صافي القوة الكهروستاتيكية: 3 حقائق مهمة يجب أن تعرفها


يوفر شبكة كهرباء القوة هي القوة الموجودة عندما تتعارض أي شحنة أو جسيم مع بعضهما البعض عندما يتم إضافة كل متجه لكل قوة كهربائية من هذه الشحنات معًا.

        تجلب القوة الجذابة أو الطاردة بين أي جسمين مشحونين بسبب وجود الشحنات الكهربائية مفهوم كهرباء القوة في العمل.

          في الفيزياء الكلاسيكية ، فإن أي مادة ، عند حكها ببعضها البعض ، تجذب جزيئات خفيفة الوزن ، تُعرف بالإلكترونات. تُعرف القوة التي تمارسها هذه الجسيمات بالكهرباء الساكنة ويتم وصفها أساسًا بواسطة قانون كولوم. بكلمات بسيطة ، القوة الكهروستاتيكية هي القوة الموجودة بين الشحنات. الثابت يعني أن الشحنات لا تتحرك بسرعة.

الآن بعد أن أصبح لدينا فكرة عن القوة الكهربائية بين هذين الساكنين دعونا نذهب إلى أبعد من ذلك بمزيد من التفصيل عن الظواهر. بادئ ذي بدء ، تسمى القوة الكهروستاتيكية باسم قوة كولوم. هذه هي القوة التي تمارسها شحنة على أخرى عندما تفصل بينها مسافة.

صافي القوة الكهروستاتيكية

معادلة هذه القوة هي F = E / q ، حيث E هو المجال الكهربائي. تضاف القوة المتجهة الإجمالية معًا لتعطي صافي القوة الكهروستاتيكية.

            من أجل فهم أفضل ، نأخذ أمثلة قليلة من الحياة اليومية ،

  1. بينما يتم فرك قطعة من الورق على الشعر الدهني بمساعدة المشط ، فإنها تنتج قوة كهروستاتيكية.         
  • عندما يتم فرك بالون واحد فوق بالون آخر يتم فيه فرك أحد البالونات بالشعر ، يتم إنتاج القوة الكهروستاتيكية.

نقطة واحدة يجب تذكرها هي أن القوة الكهروستاتيكية هي في الأساس قوة غير ملامسة ؛ لا يوجد أي تلامس مع أي جسم يتم سحبه بعيدًا أو دفعه مقابل بعضه البعض.

الصيغة الكهروستاتيكية الصافية

صيغة صافي القوة الكهروستاتيكية هي F = (k q1 q2) / r2.

أين،

       ك = ثابت التناسب

       q1، q2 = رسوم الاتصال (يمكن أن تكون الرسوم إما - + أو + - أو - - أو + +)

       r = المسافة الفاصلة بين الشحنات

هذه هي الصيغة الأساسية لتقييم القوة الكهروستاتيكية.

تعطي هذه الصيغة مقدار صافي القوة الكهروستاتيكية.

يتم تحديد اتجاه صافي القوة الكهروستاتيكية بواسطة ϴ = tan-1 (Fx / Fy)

هنا يتم حساب صافي القوة الكهروستاتيكية على الشحنات عن طريق إضافة القوى الموجهة الفردية التي تمارس نفس القوة على الشحنة الأخرى ، أي القوة التي تمارسها q1 على q2 والقوة التي تمارسها الشحنة q2 على q1.

باستخدام الصيغة أعلاه ، يمكن حساب أي نوع من القوة الكهروستاتيكية ، وعندما يكون هناك شحنتان أو أكثر ، ستتغير الصيغة وفقًا لذلك.

على سبيل المثال ، عندما تكون هناك ثلاث شحنات ، يتم إعطاء القوة الكهروستاتيكية الصافية كـ

       F12 = (ك q1 q2) / r12 ؛ F13 = (ك q1 q3) / r13

مشكلة القوة الكهروستاتيكية الصافية

              دع النظام يتكون من شحنتين ، q1 = 20 μC ؛ q2 = -30 μC مفصولة بمسافة. الآن احسب صافي القوة الكهروستاتيكية.

F = (ك q1 q2) / r2

القوة = (9 × 109 × 20 × 10-6 × 30 × 10-6) / (10 × 10)

القوة = 54 × 10-3 نيوتن

نظرًا لأننا نتعامل مع شحنتين ، فإن القوة المؤثرة على بعضها البعض ستكون هي نفسها ، لذلك سيتم إهمال الإشارة السالبة على الشحنة q2.

  احسب مقدار صافي القوة الكهروستاتيكية على الشحنة q1 بسبب الشحنات q2 و q3.

القوة التي تمارس بواسطة q2 على q1 هي F12 ؛ نظرًا لأن الشحنة موجبة ، فإنها تجذب بعضها البعض. F13 هي القوة التي تمارسها q3 على q1. وهذا ما يسمى أيضًا بالقوة الجذابة. هنا نقاط القوة في اتجاهات مختلفة ، لذلك نحن مكونات المتجه لحساب صافي القوة الكهروستاتيكية.

حجم صافي القوة الكهروستاتيكية كما هو معطى:

 القوة المؤثرة على q1 بسبب q2:

F12 = 9 × 109 × 3 × 10-6 × 5 × 10-6 / (0.10 × 0.10)

القوة = 13.5 × 10 نيوتن

القوة المؤثرة على الشحنة q1 بسبب q3:

             F13 = 9 × 109 × 3 × 10-6 × 2 × 10-6 / (15 × 15)

             F13 = 2.4 نيوتن

كيفية حساب صافي القوة الكهروستاتيكية

الكهرباء الساكنة هي جزء من الفيزياء يتعامل مع دراسة ظاهرة تكون فيها الشحنات موجودة في توازن ثابت ، أي عندما تتحرك الشحنات ببطء شديد. السبب الرئيسي الوحيد لتوازن الشحنات هو أنها تتحرك بسرعة بسبب القوة الكهربائية القوية الموجودة.

الظاهرة الأساسية في الكهرباء الساكنة هي أن الشحنات تنتقل من جسم إلى آخر. يصبح الجسم الذي يفقد شحنة الإلكترون موجب الشحنة ، والجسم الذي يكتسب إلكترونًا يصبح سالبًا.

لنفترض أن لدينا شحنتين ، واحدة سالبة والأخرى موجبة. يتم عرض هاتين الشحنتين بواسطة q1 و q2. r هي المسافة التي تفصل بين الشحنات. نحسب هنا قوة كولوم لأن الشحنات مختلفة ؛ يجذبون بعضهم البعض. اتجاه القوة مختلف ، لكن الحجم هو نفسه. وهذا يرجع إلى حقيقة أن قوة كولوم هي كمية متجهة.

يُشار إلى القوة التي تمارس بواسطة الشحنة q1 بالرمز F1 ، ويُشار إلى الشحنة التي تدل عليها الشحنة بواسطة q2 بالرمز F2. لكننا نعتبرها بشكل عام قوة الجذب.

قوة الجذب المؤثرة على الشحنة q1 بسبب q2 ، لذلك تكتب القوة على أنها F12. وبالمثل ، فإن قوة الجذب المؤثرة على الشحنة q2 تكتب على أنها F21.

الآن بالنظر إلى التفسير المذكور أعلاه ، نشتق الآن صافي القوة الكهروستاتيكية كـ

                           F = k q1 q2r X r      

حيث k هو ثابت التناسب بقيمة 9 × 109.

هذه هي الصيغة الأساسية لحساب القوة الكهروستاتيكية ، بناءً على المشكلات المعطاة ؛ تأخذ الصيغة تغييرًا من المرجح أن يكون مقدار وزاوية صافي القوة الكهروستاتيكية.

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

كيرتانا سريكومار

مرحبًا ... أنا Keerthana Srikumar ، أتابع حاليًا درجة الدكتوراه. في الفيزياء ومجال تخصصي هو علم النانو. أكملت البكالوريوس والماجستير من كلية ستيلا ماريس وكلية لويولا على التوالي. لدي اهتمام كبير باستكشاف مهاراتي البحثية ولدي أيضًا القدرة على شرح موضوعات الفيزياء بطريقة أبسط. بصرف النظر عن الأكاديميين ، أحب قضاء وقتي في الموسيقى وقراءة الكتب. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/keerthana-s-91560920a/

آخر المقالات