القوة على تحريك الشحنة في المجال الكهربائي: عدة مناهج وأمثلة للمشكلة

القوة على تحريك الشحنة الحقل الكهربائي يتم تحديده عندما يتحرك جسيم مشحون بدون تسارع فإنه ينتج مجالًا كهربائيًا.

أولاً ، يتم إنشاء مجال كهربائي عندما يتم شحن لوحين متوازيين ، أو ما يسمى بالمكثفات. عندما توضع شحنة الاختبار بين ألواح المكثف المشحونة فإنها تنتقل من النهاية الموجبة إلى النهاية السالبة. كل شحنة من هذا القبيل تحمل مثل هذا إنشاء خط.

تنتقل شحنات الاختبار من الجانب الموجب إلى الجانب السالب ، ويسمى إنشاء خطوط قوة بالمجال الكهربائي. نظرًا لأن خطوط الشحن هذه تشكل نمطًا موحدًا ، يُقال إنه يوجد مجال كهربائي موحد.

القوة على تحريك الشحنة في المجال الكهربائي

عندما يتم وضع شحنة اختبارية على الجانب السلبي من اللوحة ، فإنها ستجذب ، وستكون قوة الجذب أقل. ولكن عندما يتم وضع شحنة اختبارية أخرى بالقرب من الجانب الموجب من اللوحة المقابل لشحنة اللوحة الأخرى ، فإن قوة الجذب ستكون أكبر.

عندما توضع شحنة الاختبار بالقرب من الجانب الموجب للشحنة ، يكون التنافر أكبر ، وتكون قوة الجذب إلى الجانب السالب من اللوحة أكبر. إذن ، فإن القوة المؤثرة على الشحنة المتحركة في المجال الكهربائي تعتمد على مكان الشحنة والمسافة.

يتم إنشاء المجال الكهربائي فقط عندما تكون الشحنات ثابتة. لذلك يتم تحديد القوة المؤثرة على تلك الشحنة بناءً على موضع شحنة الاختبار. سواء كانت أقرب أو بعيدة عن الشحنات المعنية ، يتم وضعها.

كيف تحسب قوة الشحنة المتحركة

يتم حساب القوة المؤثرة على تحريك الشحنة في المجال الكهربائي باستخدام الصيغة F = البريد الإلكترونيهنا نعتبر الشحنة إلكترونًا ويُشار إليها بالحرف e. يُشار إلى المجال الكهربائي بالحرف E.

إن قوة الإلكترون ليست سوى التسارع على كتلة الإلكترون في مجال كهربائي ، وتُعطى على النحو التالي: أ = (هـ) / م. تُعرِّف هذه الصيغة المجال الكهربائي بأنه القوة بواسطة وحدة الشحنة ، E = F / q (هـ).

الآن تم حساب التسارع ، والسرعة تسير على هذا النحو ، Vf2 = الخامس02 + 2 أ ∆ X. أين Vf هو السرعة النهائية، و V0 هي السرعة الابتدائية. يتم إعطاء الصيغة أعلاه في افتراض أن الإلكترون لا يكتسب السرعة. يجب ألا تقترب هذه السرعة من سرعة الضوء (3 × 108 م / ث) ، وإلا فسيصبح سيناريو مختلفًا تمامًا. ومن ثم يجب أن تكون سرعة الشحن أقل من ذلك.

من الصورة أعلاه ، ضع في اعتبارك شحنة اختبار سالبة تتحرك عبر المجالات الكهربائية. هذه الشحنة لها سرعة ابتدائية ، وهي ستطلق المجال الكهربي لأعلى ولن تمر خلاله لأن لوحين متوازيين لهما شحنة سالبة وموجبة على طرفي نقيض. 

عندما يتم وضع إلكترون بشحنة سالبة بين الصفائح ، فإنه ينحرف بسبب الشحنات الموجودة في المنطقة المجاورة. نظرًا لأن المجال الكهربائي المنتظم يتم إنتاجه في هذه العملية ، فإن الشحنة تنتقل بشكل أسرع مع السرعة الابتدائية وتكون أيضًا متعامدة مع المجال.

الشحنة التي تتعرض لقوة عند انحرافها عن طريق المجال الكهربائي ستعطي مقذوفًا. سينتقل الإلكترون من مكانه الأصلي (x) إلى موضع جديد يسمى y. هذا يشكل مسار قذيفة.

الآن هناك احتمالات للشحنة لتخرج من اللوحات. عندما يحدث هذا ، فإنه يصنع زاوية θ بمسار مقذوف. هنا يجب أن نعرف ما هو (y) و. يأتي الانحراف من الصورة (y) و هي زاوية خروج الإلكترون من اللوحات.

يتعرض الإلكترون الموضوع بين الصفيحتين لقوة تصاعدية لأن جانب الصفيحة المواجه للداخل له شحنة موجبة. ومن ثم ينجذب الإلكترون نحو هذا الجانب من اللوحة.

علينا حساب قوة الشحنة المتحركة في المجال الكهربائي وتسارعها وسرعتها. القوة التي تتعرض لها الشحنة المتحركة في مجال كهربائي عند النقطة (y) هي Fy = هـ. التسريع هو ay = (هـ) / م.

تمت صياغة الانحراف (y) ، وأخيرًا نحصل على المعادلة لحساب القوة كما يلي (ص) = (eE x2) / 2my2. ثم تكون الزاوية التي يخرج عندها الإلكترون من ألواح المكثف المشحونة كما هي ، تان θ = (eEx) / بالسيارات02 .

هذه هي الصيغة الأساسية التي نحتاج إلى معرفتها قبل حساب القوة المؤثرة على الشحنات المتحركة في المجال الكهربائي. لذلك ، في الوقت الحالي ، نتعامل مع تقنيات بسيطة وما إلى ذلك.

القوة المؤثرة على الشحنة المتحركة في المجال الكهربائي هي الشحنة مضروبة في المجال الكهربائي أو المجال الكهربائي المنتظم.

القوة المؤثرة على شحنة متحركة في مجال كهربائي موحد

نحتاج إلى معرفة أنه عندما تكون الشحنة في حالة حركة ، فإنها تنتج حقلاً مغناطيسيًا فقط. الرسوم غير المتحركة تنتج الكهرباء بشكل افتراضي. وجود أ المجال الكهربائي يسبب المجال المغناطيسي للإنتاج.

في النظام ، توجد شحنة نقطية وشحنة اختبار. لذا فإن القوة التي تمارسها الشحنة النقطية على شحنة الاختبار تسمى القوة الكهروستاتيكية. هذه هي القوة الموجودة على الشحنة المتحركة في مجال كهربائي.

يمكننا أن نفهم بوضوح كيف تعمل القوة على شحنة متحركة في الحقل الكهربائي باستخدام مثال.

تنجذب الشحنة المنتقلة بين ألواح المكثف وتتنافر في نفس الوقت. عندما يتم وضع لوحين على مسافة d ، فإن اللوحات المتقابلة لبعضها البعض سيكون لها شحنة معاكسة.

لذلك عندما يتم وضع شحنة اختبار بينهما ، فإنها إما تنجذب أو تتنافر حسب الحجم الذي تمتلكه.

أمثلة على مشاكل القوة على الشحنة المتحركة في المجال الكهربائي

من الرسم البياني الموضح أعلاه ، يجب أن نحدد علامة أو شحنة الجسيم المتحرك في حركة مقذوفة. نعلم أن 1 ، 2 تتحرك في اتجاه واحد و 3 تتحرك في اتجاه آخر.

بشكل ايجابي لوحة مشحونة في الأعلى ، واللوحة السالبة الشحنة تحته. كلا اللوحين يواجهان الداخل. والشحنات داخلية.

الآن تنتقل الشحنتان 1 و 2 باتجاه الجانب الإيجابي من اللوحة ، وتنتقل الشحنة 3 نحو الجانب السلبي من اللوحة.

الشحنة 1 و 2 مشحونة سالبًا ، والشحنة 3 موجبة الشحنة. هذه طريقة بسيطة جدًا للعثور على إشارة الشحنة التي تتحرك في المجال الكهربي وتعاني من قوة.

سيتعين علينا تحديد نسبة الشحنة إلى الكتلة ، سواء كانت عالية أو منخفضة ، بناءً على الاتجاه الذي تنتقل فيه كل من هذه الشحنات.

سيكون للشحنة 3 نسبة شحن إلى كتلة عالية جدًا نظرًا لكون الانحراف مرتفعًا. بمعنى أن الشحنة الثالثة تنحرف إلى موضع طويل عن موضعها الأصلي. نظرًا لأن الانحراف مرتفع ، فإن نسبة الشحنة إلى الكتلة مرتفعة أيضًا.

ضع في اعتبارك لوحين مشحونين متوازيين مع بعضهما البعض بطريقة أفقية. توضع الألواح المشحونة إيجابياً والشحنة السالبة في الأعلى والأسفل على التوالي. طول اللوح l والمسافة بين الصفيحتين d

وُضعت كتلة الشحنة م والشحنة + q بين اللوحين. ستنجذب هذه الشحنة + q إلى اللوحة السفلية. سرعة الإلكترون الابتدائية V0. تحدد هذه السرعة المسافة التي ستقطعها الشحنة بسبب وجود مجال كهربائي.

إذن علينا الآن إيجاد الحد الأدنى للسرعة الابتدائية المطلوبة للانحراف أكثر والظهور خارج الصفائح.

نحن نعلم أن القوة Fy = هـ والتسارع ay= (qE) / م. باستخدام هذه المعلومات ، يتم إجراء عملية حسابية مضجرة ، وأخيراً ، نحصل على معادلة حساب السرعة الابتدائية الدنيا. وسيكون ذلك V0 = L {(qE / MD)}1/2 .

مشكلة القوة المؤثرة على شحنة متحركة في مجال كهربائي موحد

دعونا نفكر في شحنة تتحرك في مجال كهربائي. يتم وضع الشحنة بين المكثفات المشحونة. تعمل القوة على الشحنة أثناء حركتها. ال مجال كهربائي يعمل على نقطة الشحن q = 2 NC هو E = 7.91 X 105 N / C. ماذا القوة التي يبذلها المجال الكهربائي على التهمة؟

F = eE

ق = 2 × 10-9 س × 7.19 × 105

F = 0.180 نيوتن

الآن لدينا فهم واضح للقوة المؤثرة على شحنة متحركة في مجال كهربائي.

*************************

انتقل إلى الأعلى