الكهرباء الساكنة: دليل دراسة

الأفكار الأساسية

تعالج الكهرباء السكونية قوى الشحنات الساكنة وطاقتها. الشحنات المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب، وتتناقص القوة مع مربع المسافة.

• قانون كولوم هو F = kq₁q₂ ÷ r² حيث k = 8.99 × 10⁹ N·m²/C². تعمل القوة على الخط الواصل بين الشحنتين.
• المجال الكهربائي E هو القوة لكل وحدة شحنة. هو متجه، وتُجمع مجالات عدة شحنات جمعاً متجهياً.
• الجهد الكهربائي V هو الطاقة لكل وحدة شحنة. هو كمية قياسية، فتُجمع جهود عدة شحنات كأعداد عادية.
• يخزّن مكثف سعته C عند فرق جهد V شحنة Q = CV وطاقة ½CV²؛ وللصفيحتين المتوازيتين C = ε₀A ÷ d.

المعادلات الأساسية

• F = kq₁q₂ ÷ r²
• E = F ÷ q = kQ ÷ r²
• V = kQ ÷ r
• U = qV
• C = ε₀A ÷ d
• U_C = ½CV²

مثال محلول

شحنتان، 2.0 μC و 3.0 μC، تفصل بينهما مسافة 0.30 m. F = (8.99 × 10⁹) × (2.0 × 10⁻⁶)(3.0 × 10⁻⁶) ÷ 0.30² = 0.054 ÷ 0.090 = 0.60 N، وهي قوة تنافر لأن الشحنتين من الإشارة نفسها. إذا ضوعفت المسافة انخفضت القوة إلى 0.15 N.

أخطاء شائعة

• نسيان تربيع المسافة، أو استعمالها بالسنتيمتر دون تحويل.
• ترك الشحنات بوحدة μC أو nC دون تحويلها إلى كولوم.
• جمع الجهود كمتجهات أو المجالات كأعداد عادية. المجالات متجهة والجهود قياسية.

تدرّب

اختبر نفسك بأسئلة تدريبية في هذا الموضوع: الكهرباء الساكنة