المقدمة

أهلا وسهلا بكم 

في المدونة التعليمية الإلكترونية 

 لمادة الفيزياء للصف العاشر الأساسي

لوحدة الكهرباء السكونية

إعداد المعلمة نسيبه جعفر الصرايرة

أهداف الوحدة

الأهداف العامة للوحدة:

1- اكتساب المفاهيم والحقائق والمبادئ الأساسية المتعلقة بالكهرباء السكونية.

2- إستخدام مهارات الاتصال الشفوية والكتابية والحاسوبية والتمثيل الرياضي والفيزيائي لوصف مفاهيم الكهرباء السكونية.

3- توظيف قوانين ومبادئ ونظريات الكهرباء السكونية في الحياة اليومية لتفسير ظواهر ومواقف مختلفة.

4- إتباع اسلوب البحث العلمي والاستقصاء في تصميم التجارب لدراسة الكهرباء السكونية.

الاهداف العامه للصف:

1- أن توضح الطالبة المقصود بالمفاهيم المرتبطة بالشحنة الكهربائية، وقانون كولوم والمجال الكهرسكوني.

2- أن توظف الطالبة معرفتها بالمفاهيم والقوانين والعلاقات المرتبطة بالكهرسكونية في حل مسائل حسابية وتفسير مشاهدات يومية.

3- أن تمثل وتحلل رسوما بيانية تتعلق بالكهرباء السكونية.

4- أن توظف التجربة العمليه في دراسة ظواهر كهر سكونية.

الأهداف السلوكية

 يتوقع من الطالبات في نهاية الوحدة:

1- أن تعرف كل من: الموصل، العازل، شبه الموصل، سلسلة الدلك الكهربائية، مولد فاندي غراف، الكشاف الكهربائي، التفريغ الكهربائي، الشحنه الحره، الشحنه المقيده، النظريه الذريه، التكهرب، البرق، الصاعقه، المرشح الكهروسكوني، القوة الكهربائيه، المجال الكهربائي، خطوط المجال الكهربائي، المجال الكهربائي المنتظم.

2- أن توظف التجربه العمليه في التمييز بين طرق الشحن الكهربائي (الدلك، التوصيل، الحث).

3- أن تتعرف مبدأ تكمية الشحنه.

4- أن تذكر مبدأ حفظ الشحنه الكهربائيه.

5- أن تفسر عملية الشحن بالدلك والتوصيل والحث.

6- أن تفسر ظواهر وتطبيقات متعلقه بالكهرباء السكونيه.

7- أن تذكر نص قانون كولوم.

8- أن تطبق قانون كولوم في حل مسائل حسابية.

9- أن تمثل بيانيا علاقة القوة الكهربائيه مع المسافة.

10- أن تحسب محصلة عدة قوى كهربائية في بعد واحد.

11- أن تمثل خطوط المجال الكهربائي بالرسم.

12- أن تستنتج خصائص خطوط المجال الكهربائي.

13- أن تفرق بين المجال الكهربائي المنتظم وغير المنتظم.

الكهرباء السكونية

الكهرباء السكونية 

لاحظ الاغريق في القرن السادس قبل الميلاد أن دلك حجر من العنبر بالصوف يجعله قادرا على جذب ريش الطيور أو اجزاء القش الصغيرة وبقيت قوة الجذب هذه سرا من أسرار الطبيعة لاكثر من 2000 عام إلى أن أرسى بنيامين فرانكلن أولى خطوات البحث في مجال الكهرباء السكونيه عن طريق تجربة الطائرة الورقية ثم توالت بعد ذلك الابحاث والتجارب، إلى أن اصبحت الكهرباء أحد فروع علم الفيزياء الأساسية، ولكي نتمكن من التعامل مع هذه التطبيقات بصورة صحيحه وسليمة وتجنب مخاطرها؛ يجب علينا دراسة مفاهيم الكهرباء والاطلاع على بعض تطبيقاتها.

- هل تشعر بلسعات خفيفة عند خلع ملابسك الصوفية؟

- لماذا يتطاير شعر الفتاة؟

- هل تسمع صوت فرقعة عند تمشيط شعرك؟

- لماذا تلتصق قصاصات الورق بالبالون؟

الدرس الاول: الشحنة الكهربائيه والتكهرب

                       الشحنه الكهربائية والتكهرب 
نتاجات الدرس:

  
يتوقع من الطالبة بعد نهاية هذا الدرس أن :

1- أن تعرف كل من: الموصل، العازل، شبه الموصل، الشحن الكهربائي، سلسلة الدلك الكهربائية، التفريغ الكهربائي، الشحنة الحرة، الشحنة المقيدة.
2- أن توضح خصائص الشحنة الكهربائية.
3- أن تذكر نص مبدأ حفظ الشحنة.
4- أن تذكر أجزاء الكشاف الكهربائي.
5- أن توضح مبدأ عمل الكشاف الكهربائي.
6- أن تذكر أجزاء مولد فان دي غراف.
7- أن توضح مبدأ عمل مولد فان دي غراف.
8- أن تتحقق عملياً من الشحن بالدلك، اللمس، التأثير.
9- أن تفسر مشاهدات متعلقة بالشحنات الكهربائية بالاعتماد على سلسلة الدلك الكهربائية.

    بعد مشاهدتك لهذه الفيديوهات يمكنك التوصل الى أن:

- الشحنه الكهربائيه هي احدى خصائص الماده.

- الاجسام بطبيعتها متعادله كهربائيا: أي أن عدد الشحنات الموجبه مساوليا لعدد الشحنات السالبة.

- عند دلك الاجسام معا تتولد عليها شحنات كهربائيه فتصبح مشحونه وهناك نوعين من الشحنة اما سالبة او موجبه.

* الشحن الكهربائي: اكساب الاجسام شحنه كهربائيه، عن طريق احداث خلل في توزيع الشحنات عليها.

خصائص الشحنات الكهربائيه

1- هناك نوعين من الشحنا ت الكهربائيه: الشحنات السالبة والشحنات الموجبه 

2- الشحنات الكهربائيه المتشابهه تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب.     للمزيد

3- الشحنات الكهربائيه محفوظه وعملية الشحن الكهربائي لا تولد شحنات كهربائية جديده بل هي وسيلة تنتقل عن طريقها شحنات كهربائيه سالبه من جسم الى اخر، فيصبح الجسم الذي خسر شحنات سالبه موجبا والجسم الذي اكتسب الشحنات السالبة سالبا. 

4- توجد الشحنات في الطبيعة بمقادير محدده اصغرها مقدار شحنة الكترون واحد، ولا يمكن تجزئتها.

                               المواد الموصلة والمواد العازلة 

تصنف المواد من حيث سماحيتها لانتقال الشحنات فيها الى:

1- مواد موصلة: يمكن للشحنات الكهربائيه الانتقال من خلالها بسهولة مثل: الفلزات والمحاليل الكهرلية ويعد كل من الذهب والفضه والنحاس والالومنيوم من أجود الموصلات الفلزية.

2- مواد عازلة: لا يمكن للشحنات الكهربائيه أن تتحرك خلالها بسهولة مثل الزجاج والبلاستيك والمطاط والمحاليل الجزيئيه. والعوازل مهمه في السلامة الكهربائيه حيث تستخدم في تغطية الاسلاك الكهربائيه ومقابض الادوات الكهربائيه.

3- مواد شبه موصله: مثل الكربون والسيليكون واالجيرمانيوم، وهي تقع في المجموعة الرابعة من الجدول الدوري وتتصف بأن لها خصائص كهربائيه تقع بين المواد الموصله والمواد العازلة. فهي ضعيفة التوصيل للتيار الكهربائي ولكن اذا اضيفت اليها كمية قليلة من الزرنيخ أو الفسفور فانها تصبح موصلة وتستخدم في الصناعات الاكترونية الحديثه مثل الترانزستور والدارات الكهربائيه المتكامله كاللتي تستخدم في اجهزة الحاسوب والهاتف النقال ومصابيح الاضاءه الحديثه (led).  للمزيد

طرق الشحن الكهربائي

يمكن شحن الاجسام بثلاث طرائق هي:

الدلك، التوصيل، الحث( التأثير).

1- الشحن بالدلك: عند دلك جسمين غير مشحونين من مادتين مختلفتين بعضهما ببعض تظهر على الجسمين شحنتان متساويتين مقدارا ومختلفات نوعا فعند دلك الزجاج بالحريرتظهر على الزجاج شحنة موجبة وفي المقابل شحنه سالبة على الحرير وتكون الشحنتان متساويتين في المقدار.

وهذا يقودنا الى مبدأ حفظ الشحنه: أي أن الشحنات الكهربائيه لا تفنى ولا تستحدث ولكن تنتقل من جسم الى اخر.  للمزيد

- تظهر الشحنة على الجزء المدلوك من الجسم فقط ولا تتوزع على باقي انحاء الجسم لأنه عازل.

- تختلف المواد من حيث ميلها لاظهار شحنة كهربائية موجبة أو سالبة عند دلكها معا وقد رتبت هذه المواد في سلسلة أطلق عليها اسم سلسلة الدلك الكهربائي.

- توضع المواد الأكثر ميلا لاظهار شحنة موجبة في اعلى السلسلة والمواد الاكثر ميلا لاكتساب شحنه سالبه في اسفل السلسلة.

- عند دلك الزجاج بالحرير يصبح الزجاج موجبا لانه يقع في اعلى السلسلة والحرير سالبا لانه يقع في أسفل السلسلة.

-عند دلك مادتين قريبتين من بعضهما في السلسلة يكون مقدار الشحنه المتولدة قليل وكلما ابتعد المادتين عن بعضهما يكون مقدار الشحنه المتولده كبير.

- يمكن شحن الاجسام الموصله بالدلك كما هي الحال بالنسبه الى المواد العازلة فعند دلك ماده موصلة يتولد عليها شحنات كهربائية   وعند لمس الماده لقرص الكشاف الكهربائي تنفرج ورقتاه.

الفيزياء والتكنولوجيا 

مولد فاندي غراف: جهاز يستخدم لتوليد الشحنات الكهربائية بكميات كبيره ويتكون من حزام مطاطي يدور على بكرتين في اسفل الجهاز وفي اعلاه فيشحن الحزام بالدلك، ثم تنتقل الشحنات الى كرة من مادة موصله في اعلى  الجهاز، فتتراكم الشحنات عليها.  للمزيد  و  المزيد

الكشاف الكهربائي: جهاز يستخدم للكشف عن وجود الشحنه الكهربائية يتكون من قرص وساق موصلين، وتتصل بالساق ورقتان فلزيتان خفيفتان من الذهب أو أي فلز آخر، يحيط باجزاءه اناء زجاجي شفاف، وعند شحن الكشاف بالكهرباء تنفرج ورقتا الكشاف وقد يزود الكشاف بتدريج يشير الى مقدار الانفراج في الورقتين ؛ ويستخدم عندئذ بقياس كمية الشحنه الكهربائية اضافة الى نوعها ويسمى الإلكتروميتر.  للمزيد

شحن الكشاف الكهربائي باللمس

وللمزيد

شحن الكشاف الكهربائي بالتأثير

للمزيد

الكشف عن شحنة الكشاف الكهربائي 

صنع كشاف كهربائي 

الدرس الثاني : طرق الشحن الكهربائي

طرق الشحن الكهربائي 

نتاجات الدرس:
 يتوقع من الطالبه بعد نهاية هذا الدرس أن:

1- توضح مفهوم كل من: التفريغ الكهربائي، مبدأ تكمية الشحنة.

2- توضح طرق الشحن الكهرسكوني.

3- تميز بين طرق الشحن الكهرسكوني.

4- تفسر عملية الشحن بالدلك والحث واللمس.

شحن مادة موصلة بالدلك 

يمكن شحن الاجسام الموصله بالدلك كما هي الحال بالنسبه الى المواد العازلة فعند دلك ماده موصلة يتولد عليها شحنات كهربائية وعند لمس الماده لقرص الكشاف الكهربائي تنفرج ورقتاه. 

- تنتقل الشحنات المتولده بالدلك على الماده الموصله عبر جسم الانسان الذي يعد موصلا للكهرباء إلى الأرض، فالأرض تعد مستودعاً للشحنات الكهربائيه السالبه، وعند اتصال أي جسم مشحون مع الأرض فإنه يفقد شحنته وتعرف هذه العمليه

بالتفريغ الكهربائي.    للمزيد

تفسير الشحن بالدلك

شحن موصل بالحث

تفسير الشحن بالحث

- عند تقريب قضيب مطاطي مشحون بشحنه سالبه من كرة موصلة متعادلة ومعزولة عن الاجسام الاخرى تظهر على الكرة شحنتان: شحنة قريبة من القضيب المطاطي(المؤثر) تكون مخالفة لشحنته وتسمى الشحنه المقيدة، وشحنه على الطرف البعيد تكون مماثلة لشحنة المؤثر تسمى الشحنة الحرة كما في الشكل (ب)

-  تكون هذه الشحنة على الكرة مؤقته لانه عند ابعاد المؤثر عن الكرة تستعيد الشحنات توزيعها الطبيعي مرة اخرى وتختفي الشحنة عن الكرة.

-  لشحن الكرة بشحنه كهربائية دامة بطريقة الحث يوصل الطرف البعيد للكرة بالارض أو يلمس باليد في اثناء وجود المؤثر المشحون بالقرب من الكرة كما في الشكل (ج) ثم يقطع التوصيل ويبعد المؤثر المشحون عن الكرة وعند ذلك تتوزع على سطح الكره شحنه كهربائيه مخالفة لشحنة المؤثر

                             الشحن باللمس

اذا لامسنا كرتان موصلتان ومعزولتان الاولى متعادلة والثانيه مشحونة بشحنه سالبه فان عددا من الالكترونات ينتقل من الكرة الثانية الى الكره الاولى لتصبح الكرتان مشحونتين بشحنتين سالبتين وعند فصل الكرتين عن بعضهما تبقى كل كرة محتفظه بشحنتها الجديدة 

تكمية الشحنة 

شحنة الإلكترون هي اصغر شحنة مستقره يمكن أن يحملها جسم في الطبيعه، وقد تمكن العالم ميليكان من قياس شحنة الاكترون باجراء تجربة استخدم فيها رذاذ الزيت بعد أن شحنة بشحنات كهربائيه سالبة، ثم درس اتزان قطرة واحدة تحت تأثير عدة قوى وبهذه النتيجة توصل الى مبدأ تكمية الشحنة والذي ينص على أن : (( أي جسم مشحون يجب أن تساوي شحننتة عددا صحيحا من مضاعفات شحنة الالكترون

الشحنة = عددا صحيحا * شحنة الالكترون

الدرس الثالث : تطبيقات على الكهرباء السكونية

تطبيقات على الكهرباء السكونية 

نتاجات الدرس:
يتوقع من الطالبة بعد نهايه هذا الدرس أن:
1- أن تعرف كل من: البرق، الصواعق، المرشح الكهروسكوني.
2- أن تفسر كيفية حدوث ظاهرتي البرق والصواعق.
3- أن توضح أهمية أدوات تفريغ الشحنة.
4- أن تفسر آلية طلاء السيارات بالكهرباء السكونية.
5- أن تفسر استخدام المرشحات الكهروسكونية في تنقية الهواء.

  ظاهرة البرق 

إنّ قطرات الماء في حالة التجمّد على تكون هيئة حبات برد أو بلوراتٍ ثلجيّة وعند انصهارها للحالة السائلة وتفتتها إلى قطيرات أو تجمعها في قطراتٍ أكبر وتبخّرها وتكثّفها أو في حالة حدوث أي تغييرٍ عليها تكتسب شحنات كهربائيّة موجبة، أمّا الهواء المحيط بهذا الماء فيبقى حاملاً للشحنات الكهربائيّة السالبة، وهذا سبب شحن السحب بالكهرباء عند احتكاكها بالهواء، حيث إنّ الشحنات الموجبة تتجمع في أعلى وأسفل السحابة، وتتدنّى حينها درجات الحرارة حتى تصل إلى أربعين درجة مئويّة تحت الصفر، أمّا الشحنات السالبة فإنّها تتركز في وسط السحابة عند وصول درجة الحرارة إلى ما دون الصفر المئويّ. يحدث البرق على شكل شرارات كهربائيّة عند حدوث تفريغٍ كهربائي بين منطقتين تحملان شحناتٍ مختلفة في سحابةٍ واحدة أو بين سحابتين متجاورتين.

تفسير حدوث ظاهرة البرق للمزيد

                                                                                                              للمزيد
2- الصواعق

 الصواعق هي إحدى الظواهر الطبيعية والتي تُحدث أضرار جسيمه عند حدوثها. تتكون الصواعق عندما يحدث عملية تفريغ كهربائي بين منطقتين مختلفتين بالشحنة في السحابة الواحدة أو بين سحابتين مختلفتين متجاورتين عندما يصل فرق الجهد الكهربائي بينهما إلى حد معيّن، وعمليّة التفريغ تُحدث البرق على شكل شرارات كهربائيّة، وقد تحدث عمليّة التفريغ بين السحابة و المباني المرتفعة والأشجار العالية، أو بين السحابة و الهواء المحيط بها، لذا سميّت الصواعق بهذا الإسم للدمار و الأضرار التي تسبّبها.  وحسب ما ورد عن الأبحاث التي أجريت على الصواعق بأن طول الومضة الواحدة من البرق تصل لمسافة ميل تقريباً  .للمزيد

3- أدوات تفريغ الشحنة:

جميعنا نمتلك شحنات كهربائيه على اجسامنا، لكننا لا نشعر بها ولا يسبب وجودها مشكله باستثناء بعض اللسعات الخفيفة التي قد نشعر بها عندما نلمس مقبضا موصلا لباب خشبي، اذ تنتج هذه اللسعة معن تفريغ الشحنات الكهربائية المتجمعة على اجسامنا في المقبض. 

وقد ينتج عن ذلك اضرارا كثيرة عندما نتعامل مع الدارات الإلكترونية الحساسة مثل: اللوة الأم لجهاز الحاسوب، الهاتف الذكي، المقسم الإلكتروني، لذا ينصح بتفريغ شحنه اجسامنا قبل البدء بصيانة تلك الاجهزة. 

4- طلاء السيارات 

يستخدم لطلاء السيارات وقطع الاثاث وغيرها من الأجسام الموصلة مرذاذ خاص يزود قطرات الطلاء بشحنات كهربائية موجبة عند خروجها منه فتتنافر متباعدة عن بعضها، ويشحن جسم السيارة بشحنة سالبة فتتجة قطرات الطلاء جميعها نحوها بسبب التجاذب الكهربائي، ويتميز الطلاء بهذه الطريقة *(بالتجانس والوصول الى الاجزاء جميعها وترشيد إستخدام الطلاء).

                                  للمزيد

بندقية رش الطلاء 

التكامل مع البييئة 

تسهم الكهرباء السكونية في المحافظة على البيئة عن طريق التخلص من الغازات الملوثة التي تطلقها المصانع بإستخدام أجهزه تسمى مرشحات كهروسكونية تثبت في مداخن المصانع إضافة الى المرشحات الطبيعيه التي تنقي الهواء من المواد العلقة به.

المرشح الكهروسكوني

المرحلة الاولى: 

تشحن الدقائق الملوثة للغازات بشحنة كهربائية سالبة عند مرورها بين اسلاك موصله سالبة الشحنة 
المرحلة الثانية:

تمر الغازات المشحونة بين الواح موصلة مشحونة بشحنة كهربائية موجبة وتكون مثبته رأسيا ومتقابلة كما في الشكل فتنجذب نحوها الغازات المشحونة بشحنة سالبة، وباستخدام مطرقه ميكانيكية يتم هز هذه الألواح لتجميع الدقائق في الاسفل والتخلص منها.

تستخدم هذه المرشحات في المنازل والمطاعم والقاعات الكبيرة؛ لتنقية الهواء من الغبار والدخان باستمرار.

الدرس الرابع : قانون كولوم

قانون كولوم

نتاجات الدرس:
 يتوقع من الطالبة بعد نهاية الدرس أن:

- تذكر نص قانون كولوم 

- ان تعرف الكولوم.

- أن تحدد العوامل التي تعتمد عليها القوة الكهربائية.

- أن تشتق وحدة قياس ثابت كولوم.

- تطبق قانون كولوم في حل مسائل حسابية. 

- تمثل بيانيا علاقة القوى الكهربائيه مع المسافة.

- تحسب محصلة عدة قوى كهربائية في بعد واحد. 

شارل كولوم

                                                                                                      

شارل كولوم (1736-1806)

فيزيائي فرنسي أسهم إسهاما علميا في الكهرباء والمغناطيسية، وقد اثمرت تجاربة بوضع قانون كولوم ) الذي يحمل اسمه) 

مستخدما أداة تسمى ميزان اللي.

تؤثر الشحنات الكهربائيه في بعضها بقوى عن بعد تكون إما تجاذب وإما تنافر وتسمى قوى كهرائية. 

قوى التنافر والتجاذب الكهربائية

الشحنات الكهربائية المتشابهه تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب 

*ينص قانون كولوم في الكهرباء السكونيه على أن: 

((القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين نقطيتين، تتناسب تناسبا طرديا مع مقدار كل من الشحنتين، وعكسيا مع مربع المسافة بينهما ))

ويمثل بالعلاقة الرياضية الاتية :

للمزيد

وصف قانون كولوم:

- تتناسب القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين نقطيتين طرديا مع حاصل ضرب مقداري الشحنتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما. 

-ينطبق خط عملها على الخط الواصل بين الشحنتين .

- يكون نوعها تنافراً في حالة الشحنات المتشابهه، وتجاذباً في حالة الشحنات المختلفة.

عند تطبيق العلاقة الرياضية لقانون كولوم في حل مسائل حسابية، لا بد من مراعاة الامور الآتية : 

1- نهمل اشارة الشحنة السالبة عند التعويض، كي لا تؤثر في اتجاه القوة. 

2- القوى الكهربائية بين أي شحنتين تكون على صورة زوجين؛ فعل ورد فعل، أي أن كل شحنة تؤثر في الاخرى بقوة ، و تتساوى هاتان القوتان في المقدار ، وتتعاكسان في الاتجاه و ينطبق عليهما القانون الثالث لنيونت في الحركة. 

3- عند تأثيرعدة شحنات نقطية في شحنة نقطية واحدة؛ فإننا نحسب القوى المؤثرة في تلك الشحنة بتطبيق قانون كولوم ثم نجد القوة المحصلة المؤثرة فيها.