القوة الكهروستاتيكية والمسافة: ماذا ومتى وكيف وحقائق مفصلة


في هذه المقالة ، سنناقش حول القوة الكهروستاتيكية ، وكيف أنها تعتمد على المسافة بشكل شامل.

تُعرف القوة بين الجسيمين المشحونين بالقوة الكهروستاتيكية وتعتمد قوة القوة على مقدار الشحنة التي يحملها الجسيم والمسافة التي تفصله عن الجسيم المشحون الآخر.

القوة الكهروستاتيكية والرسم البياني للمسافة

تُعزى القوة الكهروستاتيكية بين الشحنتين في حالة السكون من خلال العلاقة: -

ه = 1/4 πɛ (ف1q2/r2)

إذا زادت المسافة بين الشحنتين ، ستنخفض القوة الكهروستاتيكية بين الشحنات المتشابهة ، وستزداد القوة الكهروستاتيكية على عكس الشحنات عند توسيع المسافة بين الشحنتين.

إذا كانت الشحنتان متشابهتين ، فسيكون ناتج الشحنتين موجبًا ، وبالتالي ستكون القوة الكهروستاتيكية موجبة.

مع زيادة المسافة بين الشحنتين ، ستنخفض القوة بشكل حاد في البداية ثم تنخفض تدريجياً أكثر. لذلك ، يوضح الرسم البياني أعلاه منحنى أسي.

قراءة المزيد عن المجال الكهربائي بين لوحين: الصيغة ، والحجم ، والاتجاه ، والأسئلة الشائعة للعنف.

مثال: النظر في شحنتين q1 و q2 وجود رسوم 1C و 2C على التوالي. اكتشف أن التباين في القوة الكهروستاتيكية بين هاتين الشحنتين هو المسافة بين التغيرين ، ثم ارسم الرسم البياني.

معطى: q1 = 1 ج

q2 = 2 ج

عند د = 1 سم

E1= 1/4 س1q2/r2

E1= 9 10 *9* {1C * 2C / (1)2}

= 9 10 *9* 2 = 18 * 109N

عند د = 2 سم

E2= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E2= 9 10 *9* (1C * 2C / (2)2)

E2= 9 10 *9* فارك {2/4}

= 9 * 109* 0.5 = 4.5 * 109 N

عند د = 3 سم

E3= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

= 9 10 *9* (2/9)

= 2 * 109 N

عند د = 4 سم

E4= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E4= 9 10 *9* {1C * 2C / (4)2}

= 9 10 *9* {2 / 16}

= 1.125 10 *9 N

عند د = 5 سم

E5= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E5= 9 10 *9* {1 ج * 2 ج / (5)2}

= 9 10 *9* {2 / 25}

= 0.72 10 *9N

الآن ، دعونا نرسم الرسم البياني لما سبق

نملك،

المسافة (سم)القوة الكهروستاتيكية (× 109 N)
118
24.5
32
41.125
50.72
رسم بياني للقوة الكهروستاتيكية v / s المسافة

ومن ثم ، فمن الواضح أن القوة الكهروستاتيكية ستنخفض أضعافًا مضاعفة مع زيادة المسافة إذا كانت الشحنتان مثل الجسيمات المشحونة.

علاوة على ذلك ، دعونا نرى العلاقة بين القوة الكهروستاتيكية والمسافة إذا كانت الشحنتان مختلفتين عن الشحنات. نحن نعلم جيدًا أن الشحنتين المختلفتين تظهران قوى الجذب تجاه بعضهما البعض ، وبالتالي ستزداد هذه القوة إذا زادت المسافة بينهما وسيبدو الرسم البياني كما هو موضح أدناه: -

رسم بياني للطاقة الكهروستاتيكية v / s بعد الشحنات بخلاف الشحنات

ناتج جسيم سالب الشحنة وجسيم موجب الشحنة سيعطي منتجًا سالبًا ، ومن ثم تكون القوة الكهروستاتيكية سالبة. كلما زادت المسافة التي تفصل بين الاثنين ، ستزداد قوة الجذب بينهما لكل مسافة مربعة.

دعونا نفهم سبب إظهار الرسم البياني لمنحنى أسي في هذه الحالة أيضًا ، من خلال أخذ مثال بسيط معطى أدناه.

مثال: النظر في شحنتين q1 و q2 وجود شحنة من -1 درجة مئوية و 2 درجة مئوية على التوالي. أوجد القوة الكهروستاتيكية بمسافة متغيرة تفصل بين الجسيمين المشحونين ثم ارسم الرسم البياني لنفسها.

معطى: q1 = -1 ج

q2 = 2 ج

عند د = 1 سم

E5= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E5= 9 10 *9* {- 1 ج * 2 ج / (1)2}

= 9 10 *9 * (-2) = - 18 * 109N

عند د = 2 سم

E2= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E2= 9 10 *9* {- 1 ج * 2 ج / (2)2}

E2= 9 * 109* {- 2/4}

= 9 10 *9(-0.5) = - 4.5 * 109N

عند د = 3 سم

E3= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E3= 9 10 *9* {- 1 ج * 2 ج / (3)2}

= 9 10 *9* {- 2/9}

= -2 * 109 N

عند د = 4 سم

E4= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E4= 9 * 109* {- 1 ج * 2 ج / (4)2}

= 9 10 *9* {- 2/16}

= -1.125 * 109N

عند د = 5 سم

E5= 1/4πɛ (ف1q2/r2)

E5= 9 10 *9* {- 1 ج * 2 ج / (5)2}

= 9 10 *9* {- 2/25}

= -0.72 * 109N

الآن ، دعونا نرسم الرسم البياني لما سبق

نملك،

المسافة (سم)القوة الكهروستاتيكية (× 109 N)
1-18
2-4.5
3-2
4-1.125
5-0.72
رسم بياني للقوة الكهروستاتيكية v / s المسافة

ومن ثم ، يتضح من الرسم البياني أنه مع زيادة المسافة بين الاثنين على عكس الشحنات ، تزداد القوة الكهروستاتيكية مع المسافة.

قراءة المزيد عن هل القوة الكهروستاتيكية محافظة: رؤى شاملة.

ترتبط القوة الكهروستاتيكية بمسافة بالعلاقة E = 1/4 (q1q2/r2)

ستزداد قوة التجاذب بين الاثنين إذا فصلنا الشحنتين عن بعضهما البعض وسترتفع قوة التنافر إذا تم وضع الشحنتين بالقرب من بعضهما البعض.

تعتمد القوة الكهروستاتيكية بشكل أساسي على شحنة الجسيمات اعتمادًا على قوة الجذب أو التنافر في الصورة. يعتمد كليا على شحنة الجسيم والمسافة.

قراءة المزيد عن صافي القوة الكهروستاتيكية: كيفية البحث والمشاكل والأسئلة الشائعة.

المشكلة: يتم فصل ثلاث جسيمات مشحونة بمسافة لها شحنة مختلفة كما هو موضح في الشكل أدناه. احسب القوة الكهروستاتيكية على الشحنة Q1.

التين. القوة الكهروستاتيكية بين ثلاث جسيمات مشحونة

القوة الكهروستاتيكية بين الشحنة Q1 و س2 is

E1= 1/4πɛ0(q1q2/r2)

= 9 10 *9* {1C * 3C / (2)2}

= 9 10 *9* {3 / 4}

= 6.75 10 *9N

القوة الكهروستاتيكية بين الشحنة Q1 و س3 is

E2= 1/4πɛ0(q1q2/r2)

= 9 10 *9* {1 ج * (- 2) / (3)2}

= 9 10 *9* {(-2) / 9}

= -2 * 109N

ومن هنا فإن صافي القوة المؤثرة على النقطة

F = E.1+ ه2

= (6.75-2) * 109

= 4.75 10 *9N

القوة الكلية على نقطة الشحنة Q1 4.75 × 109 N.

قراءة المزيد عن أمثلة على القوة الكهربائية: أمثلة شاملة.

هل تزداد القوة الكهروستاتيكية مع المسافة؟

تزداد القوة الكهروستاتيكية مع المسافة إذا كانت الشحنتان الكهربيتان مختلفتان عن الشحنات.

نظرًا لأن القوة الكهروستاتيكية مرتبطة عكسيًا بالمسافة التي تفصل بين الشحنتين الكهربائيتين ، فإن قوة الجذب ستزداد عندما تطول هذه المسافة إلى حد أكبر وأكبر.

ليس هذا هو الحال بين الاتهامات الطاردة. إذا زادت المسافة التي تفصل بين الشحنتين الكهربيتين ، فإن قوة التنافر بين الشحنتين ستنخفض. لذلك ، في حالة الشحنات المتشابهة ، ستنخفض القوة الكهروستاتيكية مع تقلص الفجوة بين الشحنتين الكهربائيتين.

قراءة المزيد عن القوة على تحريك الشحنة في المجال الكهربائي: عدة مناهج وأمثلة للمشكلة.

كيف تزيد المسافة من القوة؟

تزداد القوة إذا تم تقليل المسافة بين الشحنات المتشابهة وبين الشحنات على عكس الشحنات.

تزداد قوة التجاذب بين الشحنتين على عكس الشحنتين إذا زادت المسافة الفاصلة بين الشحنتين ، وستكون القوة الكهروستاتيكية الطاردة أكثر عندما تكون الشحنتان المتماثلتان قريبًا جدًا من بعضهما البعض ، أي إذا كانت المسافة بين الشحنتين سوف يكون الحد الأدنى.

كيف تعمل القوة الكهروستاتيكية؟

تسمى قوة الجذب أو التنافر بين الشحنتين القوة الكهروستاتيكية.

تعتمد القوة الكهروستاتيكية بشكل مباشر على الشحنة التي يحملها الجسيم اعتمادًا على عدد البروتونات والإلكترونات التي يتكون منها الجسيم.

اعتمادًا على الشحنة ، توجد قوة جذب أو تنافر بين الشحنتين مفصولة بمسافة ما. تُظهر الشحنات على عكس القوة الكهروستاتيكية للجذب حيث تنجذب حاملات الإلكترون في الجسيم نحو الجسيم الذي يحتوي على أكبر عدد من ناقلات البروتونات المشحونة إيجابياً لأن الإلكترونات يمكنها ملء الفراغات الشاغرة في الجسيم المشحون إيجابياً.

حسنًا ، ستطبق الشحنات المتشابهة قوة على بعضها البعض لدفعها بعيدًا بشكل عكسي. هذا لأن جسيمين موجبين الشحنة سيكون لهما أكبر عدد من البروتونات وبالتالي سوف يتحركان بعيدًا إذا لم يكن هناك توافر للإلكترونات. وينطبق الشيء نفسه عندما يتم شحن شحنتين سالبين ولديهما عدد أكبر من الإلكترونات ، فلن يستغرق الجسيم عددًا أكبر من الإلكترونات وبالتالي لا يظهر جاذبية تجاه بعضهما البعض.

قراءة المزيد عن الالكتروستاتيات علم الاستاتيكا الكهربائية.

الأسئلة المتكررة

ما هو الجهد الكهربائي؟

تحدد قدرة الشحنات الكهربائية على القيام بالعمل أو لإنجاز العمل الجهد الكهربائي لتلك الشحنة.

الجهد الكهروستاتيكي هو الطاقة المطلوبة لإحضار الجسيم المشحون من موضع غير محدود إلى مسافة محدودة عن طريق تطبيق القوة الكهروستاتيكية بين الشحنة النقطية والجسيم على مسافة غير محدودة.

كيف يختلف الجهد الكهربائي عن القوة الكهربائية؟

الجهد الكهربائي هو طاقة جسيم واحد بينما القوة الكهربائية هي قوة مفروضة بسبب اثنين أو أكثر من الجسيمات المشحونة.

تسمى الطاقة المطلوبة لجسيم مشحون للقيام بهذا العمل بالجهد الكهربائي ، وعلى العكس من ذلك ، فإن القوة المكتسبة بين الجسيمين المشحونين هي القوة الكهربائية.

ما هي الكهرباء الساكنة؟

يتعامل مصطلح الكهرباء الساكنة مع ناقلات الشحنة الكهربائية وخصائصها.

هناك دائمًا قوة جذب وتنافر تعتمد على عدد حاملات الشحنة في الجسيم والتي تُعرف باسم القوة الكهروستاتيكية.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات