بحث عن القوة الكهربائية: تعريفها وخواصها واستخداماتها وقانونها

تعتبر القوة هي المسئولة عن تحريك الأجسام، والقوة الكهربائية شكل من أشكال الشحنات الكهرومغناطيسية، والتي تنقسم بطبيعتها إلى الشحنات الموجبة والشحنات السالبة، ووحدة قياسها هي "الكولوم". لقد تطرق العديد من الباحثين في مجال الفيزياء إلى البحث عن القوة الكهربائية ومنهم تشارلز كولوم عالم فيزيائي فرنسي, حيث قدم الكثير من المشاركات بالفيزياء الكهربائية والفيزياء المغناطيسية والمواد الفيزيائية والتكنولوجيا البشرية ووضع بعض التعريفات عن القوة الكهربائية. كان كولوم قادرًا على تحديد معدل دار القوة الكهربائية وسط جسمين مشحونين بالوسائل التي اخترعها، والمعروفة باسم التوازن الالتوائية لأنه يمكن أن يلاحظ جاذبية عدة مجالات لبعضها البعض وتنافر بعضها البعض.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• تعريف القوة الكهربائية
• تعريف الشحنات الكهربائية
• وحدة القوة الكهربائية
• خصائص القوة الكهربائية
• انواع القوة الكهربائية
• تطبيق القوة الكهربائية
• قانون الطاقة الكهربائية ووحدة القياس
• أمثلة على قوانين الطاقة الكهربائية
• قوة المجال الكهربائي
• قياس شدة المجال الكهربائي
• استخدامات قانون قوة المجال الكهربائي
• قانون كولوم

تعريف القوة الكهربائية

تُعرَّف القوة بأنها التأثير الذي يغير الطريقة التي يتحرك بها جسم متحرك أو يغير حركة كائن ثابت وهو تضاعف أن تلقى، وهذه القوة تحدث نتيجة العلاقة بين الشحنات (الإلكترونات والبروتونات)، وتعتمد القوة الكهربائية على مقدار الشحنات والمسافة بينها، حيث تزداد القوة بزيادة مقدار الشحنات وتقل كلما زادت المسافة بينها. يتم قياس القوة الكهربائية بوحدة نيوتن لكل كولوم (N/C).

تعريف الشحنات الكهربائية

• كان القدماء أول من أشاروا إلى وجود الشحنات الكهربائية، لأنه كان قادرًا على ملاحظة شرارة كهربائية أثناء سيره على السجادة في الأيام الرطبة، كما استطاع أن يلاحظها عندما كان تم أخذ قطع من ملابسه، وأصبحت هذه الظاهرة تعرف بالكهرباء,.
• ونشأ مفهوم الشحنة الكهربائية من ملاحظاتنا عن الطبيعة، فعندما نتمكن من مراقبة قوة كهربائية يمكننا تأكيد وجود الشحنات الكهربائية التي تسببت في هذه الظاهرة.
• الشحنة هي خاصية للجسم، مثلها مثل الكتلة، باستثناء أنه لا توجد كتلة سالبة وشحنة موجبة وشحنة سالبة.
• إن مصطلح الشحنة الموجبة ومصطلح الشحنة السالبة عبارة عن مصطلحات عشوائية، تمامًا كما كان الحال مع بنجامين فرانكلين في اعتبار الشحنة الموجبة للأجسام التي تحمل عددًا أقل من الإلكترونات، والنظر في الأجسام التي تحمل إلكترونات أكثر من الأجسام ذات الشحنة السالبة.

وحدة القوة الكهربائية

• وحدة قياس القوة الكهربائية هي نيوتن.
• القوة الكهربائية = ثابت كولوم × (الشحنة الأولى × الشحنة الثانية) / مربع المسافة.
• أما شدة القوة الكهربائية = الأمبير × الفولت

خصائص القوة الكهربائية

• القوى المتشابه تتنافر.
• القوى المختلفة تتجاذب.
• القوى الكهربائية قوى محافظة تسير في دوائر منتظمة وتحافظ على خط سيرها مادامت لا تطرأ عليها أي تدخلات.
• مقدرا القوى الكهربائية يتناسب عكسيا مع مربع المسافة (ف2) بين المركزين.
• مقدار القوى الكهربائية يتناسب طرديا مع حاصل ضرب الشحنيتين.

انواع القوة الكهربائية

تتكون القوى الكهربائية من نوعين من القوى قوة التجاذب وأخرى التنافر، وذلك يحدث نتيجة اختلاف الشحنات ما بين شحنة موجبة وأخرى سالبة، وينتج عن اختلاف الشحنات أيضا أنواع القوى الكهربائية، وهما اثنان ويشملا ما يلي:

• قوة التجاذب الكهربائية: تحدث في حالة اختلاف الشحنات الكهربائية يعني (شحنة سالبة + شحنة موجبة = قوة تجاذب بين الشحنات).
• قوة التنافر الكهربائية: تحدث في حالة تشابه الشحنات يعني (شحنة موجبة + شحنة موجبة= تنافر أو شحنة سالبة + شحنة سالبة = قوة التنافر الكهربائية).

الجدير بالذكر أن قوة التجاذب وقوة التنافر تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة من بين المركزين.

تطبيق القوة الكهربائية

• القوة الكهربية عبارة عن القوة التي تحافظ على بنية الذرة وتجعلها متماسكة لأن الإلكترونات السالبة تنجذب إلى النواة الموجبة (النواة موجبة لأنها تتضمن بروتونات موجبة ونيوترون متعادل، وبالتالي في النهاية ستكون إيجابية).
• إذا قارنا قوة الجاذبية بين الإلكترونات والنواة، فهي صغيرة جدًا جدًا وهذا بسبب الكتلة الصغيرة للإلكترون والنواة، وكذلك القوة الكهربية بينهما، وجدنا أن مقدار القوة الكهربية أكبر بكثير من قوة الجاذبية، ولهذا، يمكننا القول أن القوى الكهربائية هي ما يحافظ على بنية الذرة.

قانون الطاقة الكهربائية ووحدة القياس

قانون الطاقة الكهربائية وطريقة حساب وحدة قياسها على النحو التالي:

يمكن التعبير عن قانون الطاقة الكهربائية في مقدار الجهد المطبق في جهد مضروب في تيار كهربائي، كما في المعادلة التالية:

• الطاقة الكهربائية فرق الجهد × التيار الكهربائي.
• يتم حساب وحدة قياس الطاقة الكهربائية (واط) على النحو التالي:
• الطاقة الكهربائية فرق الجهد وحدة التيار الكهربائي للكهرباء.
• الوحدة التفاضلية المحتملة × الوحدة الحالية.

أمثلة على قوانين الطاقة الكهربائية

مثال 1:

يعمل السخان الكهربائي بجهد 150 فولت وتيار 30 أمبير, وما كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة؟

الإجابة

هي القدرة الكهربائية من خلال المعادلة الآتية

( فرق الجهد حاصل ضرب التيار الكهربائي)

الطاقة الكهربائية 150 حاصل ضرب 150 يساوي 4500 وات.

مثال 2:

تحديد جهد الخرج الكهربائي للضوء الذي يكون فرق جهده 12 فولت والذي يستخدم تيارًا كهربائيًا 2. 5 أمبير.

الحل

الطاقة الكهربائية (فرق الجهد حاصل ضرب التيار الكهربائي )

الطاقة الكهربائية 12 حاصل ضرب 2.5 يساوي 30 وات.

قوة المجال الكهربائي

تسمى قوة المجال الكهربائي بأنها كمية مادية لها حجم واتجاه، لأنها غالبًا ما تستخدم في الكهرباء الساكنة ومن أهم مميزات الطاقة الكهربائية هي قوة المجال, لأن ينتج عنها صورة كاملة وظاهرة لقوة المجال من خلال زيادته ونقصانه وتتلاءم شدته مع قدرته الناتجة والأكبر هو وهذا يعني أن الشحنة الكهربائية تتعرض لقوة كبيرة في نفس النقطة.

قياس شدة المجال الكهربائي

يتم قياس شدة المجال الكهربائي بوحدة قياس تسمى مكبرات الصوت، وتتميز بالآتي:

• الأمبير هو أحد الوحدات الكبيرة نسبيًا، ويُعتبر من أهم الوحدات السبع الرئيسية للنظام المتري، ويُرمز إلى هذه الوحدة بالرمز A، وسميت على اسم الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير، الذي أجرى العديد من الدراسات والدراسات على التيار الكهربائي في المنازل وخاصة في عدد من الأجهزة بما في ذلك الثلاجات والتلفزيونات والغسالات.
• الوصلة بين أمبير فولت سميت وحدة الفولت على اسم العالم الإيطالي أليساندرو فولتا الذي اخترع البطارية الكهربائية عام 1800 ميلادي، ويرمز لها بالرمز (V)، وأشهر القيم: 110، 220، 180، والمعروفة بالصلة بين التيار الكهربائي والجهد.
• حيث أن وحدة قياس الجهد هي الجهد، ووحدة قياس التيار الكهربائي هي الأمبير، ووفقًا لهذه المعلومات، فإن قانون أوم للمقاومة يعني: أمبير \ 1 فولت؛ أي الجهد/المقاومة الحالية.
• يعطي ناتج 1 أمبير 1 فولت كمية الطاقة الكهربائية؛ أي 1 واط أمبير واحد 1 فولت.

استخدامات قانون قوة المجال الكهربائي

هناك العديد من الاستخدامات لقانون قوة المجال الكهربائي، وسنتناول بعضها على النحو التالي:

• أوجد قيمة القوة الكهربائية بضرب الشحنة في المجال الكهربائي.
• أوجد قيمة شحنة الاختبار بقسمة كل قوة على قوة المجال الكهربائي.
• فكر في شدة المجال الكهربائي كقوة وحدة شحنة موجبة.
• حدد اتجاه المجال الكهربائي بوضع شحنة اختبار.
• حدد حجم المجال الكهربائي حسب شحنة المصدر.

قانون كولوم

• لا نستطيع ذكر القوة الكهربية من غير معرفة قانون كولوم، الذي يستعمل في حساب كمية الطاقة الكهربائية في الجسيمات المشحونة.

قانون كولوم ينص على :

• طاقة التجاذب أو طاقة التنافر خلال الشحنتين داخل الفراغ وتتلاءم طرديًا مع مقدار القيمة المطلقة لمنتج شحناتهم، وعكسًا مع مقدار مربع المسافة خلالهما.

القدرة الحثية الكهربية:

• يؤدي التغيير في مقدار المجال المغناطيسي أو التغير في تدفقه، الذي اكتشفه فاراداي، إلى تكوين تيار حثي.
• عندما نقوم بتحريك موصل بسرعة واحدة ثابتة بالمجال مغناطيسي نتيجة القوة الخارجية التي تعمل عليه، يتم إنشاء تيار حثي في هذا الموصل وتسمى هذه القوة الخارجية التي تولد تيارًا حثيًا بـ EMF المستحث.
• في علوم الدوائر الكهربائية، ندرك أن جميع مصادر القوة الكهربية، مثل البطاريات، تنتج تيارًا مباشرًا، وفرق الجهد المطبق بواسطة مصدر الطاقة أو البطارية يسمى القوة الدافعة الكهربائية، والقوة هي مجرد مصطلح يُعطى الدفع الكهربائي والدافع الكهربائي الحي، لأنه يمثل في الواقع فرق الجهد.

التطبيقات على الطاقة الدافعة الكهربائية الحثية:

• يعد الميكروفون أحد التطبيقات البسيطة لاستخدام القوة التحفيزية الحثية، لأنه يتكون من غشاء رقيق متصل بملف الحركة في مجال مغناطيسي، وتعمل الموجات الصوتية على الاهتزاز من الغشاء الذي يحرك الملف داخل المجال المغناطيسي، وهذا يؤدي إلى توليد زخم استقرائي في طرفي الملف عندما يتغير تردد الصوت.
• المولد الكهربائي: (الدينامو) الذي قام باختراعه فاراداي يحول القوة الميكانيكية إلى قوة كهربائية، لأن المولد يتكون من سلسلة حلقات السلكية مرتبة في مجال مغناطيسي قوي.
• أثناء حركات الحلقات السلكية وهي تسمى الملف، يتم فصل المجال المغناطيسي، مما يخلق قوة دافعة استقرائية تدفع الملف إلى إنتاج طاقة كهربائية وكلما زاد عدد لفات الملف، زادت أطوال الأسلاك وزادت الطاقة الدافعة الحثية.