يعد المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين مع اختلاف محتمل أحد المشكلات الكلاسيكية في الفيزياء. تاريخيا ، كانت دراسة مثل هذا المجال الكهربائي إحدى الخطوات المهمة في تطوير نظرية الكهرومغناطيسية. تتيح لنا هذه المهمة إظهار تأثير فرق الجهد على المجال الكهربائي بصريا.
في هذه المشكلة ، نعتبر الحالة عندما تقع طائرتان متوازيتان على مسافة من بعضهما البعض. يتم إنشاء فرق جهد بين الصفائح ، مما يؤدي إلى ظهور مجال كهربائي في هذه المنطقة من الفضاء.
يؤدي فرق الجهد بين الصفائح إلى حركة الجسيمات المشحونة داخل المحلول الإلكتروليتي أو الفراغ. يمكن استخدام هذا التيار الكهربائي في مختلف العمليات والأجهزة التكنولوجية مثل المكثفات والخلايا الشمسية والأجهزة الإلكترونية.
يمكن أن يكون مصدر فرق الجهد بين الألواح مختلفا: من بطارية ومولد إلى مصدر جهد تيار مستمر أو تيار متردد. من المهم ملاحظة أن اتجاه المجال الكهربائي بين الصفائح يعتمد على موقع مصدر فرق الجهد.
تعتبر دراسة المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين مع اختلاف محتمل ذات أهمية كبيرة لفهم أساسيات الكهرومغناطيسية وتطبيقاتها. تسمح لنا هذه المهمة بالتحقيق في تأثير فرق الجهد على اتجاه وقوة المجال الكهربائي ، كما توفر فرصة لتحديد القيم العددية لهذه الكميات اعتمادا على الظروف التجريبية.
- الأسس الفيزيائية للمجال الكهربائي
- ما هو المجال الكهربائي?
- قانون كولوم للمجال الكهربائي
- تحديد المهمة
- هندسة النظام
- فرق الجهد بين اللوحات
- سؤال وجواب
- كيفية تحديد اتجاه المجال الكهربائي بين اثنين من لوحات مسطحة?
- ما هي الصيغة المستخدمة لحساب قوة المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين?
- كيف سيتغير المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين إذا زاد فرق الجهد?
- ما هي العلاقة بين فرق الجهد والمجال الكهربائي بين لوحات مسطحة?
الأسس الفيزيائية للمجال الكهربائي
المجال الكهربائي هو أحد المفاهيم الأساسية في الفيزياء. يصف تفاعل الجسيمات المشحونة ويمثل منطقة من الفضاء حيث تعمل القوة على الجسيمات المشحونة الأخرى.
الكمية الفيزيائية الرئيسية التي تميز المجال الكهربائي هي المجال الكهربائي. يتم قياسه في دلاء لكل شحنة ويشير إلى اتجاه وشدة القوة التي يعمل بها المجال الكهربائي على شحنة كهربائية. يتم تحديد حجم المجال الكهربائي من خلال فرق الجهد بين النقاط.
يتم وصف مبادئ التفاعل بين الجسيمات المشحونة من قبل قوانين الكهرباء الساكنة. وفقا لقانون كولوم ، فإن قوة التفاعل لشحنتين نقطتين تتناسب طرديا مع مقاديرها وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما.
يعد المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين مع فرق جهد أحد أبسط المشكلات في الكهرباء الساكنة. إذا كان هناك فرق محتمل بين الصفائح ، فسيتم إزاحة الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات أو الأيونات بواسطة القوة ، لتشكيل تيار.
لوصف المجال الكهربائي بين الألواح المسطحة بفارق جهد ، يمكنك استخدام نموذج مجال كهربائي متجانس. في مثل هذا المجال ، تعتمد القوة المؤثرة على الشحنات فقط على حجمها ويتم توجيهها بالتوازي مع مستويات الصفائح.
لحساب المجال الكهربائي بين لوحات مسطحة مع فرق الجهد ، يتم استخدام الصيغة:
- احسب فرق الجهد بين الصفائح.
- أوجد المسافة بين اللوحات.
- احسب شدة المجال الكهربائي باستخدام الصيغة: ه = ت / د ، أين ه هي شدة المجال الكهربائي ، الخامس هو فرق الجهد ، د هي المسافة بين الصفائح.
يستخدم المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين مع اختلاف محتمل على نطاق واسع في العديد من الأجهزة والأنظمة مثل المكثفات والدوائر الإلكترونية. إن فهم أسسها المادية يجعل من الممكن تطوير وتحسين هذه الأنظمة من أجل الاستخدام الفعال للكهرباء.
ما هو المجال الكهربائي?
المجال الكهربائي هو منطقة من الفضاء تعمل فيها القوى الكهربائية على الجسيمات المشحونة.
ينشأ مجال كهربائي حول شحنة كهربائية. يمكن أن تكون الشحنات موجبة أو سالبة ، وتخلق مجالا كهربائيا يتفاعل مع الجسيمات المشحونة الأخرى.
يتم قياس المجال الكهربائي في شدة المجال ، والتي يشار إليها بالرمز هـ.تحدد شدة المجال القوة التي يعمل بها المجال على الشحنة. يقاس بوحدات القوة لكل شحنة وله بعد ن / كوالا لمبور (نيوتن لكل كولوم).
يحدد اتجاه المجال الكهربائي حركة الشحنة الموجبة. في أي نقطة من المجال الكهربائي يوجد متجه لشدة المجال ، مما يشير إلى اتجاه حركة الشحنة الموجبة في هذه المرحلة.
يمكن إنشاء مجال كهربائي ليس فقط عن طريق الشحنات ، ولكن أيضا عن طريق المجالات الكهربائية من المغناطيس الدائم والمتناوب. السمة المميزة للمجال الكهربائي هي أنه يتفاعل مع الشحنات بالقوة ويغير حركة الشحنات تحت تأثيره.
للمجال الكهربائي العديد من التطبيقات في حياتنا ، بدءا من الدوائر الكهربائية والأجهزة الإلكترونية إلى موجات الراديو والتلفزيون. يستخدم المجال الكهروستاتيكي أيضا في الإجراءات الطبية لتطهير الجلد وتدمير البثور في الأنسجة.
قانون كولوم للمجال الكهربائي
قانون كولوم هو أحد القوانين الأساسية للكهرباء الساكنة ويصف التفاعل بين شحنتين نقطتين. وفقا لهذا القانون ، فإن قوة التفاعل تتناسب طرديا مع ناتج مقادير الشحنات وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الشحنات.
رياضيا ، يمكن كتابة قانون كولوم على النحو التالي:
و = ك * (س1 * س2) / ص^2
أين:
- و هي قوة التفاعل بين الشحنات
- ك هو ثابت كولوم ، يساوي تقريبا 9 * 10^9 ن * م^2 / كوالا لمبور^2
- س1 و س2 هي قيم رسوم الرسوم الأولى والثانية ، على التوالي
- ، ص هي المسافة بين الشحنات
لا ينطبق قانون كولوم على رسوم النقاط فحسب ، بل يمكن أيضا تمديده ليشمل حالة الشحنات الموزعة والمجالات الكهرومغناطيسية. إنه أساس فهم التفاعل الكهروستاتيكي ويسمح لنا بوصف سلوك المجالات الكهربائية.
تحديد المهمة
النظر في نظام من اثنين من لوحات مسطحة كبيرة بلا حدود تقع موازية لبعضها البعض. يتم إنشاء مجال كهربائي بين هذه اللوحات بسبب الجهد (فرق الجهد) بينهما.
من الضروري حل مشكلة توزيع الجهد الكهربائي والمجال الكهربائي بين الصفائح ، وكذلك تحديد القوة المؤثرة على الشحنة الموضوعة في هذا المجال.
لحل هذه المشكلة ، يجب مراعاة الافتراضات والشروط التالية:
- لوحات هي موصل تماما ولها مساحة س.
- لا توجد مادة أخرى بين الصفائح باستثناء المجال الكهربائي.
- جوانب اللوحات على نفس المسافة د من بعضها البعض.
- هناك الجهد ش بين لوحات.
بناء على هذه الافتراضات والشروط ، يلزم العثور على القيم التالية:
- توزيع الجهد الكهربائي (الجهد) بين اللوحات.
- توزيع المجال الكهربائي بين اللوحات.
- القوة المؤثرة على شحنة موضوعة في مجال كهربائي معين.
لحل المشكلة ، سيتم استخدام القوانين الأساسية للكهرباء الساكنة ، بما في ذلك قانون كولوم ، وقانون أوم ، وكذلك تعريف المجال الكهربائي والإمكانات.
هندسة النظام
ضع في اعتبارك نظاما يتكون من طائرتين متوازيتين تقعان على مسافة من بعضهما البعض. سيتم استدعاء الطائرات لوحات النظام.
دع اللوحة الأولى لها شحنة موجبة واللوحة الثانية لها شحنة سالبة. وهكذا ، ينشأ مجال كهربائي بين الصفائح.
يشار إلى المسافة بين اللوحات بواسطة الرمز د. عند النظر في النظام ، يمكن إهمال أبعاد اللوحات واعتبارها كبيرة بشكل لا نهائي مقارنة بالمسافة بينها.
للراحة ، سنفترض أن اللوحة ذات الشحنة الموجبة تقع فوق اللوحة بشحنة سالبة.
هذا التكوين الهندسي يجعل من السهل النظر في المجال الكهربائي بين اللوحات في هذا النظام.
سيتم الإشارة إلى قيمة فرق الجهد بين اللوحات بواسطة الرمز الخامس. يميز مجال القوة في النظام ويستخدم لتحديد القوة التي ستعمل بها الشحنات الموجودة في هذا المجال.
وبالتالي ، فإن هندسة نظام لوحين مسطحين مع فرق جهد تتكون من وجود طائرتين متوازيتين تقعان على مسافة د من بعضها البعض ، وفرق جهد الخامس بينهما.
فرق الجهد بين اللوحات
الفرق المحتمل بين لوحين مسطحين هو خاصية مهمة في الأنظمة ذات المجال الكهربائي. يحدد التغيير في إمكانات المجال الكهربائي بين هذه اللوحات ويسمح لك بتقدير الجهد المطبق على النظام.
لحساب فرق الجهد بين الصفائح ، من الضروري معرفة فرق الجهد على كل لوحة. فرق الجهد يساوي فرق الجهد على اللوحة السالبة والإمكانات على اللوحة الموجبة.
يرتبط الجهد الكهربائي على اللوحة بالجهد ويتم توجيهه من اللوحة الموجبة إلى اللوحة السالبة. يشار إلى الإمكانات الموجودة على اللوحة الموجبة باسم الخامس1 ، وعلى اللوحة السالبة باسم الخامس2.
وبالتالي ، يمكن تعريف فرق الجهد بين الصفائح على أنه الفرق بين الإمكانات الموجبة والسالبة: أوشفف = الخامس1 — الخامس2.
يرتبط فرق الجهد بين اللوحات ارتباطا مباشرا بفرق الجهد بينهما ، وكذلك المسافة بين اللوحات ومقدار الشحنة. مع زيادة فرق الجهد بين الصفائح ، تزداد قوة المجال الكهربائي وينشأ جهد بين الصفائح. هذا يجعل من الممكن استخدام أنظمة الألواح المسطحة لإنشاء أجهزة كهربائية مثل المكثفات وتطبيقها في مختلف مجالات الهندسة والعلوم.
فرق الجهد بين اللوحات مهم في تحليل الدوائر الكهربائية ، لأنه يحدد المجال الكهربائي والجهد في النظام. تتيح لك معرفة هذه المعلمة حساب الخصائص الكهربائية للنظام ، مثل المقاومة والسعة والتيار.
سؤال وجواب
كيفية تحديد اتجاه المجال الكهربائي بين اثنين من لوحات مسطحة?
يتم تحديد اتجاه المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين من لوحة ذات إمكانات أعلى إلى لوحة ذات إمكانات أقل.
ما هي الصيغة المستخدمة لحساب قوة المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين?
صيغة حساب شدة المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين هي: و = س ، أين و هي القوة ، ف هي الشحنة ، ه هي شدة المجال الكهربائي.
كيف سيتغير المجال الكهربائي بين لوحين مسطحين إذا زاد فرق الجهد?
إذا قمت بزيادة فرق الجهد بين لوحين مسطحين ، فستزداد أيضا شدة المجال الكهربائي. سيؤدي ذلك إلى زيادة القوة ، وبالتالي إلى مجال كهربائي أقوى بين الصفائح.
ما هي العلاقة بين فرق الجهد والمجال الكهربائي بين لوحات مسطحة?
هناك علاقة مباشرة بين فرق الجهد والمجال الكهربائي بين الصفائح المسطحة. كلما زاد فرق الجهد ، كلما كان المجال الكهربائي أقوى بين الصفائح.