عرض اون لاين كتاب فيزياء الجزء الاول ثالث ثانوي علمي
- انظم الى قناة منهج ليبيا الجديد في التليجرام
محتوى الكتاب
الاحتكاك والشحن
Electrostatic Phenomena
تكتب بعض الاجسام ( مثل القضيب الزجاجي أو القضيب الأبونيت ) بعد دلكها بمادة أخرى ( مثل الحرير أو الفرو ) خاصية جديدة : تصبح قادرة على جذب القطع الورقية الصغيرة وتنتمي تلك الظاهرة إلى فرع من الفيزياء يسمى الكهرباء الإستاتيكية أو الساكنة، يتضمن دراسة الشحنات الكهربائية الساكنة. فقبل الذلك لا تجذب تلك الأجسام قطعا ورقبة صغيرة، ويدل ذلك ضمنا على أن الاحتكاك نتيجة الذلك قد غير طبيعة أسطح تلك القضبان
وتقول أن الاحتكاك قد جعل القضان مكهربة، أو مشحونة بالكهرباء
قياس الشحنة الكهربائية
تقاس الشحنة الكهربائية ( الموجبة والسالبة ) بالكولوم، والكولوم ( C ) وحدة القياس العالمية للشحنة الكهربائية، ويمكن تعريفها من المعادلة التي تربط
الشحنة الكهربائية، والتيار الكهربائي، والزمن.
الشحنة الكهربائية ( بالكولوم ) تساوي التيار ( بالأمبيس ) ( الزمن ( بالثانية )
ولذلك. واحد كولوم هو كمية الشحنة الكهربائية التي تمر خلال جزء معين
من الدائرة الكهربائية عند سریان تیار ثابت قیمته واحد أمبير لمدة ثانية
تعتبر جميع الكترونات العوازل الكهربائية في شكل 1- 9 ( مثل البير سيكس والأبونيت، والزجاج ) مرتبطة مع نواتها بشدة. إن إضافة أو إزالة إلكترونات من أحد الأماكن لا يجعل الإلكترونات تنساب، بمعنى تحصر الشحنة في المنطقة التي تتكون بالدلك مثلا ) أو توضع فيها. وبالنسبة للموصلات الكهربائية ( شكل 1 - 10 ) مثل الفلزات تكون الإلكترونات الخارجية ( أو إلكترونات التكافؤ ) ممسوكة بشكل غير محكم، وتكون حرة نسبيا عن الذرات الفردية، بمعنى غير محصورة ( رغم أنها ممسوكة بقوة إلى المادة ككل ) . وإذا اكتسبت مثل تلك المواد إلكترونات، فإنها تتحرك فيها، وبالمثل ينتج عن فقدان موصل الكهرباء لإلكترونات إعادة توزيع الإلكترونات
المتخلفة.
معادلة العوازل والموصلات المشحونة كهربائيا
يتعادل الجسم المشحون بالتخلص من الشحنة الزائدة فيه. وتعرف أيضًا هذه العملية
بالتفريغ.
العوازل الكهربائية المشحونة : كما أن العازل الكهربائي يتطلب قدرًا غير قليل من الجهد ليشحن ( مثل القضيب الزجاجي عن طريق الدلك بالحرير) فليس سهلا كذلك إزالة الشحنة الزائدة منه. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الشحنات الزائدة على العازل لا تنزع منه بسهوله ، والتفريغ الشحنة بسرعة من عازل مشحون مثل قضيب زجاجي فإن إحدى الطرق تكون بتسخين القضيب الزجاجي على موقد بنزن . فالحرارة المكثفة تجعل الهواء المحيط بالقضيب الزجاجي يتأين إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة، وتعادل تلك الأيونات السالبة الشحنات الموجبة الزائدة على القضيب الزجاجي. وتفرغ أيضا ببطء شحنة جميع العوازل المشحونة عند تركها في شروط رطبة، فإن بخار الماء في الجو يجعل الشحنات الزائدة على العازل تتسرب ببطء.
الموصلات الكهربائية المشحونة : بالنسبة الموصل كهربائي مثل شكل كروي فلزي
ذو الكترونات زائدة، يمكن إزالة الإلكترونات بتوصيله بالأرض. إن توصيل موصل كهربائي مشحون بالأرض، يوفر مما السريان الإلكترونات إلى الخارج، أو تجاه الموصل المشحون لتجعله متعادلا كهربيا. ويشير مصطلح الموصل الأرضي إلى أي موصل كبير يمكن أن تؤخذ منه الإلكترونات أو تدخل فيه دون أن يصبح مشحونا بشكل ملحوظ. ويبين شكل 1-11 عملية تعادل كهربائي لشكل كروي فلزي سالب
الشحن عن طريق التوصيل الأرضي.
وبالنسبة للشكل الكروي الفلزي موجب الشحن سيتسبب التوصيل الأرضي في سريان الإلكترونات من الأرض تجاه الشكل الكروي موجب الشحن، لتعادله
)12 - 1 شكل
وبالنسبة لكلا الشكلين ( 1 - (11) ، (1-12) يكون غرض الحامل العازل منع أي إلكترون من السريان بين الشكل الكروي الفلزي المشحون والأرض. والجسم
البشري موصل جيد نسبيا، ولذا يعمل كمجرى توصيل للإلكترونات.
(ب) لشحن موصل كهربائي وحيد بالحث
الخطوة 1 : أحضر قضيبا مشحونا ( وليكن موجب الشحن ) إلى جوار الموصل الموضوع على حامل عازل (شكل 1 - 17).
حامل
الخطوة 2 ستنجذب الإلكترونات الحرة في الموصل تجاه طرفه الأقرب إلكترونا إلى القضيب موجب الشحن، تاركة الطرف الآخر ليكون له شحن موجب زائد. لاحظ أن الموصل لا يزال متعادلا كهربائيا رغم إعادة توزيع الإلكترونات الحرة عليه ( شكل 1 - 18 ) .
الخطوة 3 : دع القضيب موجب الشحن في مكانه، وصل الموصل الذي
سيشحن بالأرض. ويمكن عمل ذلك بلمس الموصل بجسمنا لحظيا. ولأن جسمنا موصل جيد نسبيا، فإنه سيسمح بسريان إلكترونات إلى الموصل، لتتعادل الشحنة الزائدة الموجبة على الجانب البعيد للموصل. لاحظ الآن أن الموصل سيحمل شحنة سالبة زائدة (شكل 1 - 19).
الخطوة 4 : بعد قطع التوصيل بالأرض ثم إزالة القضيب الشاحن، سيعاد
توزيع الشحنة السالبة الزائدة ( إلكترونات ) على سطح الموصل، للوصول إلى توازن كهروستاتيكي )20-1 شكل
لاحظ كذلك أن شحن موصل وحيد بالحث سيؤدي دوما إلى شحنة لها
نوع عکس نوع شحنة القضيب الشاحن.
الطلاء بالرش
عندما يتطلب عمل ما تشغيلا آليا على نطاق واسع، كما في خطوط إنتاج السيارات، يشيع استخدام الطلاء بالرش الكهروستاتيكي . فالجسم المطلوب رشه ( جسم السيارة ) ، وفوهة أنبوب الرش ( الطلاء ) يشحنا بشحنات متضادة. ويؤدي ذلك إلى التصاق الطلاء جيدا بكل ركن في الجسم ليعطي طبقة طلاء منتظمة. وتعتبر تلك الطريقة فعالة، واقتصادية، وذات كفاية عالية.