المقطع العرضي هو مستوى عمودي على محور الموصل الذي يمر من خلاله تيار كهربائي. إن مسألة الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي هي المفتاح لفهم مجموعة متنوعة من الظواهر والحسابات الكهربائية.
المبدأ الأساسي فيما يتعلق بالتهمة التي تمر عبر المقطع العرضي هو قانون الحفاظ على الرسوم. تنص على أن الشحنة التي تدخل المقطع العرضي المفتوح للموصل يجب أن تكون مساوية للشحنة التي تخرج من هذا القسم. وبالتالي ، فإن الشحنة هي قيمة ثابتة ولا يمكن إنشاؤها أو تدميرها داخل الموصل.
تسمى الصيغة التي تربط الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي والتيار الكهربائي بصيغة حساب الشحنة. تقول: الشحنة تساوي ناتج التيار في الوقت الذي يتدفق فيه التيار عبر القسم. تسمح لنا هذه الصيغة بحساب الشحنة إذا كانت قيم التيار والوقت معروفة.
من المهم ملاحظة أن الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل يمكن أن تكون موجبة أو سالبة. يعتمد ذلك على اتجاه التيار وعلامة شحنة جزيئات المادة التي يتكون منها الموصل.
يعد فهم المبادئ والصيغ الأساسية المتعلقة بالشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي أمرا مهما لإجراء دراسة أعمق للكهرباء وتطبيقاتها. ستسمح لنا هذه المعلومات بفهم أفضل لكيفية عمل الدوائر الكهربائية ، وكذلك الحسابات المتعلقة بالأجهزة والأنظمة الكهربائية المختلفة.
- أساسيات الكهرباء
- ما هي الشحنة الكهربائية?
- كيفية قياس الشحنة الكهربائية
- قانون حفظ الشحنة الكهربائية
- المقطع العرضي والشحنة المتدفقة
- قانون أوموف
- تحديد الشحنة المتدفقة
- تطبيق الصيغة لحساب الشحنة المتدفقة
- سؤال وجواب
- كيفية حساب التهمة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل?
- أي نوع من تهمة سوف تمر عبر المقطع العرضي للموصل إذا كان من المعروف أن تيار 2 أمبير يتدفق من خلال موصل ل 5 ثواني?
- ما هو المقطع العرضي للموصل?
- لماذا تمر الشحنة عبر المقطع العرضي للموصل مساوية للتيار مضروبا في الوقت?
- هل يمكن أن تكون الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل سالبة?
أساسيات الكهرباء
الكهرباء ظاهرة فيزيائية ناتجة عن وجود شحنة كهربائية يمكن أن تسبب ظواهر كهربائية ومغناطيسية. تتيح المفاهيم والقوانين الأساسية للكهرباء شرح الظواهر والعمليات الكهربائية المختلفة ، وكذلك تطبيقها لأغراض عملية.
تعتمد الكهرباء على مفهوم الشحنة الكهربائية. الشحنة هي كمية مادية تحدد كمية الكهرباء الموجودة في الجسم. يمكن أن تكون الرسوم إيجابية أو سلبية.
المفاهيم الأساسية للكهرباء:
- التيار الكهربائي (ط): هذه هي الحركة الاتجاهية للشحنات الكهربائية. يقاس التيار بالأمبير (أ). يتم تحديد قيمة التيار من خلال عدد رسوم المرور لكل وحدة زمنية.
- الجهد (ش): هذا هو فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة الكهربائية. يقاس الجهد بالفولت (الخامس) ويحدد القوة التي تتحرك بها الشحنات في الموصل.
- المقاومة (ص): إنها سمة من سمات مادة أو دائرة كهربائية تحد من التيار. تقاس المقاومة بالأوم (Ω).
القوانين الأساسية للكهرباء:
- قانون أوم: التيار في الدائرة الكهربائية يتناسب طرديا مع الجهد ويتناسب عكسيا مع المقاومة.
- قانون كيرشوف: مجموع التيارات المتدفقة إلى عقدة الدائرة الكهربائية يساوي مجموع التيارات المتدفقة منها. مجموع الفولتية في دائرة مغلقة لدائرة كهربائية هو صفر.
بالإضافة إلى هذه المفاهيم والقوانين الأساسية ، هناك العديد من المصطلحات والصيغ المهمة الأخرى في مجال الكهرباء. تلعب الكهرباء دورا كبيرا في حياتنا وهي أساس تشغيل العديد من الأجهزة والأنظمة الإلكترونية.
ما هي الشحنة الكهربائية?
الشحنة الكهربائية هي كمية فيزيائية تميز تفاعل الجسيمات الكهربائية. يمكن أن تكون الشحنة موجبة أو سالبة ، ووحدة قياسها هي كولوم (ج).
تتكون المواد من ذرات ، تحتوي كل منها على جسيمات مشحونة-إلكترونات وبروتونات. الإلكترونات لها شحنة سالبة ، بينما البروتونات لها شحنة موجبة.
الخصائص الأساسية للشحنة الكهربائية:
- قانون حفظ الشحنة: في نظام معزول ، تظل الشحنة الإجمالية دون تغيير.
- قانون كولوم: تتناسب قوة التفاعل بين جسيمين مشحونين مع ناتج شحناتهما وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما.
- مبدأ التراكب: تتفاعل الشحنات مع بعضها البعض بشكل مستقل.
يمكن أن يكون مصدر الشحنة الكهربائية ، على سبيل المثال ، الاحتكاك أو التلامس أو التيار الكهربائي. تجذب رسوم العلامات المختلفة ، لكن العلامات المتطابقة تتنافر.
تلعب الشحنة دورا مهما في العديد من مجالات العلوم وتستخدم في تقنيات مختلفة ، بما في ذلك الكهرباء والإلكترونيات والديناميكا الكهربائية.
كيفية قياس الشحنة الكهربائية
الشحنة الكهربائية هي كمية أساسية في الفيزياء وتقاس بالكولومبس (كل). يتم استخدام أجهزة وطرق خاصة لقياس الشحنة الكهربائية.
الطرق الرئيسية لقياس الشحن:
- طريقة كهرباء: تعتمد هذه الطريقة على مبدأ تفاعل الأجسام المشحونة. تستخدم المقاييس الكهربائية أو المقاييس الكهروستاتيكية لقياس قوة التفاعل للأجسام المشحونة.
- الطريقة الكهرومغناطيسية: تستخدم الجلفانومترات أو الأجهزة الكهرومغناطيسية لقياس الشحنات. يقيسون قوة التيار المتدفق عبر الموصل.
- طريقة الكم: تعتمد هذه الطريقة على قياس الشحنة من خلال شحنة كهربائية أولية. ويستند هذا على مبدأ تكميم الشحنة الكهربائية.
- طريقة التأين: تعتمد هذه الطريقة على قياس تأين الذرات أو الجزيئات تحت تأثير شحنة كهربائية. يتم استخدام غرف التأين أو أجهزة الكشف.
تستخدم أجهزة خاصة مثل مقاييس الكولومتر أو المقاييس الدقيقة لقياس الشحنة بدقة. يمكن قياس الشحنة في ظل ظروف ثابتة وعندما يمر تيار عبر موصل.
صيغة حساب الشحنة الكهربائية:
يمكن حساب الشحنة الكهربائية (س) باستخدام الصيغة:
| القيمة | الصيغة |
|---|---|
| شحنة كهربائية | س = ط t ر |
أين:
- س هي الشحنة الكهربائية في كولومبس (كوالا لمبور)
- أنا هو التيار الذي يمر عبر الموصل بالأمبير (أ)
- تي هو الوقت الذي يمر فيه التيار عبر الموصل بالثواني (الثواني)
وبالتالي ، فإن قياس الشحنة الكهربائية يتطلب استخدام طرق وأجهزة خاصة ، وكذلك استخدام الصيغ الرياضية المناسبة.
قانون حفظ الشحنة الكهربائية
قانون الحفاظ على الشحنة الكهربائية هو أحد المبادئ الأساسية للكهرباء الساكنة. وفقا لهذا القانون ، فإن الشحنة الكهربائية هي كمية تستمر أثناء أي عمليات تفاعل للأجسام أو الجسيمات المشحونة.
يمكن التعبير عن قانون الحفاظ على الشحنة الكهربائية بالصيغة:
- قانون حفظ الشحنة في نظام مغلق:
مجموع جميع الرسوم الواردة يساوي مجموع جميع الرسوم الصادرة: |
أوشقكس = أوشقكس
قانون الحفاظ على الرسوم للأنظمة الفردية:
التغيير في تهمة النظام يساوي مجموع التغييرات في رسوم مكوناته: |
أوقلق من النظام = أوققي
تقاس قيمة الشحنة الكهربائية بوحدات شحنة إلكترون أولي-كولومبس (كوالا لمبور).
قانون الحفاظ على الشحنة الكهربائية هو قانون أساسي في الفيزياء ، ويسمح لك احترامه بوصف وتحليل العديد من الظواهر والعمليات الكهربائية.
المقطع العرضي والشحنة المتدفقة
المقطع العرضي هو المنطقة المتعامدة مع اتجاه التدفق الحالي. عندما تمر الشحنة عبر الموصل ، سيمر جزء من الشحنة عبر المقطع العرضي.
الشحنة المتدفقة هي مقدار الشحنة التي تمر عبر مقطع عرضي لكل وحدة زمنية. وحدة القياس الخاصة به هي الأمبير (أ).
يمكن حساب الشحنة المتدفقة باستخدام الصيغة:
أنا = ف / ر
أين:
- أنا هي الشحنة المتدفقة (أمبير);
- س هو مبلغ الشحن (قلادة);
- ر هو الوقت (بالثواني).
على سبيل المثال ، إذا مرت شحنة تساوي 10 كولوم عبر المقطع العرضي لمدة 5 ثوان ، فستكون الشحنة المتدفقة مساوية لـ:
أنا = 10 كوالا لمبور / 5 ثانية = 2 أ
وبالتالي ، فإن الشحنة المتدفقة هي 2 أمبير.
باستخدام صيغة حساب الشحنة المتدفقة ، من الممكن تقدير كمية الكهرباء التي تمر عبر المقطع العرضي والتحكم في تدفقها في الأنظمة التقنية. يتيح لك ذلك التحكم في السرعات الكهربائية وتنظيمها وضمان كفاءة الأجهزة والأنظمة الكهربائية.
قانون أوموف
قانون أوم هو القانون الأساسي للدائرة الكهربائية ، والذي يحدد التناسب بين الجهد على جزء من الدائرة وقوة التيار المتدفق عبرها. تمت صياغة قانون أوم على النحو التالي:
تتناسب كمية التيار المتدفق عبر قسم من الدائرة الكهربائية طرديا مع الجهد المتولد في هذا القسم:
أنا = ش / ص,
أين:
- أنا هي القوة الحالية (بالأمبير);
- يو الجهد (في فولت);
- ص هي مقاومة قسم الدائرة (بالأوم).
وبالتالي ، فإن المقاومة هي مقياس للحاجز أمام مرور التيار الكهربائي وتحدد مقدار الجهد الذي يجب أن يكون مرتفعا من أجل توفير قوة تيار معينة.
يسمح لك قانون أوم بحساب التيار الذي يمر عبر المقطع العرضي لقسم من الدائرة ، إذا كان الجهد في هذا القسم ومقاومته معروفين. هذا المبدأ هو الأساس لحساب وتصميم الدوائر والأجهزة الكهربائية.
وتجدر الإشارة أيضا إلى أن قانون أوم هو إضفاء الطابع المثالي على السلوك الحقيقي للدوائر الكهربائية ، حيث يمكن أن تختلف المقاومة في الواقع اعتمادا على درجة الحرارة وتكوين المواد وعوامل أخرى. ومع ذلك ، في معظم الحالات العملية ، قانون أوم هو تقريب دقيق إلى حد ما.
تحديد الشحنة المتدفقة
الشحنة المتدفقة هي مقدار الشحنة الكهربائية التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل خلال فترة زمنية معينة. يقاس حجم الشحنة المتدفقة بعدد الشحنات الأولية-الإلكترونات أو البروتونات ، ويشار إليها بالرمز س.
لتحديد الشحنة المتدفقة ، من الضروري معرفة القوة الحالية ، وهي كمية مادية تحدد مقدار الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية. يشار إلى القوة الحالية بالرمز الأول ويتم قياسها بالأمبير (أ).
لحساب الشحنة المتدفقة ، يتم استخدام الصيغة: