شحنة كهربائية مقدارها $+3\mu \mathrm{C}$ وضعت عند نقطة p في مجال كهربائي وكان مقدار المجال الكهربائي(4x10 ⁶ N/c)، احسب مقدار القوة الكهربائية المؤثرة فيها.

$\begin{array}{r}{\mathbf{q}}^{\mathrm{\prime }}=+3\mu \mathrm{C}=+3\times {10}^{-6}\mathrm{C},\mathbf{E}=4\times {10}^6\mathrm{N}/\mathrm{C},\mathbf{F}=?\\ \mathbf{E}=\frac{\mathbf{F}}{{\mathbf{q}}^{\mathrm{\prime }}}\end{array}$

$\begin{array}{r}4\times {10}^6=\frac{F}{3\times {10}^{-6}}\\ \\ F=4\times {10}^6\times 3\times {10}^{-6}\\ \\ F=12\times {10}^{6-6}\\ \\ F=12\times {10}^0=12\times 1=12\mathrm{N}\end{array}$

أسئلة الفصل الأول

س1: اختر العبارة الصحيحة لكل مما يأتي:

1 الذرة المتعادلة هي ذرة:

• لا تحمل مكوناتها أية شحنة.
• عدد إلكتروناتها يساوي عدد بروتوناتها.
• عدد إلكتروناتها أكبر من عدد بروتوناتها.
• عدد إلكتروناتها يساوي عدد نيوتروناتها.

2. يصير الجسم مشحوناً بشحنة موجبة إذا كانت بعض ذراته تمتلك:

• عدد من الإلكترونات أكبر من عدد البروتونات.
• عدد من الإلكترونات أقل من عدد البروتونات.
• عدد من النيوترونات في النواة أكبر من عدد الإلكترونات.
• عدد من البروتونات في النواة أكبر من عدد النيوترونات.

3. عند فقدان شحنة مقدارها ( 1.6x10^-19C) من جسم موصل معزول متعادل الشحنة فإن عدد الإلكترونات التي فقدت من هذا الجسم يساوي:

• 10⁸ إلكتروناً.
• 10¹⁰ إلكتروناً
• 10⁹ إلكتروناً.
• 10¹² إلكتروناً.

4. شحنتان نقطيتان موجبتان البعد بينهما (10cm) فإذا استبدلت إحدى الشحنتين بأخرى سالبة وبالمقدار نفسه فأن مقدار القوة بينهما:

• صفراً.
• أقل مما كان عليه.
• أكبر مما كان عليه.
• لا يتغير.

5. شحنتان نقطيتان (q₁,q₂) إحداهما موجبة والأخرى سالبة وعندما كان البعد بينهما (3cm) كانت قوة التجاذب بينهما (F₁) فإذا أبعدت الشحنتين عن بعضهما حتى صار البعد بينهما (6Cm) عندها القوة بينهما (F₂) تساوي:

• ${\mathrm{F}}_2=\frac{1}{2}{\mathrm{F}}_1$
• ${\mathrm{F}}_2=2{\mathrm{F}}_1$
• ${\mathrm{F}}_2=4{\mathrm{F}}_1$
• ${\mathbf{F}}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{4}}{\mathbf{F}}_{\mathbf{1}}$

6. بعد سيرك على سجادة من الصوف ولامست جسماً معدنياً (مثل مقبض الباب)، فإنك غالباً ما تصاب بصعقة كهربائية خفيفة، نتيجة للتفريغ الكهربائي بين إصبع يدك والجسم المعدني وسبب ذلك إن الشحنات الكهربائية قد:

• ولدها جسمك.
• ولدتها السجادة.
• ولدها الجسم المعدني.
• تولدت نتيجة الاحتكاك بين جسمك والسجادة.

7. الجسم (A) مشحون بشحنة $(+2\mu C)$، والجسم (B) بشحنة $(+6\mu C)$، فإن القوة الكهربائية المتبادلة (AوB) هي:

• F_AB=-3F_BA
• F_AB=-F_BA
• F_AB=+F_BA
• 3F_AB=-F_BA

8. عند تقريب جسم مشحون بشحنة موجبة من قرص كشاف كهربائي ذي الورقتين مشحون بشحنة موجبة أيضاً فان ذلك يؤدي إلى:

• ازدياد مقدار انفراج ورقتي الكشاف.
• نقصان مقدار انفراج ورقتي الكشاف.
• انطباق ورقتي الكشاف.
• لا يتأثر مقدار انفراج ورقتي الكشاف.

9. عند تقريب جسم مشحون بشحنة سالبة من قرص كشاف كهربائي متصل بالأرض:

• تنفرج ورقتا الكشاف نتيجة ظهور شحنة سالبة عليهما.
• تنفرج ورقتا الكشاف نتيجة ظهور شحنة موجبة عليهما.
• تبقى ورقتا الكشاف على انطباقهما على الرغم من ظهور شحنة موجبة على قرصه.
• تبقى ورقتا الكشاف على انطباقهما على الرغم من ظهور شحنة سالبة على قرصه.

س2: علل ما يأتي:

1. تجهز سيارات نقل الوقود بسلاسل معدنية في مؤخرتها تلامس الأرض.

للتخلص من الشحنات الكهربائية الساكنة المتولدة من احتكاك النفط بالجدران الداخلية للخزان.

2. تتعادل شحنة الجسم المشحون بالشحنة الموجبة أو السالبة عند إيصاله بالأرض.

كون الأرض مستودع كبير للشحنات السالبة فإذا كان مشحون بالشحنة الموجبة تتسرب الإلكترونات إلى الأرض وتتعادل شحنته وإذا كان الجسم سالب الشحنة تتسرب الإلكترونات إلى الأرض وتتعادل الشحنة.

3. يزداد انفراج ورقتي الكشاف الكهربائي المشحون بالشحنة السالبة عند تقريب جسم مشحون بشحنة سالبة من قرصه.

لأن إلكترونات الجسم المشحون تتنافر مع إلكترونات قرص الكشاف وتبعدها إلى أبعد موقع فيزداد انفراج الورقتين.

س3: وضح كيفية شحن كشاف كهربائي بشحنة موجبة باستعمال:

a. ساق من الزجاج مشحونة بشحنة موجبة.

نأخذ ساقاً من الزجاج وندلكها بالحرير ثم نلامس ساق الزجاج ومن عدة مواضع قرص الكشاف فنلاحظ انفراج ورقتيه نتيجة انتقال كمية من الإلكترونات من قرص الكشاف إلى ساق الزجاج بالتماس فتكون عندئذ شحنة الكشاف موجبة.

b. ساق من المطاط مشحونة بشحنة سالبة.

عندما يراد شحن الكشاف بالشحنة السالبة بطريقة التماس نلامس قرص الكشاف بساق من المطاط المدلوك بقطعة من الفرو.

س4: عدد طرائق شحن الأجسام بالكهربائية الساكنة.

• طريقة الشحن بالدلك.
• طريقة الشحن بالتماس.
• طريقة الشحن بالحث.

س5: استعملت ساق من الزجاج مدلوكة بالحرير (شحنتها موجبة) وكرة معدنية معزولة متعادلة، لاحظ الأشكال الثلاثة التالية (c-b-a):

1. هل تنتقل شحنات كهربائية في الحالات الثلاث (c-b-a)؟ وضح طريقة انتقال الشحنات إن حصلت.

نعم في الشكل (b)و(c) ففي الشكل (e) تنتقل الشحنات السلبية (c) من الأرض للكرة ولأن الكرة مؤرضة في الشكل فتنتقل الشحنات من الكرة إلى الساق لتعادل شحنته الموجبة (تماس).

2. حدد نوع الشحنات الكهربائية التي ستظهر على الكرة المعدنية في كل حالة.

a. القريبة للساق سالبة والبعيدة موجبة ولكنها تبرق الكرة متعادلة الشحنة.

b. سالبة.

c. موجبة.

3. ماذا يحصل لمقدار الشحنة الموجبة على ساق الزجاج في كل من الحالات الثلاث؟

(b)و(a) لا يتغير مقدارها (c) تتعادل وتصبح صفراً.

س 6: أراد أحد الطلبة أن يشحن كشافاً كهربائياً متعادلاً بطريقة الحث فقرب من قرصه ساق من الزجاج مشحونة بشحنة موجبة ولمس قرص الكشاف بأصبع يده مع وجود الساق قريبة من قرصه، ثم أبعد الساق عن قرص الكشاف وأخيراً رفع إصبع يده عن قرص الكشاف، بعد كل هذه الخطوات وجد الطالب انطباق ورقتي الكشاف (أي حصل على كشاف غير مشحون)، ما تفسير ذلك؟

عند أبعاد الساق أولاً مع بقاء الاتصال بالأرض يؤدي ذلك إلى هروب الشحنات المقيدة من خلال إصبع اليد إلى الأرض تاركة الكشاف متعادلة الشحنة (غير مشحون).

س7: أكتب نوع الشحنة في الأشكال التالية:

تمثل شحنتين مختلفتين.

تمثل شحنتين متشابهتين.

نوع الشحنة موجبة.

نوع الشحنة سالبة.

س1: شحنتان كهربائيتان نقطيتان متماثلتان قوة التنافر بينهما تساوي (9x10^-7N) عندما كان البعد بينهما (10cm) احسب مقدار شحنة كل منهما؟

الشحنتان الكهربائيتان متماثلتان أي أن: ${\mathbf{q}}_1={\mathbf{q}}_{\mathbf{2}}=\mathbf{q}=?$

$\begin{array}{r}\mathbf{F}=9\times {10}^{-7}\mathrm{N},\mathbf{r}=10\mathrm{cm}=10\times {10}^{-2}={10}^{1-2}={10}^{-1}\mathbf{m}\\ \\ \mathbf{k}=9\times {10}^9{\mathrm{Nm}}^2/{\mathbf{C}}^2\\ \\ \mathbf{F}=\mathbf{k}\times \frac{{\mathbf{q}}_1{\mathrm{q}}_2}{{\mathbf{r}}^2}\\ \\ 9\times {10}^{-7}=9\times {10}^9\times \frac{\mathbf{q}\cdot \mathbf{q}}{{\left({10}^{-1}\right)}^2}\\ \\ 9\times {10}^{-7}=\frac{9\times {10}^9{\mathbf{q}}^2}{{10}^{-2}}\\ \\ 9\times {10}^9{\mathbf{q}}^2=9\times {10}^{-7-2}\\ \\ 9\times {10}^9{\mathbf{q}}^2=9\times {10}^{-9}\end{array}$

$q^2=\frac{9\times {10}^{-9}}{9\times {10}^9}={10}^{-9-9}$

$\begin{array}{r}{\mathbf{q}}^2={10}^{-18}{\mathrm{C}}^2\\ \\ q={10}^{-9}\mathrm{C}\end{array}$

$q_1={10}^{-9}\mathrm{C},q_2={10}^{-9}\mathrm{C}$

س2: شحنتان كهربائيتان نقطيتان موجبتان متماثلتان مقدار كل منهما (3x10^-9N) والبعد بينهما (5cm) أحسب مقدار قوة التنافر بينهما.

$\begin{array}{r}{\mathbf{q}}_1=3\times {10}^{-9}\mathrm{C},{\mathrm{q}}_2=3\times {10}^{-9}\mathrm{C},\mathbf{r}=5\mathrm{cm}=5\times {10}^{-2}\mathrm{m},\mathbf{F}=?\\ \\ \mathbf{k}=9\times {10}^9{\mathrm{Nm}}^2/{\mathrm{C}}^2\\ \\ \mathbf{F}=\mathbf{k}\times \frac{{\mathrm{q}}_1{\mathrm{q}}_2}{{\mathbf{r}}^2}\\ \\ \mathbf{F}=9\times {10}^9\times \frac{3\times {10}^{-9}\times 3\times {10}^{-9}}{{\left(5\times {10}^{-2}\right)}^{2}9}\\ \\ \mathbf{F}=\frac{81\times {10}^{9-9-9}}{25\times {10}^{-4}}\\ \\ \mathbf{F}=3.24\times {10}^{-9+4}\\ \\ \mathbf{F}=3.24\times {10}^{-5}\mathrm{N}\end{array}$

س3: شحنة كهربائية مقدارها $+3\mu \mathrm{C}$ وضعت عند نقطة p في مجال كهربائي وكان مقدار المجال الكهربائي(4x10⁶N/c)، احسب مقدار القوة الكهربائية المؤثرة فيها.

$\begin{array}{r}{\mathbf{q}}^{\mathrm{\prime }}=+3\mu \mathrm{C}=+3\times {10}^{-6}\mathrm{C},\mathbf{E}=4\times {10}^6\mathrm{N}/\mathrm{C},\mathbf{F}=?\\ \mathbf{E}=\frac{\mathbf{F}}{{\mathbf{q}}^{\mathrm{\prime }}}\end{array}$

$\begin{array}{r}4\times {10}^6=\frac{F}{3\times {10}^{-6}}\\ \\ F=4\times {10}^6\times 3\times {10}^{-6}\\ \\ F=12\times {10}^{6-6}\\ \\ F=12\times {10}^0=12\times 1=12\mathrm{N}\end{array}$