الكهربية الساكنة وتطبيقاتها Electrostatic Static Electricity

Description

ندرس في هذا الكورس موضوع الكهرباء الساكنة  وهو من المواضيع الهامة لفهم اساسيات الكهرباء. يتضمن دراسة الشحنة الكهربائية، والقوة الكهربائية المتبادلة بين الشحنات، والمجال الكهربائي، والتدفق الكهربائي، وفرق الجهد الكهربائي، والمكثفات والسعة، والتيار والمقاوم، ودوائر التيار المستمر.

مخرجات الكورس

في نهاية الكورس يتوقع من الطالب أن يكون قادرا على:

(1) التعرف على قانون كولوم ويستخدمه في حساب القوة والمجال والجهد وطاقة الجهد الكهروستاتيكي.

(2) اشتقاق قانون جاوس واستخدامه في حساب شدة المجال الكهربائي للتوزيع المستمر المتماثل للشحنة.

(3) حساب شدة المجال الكهربائي من الجهد الكهربائي.

(4) التعرف على ثنائي القطب الكهربائي، وحساب الجهد والمجال الكهربائي الناتجين عنه، وتفسير سلوكه عند وضعه في مجال كهربائي.

(5) بناء وتحليل دوائر التوصيل للمقاومات والمكثف، وتطبيق قواعد كيرشوف في حساب الجهد والتيار للدوائر المفردة والمتعددة.

(6) تفسير سلوك الشحنة الكهربائية في المجال الكهربائي المنتظم.

(7) تفسير عمل بعض الأجهزة المعتمدة على التأثيرات الكهربائية.

(8) حساب الطاقة المختزنة في المجال الكهربي.

محتوى الكورس (المحاور والمفاهيم والمهارات)

الوحدة الأولى: الشحنة والمادة

1. لمعرفة مفاهيم الشحن وكيف تتفاعل الشحنات مع بعضها البعض.

2. القدرة على التمييز بين الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات والموصلات الفائقة.

3. استخدام قانون كولوم لإيجاد القوى المتبادلة بين الشحنات وتطبيقه على مسائل ذات البعد الواحد أو البعدين.

الوحدة الثانية: المجال الكهربائي

1. التعرف على مفهوم الكهربائي.

2. إيجاد المجال الكهربائي لشحنة نقطية باستخدام قانون كولوم.

3. تعلم كيفية حساب المجال الكهربائي الناتج عن مجموعة من الشحنات، بما في ذلك  ثنائي القطب الكهربائي.

4. فهم كيف ستتصرف شحنة نقطية موضوعة في مجال كهربائي خارجي.

5. فهم سلوك  ثنائية القطب الكهربائي الموضوع في مجال كهربائي منتظم، وإيجاد القوة المؤثرة عليه وعزم الدوران.

الوحدة الثالثة: التدفق الكهربائي وقانون جاوس

1. فهم المصطلحات الجديدة مثل: (أ) عنصر مساحة السطح المتجه ؛ (ب) تدفق مجال متجه؛ (ج) الأسطح المفتوحة والمغلقة.

2. شرح قانون جاوس وفهم كيفية تطبيقه بوضوح.

3. استخدم قانون جاوس لحساب المجال الكهربائي الناتج عن توزيعات مختلفة من الشحنة مثل سلك لانهائي مشحون او سطح مشحون او كرة مشحونة.

4. تطبيق قانون جاوس على الاجسام المشحونة بنوعيها الموصلة والعازلة .

الوحدة الرابعة: الجهد الكهربائي

1. تطوير مفهوم الجهد الكهربائي من خلال الشغل الكهربي وطاقة الوضع الكهربائي.

2. فهم الأسطح متساوية الجهد وكيفية ارتباطها بخطوط المجال الكهربائي.

3. اشتقاق علاقة بين الجهد الكهربائي والمجال الكهربائي بحيث يمكننا استخدام معرفتنا بالمجال الكهربائي لحساب الجهد الكهربائي.

4. استخدام العلاقة أعلاه لحساب الجهد الكهربي حول شحنة نقطية.

5. معرفة كيفية تطبيق المعادلة أعلاه لحساب الجهد الكهربائي بسبب توزيعات الشحنات المختلفة.

6. فهم كيفية إيجاد المجال الكهربائي باستخدام معلومات الجهد الكهربي.

7. فهم كيفية حساب الطاقة الكامنة المرتبطة بنظام من الشحنات.

الوحدة الخامسة: المكثف الكهربائي والسعة الكهربائية

1. لمعرفة وفهم تعريف السعة الكهربائية للمكثف.

2. أن تكون قادرًا على اشتقاق صيغة السعة لمختلف تكوينات المكثف بما في ذلك مكثف ذو لوحة متوازية ومكثف أسطواني ومكثف كروي.

3. التعرف على الصيغ الخاصة بحالة عدة مكثفات متصلة على التوالي ولحالة عدة مكثفات متصلة على التوازي. يجب أن يكون الطالب قادرًا على تطبيق هذه الصيغ للعثور على السعة المكافئة لشبكة من المكثفات المتعددة المتصلة على التوالي والتوازي.

4. فهم كيفية تخزين الطاقة الكهربائية في المكثفات ومعرفة صيغة حساب هذه الطاقة.

5. فهم تأثير إدخال مادة عازلة بين ألواح المكثف على السعة والمجال الكهربائي داخل المكثف.

الوحدة السادسة: التيار والمقاومة

1. تعريف التيار وفهم التيار من حيث تدفق الإلكتروني.

2. تعريف المقاومة وقانون أوم.

3. فهم العوامل الفيزيائية التي تؤثر على المقاومة وإدخال مفهوم المقاومة النوعية.

4. التعرف على الطاقة الكهربائية وكيفية حساب الطاقة المشتتة بواسطة المقاومة.

5. معرفة العلاقات بين الكميات التالية: كثافة التيار J ، المجال الكهربائي ، E ، داخل الموصل ، المقاومة ، وسرعة الانجراف للإلكترونات في الموصل.

الوحدة السابعة: القوة الكهربائية ودوائر التيار المستمر

1. فهم المقصود بالقوة الدافعة الكهربائية (emf) ومعرفة كيفية تضمين تأثير المقاومة الداخلية لمصدر emf.

2. شرح قواعد كيرشوف لحساب الجهد والتيار في الدوائر.

3. معرفة كيفية العثور على المقاومة الفعالة لمقاومات متعددة مضافة في كل من التوصيل على التوالي والتوازي.

4. معرفة كيفية حل الفولتية والتيارات بشكل فعال في دوائر متعددة الحلقات تحتوي على شبكة من المقاومات.

الكتب والمراجع المستخدمة في شرح كورس الكهربية الساكنة

1. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics by R. Serway.

2. Physics for Scientist and Engineering a Strategic Approach by Randall Knight.

3. FUNDAMENTALS OF PHYSICS by Halliday & Resnick.

TAKE THIS COURSE