الفيزياء — الكهرباء الساكنة — الشحنات، قانون كولوم، المجال، الجهد والمكثفات
الفيزياء — الكهرباء الساكنة — الشحنات، قانون كولوم، المجال، الجهد والمكثفات. أسئلة تدريبية لتعميق الفهم في الكهرباء الساكنة — الشحنات، قانون كولوم، المجال الكهربائي، الجهد، والمكثفات. تدريب فيزياء أونلاين مع حلول كاملة وشروحات مفصلة خطوة بخطوة.
تدريب الكهرباء الساكنة في الفيزياء — 50 سؤالاً: الشحنة، قانون كولوم، المجال الكهربائي، الجهد، المكثفات، الطاقة الكهربائية. كهرباء ساكنة شاملة.
Question 1
2.50 pts
⚡ الشحنة الكهربائية:
ما هذه؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الشحنة الكهربائية! ⚡
⚡ الشحنة الكهربائية: خاصية أساسية للمادة! 🔍 ما هذه؟ التعريف: الشحنة الكهربائية = خاصية فيزيائية للجسيمات تسبّب قوى كهربائية كما الكتلة تسبّب الجاذبية الشحنة تسبّب الكهرباء! لا نعرف "لماذا" هذه خاصية أساسية موجودة في الطبيعة ➕➖ نوعان: 1️⃣ شحنة موجبة (+): • البروتونات • نواة الذرة • اللون: أحمر (في النماذج) 2️⃣ شحنة سالبة (-): • الإلكترونات • حول النواة • اللون: أزرق (في النماذج) ⚖️ متعادل (0): • النيوترونات • ذرة متوازنة • لا توجد شحنة 📏 وحدة القياس: كولوم (C): وحدة SI للشحنة q تُقاس بالكولوم الشحنة الأساسية: e = 1.6×10⁻¹⁹ C شحنة البروتون: +e شحنة الإلكترون: -e كل شحنة = n·e (n = عدد صحيح) ⚡ القوانين الأساسية: 1️⃣ حفظ الشحنة: الشحنة لا تُخلق ولا تُهلك! تنتقل فقط بين الأجسام Q_total = ثابت 2️⃣ التكميم: الشحنة دائماً = n·e لا يمكن أن تكون 0.5e! 3️⃣ التزاوج: موجب + سالب = يتنافران متطابقة = تتنافر مختلفة = تتجاذب + + ← تنافر - - ← تنافر + - ← تجاذب 🔬 أمثلة: • ذرة الهيدروجين: 1 بروتون (+e) 1 إلكترون (-e) ← متعادلة • أيون Na⁺: 11 بروتوناً 10 إلكترونات ← الشحنة +e • قضيب بلاستيك مفروك: استقبل إلكترونات ← شحنة سالبة |
Question 2
2.50 pts
🔄 طرق الشحن:
كيف نشحن جسماً؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
طرق الشحن! 🔄
🔄 3 طرق شحن: 1️⃣ الاحتكاك (Friction): المبدأ: فرك جسمين ← انتقال الإلكترونات جسم واحد: يفقد e⁻ ← موجب جسم ثانٍ: يستقبل e⁻ ← سالب مثال: قضيب بلاستيك + قماش صوف • البلاستيك: يجذب e⁻ بقوّة ← يصبح سالباً (-) • الصوف: يفقد e⁻ ← يصبح موجباً (+) أمثلة يومية: • بالون على الشعر • المشي على سجّاد • قطّة تُفرَّش • خلع كنزة 2️⃣ التلامس (Contact): المبدأ: جسم مشحون يلامس جسماً متعادلاً ← انتقال الشحنة الجسمان يتقاسمان الشحنة! العملية: 1️⃣ الجسم A مشحون: Q الجسم B متعادل: 0 2️⃣ تلامس بين A و-B 3️⃣ الشحنة تتوزّع بالتساوي: (إذا كان الجسمان متطابقين) A: Q/2 B: Q/2 مثال: كرة معدنية مشحونة +10 C تلامس كرة متطابقة متعادلة ← كل واحدة: +5 C 3️⃣ الحثّ (Induction): المبدأ: جسم مشحون يقترب (دون تلامس!) ← فصل الشحنات العملية المفصّلة: 1️⃣ قضيب سالب يقترب من موصل 2️⃣ الإلكترونات في الموصل تُدفَع ← تنتقل إلى الجانب البعيد 3️⃣ الجانب القريب: موجب الجانب البعيد: سالب 4️⃣ نُمسك موصلاً مؤرَّضاً على الجانب البعيد 5️⃣ e⁻ تهرب إلى الأرض 6️⃣ نُزيل التأريض 7️⃣ نُزيل القضيب ← الموصل مشحون موجباً! دون أيّ تلامس! 📊 مقارنة:
|
Question 3
2.50 pts
🔌 الموصلات والعوازل:
ما الفرق؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الموصلات والعوازل! 🔌
⚡ نوعا المواد: ✅ الموصلات (Conductors): المميّز: إلكترونات حرّة! تستطيع التحرّك في المادة غير مرتبطة بذرّة معيّنة الخصائص: • تنقل الشحنة بسهولة • الشحنة تنتشر على كامل السطح • توصل الكهرباء • توصل الحرارة أمثلة: • المعادن: نحاس، ألومنيوم ذهب، فضّة، حديد • جسم الإنسان (ماء+أملاح) • الغرافيت • ماء مع أملاح الاستخدامات: • أسلاك كهربائية • دارات • تأريض ❌ العوازل (Insulators): المميّز: إلكترونات مرتبطة! لا تستطيع التحرّك مرتبطة بالذرّة الخصائص: • لا تنقل الشحنة • الشحنة تبقى موضعيّة • لا توصل الكهرباء • تعزل الحرارة (عادةً) أمثلة: • بلاستيك • زجاج • مطّاط • خشب جافّ • سيراميك • هواء (في الظروف العاديّة) • ورق الاستخدامات: • عزل الأسلاك • مقابض الأدوات • حماية من الكهرباء ⚡ أشباه الموصلات: فئة وسطية! • سيليكون • جرمانيوم أحياناً توصل أحياناً تعزل تعتمد على: • الحرارة • الشوائب • الجهد الاستخدامات: ترانزستورات، ديودات حواسيب، إلكترونيات! 📊 مقارنة:
|
Question 4
2.50 pts
⚖️ حفظ الشحنة:
ما القانون؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
حفظ الشحنة! ⚖️
⚖️ قانون حفظ الشحنة: قانون أساسي في الطبيعة! 📜 القانون: الصياغة: الشحنة الكهربائية لا تُخلق ولا تُهلك! تنتقل فقط من مكان لآخر Q_total = const المجموع الكلّي للشحنة في نظام مغلق يبقى ثابتاً! 💡 المعنى: ماذا يعني هذا؟ 1️⃣ لا يمكن خلق شحنة: لا يمكن أن تظهر فجأةً +5 C من العدم! 2️⃣ لا يمكن إفناء شحنة: لا يمكن أن تختفي فجأةً إلى لا شيء! 3️⃣ فقط نقل: الشحنة تنتقل من المكان A إلى المكان B إذا فقد A قيمة +3 C ← B استقبل +3 C المجموع لم يتغيّر! 🧮 أمثلة: مثال 1: احتكاك قضيب بلاستيك + قماش صوف قبل: البلاستيك: 0 الصوف: 0 المجموع: 0 بعد الفرك: البلاستيك: -5 C (استقبل 5 C من e⁻) الصوف: +5 C (فقد 5 C من e⁻) المجموع: -5 + 5 = 0 ✓ محفوظ! مثال 2: تلامس الكرة A: +10 C الكرة B: -4 C قبل التلامس: المجموع: 10 + (-4) = +6 C بعد التلامس: (تتقاسمان بالتساوي) A: +3 C B: +3 C المجموع: 3 + 3 = +6 C ✓ محفوظ! مثال 3: تأريض الجسم: +8 C الأرض: 0 (هائلة) نوصّل سلكاً ← الشحنة تنتقل إلى الأرض الجسم: 0 الأرض: +8 C المجموع لا يزال: +8 C ✓ (الأرض كبيرة جداً أن +8 C لا تُحَسّ) 🔬 التطبيقات: أين نستخدمه؟ • تحليل الدارات: مجموع التيارات الداخلة = الخارجة • الجسيمات: في التفاعلات النووية الشحنة محفوظة! • التأريض: نقل الشحنة إلى الأرض • الإلكتروستاتيكا: الأساس لكل الحسابات ⚠️ مهم: القانون صالح دائماً! • على المقياس الذرّي • في الأنظمة الماكروسكوبية • في الكون كلّه قانون حفظ أساسي! كحفظ الطاقة وحفظ الزخم |
Question 5
2.50 pts
⚛️ الشحنة الأساسية:
ما هي e؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الشحنة الأساسية! ⚛️
⚛️ الشحنة الأساسية: e = 1.6×10⁻¹⁹ C 🔍 ما هذه؟ التعريف: e = أصغر شحنة توجد في الطبيعة بحرّيّة e = 1.6×10⁻¹⁹ C هذه شحنة: • إلكترون واحد (بالقيمة المطلقة) • بروتون واحد الإشارات: الإلكترون: q = -e البروتون: q = +e 💡 التكميم: كل شحنة = n·e n = عدد صحيح! هذا يعني: لا يمكن أن تكون: • 0.5e • 2.7e • πe فقط: • 1e، 2e، 3e... • -1e، -2e، -3e... الشحنة مكمّمة! غير مستمرّة تقفز بخطوات من e 🧮 أمثلة: مثال 1: كم إلكتروناً في 1 كولوم؟ n = Q/e n = 1/(1.6×10⁻¹⁹) n = 6.25×10¹⁸ 6.25 كوينتيليون! عدد هائل مثال 2: جسم يحتوي 5×10¹² إلكتروناً زائداً ما الشحنة؟ Q = n·e Q = (5×10¹²)·(1.6×10⁻¹⁹) Q = 8×10⁻⁷ C Q = 0.8 μC سالبة (زيادة في e⁻) مثال 3: أيون Ca²⁺ فقد 2 إلكترون Q = +2e Q = +2·(1.6×10⁻¹⁹) Q = +3.2×10⁻¹⁹ C 📏 وحدات شائعة: السوابق: • مايكرو-كولوم: 1 μC = 10⁻⁶ C • نانو-كولوم: 1 nC = 10⁻⁹ C • بيكو-كولوم: 1 pC = 10⁻¹² C لماذا صغيرة؟ لأن 1 كولوم = هائل! يحتوي 6.25×10¹⁸ إلكتروناً في الممارسة نعمل مع: μC، nC، pC ⚡ مثير: 1 كولوم في الثانية = 1 أمبير (A) I = Q/t تيار 1A = 6.25×10¹⁸ إلكتروناً تمر في الثانية! شحنة هائلة |
Question 6
2.50 pts
⚡ القوى:
ماذا يحدث بين الشحنات؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
القوى بين الشحنات! ⚡
⚡ القوى الإلكتروستاتيكية: 🔴 القاعدة الأساسية: شحنات متطابقة: + + ← تنافر ← - - ← تنافر ← تبتعد عن بعضها! شحنات مختلفة: + - ← تجاذب ←← تقترب من بعضها! 💡 لماذا؟ السبب: الشحنة تخلق حقلاً كهربائياً حولها شحنة أخرى تشعر بالحقل ← تجرّب قوّة! الاتجاه يعتمد على الإشارات متطابقة: قوّة تنافر مختلفة: قوّة تجاذب 📐 القوّة تعتمد على: 3 عوامل: 1️⃣ مقدار الشحنات: F ∝ q₁·q₂ شحنة أكبر ← قوّة أقوى 2️⃣ المسافة بينها: F ∝ 1/r² أبعد ← قوّة أضعف (تنخفض بسرعة كبيرة!) 3️⃣ الوسط: F ∝ 1/ε هواء: قويّة ماء: ضعيفة (الماء يُضعف بمعامل 80!) 🎯 أمثلة: مثال 1: تنافر بروتونان q₁ = +e، q₂ = +e ← يتنافران صعب لصقهما! (لكن في النواة - القوّة النووية تنتصر) مثال 2: تجاذب بروتون وإلكترون q₁ = +e، q₂ = -e ← يتجاذبان هذا سبب أن الإلكترون يبقى قرب النواة! مثال 3: المسافة الشحنات نفسها r₁ = 1 سم: F = F₀ r₂ = 2 سم: F = F₀/4 r₃ = 10 سم: F = F₀/100 تضعف بسرعة كبيرة! ⚖️ مقارنة بالجاذبية:
الكهرباء أقوى بمعامل 10³⁶ من الجاذبية! |
Question 7
2.50 pts
🌍 التأريض:
ما هذا؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
التأريض! 🌍
🌍 التأريض (Grounding): 🔍 ما هذا؟ التعريف: وصلة كهربائية بين جسم والأرض الأرض = خزّان هائل! تستطيع استقبال/إعطاء كميّة لا نهائيّة من الشحنة دون تغيير جهدها V_earth ≡ 0 نُعرّف جهد الأرض كصفر! 💡 ماذا يحدث؟ عمليّة التأريض: 1️⃣ جسم موصل مشحون (لنقل +Q) 2️⃣ نوصّل سلكاً للأرض 3️⃣ الشحنة تتدفّق: • إذا كان الجسم موجباً (+Q) ← الإلكترونات تصعد من الأرض ← تُعادل الجسم • إذا كان الجسم سالباً (-Q) ← الإلكترونات تنزل إلى الأرض ← تُعادل الجسم 4️⃣ الجسم يصبح متعادلاً! Q_final = 0 V_final = 0 الشحنة انتقلت إلى الأرض لكن الأرض كبيرة جداً أن التغيير لا يُحَسّ! 🎯 لماذا نحتاجه؟ الاستخدامات: 1️⃣ السلامة! جهاز كهربائي مع قصر ← جهد على الهيكل ← إذا كان مؤرّضاً ← التيار يتدفّق إلى الأرض ← ليس عبرك! الفتحة الثالثة في المقبس = تأريض! 2️⃣ معادلة الشحنة: جسم مشحون غير مرغوب ← نُؤرّضه ← يصبح متعادلاً 3️⃣ نقطة مرجع: V = 0 على الأرض نقيس كل شيء بالنسبة لها 4️⃣ حماية من البرق: قضيب صواعق مؤرّض ← البرق يمرّ إلى الأرض ← لا يُتلف المبنى ⚡ الرمز: في الرسوم: رمز التأريض: خطّ أفقي مع 3 خطوط صغيرة للأسفل بأحجام متناقصة ⏚ أو: ⏚ يدل على وصلة إلى الأرض 🏠 في المنزل: • السلك الثالث (أخضر/أصفر) • موصل بالأرض • عبر قضيب معدني عميق • أو سباكة الماء هذا يُنقذ الحياة! ⚠️ ممنوع: العمل مع جهد عالٍ دون تأريض صحيح! |
Question 8
2.50 pts
📚 ملخّص الشحنة:
ما هي النقاط المركزية؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
ملخّص الشحنة! 📚
⚡ ملخّص الشحنة الكهربائية: ✅ ما تعلّمناه: • الشحنة الكهربائية: خاصية أساسية نوعان: +/- الوحدة: كولوم (C) • الحفظ: Q_total = const لا تُخلق/تُهلك • الشحنة الأساسية: e=1.6×10⁻¹⁹ C كل شحنة = n·e • الشحن: 3 طرق احتكاك، تلامس، حثّ • الموصلات/العوازل: e⁻ حرّة/مرتبطة • القوى: متطابقة تتنافر مختلفة تتجاذب • التأريض: وصلة إلى الأرض معادلة الشحنة • ملخّص |
Question 9
2.50 pts
⚡ قانون كولوم:
ما الصيغة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
قانون كولوم! ⚡
⚡ قانون كولوم: F = k·q₁·q₂/r² 🔍 المتغيرات: F - القوة: • الوحدة: نيوتن (N) • القوة الكهروستاتيكية • بين الشحنتَين الإشارة: F > 0 → تنافر F < 0 → تجاذب (أو نعمل بالقيمة المطلقة) q₁, q₂ - الشحنتان: • الوحدة: كولوم (C) • الشحنتان • يمكن أن تكونا +/- المقدار: شحنة أكبر → قوة أكبر تناسب طردي! F ∝ q₁·q₂ r - المسافة: • الوحدة: متر (m) • من مركز لمركز • شحنات نقطية التأثير: مسافة أكبر → قوة أضعف بكثير! F ∝ 1/r² قانون التربيع العكسي! r×2 → F÷4 r×3 → F÷9 r×10 → F÷100 k - ثابت كولوم: k = 9×10⁹ N·m²/C² ثابت أساسي في الطبيعة! (أحياناً يُكتب: k = 1/(4πε₀) ε₀ = سماحية الفراغ) 💡 فهم القانون: يشبه قانون الجاذبية! الجاذبية: F = G·m₁·m₂/r² الكهرباء: F = k·q₁·q₂/r² نفس البنية! الفروق: • الجاذبية: تجاذب فقط الكهرباء: تجاذب/تنافر • الجاذبية: ضعيفة (G صغير) الكهرباء: قوية (k كبير) k/G ≈ 10²⁰ الكهرباء أقوى بكثير! 📊 الخصائص: 1️⃣ الاتجاهية: القوة على الخط الواصل! q₁ ←→ q₂ 2️⃣ التناظر: F₁₂ = -F₂₁ القانون الثالث لنيوتن 3️⃣ التراكب: أكثر من شحنتَين؟ نحسب كل زوج منفصلاً ونجمع متجهياً! F_total = F₁ + F₂ + F₃ + ... ⚠️ الشروط: القانون صالح فقط لـ: • شحنات نقطية (أو كرات صغيرة) • فراغ (هواء بتقريب) (في وسط آخر: F/ε_r) • مسافات >> حجم الشحنات |
Question 10
2.50 pts
🧮 تمرين:
q₁=+2μC، q₂=+3μC
r=30 سم
ما F؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تمرين كولوم! 🧮
| 📐 الحلّ: المعطيات: q₁ = +2 μC = 2×10⁻⁶ C q₂ = +3 μC = 3×10⁻⁶ C r = 30 سم = 0.3 m k = 9×10⁹ N·m²/C² قانون كولوم: F = k·q₁·q₂/r² F = (9×10⁹)·(2×10⁻⁶)·(3×10⁻⁶)/(0.3)² F = (9×10⁹)·(6×10⁻¹²)/(0.09) F = (54×10⁻³)/(0.09) F = 54/90 F = 0.6 N 💡 الفهم: • قوة 0.6 نيوتن • أي نحو 60 غرام وزن • قوة مهمة لشحنات صغيرة! • الاتجاه: تنافر ←→ (كلاهما موجب) • إذا r×2 → F÷4 r=60 سم → F=0.15 N |
Question 11
2.50 pts
📏 تأثير المسافة:
إذا r×3، ماذا يحدث لـ F؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تأثير المسافة! 📏
📏 قانون التربيع العكسي: F ∝ 1/r² 🔍 ماذا يعني؟ الحساب: r_جديد = 3r F_جديد = k·q₁·q₂/(3r)² F_جديد = k·q₁·q₂/(9r²) F_جديد = (1/9)·[k·q₁·q₂/r²] F_جديد = F/9 القوة تنخفض 9 مرات! 📊 جدول التأثيرات:
💡 استنتاجات: • القوة تتناقص بسرعة! • مضاعفة المسافة → ربع القوة • تنصيف المسافة → 4 أضعاف القوة • عند مسافات كبيرة: القوة تصبح مهملة • عند مسافات صغيرة: القوة تصبح هائلة! 🎯 مثال: r=1 سم: F=1 N r=10 سم: F=0.01 N r=1 م: F=0.0001 N بعيد جداً → تقريباً 0 |
Question 12
2.50 pts
➕➖ الإشارات:
q₁=+5μC، q₂=-3μC
ما اتّجاه القوّة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
إشارات الشحنة! ➕➖
➕➖ تحليل الإشارات: 🔍 التحليل: المعطى: q₁ = +5 μC (موجبة) q₂ = -3 μC (سالبة) شحنات مختلفة! + و- → تجاذب 💡 القاعدة: تذكّر دائماً: + + → تنافر ←→ - - → تنافر ←→ + - → تجاذب →← مختلفة = تتجاذب متماثلة = تتنافر 🎯 مقدار القوة: F = k·|q₁|·|q₂|/r² F = k·5·3/r² μC الاتجاه: q₁ ينجذب لليمين نحو q₂ q₂ ينجذب لليسار نحو q₁ F₁₂ = -F₂₁ (القانون الثالث) |
Question 13
2.50 pts
🎯 3 شحنات:
كيف نحسب القوّة الكلّيّة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
التراكب! 🎯
🎯 مبدأ التراكب: 📜 المبدأ: قوة من شحنات متعددة: نحسب كل زوج منفصلاً ثم نجمع! F_total = F₁ + F₂ + F₃ + ... جمع متجهي! لا عددي يجب الانتباه للاتجاهات 💡 طريقة الحلّ: خطوة بخطوة: نفرض 3 شحنات: q₁, q₂, q₃ نريد القوة على q₁ 1️⃣ أوجد F₂₁: القوة من q₂ على q₁ F₂₁ = k·q₁·q₂/r₂₁² 2️⃣ أوجد F₃₁: القوة من q₃ على q₁ F₃₁ = k·q₁·q₃/r₃₁² 3️⃣ اجمع متجهياً: F_total = F₂₁ + F₃₁ إذا كانت على خط مستقيم: • نفس الاتجاه: جمع • اتجاه عكسي: طرح إذا لم تكن على خط: • حلّل إلى مركبات x,y • اجمع كل محور منفصلاً • أوجد الحجم والزاوية 🧮 مثال بسيط: 3 على خط مستقيم: q₁=+2μC q₂=+3μC q₃=+4μC ←──1m──●──1m──●──1m──●→ القوة على q₂؟ من q₁: F₁₂ = k·2·3/1² = 6k μC² الاتجاه: → (تنافر) من q₃: F₃₂ = k·3·4/1² = 12k μC² الاتجاه: ← (تنافر) الإجمالي: F = 12k - 6k = 6k μC² الاتجاه: ← (يساراً) F ≈ 0.054 N ⚡ مهم: • دائماً نعمل زوجاً بزوج • لا ننسى الاتجاهات • إذا 2D: مركّبات! • n شحنات → n-1 قوة |
Question 14
2.50 pts
🧮 تمرين:
q₁=+4μC عند x=0
q₂=-2μC عند x=3m
القوّة على q₃=+1μC عند x=1m؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تمرين التراكب! 🧮
| 📐 الحلّ: الوضع: ←─────1m─────●─────2m─────●────→ q₁=+4μC q₃=+1μC q₂=-2μC x=0 x=1m x=3m الخطوة 1: F₁₃ (من q₁) r₁₃ = 1 m q₁ = +4 μC = 4×10⁻⁶ C q₃ = +1 μC = 1×10⁻⁶ C F₁₃ = k·q₁·q₃/r₁₃² F₁₃ = (9×10⁹)·(4×10⁻⁶)·(1×10⁻⁶)/1² F₁₃ = 36×10⁻³ = 0.036 N الاتجاه: → (تنافر، كلاهما +) الخطوة 2: F₂₃ (من q₂) r₂₃ = 2 m q₂ = -2 μC = 2×10⁻⁶ C q₃ = +1 μC = 1×10⁻⁶ C F₂₃ = k·|q₂|·q₃/r₂₃² F₂₃ = (9×10⁹)·(2×10⁻⁶)·(1×10⁻⁶)/2² F₂₃ = 18×10⁻³/4 = 4.5×10⁻³ N الاتجاه: → (تجاذب، q₃ ينجذب نحو q₂) الخطوة 3: المجموع F₁₃ = 0.036 N → F₂₃ = 0.0045 N → كلاهما في نفس الاتجاه → F_total ≈ 0.04 N → الإجابة الصحيحة: F ≈ 0.027 N يساراً |
Question 15
2.50 pts
⚖️ الكهرباء مقابل الجاذبيّة:
أيّهما أقوى؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
كهرباء مقابل جاذبية! ⚖️
⚖️ المقارنة الكبرى: 📊 المعادلتان: الجاذبية: F_g = G·m₁·m₂/r² G = 6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg² الكهرباء: F_e = k·q₁·q₂/r² k = 9×10⁹ N·m²/C² 💥 الفجوة: مثال: 2 إلكترون m_e = 9.1×10⁻³¹ kg q_e = 1.6×10⁻¹⁹ C r = 1 m قوة الجاذبية: F_g = G·m_e²/r² F_g ≈ 5.5×10⁻⁷¹ N القوة الكهربائية: F_e = k·q_e²/r² F_e ≈ 2.3×10⁻²⁸ N F_e/F_g ≈ 10⁴² الكهرباء أقوى بـ 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 مرة! رقم فلكي! 💡 إذاً لماذا الكهرباء لا تسيطر؟ السبب: 1️⃣ الحياد! معظم المادة محايدة +e و-e يتلاغيان في الموصّلات: أي فائض شحنة يتوزع فوراً 2️⃣ المسافات: القوى الكهربائية قوية عند مسافات صغيرة (ذرية) الجاذبية: تتراكم عند مسافات كبيرة (نجوم، مجرات) 3️⃣ تجاذب فقط: الجاذبية لا تتلاغى دائماً تجاذب تتراكم الكهرباء: + و- يتلاغيان 🌍 متى تسيطر الكهرباء؟ في الحالات: • الكيمياء: الروابط الكيميائية كلها كهربائية! • البيولوجيا: بروتينات، DNA قوى كهربائية • المواد: مقاومة، مرونة كلها كهرباء! • الحياة اليومية: كل ما نلمسه قوة كهربائية بين الذرات فقط في الكبير (نجوم، كواكب) تسيطر الجاذبية 🎯 الاستنتاج: الكهرباء = القوة المهيمنة في العالم المجهري! الجاذبية = القوة المهيمنة في العالم الكبير! كلاهما ∝ 1/r² |
Question 16
2.50 pts
📚 ملخّص كولوم:
ما النقاط المركزيّة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
ملخص كولوم! 📚
⚡ ملخص قانون كولوم: ✅ ما تعلّمناه: • المعادلة: F=k·q₁·q₂/r² k=9×10⁹ N·m²/C² • الاتجاهات: متماثلة→تنافر مختلفة→تجاذب • المسافة: F∝1/r² r×2 → F÷4 • التراكب: جمع متجهي كل زوج منفصلاً • المقارنة: كهرباء >> جاذبية 10³⁶-10⁴² مرة • الشروط: شحنات نقطية في هواء/فراغ • ملخص |
Question 17
2.50 pts
🌊 المجال الكهربائيّ:
ما هو؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
المجال الكهربائي! 🌊
🌊 المجال الكهربائي: E = F/q 🔍 ما هو؟ التعريف: المجال الكهربائي = منطقة في الفضاء تختبر فيها الشحنة قوة! مفهوم مجرّد: الشحنة تُنشئ "مجالاً" حولها المجال موجود دائماً حتى لو لم تكن هناك شحنة ثانية! عندما تدخل شحنة أخرى للمجال → تختبر قوة E = القوة لكل وحدة شحنة 📐 المعادلة: E = F/q المعنى: E = شدة المجال F = القوة على الشحنة q q = شحنة اختبار (صغيرة) الوحدة: N/C (نيوتن لكل كولوم) أو: V/m (فولت لكل متر) متكافئتان! 🎯 مجال الشحنة النقطية: المعادلة: الشحنة Q تُنشئ مجالاً على مسافة r: E = k·Q/r² الشرح: F = k·Q·q/r² E = F/q = k·Q/r² يعتمد فقط على Q و r لا على q! الخصائص: • E ∝ Q شحنة أكبر → مجال أقوى • E ∝ 1/r² بعيد → مجال أضعف • E = متجه! له اتجاه ➡️ اتجاه المجال: القاعدة: شحنة موجبة Q > 0: المجال يخرج للخارج في كل الاتجاهات شعاعياً ←●→ شحنة سالبة Q < 0: المجال يدخل للداخل من كل الاتجاهات شعاعياً →●← لماذا؟ الاتجاه = اتجاه القوة على شحنة اختبار موجبة (+q) + تنفر + → للخارج - تجذب + → للداخل 🌊 خطوط المجال: التمثيل الرسومي: نرسم خطوطاً تُبيّن اتجاه المجال خصائص خطوط المجال: 1️⃣ تخرج من + وتدخل في - 2️⃣ تباعد الخطوط = شدة المجال كثيفة → قوي متباعدة → ضعيف 3️⃣ لا تتقاطع أبداً! 4️⃣ المماسّ للخط = اتجاه E 5️⃣ عمودية على الموصّلات 💡 لماذا المجال؟ مفهوم المجال مهم! • يصف الفضاء • مستقل عن شحنة الاختبار • أساس الكهرومغناطيسية • موجود حتى بدون قوة "تعمل" قياساً: كمجال الجاذبية g الموجود حول الأرض حتى لو لم تكن هناك كتلة تختبره |
Question 18
2.50 pts
🧮 تمرين:
Q = +5μC
r = 2m
ما E؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تمرين المجال! 🧮
| 📐 الحلّ: المعطيات: Q = +5 μC = 5×10⁻⁶ C r = 2 m k = 9×10⁹ N·m²/C² معادلة المجال: E = k·Q/r² E = (9×10⁹)·(5×10⁻⁶)/2² E = (9×10⁹)·(5×10⁻⁶)/4 E = 45×10³/4 E = 11,250 N/C أو: E = 11.25 kN/C 💡 الفهم: • مجال قوي نسبياً • على مسافة 2 متر • الاتجاه: Q موجبة → المجال يخرج للخارج ← ● → شعاعياً • إذا كانت هناك شحنة اختبار +1μC ستختبر: F = E·q = 11,250·10⁻⁶ F = 0.01125 N |
Question 19
2.50 pts
⚡ الحقل والقوّة:
كيف ترتبطان؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الحقل والقوّة! ⚡
⚡ العلاقة: F = q·E 🔍 المعنى: ماذا يعني هذا؟ إذا كان هناك حقل E وأدخلنا شحنة q ← القوّة على الشحنة: F = q·E الاتجاه: • q > 0 (موجبة): F باتجاه E • q < 0 (سالبة): F عكس E 💡 أمثلة: مثال 1: E = 1000 N/C ← q = +2 μC F = q·E F = (2×10⁻⁶)·1000 F = 2×10⁻³ N = 2 mN الاتجاه: ← (مثل E) مثال 2: E = 500 N/C ← q = -3 μC F = q·E F = (-3×10⁻⁶)·500 F = -1.5×10⁻³ N سالب = عكس E الاتجاه: ← (ضدّ E) 🎯 تطبيق: حقل منتظم: بين لوحين متوازيين مشحونين +/- الحقل منتظم: E = ثابت شحنة في الوسط: F = q·E ← حركة بتسارع ثابت! a = F/m = q·E/m كالجاذبية لكن كهربائياً ⚖️ مقارنة:
|
Question 20
2.50 pts
🎯 عدّة شحنات:
كيف نحسب E الكلّي؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
التراكب! 🎯
🎯 مبدأ التراكب: 📜 المبدأ: حقل من عدّة شحنات: كلّ شحنة تنشئ حقلاً منفصلاً الحقل الكلّي = المجموع الشعاعي! E_total = E₁ + E₂ + E₃ + ... جمع شعاعي كما في القوى! 💡 طريقة الحلّ: خطوة بخطوة: نريد E في النقطة P 1️⃣ جد E₁ من Q₁: E₁ = k·Q₁/r₁² الاتجاه: من Q₁ إلى P (إذا Q₁ > 0) 2️⃣ جد E₂ من Q₂: E₂ = k·Q₂/r₂² الاتجاه: من Q₂ إلى P (إذا Q₂ > 0) 3️⃣ اجمع شعاعياً: • على خطّ مستقيم: مجموع جبري • ليس على خطّ: مركّبات x,y E_x = E₁ₓ + E₂ₓ E_y = E₁ᵧ + E₂ᵧ |E| = √(E_x² + E_y²) 🧮 مثال: شحنتان على محور x: Q₁ = +4μC عند x=0 Q₂ = -2μC عند x=3m جد E عند x=1m من Q₁: r₁ = 1m E₁ = k·4/1² = 4k μC/m² الاتجاه: ← (تنافر) E₁ = 36,000 N/C ← من Q₂: r₂ = 2m E₂ = k·2/4 = 0.5k μC/m² الاتجاه: ← (تجاذب نحو Q₂) E₂ = 4,500 N/C ← المجموع: E = 36,000 + 4,500 E = 40,500 N/C ← 🌟 ثنائي قطب: حالة خاصّة: +Q و-Q على مسافة صغيرة d ينشئان "ثنائي قطب" الحقل: • في المركز: قويّ جدّاً • بعيد: ضعيف، ∝1/r³ مهمّ في الجزيئات! (H₂O = ثنائي قطب) |
Question 21
2.50 pts
📏 حقل منتظم:
أين يوجد؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الحقل المنتظم! 📏
📏 الحقل الكهربائي المنتظم: 🔍 ما هذا؟ التعريف: حقل يكون فيه: • المقدار ثابت • الاتجاه ثابت في كلّ نقطة! E = const خطوط الحقل: متوازية ومتساوية |||||||| ليس كشحنة نقطيّة التي يتغيّر فيها الحقل! 🔋 كيف يُنشأ؟ لوحان متوازيان: لوحان مسطّحان كبيران متوازيان اللوح العلوي: +Q اللوح السفلي: -Q المسافة بينهما: d في المنتصف: حقل منتظم! E = V/d أو: E = σ/ε₀ σ = كثافة الشحنة السطحية ε₀ = نفاذية الفراغ 💡 الخصائص: المزايا: 1️⃣ بسيط للحساب: F = q·E دائماً نفس الاتجاه 2️⃣ حركة بسيطة: a = F/m = q·E/m تسارع ثابت! كـ g في الجاذبية 3️⃣ W سهل للحساب: W = F·d = q·E·d 4️⃣ V خطّي: V = E·d علاقة بسيطة! 🎯 التطبيقات: أين نستخدمه؟ • المكثّفات: لوحان متوازيان حقل منتظم في الوسط • مسرّع الجسيمات: نسرّع الإلكترونات في حقل منتظم • الأوسيلوسكوب: ننحرف الإلكترونات في حقل منتظم • طابعة نفث الحبر: نتحكّم بقطرات مشحونة 📐 مثال: V = 100 V d = 2 سم = 0.02 m E = V/d = 100/0.02 E = 5,000 N/C إلكترون في الوسط: F = e·E F = 1.6×10⁻¹⁹·5000 F = 8×10⁻¹⁶ N a = F/m_e ≈ 10¹⁴ m/s² تسارع هائل! |
Question 22
2.50 pts
🌊 خطوط الحقل:
ما هي الخصائص؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
خطوط الحقل! 🌊
🌊 خطوط الحقل الكهربائي: 🔍 5 قواعد: 1️⃣ الاتجاه: خطوط الحقل: • تخرج من شحنة + • تدخل إلى شحنة - ←●→ شحنة موجبة →●← شحنة سالبة هذا اتجاه القوّة على شحنة اختبار موجبة 2️⃣ الكثافة: التباعد بين الخطوط = شدّة الحقل! خطوط كثيفة: |||||||| حقل قويّ خطوط متناثرة: | | | | حقل ضعيف قريب من الشحنة = كثيف بعيد = متناثر 3️⃣ لا تتقاطع: خطوط الحقل لا تتقاطع أبداً! لماذا؟ لو تقاطعت ← في نقطة التقاطع سيكون اتجاهان لـ E غير ممكن! (E = شعاع وحيد) 4️⃣ المماسّ = اتجاه E: في كلّ نقطة على الخطّ المماسّ للخطّ = اتجاه الحقل E هذا معنى الخطوط! 5️⃣ عمودية على الموصل: خطوط الحقل دائماً عمودية (⊥) على سطح الموصل لماذا؟ لو لم تكن عمودية ← يكون هناك مركّب مواز للسطح ← الإلكترونات ستجري ← حتى تتعادل في حالة التوازن: E ⊥ السطح 🎨 أمثلة: شحنة + وحيدة: ↑ ↗ ↖ → + ← ↘ ↙ ↓ تخرج شعاعياً في كلّ الاتجاهات شحنتان + +: + ← → + تتنافران الخطوط تنحني للخارج ثنائي قطب + -: + ⟲ - تخرج من + تدخل إلى - تتعرّج بينهما لوحان متوازيان: +++++++ ||||||| ||||||| ------- خطوط مستقيمة متوازية حقل منتظم! 💡 الأهمّية: خطوط الحقل = طريقة لتصوّر الحقل • تصوّر بصري • فهم بديهي • تحليل نوعي ليس للقياس الدقيق بل للفهم! |
Question 23
2.50 pts
🔌 موصل في حقل:
ماذا يحدث؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
موصل في حقل! 🔌
🔌 موصل في حقل خارجي: 🔍 ماذا يحدث؟ العملية: 1️⃣ حقل خارجي E_ext 2️⃣ الإلكترونات في الموصل تجرّب قوّة F = -e·E_ext 3️⃣ الإلكترونات تتحرّك! تتجمّع على جانب واحد 4️⃣ تنشئ حقلاً داخلياً E_in عكس E_ext 5️⃣ التوازن عندما: E_in = -E_ext 6️⃣ الحقل الكلّي في الداخل: E_total = 0 💡 خصائص الموصل: 3 خصائص أساسية: 1️⃣ E = 0 في الداخل! داخل الموصل في حالة التوازن الحقل دائماً صفر لماذا؟ لأنّ الإلكترونات الحرّة تلغي أيّ حقل 2️⃣ الشحنة على السطح! كلّ الشحنة الفائضة على السطح الخارجي ليس في الداخل! 3️⃣ E ⊥ على السطح! الحقل في الخارج دائماً عمودي على السطح وإلّا الإلكترونات ستستمرّ في الحركة 🛡️ قفص فاراداي: حماية مثالية! موصل مجوّف يحجب حقلاً كهربائياً تماماً في الداخل: E = 0 حتى لو في الخارج: E ≠ 0 الاستخدامات: • كابلات مسلّحة: شبكة معدنية حول تحجب التداخلات • مختبرات: غرفة مسلّحة تجارب حسّاسة • طائرات: هيكل معدني يحمي من البرق! • خزائن: حماية من EMP ⚡ مثال: كرة معدنية في حقل: E_ext ←←← كرة موصلة: ● الجانب الأيسر: فائض + ● الجانب الأيمن: فائض - ● في الداخل: E = 0 ● في الخارج: خطوط الحقل تنحني الكرة "تشوّه" الحقل لكنّها لا تشعر به في الداخل! 🎯 مهمّ: هذا صالح فقط لـ: • حقول ساكنة • التوازن الحقول المتغيّرة في الزمن: تستطيع الاختراق! (الحثّ الكهرومغناطيسي) |
Question 24
2.50 pts
📚 ملخّص الحقل:
ما هي النقاط المركزيّة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
ملخّص الحقل! 📚
🌊 ملخّص الحقل الكهربائي: ✅ ما تعلّمناه: • التعريف: E=F/q قوّة لكلّ وحدة شحنة الوحدة: N/C • شحنة نقطيّة: E=kQ/r² ∝1/r² • القوّة: F=q·E شعاع • التراكب: E_total=ΣE_i جمع شعاعي • حقل منتظم: E=V/d بين لوحين متوازيين • خطوط الحقل: من + إلى - الكثافة=الشدّة، لا تتقاطع • الموصل: E=0 في الداخل شحنة على السطح، E⊥السطح • ملخّص |
Question 25
2.50 pts
⚡ الجهد:
ما هي V؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الجهد! ⚡
⚡ الجهد الكهربائي: V = W/q 🔍 ما هذا؟ التعريف: الجهد = طاقة الوضع الكهربائية لكلّ وحدة شحنة V = U/q = W/q المعنى: كم من العمل نحتاج لإحضار شحنة +1 C من اللانهاية إلى نقطة الوحدة: فولت (V) 1 V = 1 J/C (جول لكلّ كولوم) 📐 الصيغة: شحنة نقطيّة Q: على بُعد r من الشحنة: V = k·Q/r انتبه! ليس r² كما في الحقل! فقط r الإشارة: • Q > 0 ← V > 0 • Q < 0 ← V < 0 V في اللانهاية: V(∞) = 0 نقطة مرجع 💡 الفرق عن E: حقل مقابل جهد:
V أسهل للحساب! مجموع قياسي لا حاجة للاتجاهات ⚡ العلاقة بين E و-V: الصيغ: في حقل منتظم: E = -ΔV/Δd أو: ΔV = -E·d الحقل = ميل الجهد! E يشير إلى اتجاه انخفاض الجهد 🎯 مثال: Q = +5 μC r = 1 m V = k·Q/r V = (9×10⁹)·(5×10⁻⁶)/1 V = 45,000 V جهد عالٍ! (خطر اللمس) |
Question 26
2.50 pts
🧮 تمرين:
Q = -3μC
r = 50 سم
ما هي V؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تمرين الجهد! 🧮
| 📐 الحلّ: المعطيات: Q = -3 μC = -3×10⁻⁶ C r = 50 سم = 0.5 m k = 9×10⁹ N·m²/C² صيغة الجهد: V = k·Q/r V = (9×10⁹)·(-3×10⁻⁶)/0.5 V = -27×10³/0.5 V = -54×10³ V = -54,000 V أو: V = -54 kV 💡 فهم: • جهد سالب! لأنّ الشحنة سالبة • المعنى: شحنة موجبة ستُجذب باتجاه Q (تنزل في الجهد) • مقدار كبير: 54 كيلو-فولت! جهد عالٍ جدّاً |
Question 27
2.50 pts
⚡ فرق الجهد:
ما هي ΔV؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
فرق الجهد! ⚡
⚡ فرق الجهد: ΔV = V₂ - V₁ = فولطية! 🔍 ما هذا؟ التعريف: ΔV = فرق الجهد بين نقطتين هذا ما نسمّيه "فولطية!" 1.5V في بطّاريّة = فرق جهد بين القطبين 220V في المقبس = فرق جهد بين الفتحتين 💡 العمل والطاقة: الصيغة المهمّة: W = q·ΔV المعنى: العمل لنقل شحنة q من النقطة 1 إلى النقطة 2 W = q·(V₂ - V₁) الإشارات: • ΔV > 0: ارتفاع في الجهد نحتاج عملاً (إذا q > 0) • ΔV < 0: انخفاض في الجهد يحرّر طاقة (إذا q > 0) • إذا q < 0: كلّ شيء معكوس! 🔋 أمثلة: مثال 1: بطّاريّة بطّاريّة 9V ΔV = 9 V إلكترون (q = -e) يمرّ من --- إلى +++ W = (-e)·(9) W = -1.44×10⁻¹⁸ J سالب = يحرّر طاقة (هذا الاتجاه الطبيعي) مثال 2: مكثّف V₁ = 0 V (اللوح السفلي) V₂ = 100 V (اللوح العلوي) ΔV = 100 V بروتون (q = +e) يصعد W = e·100 W = 1.6×10⁻¹⁷ J يجب توفير طاقة مثال 3: إلكترون فولت وحدة طاقة خاصّة: 1 eV = الطاقة التي يستلمها إلكترون في 1V 1 eV = e·1V 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J شائع في الفيزياء الذرّيّة! 📐 في حقل منتظم: العلاقة لـ E: بين لوحين متوازيين على بُعد d حقل منتظم E ΔV = E·d أو: E = ΔV/d هذه العلاقة البسيطة! فولطية 100V مسافة 2 سم ← E = 100/0.02 = 5000 V/m ⚡ مهمّ: فقط ΔV ذو معنى! V وحيد = يعتمد على نقطة المرجع لكن ΔV = مطلق مستقلّ عن نقطة المرجع هذا سبب أنّنا نتحدّث عن "فولطية" وليس عن "جهد" |
Question 28
2.50 pts
🌊 أسطح متساوية الجهد:
ما هي الخصائص؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
أسطح متساوية الجهد! 🌊
🌊 أسطح متساوية الجهد: 🔍 ما هذا؟ التعريف: سطح يكون عليه الجهد ثابتاً V = const في كلّ نقطة على السطح نفس V! كخطوط الكنتور على الخارطة (الارتفاع = جهد الجاذبيّة) 💡 الخصائص: 3 خصائص مهمّة: 1️⃣ عمودية على خطوط الحقل! خطوط E دائماً ⊥ على أسطح V لماذا؟ لأنّ E = -∇V الحقل = ميل الجهد 2️⃣ لا عمل! للحركة على سطح متساوي الجهد W = q·ΔV = q·0 = 0 كالمشي على نفس الارتفاع في جبل 3️⃣ الكثافة = قوّة E أسطح قريبة ← تغيير سريع في V ← E كبير أسطح بعيدة ← تغيير بطيء في V ← E صغير 🎨 أمثلة: شحنة نقطيّة +Q: أسطح V = كرات متحدّة المركز! ● المركز كرة r₁: V₁ كرة r₂: V₂ كرة r₃: V₃ V ∝ 1/r كرات قريبة قرب الشحنة بعيدة في البعد لوحان متوازيان: ++++++++ V = 100V -------- V = 80V -------- V = 60V -------- V = 40V -------- V = 20V -------- V = 0V أسطح متوازية متساوية المسافة (لأنّ E منتظم) ثنائي قطب + -: أسطح V معقّدة تتعرّج بين الشحنتين في المركز: V = 0 (تماثل) ⚡ التطبيقات: لماذا هذا مفيد؟ • التصوّر: سهل رؤية الجهد في الفضاء • تصميم الدارات: أين توجد فولطية أين لا توجد • السلامة: موصل = سطح متساوي الجهد (في حالة التوازن) آمن اللمس في أيّ مكان • التأريض: الأرض = سطح V=0 🎯 مهمّ: سطح موصل = سطح متساوي الجهد! لماذا؟ لأنّ E=0 في الداخل ← لا تغيير في V ← كلّ السطح بنفس V |
Question 29
2.50 pts
🎯 عدّة شحنات:
كيف نحسب V الكلّي؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
التراكب! 🎯
🎯 مبدأ التراكب: قياسي! 😊 💡 الفرق الكبير: V = قياسي! ليس شعاعاً كـ E لذلك: V_total = V₁ + V₂ + V₃ + ... جمع جبري عادي! لا حاجة لـ: • مركّبات x,y • فيثاغورس • زوايا فقط نجمع مع الإشارات! أسهل بكثير من E! 🎉 🧮 مثال: 3 شحنات: Q₁ = +4μC عند x=0 Q₂ = -2μC عند x=3m Q₃ = +1μC عند y=4m جد V في نقطة الأصل (0,0) من Q₁: r₁ = 0 ← مشكلة! (بالواقع لنأخذ نقطة بعيدة قليلاً) لنأخذ النقطة (1,0): r₁ = 1m V₁ = k·4/1 = 4k μV = 36,000 V r₂ = 2m V₂ = k·(-2)/2 = -k μV = -9,000 V r₃ = √(1²+4²) = √17 m V₃ = k·1/√17 = k/√17 μV ≈ 2,200 V المجموع: V = 36,000 + (-9,000) + 2,200 V = 29,200 V بسيط! مجموع عادي! ⚖️ مقارنة:
لهذا V أكثر راحة! 💡 نصيحة: عندما توجد شحنات كثيرة ونريد إيجاد E أحياناً من الأفضل: 1. إيجاد V (سهل!) 2. الاشتقاق: E = -dV/dx بدلاً من الجمع شعاعياً! |
Question 30
2.50 pts
⚡ إلكترون فولت:
ما هذا؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
إلكترون فولت! ⚡
⚡ إلكترون فولت (eV): 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J 🔍 ما هذا؟ التعريف: الطاقة التي يستلمها إلكترون واحد عندما يعبر فرق جهد 1 فولت E = e·V E = (1.6×10⁻¹⁹ C)·(1 V) E = 1.6×10⁻¹⁹ J = 1 eV وحدة طاقة خاصّة للفيزياء الذرّيّة! 💡 لماذا نستخدمها؟ السبب: جول (J) = وحدة هائلة للعالم الذرّي! الطاقات الذرّيّة: 10⁻¹⁹ - 10⁻¹⁸ J أرقام صغيرة جدّاً غير مريحة! بـ eV أكثر راحة بكثير: 1-10 eV أرقام "عاديّة" 📊 رتب القيم: أمثلة: • رابطة كيميائية: 1-10 eV • تأيّن ذرّة: ~13.6 eV (هيدروجين) • فوتون ضوء مرئي: 2-3 eV • فوتون أشعّة سينيّة: 1-100 keV • كتلة الإلكترون: m_e·c² = 511 keV • كتلة البروتون: m_p·c² = 938 MeV • مسرّع الجسيمات: GeV - TeV! 🧮 التحويلات: الوحدات: 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J 1 keV = 10³ eV 1 MeV = 10⁶ eV 1 GeV = 10⁹ eV 1 TeV = 10¹² eV التحويل: 5 eV إلى J؟ 5·1.6×10⁻¹⁹ = 8×10⁻¹⁹ J 3.2×10⁻¹⁸ J إلى eV؟ 3.2×10⁻¹⁸ / 1.6×10⁻¹⁹ = 20 eV ⚡ مثال: إلكترون مسرّع عند 5000V الطاقة المستلمة: E = e·V E = 1·5000 eV E = 5 keV أو بالجول: E = 1.6×10⁻¹⁹·5000 E = 8×10⁻¹⁶ J ترى؟ 5 keV أكثر راحة بكثير! |
Question 31
2.50 pts
🧮 تمرين شامل:
بين اللوحين: V=200V، d=4 سم
جد E، وطاقة الإلكترون
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تمرين شامل! 🧮
| 📐 الحلّ: المعطيات: V = 200 V (فرق الجهد) d = 4 سم = 0.04 m e = 1.6×10⁻¹⁹ C الجزء أ: الحقل E = V/d E = 200/0.04 E = 5,000 V/m أو: E = 5 kV/m E = 5,000 N/C الجزء ب: الطاقة الإلكترون يعبر كامل الفولطية بـ eV: E = e·V / e E = V (بالأرقام) E = 200 eV بالجول: E = e·V E = (1.6×10⁻¹⁹)·200 E = 3.2×10⁻¹⁷ J 💡 فهم: • حقل قويّ: 5000 V/m • طاقة منخفضة في الحياة اليومية لكنّها عالية لإلكترون! • 200 eV تكفي للتأيّن السرعة: ½m_e·v² = 3.2×10⁻¹⁷ v ≈ 8.4×10⁶ m/s (حوالي 3% من سرعة الضوء!) |
Question 32
2.50 pts
📚 ملخّص الجهد:
ما هي النقاط المركزيّة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
ملخّص الجهد! 📚
⚡ ملخّص الجهد: ✅ ما تعلّمناه: • التعريف: V=W/q=U/q طاقة لكلّ وحدة شحنة الوحدة: فولت (V=J/C) • الصيغة: V=kQ/r شحنة نقطيّة قياسي! (ليس شعاعاً) • الفولطية: ΔV=V₂-V₁ فرق الجهد • العمل: W=q·ΔV لنقل شحنة • العلاقة بـ E: E=ΔV/d (في حقل منتظم) • أسطح V: V=const عموديّة على خطوط E • التراكب: مجموع قياسي V_total=ΣV_i (سهل!) • eV: 1 eV=1.6×10⁻¹⁹J وحدة ذرّيّة • ملخّص |
Question 33
2.50 pts
🔋 المكثّف:
ما هذا؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
المكثّف! 🔋
🔋 المكثّف: يخزّن شحنة وطاقة! 🔍 ما هذا؟ البنية: 2 موصلان (عادةً لوحان) منفصلان بعازل +++++++++ شحنة +Q --------- عازل (فراغ/عازل كهربائي) --------- شحنة -Q المبدأ: نشحن اللوحين بإشارات معاكسة +Q على أحدهما -Q على الآخر يُنشأ حقل كهربائي بينهما تخزين طاقة! 📐 السعة: الصيغة المركزيّة: C = Q/V المعنى: C = السعة Q = الشحنة على كلّ لوح V = فرق الجهد السعة = القدرة على تخزين الشحنة! C كبيرة ← تخزّن شحنة كبيرة عند نفس الفولطية الوحدة: فاراد (F) 1 F = 1 C/V فاراد = وحدة هائلة! في الممارسة نستخدم: • μF (مايكرو-فاراد) • nF (نانو-فاراد) • pF (بيكو-فاراد) 🔌 مكثّف لوحان متوازيان: الصيغة: لوحان مسطّحان المساحة A المسافة d C = ε₀·A/d ε₀ = 8.85×10⁻¹² F/m (نفاذية الفراغ) إذا وُجد عازل كهربائي: C = ε₀·ε_r·A/d ε_r = ثابت عازل كهربائي (>1، يعتمد على المادّة) الاستنتاجات: • A كبيرة ← C كبيرة (مساحة كبيرة تخزّن أكثر) • d صغيرة ← C كبيرة (أقرب = أقوى) • عازل كهربائي جيّد ← C كبيرة ⚡ كيف يعمل؟ العمليّة: 1️⃣ الشحن: نوصّل لبطّاريّة الإلكترونات تنتقل من لوح إلى آخر ← +Q على لوح ← -Q على لوح ثانٍ 2️⃣ حقل يُنشأ: بين اللوحين E = σ/ε₀ = Q/(ε₀·A) 3️⃣ فولطية تتراكم: V = E·d V = Q·d/(ε₀·A) 4️⃣ السعة: C = Q/V = ε₀·A/d 5️⃣ التخزين: عندما نفصل من البطّاريّة الشحنة تبقى! طاقة مخزّنة 🎯 الاستخدامات: لماذا نحتاجه؟ • تنعيم الفولطية: في مزوّدات DC تنعيم التذبذبات • تخزين طاقة: تفريغ سريع فلاش الكاميرا! • الترشيح: يمرّر AC، يحجب DC • التوقيت: دارات RC ساعات • الذاكرة: DRAM في الحواسيب • المحرّكات: بدء التشغيل • الصوت: تقاطع السمّاعات 💡 مثال: A = 0.01 m² (10×10 سم) d = 1 ملم = 0.001 m C = ε₀·A/d C = (8.85×10⁻¹²)·0.01/0.001 C = 8.85×10⁻¹¹ F C = 88.5 pF سعة صغيرة! نحتاج مساحة كبيرة أو d صغيرة |
Question 34
2.50 pts
⚡ الطاقة في المكثّف:
ما الصيغة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
الطاقة في المكثّف! ⚡
⚡ الطاقة في المكثّف: 📐 الصيغ: 3 صيغ مكافئة: U = ½C·V² U = ½Q·V U = Q²/2C كلّها مكافئة! نستخدم حسب المعطيات: • نعرف C و-V؟ ½CV² • نعرف Q و-V؟ ½QV • نعرف Q و-C؟ Q²/2C 🔍 أين الطاقة؟ في الحقل الكهربائي! ليس "على اللوحين" بل في الحقل E بينهما! الحقل = مخزن الطاقة كثافة الطاقة: u = ½ε₀·E² u = الطاقة لكلّ وحدة حجم الوحدة: J/m³ لمكثّف لوحين متوازيين: U = u·(الحجم) U = ½ε₀·E²·(A·d) 💡 لماذا ½؟ الشرح: عندما نشحن مكثّفاً الفولطية تصعد تدريجياً من 0 إلى V متوسّط الفولطية: V/2 العمل: W = Q·V_avg W = Q·(V/2) W = ½Q·V هذه الطاقة! رسم بياني Q مقابل V: مثلّث المساحة = ½Q·V 🧮 مثال: المعطيات: C = 100 μF = 10⁻⁴ F V = 12 V الطاقة: U = ½C·V² U = ½·(10⁻⁴)·12² U = ½·(10⁻⁴)·144 U = 7.2×10⁻³ J U = 7.2 mJ الشحنة: Q = C·V = (10⁻⁴)·12 Q = 1.2×10⁻³ C = 1.2 mC التحقّق: U = ½Q·V U = ½·(1.2×10⁻³)·12 U = 7.2×10⁻³ J ✓ ⚡ التطبيقات: الاستخدامات: • فلاش الكاميرا: مكثّف يُشحن ببطء يفرغ بسرعة ← ومضة ضوء! • مزيل الرجفان: مكثّف كبير تفريغ في القلب ينقذ الحياة! • سيّارة كهربائية: مكثّفات فائقة تفريغ سريع تسارع • مزوّدات قدرة: تنعيم الفولطية تخزين الطاقة ⚠️ احذر! المكثّفات الكبيرة تخزّن طاقة كبيرة! حتى بعد الفصل تبقى مشحونة قد تسبّب صعقة! فرّغ دائماً قبل التعامل (قصر بمقاومة) مكثّف 1000μF عند 400V: U = 80 J خطر جدّاً! |
Question 35
2.50 pts
🔗 مكثّفات على التوالي:
ما الصيغة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
مكثّفات على التوالي! 🔗
🔗 مكثّفات على التوالي: 📐 الصيغة: السعة المكافئة: 1/C_eq = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + ... لمكثّفين: C_eq = (C₁·C₂)/(C₁+C₂) كالمقاومات على التوازي! (عكسي) 💡 الخصائص: على التوالي: 1️⃣ شحنة متطابقة: Q على كلّ مكثّف متطابقة! Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q لماذا؟ الشحنة "تجري" عبر الكلّ 2️⃣ الفولطية تتقسّم: V_total = V₁ + V₂ + V₃ كلّ مكثّف "يأخذ" جزءاً من الفولطية 3️⃣ السعة تنخفض: C_eq < C_min السعة المكافئة أصغر من الأصغر! كـ d تكبر (مسافة فعّالة كبيرة) 🧮 مثال: C₁ = 6 μF، C₂ = 3 μF على التوالي V = 12 V السعة المكافئة: 1/C_eq = 1/6 + 1/3 1/C_eq = 1/6 + 2/6 = 3/6 C_eq = 2 μF (أصغر من 3!) الشحنة: Q = C_eq·V Q = 2·12 = 24 μC متطابقة على كليهما! الفولطيات: V₁ = Q/C₁ = 24/6 = 4 V V₂ = Q/C₂ = 24/3 = 8 V المجموع: 4+8 = 12 V ✓ 🎯 لماذا نستخدمه؟ • فولطية عالية: مكثّف واحد لا يكفي يقسّم الفولطية • تقليل السعة: نحتاج سعة صغيرة معيّنة • الحماية: إذا فشل أحدها البقيّة تعمل |
Question 36
2.50 pts
⚡ مكثّفات على التوازي:
ما الصيغة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
مكثّفات على التوازي! ⚡
⚡ مكثّفات على التوازي: 📐 الصيغة: السعة المكافئة: C_eq = C₁ + C₂ + C₃ + ... فقط نجمع! كالمقاومات على التوالي 💡 الخصائص: على التوازي: 1️⃣ فولطية متطابقة: V على كلّ مكثّف متطابقة! V₁ = V₂ = V₃ = V كلّها موصولة بنفس الأقطاب 2️⃣ الشحنة تتقسّم: Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ كلّ مكثّف "يأخذ" شحنة حسب سعته 3️⃣ السعة ترتفع: C_eq > C_max السعة المكافئة أكبر من الأكبر! كـ A تكبر (مساحة فعّالة كبيرة) 🧮 مثال: C₁ = 4 μF، C₂ = 6 μF على التوازي V = 10 V السعة المكافئة: C_eq = C₁ + C₂ C_eq = 4 + 6 C_eq = 10 μF (أكبر من 6!) الشحنات: Q₁ = C₁·V = 4·10 = 40 μC Q₂ = C₂·V = 6·10 = 60 μC مختلفة! المجموع: Q_total = 40 + 60 = 100 μC التحقّق: Q_total = C_eq·V = 10·10 = 100 μC ✓ 📊 مقارنة:
🎯 لماذا نستخدمها؟ • زيادة السعة: نحتاج تخزيناً أكثر • التوفّر: لا يوجد مكثّف كبير نوصّل عدّة صغيرة • المرونة: تركيب مكثّفات |
Question 37
2.50 pts
🔷 عازل كهربائي:
ما هذا؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
عازل كهربائي! 🔷
🔷 عازل كهربائي: 🔍 ما هذا؟ التعريف: مادّة عازلة توضع بين لوحي المكثّف بدلاً من فراغ/هواء أمثلة: • زجاج • بلاستيك • سيراميك • ورق • زيت • ماء نقي 💡 ماذا يحدث؟ السعة ترتفع! دون عازل كهربائي: C₀ = ε₀·A/d مع عازل كهربائي: C = ε_r·ε₀·A/d أو: C = ε_r·C₀ ε_r = ثابت عازل كهربائي (Dielectric constant) دائماً ε_r ≥ 1 السعة ترتفع بمعامل ε_r! 📊 قيم ε_r:
🔬 لماذا يعمل؟ الاستقطاب: الحقل الكهربائي E_ext يستقطب الجزيئات يُنشأ حقل معاكس E_ind الحقل الكلّي: E_total = E_ext - E_ind E_total < E_ext الحقل ينخفض بمعامل ε_r! لذلك: V ينخفض بمعامل ε_r لكن Q يبقى C = Q/V يرتفع بمعامل ε_r! ⚡ المزايا: لماذا نستخدمه؟ 1️⃣ سعة أعلى! بنفس الحجم الفيزيائي 2️⃣ قوّة عزل كهربائي: تتحمّل فولطية عالية لا تنكسر 3️⃣ منع القصر: عازل بين اللوحين 4️⃣ الاستقرار: يحافظ على مسافة ثابتة 🧮 مثال: C₀ = 10 pF في الفراغ نُدخل زجاج ε_r=6 C = ε_r·C₀ C = 6·10 = 60 pF 6 أضعاف! |
Question 38
2.50 pts
🧮 تمرين شامل:
C₁=4μF، C₂=6μF على التوازي
موصولان لـ C₃=5μF على التوالي
V=30V
جد C_eq، Q، U
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
تمرين شامل! 🧮
| 📐 الحلّ: البنية: C₁=4μF ⎫ ⎬ على التوازي ← C₁₂ C₂=6μF ⎭ | | على التوالي | C₃=5μF الخطوة 1: التوازي C₁₂ = C₁ + C₂ C₁₂ = 4 + 6 C₁₂ = 10 μF الخطوة 2: التوالي C₁₂ و-C₃ على التوالي: 1/C_eq = 1/C₁₂ + 1/C₃ 1/C_eq = 1/10 + 1/5 1/C_eq = 1/10 + 2/10 = 3/10 C_eq = 10/3 = 3.33 μF الخطوة 3: الشحنة Q = C_eq·V Q = 3.33·30 Q = 100 μC (هذه الشحنة على C₁₂ و-C₃) الخطوة 4: الطاقة U = ½C_eq·V² U = ½·(3.33×10⁻⁶)·30² U = ½·(3.33×10⁻⁶)·900 U = 1.5×10⁻³ J U = 1.5 mJ 💡 تفصيل إضافي: الفولطيات: V₃ = Q/C₃ = 100/5 = 20 V V₁₂ = Q/C₁₂ = 100/10 = 10 V المجموع: 20+10 = 30 V ✓ على C₁ و-C₂: Q₁ = C₁·V₁₂ = 4·10 = 40 μC Q₂ = C₂·V₁₂ = 6·10 = 60 μC المجموع: 40+60 = 100 μC ✓ |
Question 39
2.50 pts
🌟 التطبيقات:
أين تُستخدم الكهرباء الساكنة؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
التطبيقات! 🌟
🌟 تطبيقات في كلّ مكان! 💻 الإلكترونيات: • المكثّفات: كلّ دارة إلكترونيّة! تنعيم، ترشيح، توقيت • ذاكرة DRAM: مكثّفات صغيرة كلّ بت = مكثّف • شاشات اللمس: سعة متغيّرة لمس = تغيير في C • المستشعرات: سعويّة مسافة، ضغط، رطوبة 🏥 الطبّ: • مزيل الرجفان: مكثّف كبير تفريغ في القلب إنعاش! • مخطّط القلب (EKG): قياس الحقول الكهربائيّة من القلب • جراحة LASIK: مكثّف لومضة الليزر • تفتيت الحصى: حقول كهربائيّة موجات صدمة 🏭 الصناعة: • الطلاء الإلكتروستاتي: جسيمات طلاء مشحونة تنجذب لقطعة مؤرّضة تغطية متجانسة! • مرشّحات الهواء: شحن الجسيمات التقاط في حقل كهربائي • بذور النباتات: فرز إلكتروستاتي • السجّاد: ألياف ملصقة في حقل 🖨️ الطباعة: • طابعة الليزر: أسطوانة مشحونة الليزر يغيّر الشحنة الحبر يلتصق ينتقل للورق • طابعة نفث الحبر: قطرات مشحونة حقل كهربائي موجّه دقّة عالية • تصوير Xerox: إلكتروستاتي نسخ ⚡ الطاقة: • المكثّفات الفائقة: تخزين طاقة مركبات هجينة تفريغ سريع • المرشّحات: مزوّدات قدرة تنعيم الفولطية • تصحيح عامل القدرة: بنوك مكثّفات في المصانع 📸 التصوير: • الفلاش: مكثّف يُشحن ببطء يفرغ بسرعة ومضة ضوء! • المستشعر: ديودات ضوئيّة إلكتروستاتيكا • الميكروفونات: مكثّف تغيّر السعة من الصوت 🏠 الحياة اليوميّة: • بالون على الشعر: احتكاك، شحن تجاذب! • صدمة من مقبض الباب: شحن من المشي تفريغ مفاجئ • البرق والعاصفة: فصل الشحنات تفريغ هائل! • الميكروفون: هواتف، سمّاعات • لوحة مفاتيح الحاسوب: سعويّة 🎯 الخلاصة: الكهرباء الساكنة = أساس العالم الحديث! من الإلكترونيات عبر الطبّ حتى الحياة اليوميّة في كلّ مكان! 🌍 |
Question 40
2.50 pts
🎓 ملخّص امتحان 175:
ما الدرس المركزي؟
Explanation:
💡 شرح مفصّل:
ملخّص امتحان 175 - النهائي! 🎓
🎉 امتحان 175 اكتمل! 🎉 الكهرباء الساكنة 40 سؤالاً | تغطية مثاليّة 📚 ما تعلّمناه: 💡 الجزء أ: الشحنة (1-8) • شحنة كهربائيّة: خاصيّة أساسيّة ± • الوحدة: كولوم (C) • e = 1.6×10⁻¹⁹ C • الحفظ: Q_total = const • الشحن: احتكاك، تلامس، حثّ • موصلات مقابل عوازل • القوى: متطابقة تتنافر، مختلفة تتجاذب • التأريض: وصلة للأرض الفهم: الشحنة = أساس الكهرباء ⚡ الجزء ب: قانون كولوم (9-16) • F = k·q₁·q₂/r² • k = 9×10⁹ N·m²/C² • F ∝ 1/r² (تربيع عكسي) • التراكب: جمع شعاعي • تمارين وأمثلة • مقارنة بالجاذبية: أقوى بمعامل 10³⁶! الفهم: قوّة أساسيّة في الطبيعة 🌊 الجزء ج: الحقل (17-24) • E = F/q أو E = kQ/r² • الوحدة: N/C أو V/m • شعاع، الاتجاه من + إلى - • F = q·E • التراكب: جمع شعاعي • حقل منتظم: E = V/d • خطوط الحقل: تصوّر بصري • موصل: E = 0 في الداخل الفهم: الحقل = وصف الفضاء ⚡ الجزء د: الجهد (25-32) • V = W/q أو V = kQ/r • الوحدة: فولت (V = J/C) • قياسي! (ليس شعاعاً) • ΔV = فولطية • W = q·ΔV • E = -ΔV/Δd • أسطح V ⊥ خطوط E • eV = 1.6×10⁻¹⁹ J • التراكب: مجموع قياسي (سهل!) الفهم: الجهد = طاقة لكلّ وحدة شحنة 🔋 الجزء هـ: المكثّفات (33-40) • C = Q/V • الوحدة: فاراد (F) • اللوحان: C = ε₀·A/d • الطاقة: U = ½CV² • توالي: 1/C_eq = Σ(1/C_i)، C↓ • توازي: C_eq = ΣC_i، C↑ • عازل كهربائي: C = ε_r·C₀ • التطبيقات: إلكترونيات، طبّ، صناعة الفهم: المكثّف = تخزين شحنة وطاقة 💡 الدرس المركزي: الكهرباء الساكنة = أساس! من الشحنات والقوى عبر الحقول والجهد إلى المكثّفات والتخزين الأساس لكلّ الإلكترونيات والتكنولوجيا الحديثة! ⚡🔋💻📱🏥🏭 🎯 ما حقّقناه: ✓ امتحان 175 متقن! ✓ 40 سؤالاً! ✓ 5 أجزاء! ✓ تغطية شاملة! 🌟 أحسنت يا رافيت! 🌟 امتحان أوّل في الكهرباء من بين 3 امتحانات في الكهرباء والمغناطيسية! في الطريق لامتحان 176: التيار الكهربائي والدارات! 🔌 |