ما هي تكلفة الكهرباء الساكنة: ماذا ، كيف ، عدة حقائق ، أمثلة


الشحنة الكهروستاتيكية هي تبادل الشحنة الذي يحدث عند دخول سطحين الاتصال أو منفصل. يناقش المقال ما هي شحنة الكهرباء الساكنة وكيفية العثور عليها.

نشأ مفهوم الكهرباء الساكنة من قوة غير ملامسة تستخدمها الشحنات مع بعضها البعض. إنه يشير إلى خصائص الشحنات البطيئة حيث أن القوة بينهما كبيرة. يصور قانون كولوم هذه القوة على أنها "القوة الكهروستاتيكية" التي تثير تبادل الشحنات. 

تتحرك الشحنة ببطء عندما تكون في نطاق حالة كهروستاتيكية أو توازن ثابت. يحدث عندما نقوم فرك يتم نقل أسطح جسمين ثم شحنهما على كل سطح إلى سطح آخر. قبل الفرك ، يكون أي شيء في ملف حالة محايدة. بمعنى آخر، تحتوي ذرتها على عدد متساوٍ من الشحنات الموجبة أو السالبة.  

لكن عندما حكنا الأسطح ، اكتسبت إما إلكترونات أو بروتونات إضافية. عندما تتلقى الجسيمات أيونات موجبة أكثر من السالبة ، فإنها تصبح جزيئات موجبة الشحنة. في هذه الجسيمات ، يكون عدد البروتونات أكبر من عدد الإلكترونات. في حين أنه عندما تكتسب الجسيمات المزيد من الأيونات السالبة ، فإنها تصبح جسيمات سالبة الشحنة مثل الإلكترونات.  

ما هي تكلفة الشحنات الالكتروستاتيكية
ما هي تكلفة الشحنات الالكتروستاتيكية
تحويل شحن الكهرباء الساكنة
تحويل الشحن في الكهرباء الساكنة (ائتمان: شترستوك)

مثال كهرباء

لنفترض أننا قمنا بفرك كل من قضيب محايد وقطعة قماش حريرية لبعضنا البعض. تنتقل الشحنة السالبة من القضيب إلى القماش الحريري ، وتتحرك الشحنة الموجبة من القماش الحريري إلى القضيب. هذه هي الطريقة التي أدت بها الشحنة السلبية الصافية على القماش الحريري إلى موازنة صافي الشحنة الموجبة على القضيب. إنها حالة كهروستاتيكية ، في حين أن القوة المسؤولة عن مثل هذه الحالة تسمى 'القوة الكهروستاتيكية'

مثال كهرباء
مثال كهرباء
(ائتمان: شترتستوك)

مثل الاتهامات أو التهم المماثلة تتعارض مع بعضها البعض. بمعنى آخر، سلبي الشحن يصد الشحنة السالبة أو الموضعهاء تهمة يصد شحنة موجبة. في حين أن الرسوم على عكس الرسوم تجذب بعضها البعض ، أي الشحنة الموجبة تجذب الشحنة السالبة. على الرغم من أن الشحنات تجتذب أو تتنافر ، إلا أنها لا تزال مرتبطة ببعضها البعض داخل الذرة بسبب قوة أخرى غير ملامسة تسمى "القوة النووية'، وهو أقوى من القوة الكهروستاتيكية.

التفاعلات الالكتروستاتيكية
التفاعلات الكهروستاتيكية بين شحنتين

اقرأ المزيد عن أنواع القوات.

ما هو المسؤول عن القوة الكهروستاتيكية؟

شحنة القوة الكهروستاتيكية هي الشحنة التي تسبب rقوة دافعة وجذابة

القوة الكهروستاتيكية إما مثيرة للاشمئزاز أو جذابة ، وتعمل بين الجسيمات المشحونة على عكس أو ما شابهها. إنه أمر مثير للاشمئزاز إذا كانت الجسيمات المشحونة بعد التبادل لها قطبية دقيقة. إذا كان لديهم قطبية معاكسة ، فإن القوة الكهروستاتيكية تكون جذابة.

لأن الشحنة هي خاصية أساسية للالماتr ، كل مكون له شحنة بقيمة يمكن أن تكون صفرًا أو موجبة أو سالبة. يرتبط البروتون ، وهو جسيم موجب الشحنة ، بالنواة الذرية قوة نووية قوية، بينما يتحرك الإلكترون ، وهو جسيم سالب الشحنة ، بالقرب من النواة. هذا يعني أن علامة الجسيمات المشحونة تشير إلى ما إذا كانت الذرة تحتوي على إلكترونات إضافية ونقص في الإلكترونات.

القوة الكهروستاتيكية بين بروتون موجب وإلكترون سالب داخل الذرة مسؤولة عن قوة الذرة. بذل على مسافة 10-6م ، وهو القطر العُشر لنواة الذرة.

  • لنفترض أن هناك أمرًا ما يمتلك الشحنات الموجبة والسالبة بالضبط ، القوة بين الشحنات ليس لها صافي شحنة. 
  • في حالة وجود شحنتين متفاعلتين ، سواء كانت موجبة أو موجبة أو سلبية أو سلبية ، القوة الكهروستاتيكية بين الشحنات مثيرة للاشمئزاز ولها علامة "+" موجبة. قوة التنافر الموجبة بين شحنتين ضعيفة. بالتالي، القوة النووية مطلوب لربط كلتا التهمتين. 
  • إذا كانت شحنتان متفاعلتان موجبة وسالبة ، القوة الكهروستاتيكية بين الشحنات جذابة ولها علامة "-" سلبية. القوة السلبية الجذابة كافية لربط شحنتين مختلفتين. 
القوة الكهروستاتيكية
المسؤول عن القوة الكهروستاتيكية
(ائتمان: شترستوك)

اقرأ المزيد عن القوة الصافية

ما هو القانون الأول للشحنة الكهروستاتيكية؟

قانون كولوم للجذب والتنافر هو أول قانون للشحنة الكهروستاتيكية.

تسمى القوة الكهروستاتيكية باسم "قوة كولوم" كما هو محدد بواسطة قانون كولوم الذي يقول ، 

"حجم القوة الكهروستاتيكية بين شحنتين يتناسب طرديًا مع حجم كلتا الشحنتين ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما."

القوة الكهروستاتيكية أو قوة كولوم بين شحنتين متفاعلتين q1 و q2 مفصولة بمسافة r هي ،

F   q1q2/r2

F = كeq1q2/r2

حيث ثابت التناسب كe هل ثابت كولوم.

ke يساوي 1/4πɛ0

في حين أن ɛ0  هو ثابت كهربائي له قيمة 8.85 س 10-12 C2/ نيوتن متر2

و π = 3.14

استبدال جميع القيم ،

ke= 1/4 * 3.14 * 8.85 * 10-12

ke = 9 × 109 Nm2c-2

قانون كولوم
قانون كولوم للجاذبية أو النفور

من (*) تعلمنا أن قوة الكهرباء الساكنة تتغير عن طريق تنبيه المتغيرين التاليين:

حجم الشحنتين 

كلما شحننا شيئًا ما ، كان من الأفضل أن يجتذب أو يتنافر مع بعضنا البعض. لنفترض أننا نفترض شحنة موجبة على قضيبين. إذا فركنا كلا القضيبين قليلاً ، فإنه بالكاد زاد من حجم الشحنات الموجبة عليهما. يعمل الاحتكاك على تحسين قوة القوة الكهروستاتيكية بين شحنتين موجبتين بحيث تتنافر الشحنات أكثر. إذا اكتسب أحد القضيبين شحنة موجبة بينما حصل الآخر على شحنة سالبة ، فإن كلا القضيبين يجتذبان بعضهما البعض بسبب عكس نقل الشحنة بعد الاحتكاك.

المسافة بين الشحنات

كلما زادنا المسافة ، قل عدد الشحنات التي تجذب أو تتنافر. إذا تم تقريب القضبان من بعضها البعض بعد الاحتكاك ، فإنها تجذب أو تتنافر أكثر من قوة تزداد القوة الكهروستاتيكية بسبب المسافة الصغيرة بين الرسوم. لكن القوة الكهروستاتيكية تقترب من الصفر عندما نرفع المسافة بين الشحنات إلى ما لا نهاية.

منذ قانون كولوم للجاذبية أو التنافر قانون التربيع العكسي، أي، القوة تتناسب عكسيا مع المسافة، مطابقة ل قانون نيوتن للجاذبية. الكولوم أو القوة الكهروستاتيكية أقوى من قوة الجاذبية ، لكن كلا قوتي عدم التلامس تنخفض مع المسافة. ومع ذلك ، فإن قوة الجاذبية جذابة ، لكن القوة الكهروستاتيكية إما مثيرة للاشمئزاز أو جذابة.

يتم وصف حجم وعلامة القوة الكهروستاتيكية بواسطة الشحنتين المتفاعلين داخل الذرة بدلاً من كتلة الجسم. 

اقرأ المزيد عن الجاذبية.

كيف تجد المسؤول عن الكهرباء الساكنة؟

تم اكتشاف شحنة الكهرباء الساكنة بواسطة قانون حفظ الشحنة.

ينص قانون الحفظ على أن الشحنات الكهربائية لا تخلق أو تدمر بعد الاحتكاك ؛ ينتقلون من سطح إلى آخر. يؤدي إلى تحولات في قطبية الجسم حيث يتم نقل الشحنة ، وتعرف هذه الشحنة المنقولة باسم "شحنة الكهرباء الساكنة". 

قانون حفظ الرسوم
قانون حفظ الرسوم
(ائتمان: شترستوك)

وفقا ل قانون الحفظ، q = ne

في حين أن n هي الأعداد الصحيحة الموجبة والسالبة تعتمد على علامة الشحنة ، و e هي شحنة إلكترونية لها قيمة 1.60 × 1019 C.

إذن ، البروتون الذي له علامة موجبة ، له قيمة q = + 1.60 x 1019 قيمة C والإلكترون الذي له علامة سالبة q = -1.60 × 1019 C.

مثال كهرباء

دعنا ندخل الشحنات الموجبة أو السالبة في الجسم المحايد الذي يحتوي على صفر صافي شحنة ، أي q = 0 

لنفترض أننا أحضرنا قضيبًا موجب الشحنة بشحنة صافية + q = 6e بالقرب من الكرة المحايدة. يحتوي القضيب ذو الشحنة الموجبة على ستة بروتونات تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض لأنها مثيرة للاشمئزاز. ومن ثم ينتقل البروتونان إلى كرة محايدة ، مما يجعلها مشحونة بشكل إيجابي بالشحنة الصافية + q = 2e ، بينما تصبح الشحنة الصافية للقضيب + q = 4e.

إجمالي رسوم نظام الطريق والمجال قبل النقل هو 6e ، وبعد النقل هو 6e. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحفاظ على إجمالي شحنات النظام ، ويمكننا اكتشاف شحنة الكهرباء الساكنة بعد النقل. 

اقرأ المزيد عن قوانين الحفظ.

ما هي وحدة الشحن الكهربائي؟

وحدة الشحنة الكهروستاتيكية هي الكولون وحدة قياس للكهرباء (يتم اختصارها كـ C).

تُستخدم وحدة النظام الكهروستاتيكي لقياس الكميات الكهربائية مثل التيار والجهد والشحنة. حددت القوة المبذولة على الشحنات الأخرى الشحنة الكهروستاتيكية في الوحدة الكهروستاتيكية. وحدة SI للشحنة الكهروستاتيكية هي Coulomb (C) ، ووحدة CGS هي Statcoulomb (ستاتك). 

1 ج = 3.3 × 10 -10 ستاتك.

في مجلة وحدات النظام الدولي (SI) ، تستمد الشحنات من قانون كولوم للجذب أو التنافر ، بافتراض أن السماحية هي كمية بلا أبعاد. ال السنتيمتر - الجرام - الثانية (CGS) أحادييُعرف t ، مثل statcoulomb ، أيضًا باسم وحدة الشحن الكهروستاتيكية (esu) or فرانكلين (الاب).

السبب الرئيسي للتعبير عن الشحنة الكهروستاتيكية في وحدة CGS هو التعبير عن أخرى قوانين الكهرومغناطيسية

اقرأ المزيد عن وحدات النظام الدولي.


مانيش نايك

مرحبًا ، أنا مانيش نايك أكملت درجة الماجستير في الفيزياء مع إلكترونيات الحالة الصلبة كتخصص. لدي ثلاث سنوات من الخبرة في كتابة المقالات في مادة الفيزياء. الكتابة ، والتي تهدف إلى توفير المعلومات الدقيقة لجميع القراء ، من المبتدئين والخبراء. في أوقات فراغي ، أحب قضاء وقتي في الطبيعة أو زيارة الأماكن التاريخية. يشرفني أن أكون جزءًا من LambdaGeeks. نتطلع إلى ربطك عبر LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/manish-ashok-naik/ أيضًا ، من أجل دليل السفر إلى ماهاراشترا ومقالات الحفاظ على التراث ، قم بزيارة موقع الويب الخاص بي Wandering Maharashtra - https://wanderingmaharashtra.com / travel-blogs /

آخر المقالات

رابط إلى هل بجانب اقتران؟ 5 حقائق (متى ولماذا وأمثلة)

هل بجانب اقتران؟ 5 حقائق (متى ولماذا وأمثلة)

تلعب "أدوات الاقتران" و "الظروف المترابطة" نفس الدور من خلال ربط العبارات أو الجمل أو الجمل. دعونا نتحقق من الدور الذي يلعبه "إلى جانب" أثناء ربط الجمل. كلمة "بجانب" هي ...