكفي معرفة التعبير (14.9) لشدة المجال لشحنة نقطية. يوضح الشكل 14.8 كيفية تحديد شدة المجال عند نقطة ما أ، تم إنشاؤها بواسطة رسوم نقطتين س 1و س 2 , س 1 >س 2

يتيح لنا إدخال المجال الكهربائي تقسيم مشكلة حساب قوى التفاعل بين الجزيئات المشحونة إلى قسمين. أولاً، يتم حساب شدة المجال الناتج عن الشحنات، ثم يتم تحديد القوى من القوة المعروفة. عادةً ما يؤدي تقسيم المشكلة إلى أجزاء إلى تسهيل حسابات القوة.

???
1. ما هي قوة المجال الكهربائي تسمى؟
2. ما هي شدة المجال لشحنة نقطية؟
3. كيف يتم توجيه شدة مجال الشحن q 0 إذا س 0>0 ؟ لو س 0<0 ?
4. كيف يتم صياغة مبدأ تراكب المجال؟

G.Ya.Myakishev، B.B.Bukhovtsev، N.N.Sotsky، الفيزياء الصف العاشر

محتوى الدرس ملاحظات الدرسدعم إطار عرض الدرس وأساليب تسريع التقنيات التفاعلية يمارس المهام والتمارين ورش عمل الاختبار الذاتي، والتدريبات، والحالات، والمهام، والواجبات المنزلية، وأسئلة المناقشة، والأسئلة البلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية الصوت ومقاطع الفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية، صور، رسومات، جداول، رسوم بيانية، فكاهة، نوادر، نكت، كاريكاتير، أمثال، أقوال، كلمات متقاطعة، اقتباسات الإضافات الملخصاتالمقالات والحيل لأسرّة الأطفال الفضوليين والكتب المدرسية الأساسية والإضافية للمصطلحات الأخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء من الكتاب المدرسي، وعناصر الابتكار في الدرس، واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثاليةخطة التقويم للسنة؛ توصيات منهجية؛ دروس متكاملة

إذا كان لديك تصحيحات أو اقتراحات لهذا الدرس،

توترالمجال الكهربائي هو كمية متجهة، مما يعني أن له مقدارًا واتجاهًا عدديًا. حجم شدة المجال الكهربائي له بعده الخاص الذي يعتمد على طريقة حسابه.

توصف القوة الكهربائية لتفاعل الشحنات بأنها فعل عدم تلامسي، وبعبارة أخرى، يحدث فعل بعيد المدى، أي يحدث عمل عن بعد. من أجل وصف مثل هذا الإجراء بعيد المدى، من المناسب تقديم مفهوم المجال الكهربائي ومساعدته في شرح الإجراء عن بعد.

لنأخذ شحنة كهربائية، والتي سنشير إليها بالرمز س. تخلق هذه الشحنة الكهربائية مجالًا كهربائيًا، أي أنها مصدر القوة. بما أنه يوجد في الكون دائمًا شحنة موجبة واحدة على الأقل وشحنة سالبة واحدة على الأقل، والتي تؤثر على بعضها البعض على أي مسافة، حتى بشكل لا نهائي، فإن أي شحنة تكون مصدر القوةمما يعني أنه من المناسب وصف المجال الكهربائي الذي ينشئونه. في حالتنا، التهمة سيكون مصدرالمجال الكهربائي وسنعتبره على وجه التحديد مصدرًا للمجال.

قوة المجال الكهربائي مصدريمكن قياس الشحنة باستخدام أي شحنة أخرى موجودة في مكان ما في المنطقة المجاورة لها. تسمى الشحنة المستخدمة لقياس شدة المجال الكهربائي تهمة الاختبارحيث يتم استخدامه لاختبار شدة المجال. تحتوي شحنة الاختبار على قدر معين من الشحن ويشار إليها بالرمز س.

عندما توضع محاكمةالشحن في مجال كهربائي مصدر القوة(تكلفة س), محاكمةستواجه الشحنة تأثير قوة كهربائية - إما الجذب أو التنافر. يمكن الإشارة إلى القوة كما هو مقبول عادة في الفيزياء بالرمز ف. ومن ثم يمكن تعريف حجم المجال الكهربائي ببساطة على أنه نسبة القوة إلى الحجم محاكمةتكلفة.

إذا تمت الإشارة إلى شدة المجال الكهربائي بالرمز ه، فيمكن إعادة كتابة المعادلة بشكل رمزي كـ

تنشأ الوحدات المترية القياسية لقياس شدة المجال الكهربائي من تعريفها. وبالتالي، يتم تعريف شدة المجال الكهربائي على أنها قوة تساوي 1 نيوتن(ح) مقسومة على 1 قلادة(الكلور). يتم قياس شدة المجال الكهربائي بـ نيوتن / كولومبأو غير ذلك N/Kl. في نظام SI يتم قياسه أيضًا الفولتميتر. لفهم جوهر مثل هذا الموضوع، ما مدى أهمية البعد في النظام المتري غير مقيدلأن هذا البعد يعكس أصل خاصية مثل شدة المجال. إن ترميز Volt/Meter يجعل مفهوم جهد المجال (Volt) أساسيًا، وهو أمر مفيد في بعض المجالات، ولكن ليس في جميع المجالات.

يتضمن المثال أعلاه شحنتين س (مصدر) و س محاكمة. تعتبر كلتا التهمتين مصدرًا للقوة، ولكن أي منهما ينبغي استخدامه في الصيغة أعلاه؟ هناك شحنة واحدة فقط في الصيغة وهي محاكمةتكلفة س(ليس مصدر).

لا يعتمد على الكمية محاكمةتكلفة س. قد يبدو هذا مربكًا للوهلة الأولى، إذا فكرت فيه حقًا. المشكلة هي أنه ليس كل شخص لديه عادة التفكير المفيدة ويظل في ما يسمى بالجهل السعيد. إذا كنت لا تفكر، فلن يكون لديك هذا النوع من الارتباك. فكيف لا تعتمد على قوة المجال الكهربائي س، لو سموجود في المعادلة؟ سؤال عظيم! ولكن إذا فكرت في الأمر قليلاً، يمكنك الإجابة على هذا السؤال. زيادة في الكمية محاكمةتكلفة س- لنفترض مرتين - سيزيد مقام المعادلة أيضًا مرتين. ولكن وفقًا لقانون كولوم، فإن زيادة الشحنة ستؤدي أيضًا إلى زيادة القوة المولدة بشكل متناسب ف. سوف تزيد الشحنة مرتين ثم القوة فسوف تزيد بنفس المقدار بما أن المقام في المعادلة يزيد بمعامل اثنين (أو ثلاثة أو أربعة)، فإن البسط سيزيد بنفس المقدار. يلغي هذان التغييران بعضهما البعض، لذلك يمكننا أن نقول بأمان أن شدة المجال الكهربائي لا تعتمد على الكمية محاكمةتكلفة.

وهكذا، بغض النظر عن عددهم محاكمةتكلفة سالمستخدمة في المعادلة قوة المجال الكهربائي هفي أي نقطة معينة حول التهمة س (مصدر) سيكون هو نفسه عند قياسه أو حسابه.

تعلم المزيد عن صيغة شدة المجال الكهربائي

تطرقنا أعلاه إلى تعريف شدة المجال الكهربائي في كيفية قياسها. سنحاول الآن استكشاف معادلة أكثر تفصيلاً مع المتغيرات من أجل تخيل جوهر حساب وقياس شدة المجال الكهربائي بشكل أكثر وضوحًا. من المعادلة يمكننا أن نرى بالضبط ما يتأثر وما لا يتأثر. للقيام بذلك، علينا أولا العودة إلى معادلة قانون كولوم.

قانون كولومب ينص على ذلك القوة الكهربائية فبين شحنتين يتناسب طرديا مع حاصل ضرب عدد هذه الشحنات ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين مركزيهما.

إذا أضفنا الشحنتين إلى معادلة قانون كولوم س (مصدر) و س (محاكمةتهمة)، ثم نحصل على الإدخال التالي:

إذا كان التعبير عن القوة الكهربائية فكيف يتم تحديده قانون كولومبنعوض في المعادلة بـ قوة المجال الكهربائي هالذي ذكرناه أعلاه فنحصل على المعادلة التالية:

.لاحظ أن محاكمةتكلفة ستم تخفيضه، أي إزالته من البسط والمقام. صيغة جديدة لقوة المجال الكهربائي هيعبر عن شدة المجال من خلال متغيرين يؤثران عليها. قوة المجال الكهربائييعتمد على مقدار الرسوم الأولية سومن المسافة من هذه التهمة دإلى نقطة في الفضاء، أي موقع هندسي تتحدد فيه قيمة التوتر. وهكذا، لدينا الفرصة لتوصيف المجال الكهربائي من خلال شدته.

قانون التربيع العكسي

مثل جميع الصيغ في الفيزياء، يمكن استخدام صيغ شدة المجال الكهربائي جبريحل مشاكل (مشاكل) الفيزياء. تمامًا مثل أي صيغة أخرى في تدوينها الجبري، يمكنك دراسة صيغة شدة المجال الكهربائي. يساهم هذا البحث في فهم أعمق لجوهر الظاهرة الفيزيائية وخصائص هذه الظاهرة. ومن مميزات صيغة شدة المجال أنها توضح العلاقة التربيعية العكسية بين شدة المجال الكهربائي والمسافة إلى نقطة في الفضاء من مصدر المجال. قوة المجال الكهربائي الناتج في مصدر الشحنة سيتناسب عكسيا مع مربع المسافة من المصدر . وإلا يقولون أن الكمية المطلوبة يتناسب عكسيا مع المربع .

تعتمد شدة المجال الكهربائي على الموقع الهندسي في الفضاء، وتتناقص قيمته مع زيادة المسافة. لذلك، على سبيل المثال، إذا زادت المسافة بمقدار 2 مرات، فسوف تنخفض الشدة بمقدار 4 مرات (2 2)، وإذا انخفضت المسافات بينهما بمقدار 2 مرات، فسوف تزيد شدة المجال الكهربائي بمقدار 4 مرات (2 2). فإذا زادت المسافة بمقدار 3 مرات، فإن شدة المجال الكهربائي تقل بمقدار 9 مرات (3 2). إذا زادت المسافة بمقدار 4 مرات، تنخفض شدة المجال الكهربائي بمقدار 16 (4 2).

اتجاه متجه شدة المجال الكهربائي

كما ذكرنا سابقًا، شدة المجال الكهربائي هي كمية متجهة. على عكس الكمية العددية، لا يتم وصف الكمية المتجهة بشكل كامل ما لم يتم تحديد اتجاهها. يتم حساب حجم ناقل المجال الكهربائي على أنه حجم القوة عند أي شيء محاكمةالشحنة الموجودة في مجال كهربائي .

القوة المؤثرة على محاكمةيمكن توجيه الشحنة إما نحو مصدر الشحن أو بعيدًا عنه مباشرة. ويعتمد الاتجاه الدقيق للقوة على إشارتي شحنة الاختبار ومصدر الشحنة، سواء كانت لهما نفس إشارة الشحنة (يحدث التنافر) أو كانت إشارتيهما معاكستين (يحدث الجذب). ولحل مشكلة اتجاه متجه المجال الكهربائي سواء كان موجها نحو المصدر أو بعيدا عن المصدر تم اعتماد قواعد يستخدمها جميع العلماء في العالم. وفقًا لهذه القواعد، يكون اتجاه المتجه دائمًا من شحنة ذات علامة قطبية موجبة. ويمكن تمثيل ذلك على شكل خطوط قوة تخرج من الشحنات ذات الإشارات الإيجابية وتدخل في شحنات ذات إشارات سلبية.