المناهج

حل فيزياء 3 الفصل السادس المجالات الكهربائية مقررات

المجالات الكهربائية

فهرس المقاله

يؤثر مجال كهربائي بقوة مقدارها 2.0×10-4 N في شحنة اختبار موجبة مقدارها 5.0×10-6 C  ما مقدار المجال الكهربائي عند موقع شحنة الاختبار

الحل :

 

 وضعت شحنة سالبة مقدارها 2.0×10-8 C في مجال كهربائي فتأثرت بقوة مقدارها 0.060 N في اتجاه اليمين  ما مقدار واتجاه المجال الكهربائي عند موقع الشحنة

الحل :

 وضعت شحنة موجبة مقدارها 3.0×10-7 C في مجال كهربائي شدته 27 N/C يتجه إلى الجنوب ما مقدار القوة المؤثرة في الشحنة

الحل :

 

 وضعت كرة بيلسان وزنها 2.1×10-3 N في مجال كهربائي شدته 6.5×104 N/C ، يتجه راسيا إلى أسفل ما مقدار الشحنة التي يجب أن توضع على الكرة ونوعها بحيث توازن القوة الكهربائية المؤثرة فيها قوة الجاذبية الأرضية وتبقى الكرة معلقة في المجال

الحل :

بما أن الكرة معلقة في المجال أي لا تتحرك ، فإن المجموع الجبري للقوة الكهربائية وقوة الجاذبية الأرضية يساوي صفرا

وبما أن القوة الكهربائية إلى اعلى ( عكس المجال الكهربائي ) لذا ، فالشحنة سالبة

يفحص زيد المجال الكهربائي الناشئ عن شحنة مجهولة المقدار والنوع . فيرسم أولا المجال بشحنة اختبار مقدارها 1.0×10-6 C  ثم يكرر عمله بشحنة اختبار أخرى مقدارها 2.0×10-6 C

هل يحصل زيد على القوى نفسها في الموقع نفسه عند استخدام شحنتي الاختبار  وضح إجابتك

هل يجد زيد أن شدة المجال هي نفسها عند استخدام شحنتي الاختبار  وضح إجابتك

الحل :

لا ، ستكون القوة المؤثرة في الشحنة 2.0×10-6 C ضعفي القوة المؤثرة في الشحنة 1.0×10-6 C

نعم ، لانه سيقسم القوة على مقدار شحنة الاختبار ، والنتيجة ستكون نفسها

 ما مقدار المجال الكهربائي عند نقطة تبعد 1.2 m عن شحنة نقطية مقدارها 4.2×10-6C

الحل :

 

 ما مقدار المجال الكهربائي عند نقطة تقع على بعد يساوي ضعف البعد عن الشحنة النقطية الواردة في المسألة السابقة

الحل :

لأن شدة المجال الكهربائي تتناسب عكسيا مع مربع البعد عن الشحنة النقطية ، فإن شدة المجال الجديدة تساوي 1/4 شدة المجال الأصلي أي 6.5×103 N/C .

 

 ما شدة المجال الكهربائي عند نقطة تبعد 1.6 m إلى الشرق من شحنة نقطية مقدارها +7.2×10-6 C

الحل :

و يكون اتجاه المجال الكهربائي نحو الشرق أي بعديدا عن الشحنة النقطية الموجبة

 إذا كانت شدة المجال الكهربائي الناشئ على بعد 0.25 m  من كرة صغيرة مشحونة يساوي 450 N/C ويتجه نحو الكرة فما مقدار ونوع شحنة الكرة

الحل :

الشحنة سالبة ، لأن المجال يتجه نحوها

 على أي بعد من شحنة نقطية مقدارها+2.4×10-6 C يجب وضع شحنة اختبار للحصول على مجال كهربائي شدته 360 N/C

الحل :

قياس المجالات الكهربائية افترض أنه طلب إليك قياس المجال الكهربائي في مكان أو فضاء معين فكيف تستكشف وجود المجال عند نقطة معينة في ذلك الفضاء وكيف تحدد مقدار المجال  وكيف تختار مقدار شحنة الاختبار  وكيف تحدد اتجاه المجال

الحل :

يمكنك استكشاف المجال بوضع شحنة اختبار عند تلك النقطة ، ثم تحدد ما إذا كانت هناك قوة تؤثر فيها  ولحساب مقدار المجال قسم مقدار القوة المؤثرة في شحنة الاختبار على مقدار شحنة الاختبار . أما عن اختيار مقدار شحنة الاختبار فعليك مراعاة أن يكون مقدارها صغيرا جدا مقارنة بمقادير الشحنات التي تولد المجال بعد ذلك حدد اتجاه القوة المؤثرة في شحنة الاختبار وذلك لتحديد اتجاه المجال

شدة المجال واتجاهه تؤثر قوة كهربائية مقدارها1.50×10-3N في اتجاه الشرق في شحنة اختبار موجبة مقدارها 2.40×10-8 C ، أوجد المجال الكهربائي في موقع شحنة الاختبار

الحل :

خطوط المجال الكهربائي في الشكل6-3 هل يمكنك تحديد أي الشحنتين موجبة ، وأيهما سالبة  ماذا تضيف لإكمال خطوط المجال

الحل :

لا ، يجب أن يكون لخطوط المجال رؤوس أسهم تشير إلى اتجاهها ، حيث تكون خارجة من الشحنة الموجبة وداخلة إلى  الشحنة السالبة

المجال مقابل القوة كيف يختلف تأثير المجال الكهربائيEفي شحنة اختبار عن تأثير القوة F في شحنة الاختبار نفسها

الحل :

يعد المجال خاصية لتلك المنطقة من الفضاء ، ولا يعتمد على شحنة الاختبار المستخدمة في قياسه . بينما تعتمد القوة الكهربائية على مقدار شحنة الاختبار ونوعها

التفكير الناقد افترض أن الشحنة العلوية في الشكل6-2cهي شحنة اختبار موضوعة في ذلك المكان ، لقياس محصلة المجال الناشئ عن الشحنتين السالبتين . هل الشحنة صغيرة بدرجة كافية للقيام بعملية القياس بدقة ؟ وضح إجابتك

الحل :

لا ، هذه الشحنة كبيرة بمقدار كاف لتوليد مجال كهربائي قادر على تشويه المجال الناتج عن الشحنتين الأخريين

شدة المجال الكهربائي بين لوحين فلزيين واسعين متوازين ومشحونين6000 N/C، والمسافة بينهما 0.05 m . احسب فرق الجهد الكهربائي بينهما

الحل :

إذا كانت قراءة فولتميتر متصل بلوحين متوازيين مشحونين400 Vعندما كانت المسافة بينهما 0.020 m ، فاحسب المجال الكهربائي بينهما

الحل :

 

عندما طبق فرق جهد كهربائي مقداره125 Vعلى لوحين متوازيين تولد بينهما مجال كهربائي مقداره 4.25×103 N/C . ما البعد بين اللوحين

الحل :

ما الشغل المبذول لتحريك شحنة3.0 Cخلال فرق جهد كهربائي مقداره 1.5 V

الحل :

 يمكن لبطارية سيارة جهدها 12 V ومشحونة بصورة كاملة أن تختزن شحنة مقدارها 1.44×106 C . ما مقدار الشغل الذي يمكن أن تبذله البطارية قبل أن تحتاج إلى إعادة شحنها

الحل :

 

يتحرك إلكترون خلال أنبوب الأشعة المهبطية لتلفاز  فتعرض لفرق جهد مقداره18000 V ما مقدار الشغل المبذول على الإلكترون عند عبوره فرق الجهد هذا

الحل :

إذا كان مقدار المجال الكهربائي في مسارع جسيمات يساوي4.5×105N/C ، فما مقدار الشغل المبذول لتحريك بروتون مسافة 25 cm خلال هذا المجال

الحل :

تسقط قطرة زيت في جهاز مليكان مع عدم وجود مجال كهربائي . ما القوى المؤثرة فيها  وإذا سقطت القطرة بسرعة متجهة ثابتة فصف القوى المؤثرة فيها

الحل :

قوة الجاذبية الأرضية ( الوزن ) في اتجاه الأسفل ، وقوة الاحتكاك مع الهواء في اتجاه الأعلى . وغذا سقطت القطرة بسرعة متجهة ثابتة تكون القوتان متساويتان في المقدار

إذا علقت قطرة زيت وزنها1.9x 10-15N في مجال كهربائي مقداره 6.0×103 N/C فما مقدار شحنة القطرة  وما عدد فائض الإلكترونات التي تحملها القطرة

الحل :

 

قطرة زيت وزنها6.4×10-15N تحمل إلكترونا فائضا واحدا ما مقدار المجال الكهربائي اللازم لتعليق القطرة ومنعها من الحركة

الحل :

علقت قطرة زيت مشحونة بشحنة موجبة وزنها1.2×10-14N بين لوحين متوازيين البعد بينهما 0.64 cm  إذا كان فرق الجعد بين اللوحين 240 V فما مقدار شحنة القطرة ؟ وما عدد الإلكترونات التي فقدتها لتكتسب هذه الشحنة

الحل :

 مكثف كهربائي سعته 27 μF وفرق الجهد الكهربائي بين لوحيه 45 V  ما مقدار شحنة المكثف

الحل :

 

مكثفان ، سعة الأول3.3 μF، وسعة الآخر 6.8 μF ، إذا وصل كل منهما بفرق جهد 24 V فاي المكثفين له شحنة أكبر ؟ وما مقدارها

الحل :

 إذا شحن كل من المكثفين في المسألة السابقة بشحنة مقدارها 3.5×10-4 C فأي المكثفين له فرق جهد كهربائي أكبر بين طرفيه  وما مقداره

الحل :

 

شحن مكثف كهربائي سعته2.2 μFحتى أصبح فرق الجهد الكهربائي بين لوحيه 6.0 V ما مقدار الشحنة الإضافية التي يتطلبها رفع فرق الجهد بين طرفيه إلى 15.0 V

الحل :

عند إضافة شحنة مقدارها2.5×10-5c إلى مكثف يزداد فرق الجهد بين لوحيه من 12.0 V إلى 14.5 V احسب مقدار سعة المكثف

الحل :

فرق الجهد الكهربائي ما الفرق بين طاقة الوضع الكهربائية وفرق الجهد الكهربائي

الحل :

تتغير طاقة الوضع الكهربائية عندما يبذل شغل لنقل شحنة في مجال كهربائي ، كما أنها تعتمد على كمية الشحنة المنقولة . أما فرق الجهد الكهربائي فهو الشغل المبذول لنقل وحدة الشحنات في مجال كهربائي ، ولا يعتمد على كمية الشحنة المنقولة

المجال الكهربائي وفرق الجهد بين أن الفولت لكل متر هو نفسه نيوتن لكل كولوم

الحل :

تجربة مليكان عندما تتغير شحنة قطرة الزيت المعلقة داخل جهاز مليكان تبدأ القطرة في السقوط . كيف يجب تغيير فرق الجهد بين اللوحين لجعل القطرة تعود إلى الاتزان من جديد

الحل :

يجب زيادة فرق الجهد

الشحنة وفرق الجهد إذا كان التغير في فرق الجهد الكهربائي في المسألة السابقة لا يؤثر في القطرة الساقطة فعلام يدل ذلك بشأن الشحنة الجديدة على القطرة

الحل :

يدل على أن القطرة متعادلة كهربائيا

السعة الكهربائية ما مقدار الشحنة المختزنة في مكثف سعته0.47 μFعندما يطبق عليه فرق جهد مقداره 12 V

الحل :

توزيع الشحنات عند ملامسة كرة موصلة صغيرة مشحونة بشحنة سالبة لكرة موصلة كبيرة مشحونة بشحنة موجبة ، ماذا يمكن القول عن

جهد كل من الكرتين

شحنة كل من الكرتين

الحل :

 سيكون جهدا الكرتين متساويان

ستكون شحنة الكرة الكبيرة أكبر من شحنة الكرة الصغيرة ، ولكن سيكون لهما النوع نفسه.

التفكير الناقد بالرجوع إلى الشكل6-3a وضح كيف تستمر الشحنات في التراكم على القبة الفلزية لمولد فان دي جراف  ولماذا لا تتنافر الشحنات لتعود إلى الحزام عند النقطة B

الحل :

لا تولد الشحنات الموجودة على القبة الفلزبة مجالا كهربائيا داخلها ، بل تنتقل الشحنات فورا من الحزام على السطح الخارجي للقبة  حيث لا يكون لها تأثير في الشحنات الجديدة التي تصل إلى النقطة   B

أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : السعة ، شدة الكجال ، J/C ، الشغل

الحل :

ما الخاصيتان اللتان يجب أن تكونا لشحنة الاختبار

الحل :

يجب أن يكون مقدار شحنة الاختبار صغيرا جدا مقارنة مع مقادير الشحنات التي تولد المجال الكهربائي ، كما يجب أن تكون موجبة

كيف يحدد اتجاه المجال الكهربائي

الحل :

اتجاه المجال هو اتجاه القوة المؤثرة في شحنة موجبة موضوعة في المجال . وبهذا تكون خطوط المجال الكهربائي خارجة من الشحنة الموجبة وداخلة في الشحنة السالبة

ما المقصود بخطوط المجال الكهربائي

الحل :

خطوط القوى الكهربائية

ارسم بعض خطوط المجال الكهربائي لكل من الحالات التالية

شحنتين متساويتين في المقدار ومتماثلتين في النوع

شحنتين مختلفتين في النوع ولهما المقدار نفسه

شحنة موجبة وأخرى سالبة مقدارها يساوي ضعف مقدار الشحنة الموجبة

لوحين متوازين مختلفين في الشحنة

الحل :

 

في الشكل التالي ، أين تنتهي خطوط المجال الكهربائي الخارجة من الشحنة الموجبة

الحل :

تنتهي عند شحنات سالبة بعيدة موجودة في مكان ما خارج حواف الرسم التخطيطي

كيف يتم الإشارة لشدة المجال الكهربائي من خلال خطوط المجال الكهربائي

الحل :

كلما تقاربت خطوط المجال بعضها من بعض زادت قوة المجال الكهربائي

ماوحدة قياس طاقة الوضع الكهربائية  وما وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي  وفق النظام الدولي للوحداتSI

الحل :

وحدة قياس طاقة الوضع الكهربائية هي الجول ، ووحدة قياس فرق الجهد الكهربائي هي الفولت

عرف الفولت بلالة التغير في طاقة الوضع الكهربائية لشحنة تتحرك في مجال كهربائي

الحل :

الفولت هو التغير في طاقة الوضع الكهربائي الناتج عن انتقال وحدة شحنة اختبار q مسافة r مقدارها 1m في مجال كهربائي E مقداره . 1N/C

لماذا يفقد الجسم المشحون شحنته عند وصله بالأرض

الحل :

لأن الجسم المشحون يشارك شحنته مع سطح الأرض التي تعد جسما ضخما جدا

وضع قضيب مطاطي مشحون على طاولة فحافظ على شحنته بعض الوقت  لماذا لا تفرغ شحنة القضيب المشحون مباشرة

الحل :

لأن الطاولة مادة عازلة ، أو على الأقل موصل رديء جدا

شحن صندوق فلزي . قارن بين تركيز الشحنة على زوايا الصندوق وتركيزها على جوانب الصندوق

الحل :

يكون تركيز الشحنة عند الزوايا أكبر من تركيزها على جوانب الصندوق

أجهزة الحاسوب لماذا توضع الأجزاء الدقيقة في الأجهزة الإلكترونية – كتلك الموضحة في الشكل التالي – داخل صندوق فلزي موضوع داخل صندوق فلزي موضوع داخل صندوق آخر بلاستيكي

الحل :

لأن الصندوق الفلزي يحمي هذه الأجزاء من المجالات الكهربائية التي لا تنفذ إلى داخل الموصل الاجوف

ماذا يحدث لشدة المجال الكهربائي عندما تنقص شحنة الاختبار إلى نصف قيمتها

الحل :

لا يحدث شيء ، لأن القوة المؤثرة في شحنة الاختبار ستقل إلى النصف ، أي أن النسبة F’/q’ والمجال الكهربائي تبقى هي نفسها

هل يلزم طاقة أكبر أم طاقة أقل لتحريك شحنة موجبة ثابتة خلال مجال كهربائي متزايد

الحل :

تتناسب الطاقة طرديا مع القوة  وتتناسب القوة طرديا مع المجال الكهربائي  لذا يلزم طاقة أكبر

ماذا يحدث لطاقة الوضع الكهربائية لجسيم مشحون موجود داخل مجال كهربائي عندما يطلق الجسيم ليصبح حر الحركة

الحل :

ستتحول طاقة الوضع الكهربائية للجسيم إلى طاقة حركية له

يبين الشكل التالي ثلاث كرات مشحونة بالمقدار نفسه  بالشحنات الموضحة في الشكل  الكرتانYو Z ثابتتان في مكانيهما  والكرة x حرة الحركة . والمسافة بين الكرة x وكل من الكرتين Y و Z في البداية متساوية  حدد المسار الذي تبدأ الكرة x في سلوكه  مفترضا أنه لايوجد أي قوى أخرى تؤثر في الكرات

الحل :

ستسلك الكرة x المسار C ، لأنها ستتأثر بالقوتين الموضحتين بالمتجهين D و B ، ومحصلتهما هي المتجه C

ما وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي بدلالةm، kg ، s ، C

الحل :

كيف تبدو خطوط المجال الكهربائي عندما يكون للمجال الكهربائي الشدة نفسها عند النقاط جميعها في منطقة ما

الحل :

تكون متوازية  وتفصلها مسافات متساوية

تجربة قطرة الزيت لمليكان يفضل عند إجراء هذه التجربة استخدام قطرات زيت لها شحنات صغيرة  هل يتعين عليك البحث عن القطرات التي تتحرك ببطء عندما يتم تشغيل المجال الكهربائي  وضح إجابتك

الحل :

يتعين البحث عن القطرات التي تتحرك ببطء  فكلما كانت الشحنة أكبر كانت القوة المؤثرة فيها أكبر  لذا تكون سرعتها الحدية أكبر

في تجربة قطرة الزيت لمليكان تم تثبيت قطرتي زيت في المجال الكهربائي

هل يمكنك استنتاج أن شحنتيهما متماثلتان

أي خصائص قطرتي الزيت نسبها متساوية

الحل :

لا ، قد تكون كلتاهما مختلفتين

نسبة الشحنة إلى الكتلة q/m أو نسبة الكتلة إلى m/q

يقف زيد و أخيه يوسف على سطح مستو معزول متلامسين بالأيادي عندما تم اكتسابها شحنة  كما هو موضح في الشكل التالي  إذا كانت المساحة السطحية لجسم زيد أكبر من أخيه فمن منهما يكون له كمية أكبر من الشحنات  أم سيكون لهما المقدار نفسه منها

الحل :

يمتلك زيد مساحة سطحية أكبر ، لذا سيمتلك كمية أكبر من الشحنة

إذا كان قطرا كرتي ألمنيوم1cmو 10 cm فأيتهما له سعة أكبر

الحل :

للكرة التي قطرها 10 cm سعة كهربائية أكبر  لأن الشحنات يمكنها أن تبنعد بعضها عن بعض بصورة أكبر ، وهذا يقلل من ارتفاع جهدها عندما تشحن

كيف يمكنك تخزين كميات مختلفة من الشحنات في مكثف

الحل :

يتغير الجهد بين طرفي المكثف

شحنة الإلكترون تساوي -1.60×10 -19 C ، استخدم هذه القيمة حيث يلزم ما مقدار شحنة اختبار إذا تعرضت لقوة مقدارها1.4×10-8N عند نقطة شدة المجال الكهربائي فيها 5.0×10-4 N/C

الحل :

يوضح الشكل التالي شحنة موجبة مقدارها1.0×10-5 C تتعرض لقوة 0.30 N  عند وضعها عند نقطة معينة ما شدة المجال الكهربائي عند تلك النقطة

الحل :

إذا كان المجال الكهربائي في الغلاف الجوي يساوي 150 N/C تقريبا  ويتجه إلى أسفل فأجب عما يلي

ما اتجاه القوة المؤثرة في جسيم مشحون بشحنة سالبة

أوجد القوة الكهربائية التي يؤثر بها هذا المجال في إلكترون

قارن بين القوة في الفرع b وقوة الجاذبية الأرضية المؤثرة في الإلكترون نفسه ( كتلة الإلكترون تساوي 9.1×10-31 kg )

الحل :

اتجاه القوة المؤثرة في الجسيم يكون إلى أعلى

 

ارسم بدقة الحالات التالية

المجال الكهربائي الناتج عن شحنة مقدارها +1.0 µC

المجال الكهربائي الناتج عن شحنة +2.0 µC ( اجعل عدد خطوط المجال متناسبا مع التغير في مقدار الشحنة )

الحل :

وضعت شحنة اختبار موجبة مقدارها 6.0×10-6C  في مجال كهربائي شدته 50.0 N/C  كما هو موضح في الشكل التالي ما مقدار القوة المؤثرة في شحنة الاختبار

الحل :

 

ثلاث شحنات : Xو Y و Z يبعد بعضهما عن بعض مسافات متساوية  إذا كان مقدار الشحنة X يساوي +1.0 µC  و مقدار الشحنة Y يساوي +2.0 µC  والشحنة Z صغيرة وسالبة

فارسم سهما يمثل القوة المحصلة المؤثرة في الشحنة Z

إذا كانت الشحنة Z موجبة وصغيرة فارسم سهما يمثل القوة المحصلة المؤثرة فيها

الحل :

 

تتسارع الإلكترونات في أنبوب الأشعة المهبطية في تلفاز نتيجة مجال كهربائي مقداره 1.00×105N/C  احسب ما يلي

القوة المؤثرة في الإلكترون

تسارع الإلكترون إذا كان المجال منتظما . افترض أن كتلة الإلكترون 9.11×10-31 kg

الحل :

 

 

أوجد شدة المجال الكهربائي على بعد 20.0 cm من شحنة نقطة مقدارها 8.0×10-7 C

الحل :

شحنة نواة ذرة رصاص تساوي شحنة82بروتونا

أوجد مقدار واتجاه المجال الكهربائي على بعد 1.0×10-10 m من النواة

أوجد مقدار واتجاه القوة المؤثرة في إلكترون موضوع على البعد السابق من النواة

الحل :

 

إذا بذل شغل مقداره 120 Jلتحريك شحنة مقدارها 2.4 C من اللوح الموجب إلى اللوح السالب ، كما هو موضح في الشكل التالي  فما فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين

الحل :

ما مقدار الشغل اللازم لنقل شحنة مقدارها 0.15 C خلال فلاق جهد كهربائي مقداره 9.0 V

الحل :

بذلت بطارية شغلا مقداره 1200 J لنقل شحنة كهربائية  ما مقدار هذه الشحنة المنقولة إذا كان فرق الجهد بين طرفي البطارية 12 V

الحل :

إذا كانت شدة المجال الكهربائي بين لوحين متوازيين مشحونين   1.5×103N/C  والبعد بينهما 0.060 m فما فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين بوحدة الفولت

الحل :

تبين قراءة فولتمتر أن فرق الجهد الكهربائي بين لوحين متوازيين مشحونين 70.0 V إذا كان البعد بين اللوحين 0.020 m فما شدة المجال الكهربائي بينهما

الحل :

يختزن مكثف موصول بمصدر جهد 45.0 V شحنة مقدارها 90.0 µC ما مقدار سعة المكثف

الحل :

تم تثبيت قطرة الزيت الموضحة في الشكل التالي والمشحونة بشحنة سالبة في مجال كهربائي شدته 5.6×103N/C فإذا كان وزن القطرة 4.5 x10-15 N

فما مقدار الشحنة التي تحملها القطرة

و ما عدد الإلكترونات الفائضة التي تحملها القطرة

 

الحل :

 

ماشحنة مكثف سعة 15.0 pF عند توصيله بمصدر جهد 45.0 V

الحل :

إذا لزم قوة مقدارها 0.065 N لتحريك شحنة مقدارها 37 µC مسافة 25 cm في مجال كهربائي منتظم  كما يوضح الشكل التالي  فما مقدار فرق الجهد الكهربائي بين النقطتين

الحل :

آلة التصوير يعبر عن الطاقة المختزنة في مكثف سعته C وفرق الجهد الكهربائي بين طرفيه V ∆  كما يلي  W =1/2 C∆V 2  زمن التطبيقات على ذلك آلة التصوير الالكترونية ذات الفلاش الضوئي  كالتي تظهر في الشكل التالي . إذا شحن مكثف في آلة تصوير مماثلة سعته 10.0 µF  إلى أن اصبح فرق الجهد عليه 3.0×102 V  فما مقدار الطاقة المختزنة في المكثف

الحل :

افترض أن شحن المكثف في المسألة السابقة استغرق 25s وأجب عما يلي

أوجد متوسط القدرة اللازمة لشحن المكثف خلال هذا الزمن

عند تفريغ شحنة هذا المكثف خلال مصباح الفلاش يفقد طاقته كاملة خلال زمن مقداره 1.0×10-4 s  أوجد القدرة التي تصل إلى مصباح الفلاش

ما أكبر قيمة ممكنة للقدرة

الحل :

 

تتناسب القدرة عكسيا مع الزمن ، فكلما قل الزمن استهلاك كمية محددة من الطاقة زادت القدرة الناتجة

الليزر تستخدم أجهزة الليزر لمحاولة إنتاج تفاعلات اندماج نووي مسيطر عليها  ويتطلب تشغيل هذه الليزرات نبضات صغيرة من الطاقة تخزن في غرف كبيرة مملوءة بالمكثفات  وتقدر السعة الكهربائية لغرفة واحدة بـ 61×10-3F تشحن حتى يبلغ فرق الجهد عليها 10.0 kV

إذا علمت أن W = 1/2C∆V2 فأوجد الطاقة المختزنة في المكثفات

إذا تم تفريغ المكثفات خلال 10 ns ( أي 1.0 x10-8 s ) فما مقدار الطاقة الناتجة

إذا تم شحن المكثفات بمولد قدرته 1.0 kW ، فما الزمن بالثواني اللازم لشحن المكثفات

الحل :

 

 

ما مقدار الشغل المبذول لتحريك شحنة مقدارها 0.25 µC بين لوحين متوازيين  البعد بينهما 0.40 cm  إذا كان المجال بين اللوحين 6400 N/C

الحل :

ما مقدار الشحنات المختزلة في مكثف ذي لوحين متوازيين سعته 0.22 µF  إذا كان البعد بين لوحيه 1.2 cm والمجال الكهربائي بينهما 2400 N/C

الحل :

يبين الشكل التالي كرتين فلزيتين صغيرتين متماثلتين  البعد بينهما 25 cm وتحملان شحنتين مختلفتين في النوع  مقدار كل منهما 0.060 µC  إذا كان فرق الجهد بينهما 300 V فما مقدار السرعة الكهربائية للنظام

الحل :

ارجع إلى المكثف الموضح في الشكل 6-26 عند حل المسائل 87-90

إذا شحن هذا المكثف حتى أصبح فرق الجهد بين لوحيه 120 V فما مقدار الشحنة المختزنة فيه

الحل :

ما مقدار شدة المجال الكهربائي بين لوحي المكثف

الحل :

 

إذا وضع إلكترون بين لوحي المكثف فما مقدار القوة المؤثرة فيه

الحل :

 

ما مقدار الشغل اللازم لتحريك شحنة إضافية مقدارها 0.010 µC بين لوحي المكثف عندما يكون فرق الجهد بينهما 120 V

 

الحل :

ارجع إلى الرسم البياني الموضح في الشكل التالي  الذي يمثل الشحنة المختزنة في مكثف في أثناء زيادة فرق الجهد عليه ، عند حل المسائل 91-95

ماذا يمثل ميل الخط الموضح على الرسم البياني

الحل :

السعة الكهربائية للمكثف

ما سعة المكثف الممثل في هذا الشكل

الحل :

 0.50 μF = الميل = C

ماذا تمثل المساحة تحت الخط البياني

الحل :

الشغل المبذول لشحن المكثف

ما مقدار الشغل اللازم لشحن هذا المكثف ليصبح فرق الجهد بين لوحيه 25 V

الحل :

لماذا لا يساوي الشغل الناتج في المسألة السابقة المقدار q ∆V

الحل :

لان فرق الجهد لا يكون ثابتا في أثناء شحن المكثف  لذا يجب حساب المساحة تحت المنحنى البياني لإيجاد الشغل  وليس فقط من حسابات ضرب بسيطة

مثل بيانيا شدة المجال الكهربائي الناشئ بالقرب من شحنة نقطية موجبة  على شكل دالة رياضية في البعد عنها

الحل :

أين يكون المجال الكهربائي الناشئ عن شحنة نقطية صفرا

الحل :

لا يوجد مكان ، أو عند مسافة لا نهائية من الشحنة النقطية

ما شدة المجال على بعد 0m من شحنة نقطية  هل هناك شيء يشبه الشحنة النقطية تماما

الحل :

لا نهائي ، لا

 تطبيق المفاهيم على الرغم من تصميم قضيب مانعة الصواعق ليوصل الشحنات بأمان إلى الأرض  إلا ان هدفه الرئيس هو منع ضربة الصاعقة في المقام الأول ، فكيف تؤدي مانعة الصواعق هذا الهدف

الحل :

إن النقطة الحادة عند نهاية القضيب تسرب شحنات إلى الغلاف الجوي قبل أن ينتج عن تراكمها فرق جهد يكون كافيا لحدوث ضربة صاعقة البرق

حلل واستنتج وضعت الكرتان الصغيرتان AوB على محور x  كما هو موضح في الشكل التالي فإذا كانت شحنة الكرة A تساوي  3.00×10-6 C والكرة B تبعد مسافة مقدارها 0.800 m عن يمين الكرة A  وتحمل شحنة مقدارها -5.00×10-6 C فما شدة المجال الكهربائي واتجاهه عند نقطة فوق المحور x  بحيث تشكل هذه النقطة رأس مثلث متساوي الأضلاع مع الكرتين A و B

الحل :

حلل واستنتج في طابعة نفث الحبر  تعطى قطرات الحبر كمية معينة من الشحنة قبل ان تتحرك بين لوحين كبيرين متوازيين  والهدف منها توجيه الشحنات بحيث يتم إيقافها لتتحرك في قناة  لكي لا تصل إلى الورقة  كما هو موضح في الشكل التالي  ويبلغ طول كل لوح 1.5 cm ويتولد بينهما مجال كهربائي مقداره 1.2×106 N/C  فإذا تحركت قطرات حبر  كتلة كل منها 0.10 ng وشحنتها 1.0×10-16 C  أفقيا بسرعة 15 m/s في اتجاه مواز للوحين  كما في الشكل  فما مقدار الإزاحة الرأسية للقطرات لحظة مغادرتها اللوحين  لمساعدتك على إجابة السؤال أجب عن الأسئلة التالية

ما القوة الراسية المؤثرة في القطرات

مامقدار التسارع الرأسي للقطرات

ما الزمن الذي بقيت فيه القطرات بين اللوحين

ما إزاحة القطرات

 

الحل :

 

 

تطبيق المفاهيم افترض أن القمر يحمل شحنة فائضة تساوي-qوأن الأرض تحمل شحنة فائضة تساوي +10 q  ما مقدار الشحنة q التي تنتج مقدار القوة نفسه الناتج عن قوة الجاذبية بين كتلتيهما

الحل :

لماذا يقاس المجال الكهربائي بشحنة اختبار صغيرة فقط

الحل :

حتى لا تشتت الشحنة المجال

 إذا تأثرت شحنة مقدارها  2.1×10-9 C بقوة مقدارها 14 N  فما مقدار المجال الكهربائي المؤثر

الحل :

6.7×10-9 N/C

 تتأثر شحنة اختبار موجبة مقدارها 8.7 µC  بقوة 8.1×10-6 N  في اتجاه يصنع زاوية 24o شمال الشرق ما مقدار شدة المجال الكهربائي واتجاهه في موقع شحنة الاختبار

الحل :

9.3×10-1 N/C ، 24o شمال الشرق

 ما مقدار فرق الجهد الكهربائي بين لوحين يبعد أحدهما عن الآخر 18 cm و المجال الكهربائي بينهما 4.8×103 N/C

الحل :

0.86 KV

5.5×10-23 J ما مقدار الشغل المبذول على بروتون عند نقله من لوح سالب الشحنة إلى لوح موجب الشحنة  إذا كانت المسافة بين اللوحين 4.3 cm  والمجال الكهربائي بينهما 125 N/C

الحل :

8.6×10-19 J

 كيف يتم تحديد قيمة المجال الكهربائي في تجربة قطرة الزيت لمليكان

الحل :

من خلال فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين

 

 في تجربة قطرة الزيت تم تثبيت قطرة زيت وزنها 1.9×10-14 N عندما كان فرق الجهد بين اللوحين 0.78 kV  والبعد بينهما 63mm   كما هو موضح في الشكل في الصفحة التالية  ما مقدار الشحنة على القطرة

الحل :

-1.5×10-18 C

 مكثف سعته 0.093 µF  إذا كانت شحنته 58 µC فما مقدار فرق الجهد الكهربائي عليه

الحل :

6.2×102 V

 افترض أن قطرة زيت تحمل 18 إلكترونا إضافيا احسب شحنة قطرة الزيت ، واحسب فرق الجهد الكهربائي اللازم لتثبيتها بين لوحين متوازيين و مشحونين البعد بينهما 14.1 mm  إذا كان وزنها  6.12×10-14 N

الحل :

شحنة قطرة الزيت

(18)(1.60×10-19 C ) = 2.88×10-18 C

فرق الجهد الكهربائي اللازم

(6.12×10-4 N) (1.41×102 m / 2.88×10-18 C) = 3.00×102 V

 

السابق
معلومات عن نظرية تأثير الفراشة
التالي
حل فيزياء 3 الفصل السابع الكهرباء التيارية مقررات