[ناصر اللحياني]

التوصيل الكهربائي Conduction current

[align=justify]
يقصد به : مدى قابلية هذا الجسم لانتقال الشحنات الكهربائية خلاله.

أقسام المواد من حيث توصيلها للكهرباء :

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro10.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

1- أجسام موصلة conductor : هي الأجسام التي تسمح للشحنات الكهربائية بالانتقال خلالها بحرية مثل : الذهب و الفضة و النحاس ( الفلزات بشكل عام ) والماء المالح وبعض الغازات عند درجات حرارة معينة .

2- أجسام عازلة dielectric : هي الأجسام التي لا تسمح للشحنات الكهربائية بالانتقال خلالها مثل : الزجاج و المطاط و الميكا والبلاستيك والهواء العادي الجاف والخشب .

3- أجسام شبه موصلة ( أشباه الموصلات ) : هي أجسام درجة توصيلها للكهرباء تتراوح بين الموصلات والعوازل ويعتمد مدى توصيلها على الشوائب المضافة إليها مثل : السيلكون ، الجرمانيوم ، تستخدم أشباه الموصلات في صناعة المكونات الخاصة بالدوائر الإلكترونية ، وسيأتي الحديث عنها بإذن الله تعالى بالتفصيل في الفصل العاشر .

شرح تفصيلي :

تنتقل الشحنات الكهربائية عبر بعض المواد بدرجة أفضل من انتقالها عبر مواد أخرى، حيث تنتقل بسهولة عبر مواد تسمى الموصلات. وتقاوم مواد تسمى العوازل انتقال الشحنات الكهربائية.

تحتوي المواد الموصلة للكهرباء على جسيمات مشحونة تتحرك بحرية عبر المادة. وعند مرور شحنة كهربائية إضافية على الموصل تنتشر الجسيمات المشحونة على سطح المادة. والجسيمات الحرة في معظم الموصلات إلكترونات غير مرتبطة بالذرات، وأيونات في موصلات أخرى.

تعتبر الفلزات موصلات جيدة لأنها تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات الحرة، ولذلك تصنع معظم الأسلاك المستخدمة في نقل الطاقة الكهربائية من الفلزات، وخاصة النحاس. وبعض السوائل أيضًا موصلات. فالماء المالح، على سبيل المثال، موصل للكهرباء لأنه يحتوي على أيونات صوديوم وكلوريد حرة الحركة داخل السائل.

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro11.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

وبعض الغازات أيضًا موصلات. ففي حالة تسخين غاز ما إلى درجات عالية تتحرك ذراته بسرعة عالية تؤدي إلى تصادمها، بعضها ببعض، بشدة، مما يجعل الإلكترونات تنفلت منها، وعندئذ يتحول الغاز إلى نوع من الموصلات الكهربائية يسمى البلازما. ومن أمثلة البلازما الغاز الساخن المتوهج داخل المصباح الفلوري، والغازات الساخنة التي تكوِّن الشمس والنجوم الأخرى.

وفي معظم الموصلات تتصادم الإلكترونات المتحركة مع الذرات باستمرار، وتفقد الطاقة، ولكنها تتحرك بحرية تامة، ولا تفقد أي طاقة، في بعض المواد التي تسمى الموصلات الفائقة. وتتطلب الموصلات الفائقة درجات منخفضة جدًا لتؤدي وظيفة توصيل الكهرباء، ولذلك يستخدم هذا النوع من الموصلات في بعض الحالات الخاصة، وقد يستخدم في المستقبل في صناعة المحركات ذات الكفاءة العالية والمولدات وخطوط القدرة.

أما المواد العازلة فتكون الإلكترونات فيها مرتبطة بإحكام بذراتها، ولا تستطيع التحرك بحرية. وعند مرور شحنة كهربائية إضافية على العازل تبقى الشحنة في مكانها، ولا تتحرك عبر المادة. ومن أمثلة العوازل الزجاج والمطاط والبلاستيك والهواء العادي الجاف.

والعوازل مهمة في السلامة الكهربائية، حيث تصنع معظم الحبال الكهربائية من مادة موصلة مغطاة بمادة عازلة مثل المطاط أو البلاستيك. ويستطيع الشخص لمس الحبل المغطى بالمادة العازلة حتى في حالة اتصال الحبل بمأخذ التيار.

أشباه الموصلات هي المواد التي توصل الشحنة الكهربائية بشكل أفضل من العوازل، ولكن ليس بمستوى الموصلات ، ومن أكثرها استخدامًا السليكون. وبإضافة كميات صغيرة من مواد أخرى إلى شبه الموصل يستطيع المهندسون ضبط قدرتها على توصيل الشحنة الكهربائية. وأشباه الموصلات مهمة في تشغيل الحواسيب والآلات الحاسبة وأجهزة الراديو والتلفاز وألعاب الفيديو أجهزة أخرى عديدة.

[/align]
[BIMG]http://www.japaninc.com/files/images/mgz_73_yukio-nagasawa-semiconductor-patents.preview.jpg[/BIMG]

[ناصر اللحياني]

شحن الأجسام Charging

http://www.youtube.com/watch?v=nIk-dE464M4

[align=justify]
يمكن شحن الأجسام بطرق ثلاث ، هي :

أ - الشحن بالدلك : إذا دلك ( حك ) جسمان متعادلان من مادتين مختلفين أو تلامسا جيدا فإن بعض الإلكترونات تنتقل من أحد الجسمين للآخر ، وعدد الإلكترونات التي يفقدها أحد الجسمين يساوي تماما عدد الإلكترونات التي يكتسبها الجسم الآخر ، لذلك تكون شحنتاها متساويتين في المقدار، مختلفتين في النوع ، مثل دلك ساق من الزجاج بالحرير فتنتقل الشحنة من الزجاج إلى الحرير ويكون الزجاج مشحون بشحنة سالبة أو دلك ساق من البلاستيك بقطعة من الصوف.

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro04.swf"]width=400 height=350[/FLASH]


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro05.swf"]width=400 height=300[/FLASH]

التفسير العلمي للشحن بالدلك:

لنأخذ على سبيل المثال دلك القميص بالبالون ، فعندما تفرك قميصك ببالون، يسبب احتكاك البالون بالقميص انتقال الإلكترونات من القميص إلى البالون، مما يؤدي إلى اكتساب القميص لشحنة موجبة، نظرًا لاحتوائها على عدد من البروتونات أكبر من الإلكترونات، واكتساب البالون لشحنة سالبة لاحتوائها على إلكترونات زائدة. ولذلك يلتصق البالون بالقميص أو بأي سطح آخر مثل الجدار.

وبالمثل ما يحدث عندما تمشي فوق سجاد في يوم جاف ، حيث يؤدي الاحتكاك بين حذائك والسجاد إلى انتقال الإلكترونات من جسمك إلى السجاد، معطيًا جسمك شحنة كهربائية موجبة. وعندما تلمس مقبض الباب أو أي جسم فلزي آخر، تقفز الإلكترونات من الجسم الفلزي إلى جسمك، وحينئذ قد تشاهد شرارة وتحس بصدمة خفيفة.


وقد تتسائل بقولك ، عندما أدلك مادتين مختلفتين ببعضهما من ستصبح موجبة ومن ستصبح سالبة؟؟

العلماء رتبوا المواد حسب قدرتها على الاحتفاظ بالكتروناتها أو لخسارتها ، أطلق على هذا الترتيب ( متسلسلة الدلك الكهربائي ) .سنعرض هنا بعضاً من عناصر هذه السلسلة .في ظروف مثالية.
إذا دلكت مادتين معاً ,فإن المادة في أعلى السلسلة تفقد الكترونات وتصبح موجبة والمادة في أسفله تكتسب الإلكترونات وتصبح سالبة:

ب - الشحن بالتأثير (الحث): عند تقريب جسم مشحون شحنة موجبة مثلا من موصل معزول فإن الشحنة الموجبة للجسم الأول (الشحنة المؤثرة) تؤثر على الموصل الثاني حيث تتجاذب مع بعض الإلكترونات الحرة فيه فتتجمع هذه الإلكترونات عند الطرف القريب من الجسم المشحون وتتكون هناك شحنة سالبة في حين تتكون شحنة موجبة على الطرف البعيد والشحنة المتكونة بالتأثير تكون دائما اقل مقدارا من الشحنة المؤثرة وتختلف عنها في النوع .

[align=center]



[/align]

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro08.swf"]width=400 height=350[/FLASH]


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro06.swf"]width=350 height=400[/FLASH]

التفسير العلمي للشحن بالتأثير :

لنأخذ مثلا كرتين من المعدن ، ( والمعدن موصل للكهرباء لذا فهو يحوي إلكترونات حرة ) ، عند اقتراب ساق الأبونيت المشحون بشحنة سالبة تتنافر الإلكترونات في جسم الكرتين إلى أبعد نقطة عن ساق الأبونيت فتصبح الكرة القريبة مشحونة بشحنة موجبة والكرة البعيدة مشحونة بشحنة سالبة ،و عند إبعاد الكرتين تحتفظ كل كرة بشحنتها .


ج - الشحن باللمس إذا اتصل (أو تلامس) جسم موصل مشحون مع موصل متعادل فإن الموصل المشحون يفقد جزءا من شحنته إلى الموصل المتعادل أي تكون شحنتاهما من نفس النوع ، ويتم توزيع الشحنة الكلية بحيث يبقى المجموع الكلي للشحنات ثابتا ، فمثلا فإذا كان الجسم مشحون بشحنة سالبة تنتقل جزءاً من شحنته إلى الجسم الملامس له فتتوزع الشحنة السالبة بينهما ، ونفس الأمر إذا كان الجسم مشحون بشحنة موجبة.


وللكشف عن شحنة الأجسام ، نستخدم الكشاف الكهربي :

الكشاف الكهربائي ( الإلكتروسكوب ) :

هو جهاز يستخدم للكشف عن الشحنات الكهربائية كما ونوعا ، ويتكون من ورقتين من الذهب أو الألمنيوم مثبتتين في نهاية قضيب معدني ينتهي من أعلى بقرص معدني ويمر خلال سداد من المطاط ليحفظ في وعاء من الزجاج أو من المعدن له واجهة أو واجهتين من الزجاج تسهل رؤية الورقتين داخله.

استخدامات الكاشف الكهربائي:

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro02.swf"]width=400 height=230[/FLASH]


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro03.swf"]width=400 height=230[/FLASH]

1- الكشف عن وجود الشحنة السالبة على جسم ما :
عن طريق جعل الجسم يلامس قرص الكشاف فنلاحظ انفراج الورقتين وسبب ذلك أن جزءا من الشحنات السالبة الموجودة على الورقتين تنتقل خلال القرص والقضيب المعدني إلى ورقتين فتصبحان مشحونتين بشحنتين متماثلتين فيحدث بينهما تنافر ويكون مقدار الانفراج بين الورقتين مقياسا لمقدار الشحنة فكلما زادت الشحنة زاد الانفراج والعكس صحيح .


2- الكشف عن وجود الشحنة الموجبة على جسم ما :
عن طريق جعل الجسم يلامس قرص الكشاف فنلاحظ انفراج الورقتين وسبب ذلك أن الشحنات الموجبة التي يحملها الجسم تجذب نحوها الإلكترونات الحرة التي يحملها الموصل المعزول المكون من قرص الكشاف والقضيب المعدني والورقتين وينشأ عن ذلك أن تترك هذه الإلكترونات عددا من الشحنات الموجبة مساوية لعددها فتنفرج الورقتين وكأن الشحنة الموجبة على الجسم قد انتقلت إليها .


3 - تحديد نوع الشحنة التي يحملها جسم مشحون :
نشحن الكشاف عن طريق دلك قضيب زجاج بقطعة حرير ثم تقريب القضيب من قرص الكشاف فنلاحظ انفراج الورقتين .نلمس قرص الكشاف بالإصبع مع بقاء قضيب الزجاج قريبا من القرص ، نرفع الإصبع ثم نبعد القضيب نلاحظ أن الورقتين تبقيان منفرجتين دلالة على أن الكشاف أصبح مشحوناً بشحنة موجبة .
ثم نقرب الجسم المشحون بشحنة مجهولة من قرص الكشاف فإذا لاحظنا زيادة في انفراج الورقتين فإن ذلك يعني أن الشحنة المجهولة موجبة ، ويرجع ذلك لانجذاب الإلكترونات الحرة من على الورقتين وتجمعهما على القرص مما يؤدي إلى ازدياد عدد الشحنات الموجبة على الورقتين إما إذا قل الانفراج فنكون الشحنة المجهولة سالب .

وقد حلت أجهزة إلكتروميتر تسمى كشافات كهربائية مصلابة أكثر حساسية محل الكشافات الكهربائية ذوات الأوراق الذهبية وغيرها من الكشافات البسيطة. وتحتوي هذه الأجهزة الإلكترونية على مكثفة، وهي أداة تختزن الشحنة الكهربائية. وعندما يلمس موصل المقياس الكهربائي جسماً مشحوناً، تحدث الشحنة جهداً كهربائياً صغيراً في المكثفة. ومن ثمَّ يقوم المقياس الكهربائي بتكبير هذا الجهد إلكترونيًا حتى يمكن إظهار قيمته على تدريج أو جهاز يسمى راسم الذبذبات.

يستخدم كثير من الناس الذين يعملون في مناطق الإشعاع الكشاف الكهربائي بمثابة مقياس جرعة. وهو جهاز يقيس كمية الأشعة التي يتعرض لها الإنسان. ويجب شحن الكشاف الكهربائي قبل استعماله مقياسَ جرعة. ويقوم المقياس بتفريغ شحنته تدريجياً عندما يتعرض لأشعة جاما أو أشعة سينية أو أي نوع آخر من أنواع الأشعاع. وتبين كمية الشحنة المفقودة مستوى التعرض.[/align]

[ناصر اللحياني]

قانون كولوم Coulomb's Law

http://www.youtube.com/watch?v=rO8tK7KADQY

مر بنا معرفة أن الشحنات الكهربائية المختلفة تتجاذب والمتشابهة تتنافر ، ومعنى هذا أنه توجد قوى متبادلة بين الشحنات الكهربائية. ولما كان منشأ هذه القوى الشحنات الكهربائية نفسها، فإنها تسمى قوى كهربائية.

والسؤال الآن: على ماذا تعتمد القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين كهربائيتين؟

في العام 1785 أجرى العالم تشارلز كولوم تجربة باستخدام ميزان اللي الموضح في الصورة التالي لدراسة العوامل التي تعتمد عليها القوة الكهربائية بين شحنتين نقطتين .

وكما في الصور التالية ، ( أ ) ، ( ب ) كرتين خفيفتين متساويتين في الحجم يصل بينهما سلك عازل مربوط من منتصفه بخيط خفيف ، وتشحن الكرة ( أ ) والكرة ( جـ ) بشحنتين متساويتين ومتماثلتين ، مما يجعلهما يتنافران ، وكلما كان مقدار الشحنتين أكبر كلما كان التنافر أكبر .

نستنتج من هذه التجربة أن القوة الكهربية تعتمد على :
1- حاصل ضرب مقدار الشحنتين .
2- المسافة بين الشحنتين .

نص قانون كولوم

" تتناسب القوة الكهربية المتبادلة بين شحنتين كهربائيتين تناسباً طردياً مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما عند ثبوت طبيعة الوسط الفاصل بينهما " .


الفلاشات التالية ، توضح بأساليب متعددة قانون كولوم :

تسهيلا لحفظها ستجدها بإذن الله تعالى في مرفقات هذا الردّ


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro24.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
أضغط على تجربة لمشاهدة كيف يعمل ميزان اللي



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro18.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
أختر نوع الشحنتين ، لتشاهد القوى المتبادلة بينهما



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro20.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
أضغط على السهم الأخضر لإستنتاج قانون كولوم



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro17.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
غير من قيم q1 ، q2 ثم حركهما بالضغط عليهما
لاتضغط على menu لأنها ستنقلك إلى القائمة الرئيسة غير المحملة في هذا الفلاش



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro14.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
حرك أحدى الشحنتين لتشاهد القوى المتبادلة بينهما



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro15.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
أضغط على الأيقونة الزرقاء
غير في قيم ونوع الشحنتين لتشاهد القوى المتبادلة بينهما



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro16.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
غير في قيم الشحنتين والمسافة بينهما لتشاهد القوى المتبادلة بينهما



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro19.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
غير في قيم الشحنتين والمسافة بينهما لتشاهد القوى المتبادلة بينهما



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro23.swf"]width=400 height=350[/FLASH]



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro21.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
فلاش يوضح القوى المتبادلة بين ثلاث شحنات على خط مستقيم
يمكنك التغيير في القيم



[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro22.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
فلاش يوضح القوى المتبادلة بين ثلاث شحنات على رؤس مثلث
يمكنك التغيير في القيم