Post on 26-Sep-2020
Slide 1 Fig 23CO, p.707
Electric Fieldالمجال الكهربي : 23الفصل
Coulomb’s Law كولومقانون 23-3
Electric Field المجال الكهربي 23-4
Electric field lines خطوط المجال الكهربي 23-6
Motion of حركة جسيم مشحون بمجال كهربي منتظم 23-7
charged particles in a uniform electric field
Slide 2
Phy-221
Electricity and Magnetism الكهربية والمغناطيسية
Chapter 23
Electric fields المجال الكهربي
23-3 Coulomb’s Law قانون كولوم
23-
Slide 3
الشحنة الكهربية
تتكون المادة من جزيئات، التي تتكون من ذرات، تحتوي كل ذرة –
داخل -البروتونات –على جسيمات ذات شحنة كهربية موجبة
حول -االلكترونات -النواه وجسيمات ذات شحنة كهربية سالبة
.النواه
Slide 4
23-3 Coulomb’s Law قانون كولوم
م قانون القوى الكهربية بين جزيئين مشحونين ساكنين، ووجد أن1785أسس العالم كولوم عام -
1 2
1 2
2
1
e
F q q
Fr
q qF k r
r
Slide 5
• ثابت التناسب : ke
1 2
1 2
2
1
e
F q q
Fr
q qF k r
r
Slide 6 Fig 23-1, p.708
(a) Negatively charged rubber rod suspended by a thread is attracted to a
positively charged glass rod.
(b) (b) A negatively charged rubber rod is repelled by another negatively charged
rubber rod.
Slide 7 Fig 23-2, p.708
Slide 8 Fig 23-4, p.710
Charging a metallic object by induction (that is, the two
objects never touch each other).
(a) A neutral metallic sphere, with equal numbers of
positive and negative charges.
(b) The electrons on the neutral sphere are redistributed
when a charged rubber rod is placed near the sphere.
(c) When the sphere is grounded, some of its electrons
leave through the ground wire.
(d) When the ground connection is removed, the sphere
has excess positive charge that is nonuniformly
distributed.
(e) When the rod is removed, the remaining electrons
redistribute uniformly and there is a net uniform
distribution of positive charge on the sphere.
Slide 9 Fig 23-5a, p.710
(a) The charged object on the
left induces a charge
distribution on the surface of an
insulator due to realignment of
charges in the molecules.
Slide 10 Fig 23-5b, p.710
Slide 11 Fig 23-6 p.711
Coulomb’s torsion balance, used
to establish the inverse-square law
for the electric force between two
charges.
Charles Coulomb French
physicist (1736–1806)
Slide 12 Table 23-1, p.712
Slide 13 Fig 23-7, p.713
Two point charges separated by a distance r exert a force
on each other that is given by Coulomb’s law. The force F21
exerted by q2 on q1 is equal in magnitude and opposite in
direction to the force F12 exerted by q1 on q2.
(a) When the charges are of the same sign, the force is
repulsive.
(b) (b) When the charges are of opposite signs, the force is
attractive.
Slide 14 Fig 23-7a, p.713
Slide 15 Fig 23-8, p.713
Example 23.2
Slide 16 Fig 23-9, p.714
Example 23.3
Slide 17 Fig 23-11, p.716
Slide 18 Fig 23-12, p.717
Slide 19 Fig 23-13, p.717
Slide 20 Fig 23-15, p.719
Slide 21 Fig 23-20, p.723
Slide 22 Fig 23-21ab, p.724
Slide 23 Fig 23-21a, p.724
Slide 24 Fig 23-21b, p.724
Slide 25 Fig 23-21c, p.724
Slide 26 Fig 23-22a, p.724
Slide 27 Fig 23-22b, p.724
Slide 28 Fig 23-23a, p.725
Slide 29 Fig 23-23b, p.725
Slide 30 Fig 23-24, p.725
Slide 31 Fig 23-25, p.726
mوكتلته qيتحرك جسم مشحون بشحنة موجبة مقدارها :13-23مثال
، كما هو موضح بالرسم فإذا كانت سرعته Eخالل مجال كهربي منتظم
أوصف حركة الجسم؛ voاالبتدائية
Simple Linear Motionتعتبر حركة الجسم حركة خطية بسيطة
F = qE = ma → a = qE/m
v = vo + at
X = vot + ½ a t2
V2 = vo2 + 2ax
x = 0 → vo = 0
x= ½ a t2 = qEt2/2m األزاحة
v=at = qEt/m & V2=2ax = 2qEx/m
K = ½ mv2 = ½ m 2qEx/m = qEx الطاقة الحركية
Slide 32 Fig 23-26, p.726
تكافئ حركة الجسم الموضحة بالرسم حركة المقذوفات بمجال الجاذبية
Motion of charged particles in a حركة جسيم مشحون بمجال كهربي منتظم 23-7
uniform electric field
F = qE = ma
ويكون تسارع الجسم المشحون هو
a= qE/m
يكون تسارع الجسم باتجاه المحال للشحنة الموجبة وعكس اتجاه المجال للشحنة السالبة *
:فأن Eيتحرك ألكترون خالل مجال كهربي منتظم
a’= - eE/m j’
vx= v0 =ثابت & vy=at= eEt/m
x=vot & y = ½ at2 = - eEt2/2m
Slide 33 Fig 23-27, p.728
Figure 23.27 Schematic diagram of a cathode ray tube. Electrons leaving the
cathode C are accelerated to the anode A. In addition to accelerating
electrons, the electron gun is also used to focus the beam of electrons, and
the plates deflect the beam.
Slide 34 Fig P23-7, p.731
uC 7أحسب محصلة القوة عند الشحنة : سؤال
Slide 35 Fig P23-15, p.731
Slide 36 Fig P23-19, p.732
Slide 37 Fig P23-22, p.732
Slide 38 Fig P23-52, p.734
Slide 39 Fig 24-CO, p.737
Chapter 24: Gauss’s Law
قانون جاووس
الكهربي “ التدفق”الفيض -1
قانون جاووس -2
تطبيقات على قانون جاووس -3
الموصالت في حالة السكون الكهربي -4
Slide 40
:الكهربي ( التدفق)الفيض 24-1
بعدد خطوط المجال الكهربي ( Φ)يعرف الفيض الكهربي - .Aالتي تنفذ من سطح ما مساحته
- Φ تعرف بأنها حاصل ضرب مساحة السطح(A) بشدة .العمودي على السطح (E)المجال الكهربي
+
+
Slide 41 Fig 24-1, p.740
( ثابت الشدة واالتجاه) اذا كان المجال الكهربي مجال منتظم
:فأن
E A
عندما يكون المجال عموديا على السطح
أي أن الزاوية بين خطوط المجال
.والعمودي على السطح تساوي صفر
Slide 42
عندما يكون المجال ليس عموديا على السطح وتكون الزاوية بين خطوط
المجال والعمودي على السطح تساوي
Fig 24-2, p.741
.E A Cos E A
Θ=0
تكون قيمة الفيض أكبر ما يمكن
Θ=900
تكون قيمة الفيض تساوي صفر
Slide 43
متغير الشدة ) اذا كان المجال الكهربي مجال غير منتظم -
:والسطح غير مستوي( واالتجاه
يقسم السطح إلى أجزاء •( سطيحات)صغيرة
ويجمع التدفق من خاللها إليجاد التدفق الكلي
خالل السطح ويكون؛
Slide 44 Fig 24-3, p.741
0
cos .
lim . .
cos
i ii i i
i iA
E A E A
E A E d A
E dA
Slide 45 p.742
Slide 46
يعرف السطح المغلق على أنه السطح الذي يفصل الفراغ إلى جزئيين -
منفصلين مثل سطح الكرة، وتكون صيغة التدفق خالل اسطح المغلق
:كاألتي
Fig 24-4, p.742
0 0
. cos
90 & 90
c n
c c
E d A E dA E dA
ve ve
ويكون اتجاه العمودي على السطح *
المغلق دائما إلى الخارج
Slide 47
686ص 1-24مثال
أوجد قيمة الفيض الكهربي الكلي خالل سطح مكعب طول ضلعه وضع في مجال
منتظم باتجاه المحور
Fig 24-5, p.743
L
x
1 2
1 1
2
1
2 2
2
2
2 2
cos cos
cos cos180
cos cos0
0
c
c
E dA E dA
E dA E dA
E dA El
E dA E dA
E dA El
El El
Slide 48
قانون جاووس: 24-2
شدة المجال عند جميع نقاط •
السطح متساوية، وكذلك موازي
.....للعمودي على السطح
Fig 24-6, p.743
2
2
0
0
. cos
1( ) (4 )4
c n
c
inc
inc
E d A E dA E dA
E dA
qr
r
q
qin ،حيث أن الشحنة داخل السطح المغلق
Slide 49 Fig 24-7, p.744
c q
التدفق خالل السطح المغلق يتناسب مع
مقدار الشحنة وال يتأثر بشكل أو مساحة
.....السطح
1 2 3
0
( ) ( ) ( )c s c s c s
q
Slide 50 Fig 24-8, p.744
في حالة وجود الشحنة خارج السطح
المغلق فأن التدفق يساوي صفر
0 0
00in
c
q
Slide 51
: صيغة قانون جاووس•
(السطح المغلق)حيث أن هى شدة المجال على سطح جاووس •
_ األجسام المشحونة –ويستفاد منة فى حساب شدة المجال الشحنات •
.ذات التماثل الجيد
0
. inc
qE d A
Slide 52 Fig 24-9, p.744
أوصف التدفق الكهربي المار باألسطح الموضحة بالرسم؟
Slide 53
تطبيقات على قانون جاووس 24-3
:احسب شدة المجال الكهربي حول شحنة نقطية -1•
0
0
2
0
2
0
.
(4 )
1
4
inc
in
in
qE d A
qE dA
qE r
qE
r
Fig 24-0, p.746
Slide 54
:شحنة كروية متماثلة التوزيع-2
Slide 55
، الكثافة الحجمية للشحنة qالشحنة الكلية •
Fig 24-11, p.747
2
3
0
3
2 2
0 0 0
3
3 3
0
) ,
4) ' ( ),
3
4
3
4 4 3
4
3
04
e
in
in
in
e
Q
V
Qa E k r a
r
b q V r r a
q
rq
E rr r
Q
r
Q r QE k r E as r o
a a
Slide 56 Fig 24-12, p.747
Slide 57 Fig 24-13, p.748
:سطح كروي رقيق مشحون بشحنة متماثلة -3
r > a r < a
Slide 58 Fig 24-13a, p.748
Slide 59
2,e
QE k r a
r
المجال الكهربي خارجها مماثل •
للمجال خارج الكرة المصمتة،
سطح جاووس المغلق•
Fig 24-13b, p.748
Slide 60 Fig 24-13c, p.748
, 0 0in inr a q E
Slide 61
أسطوانة، متناهية الطول، -4
مشحونة بشحنة متماثلة
Fig 24-14, p.749
مقطع عرضي
Slide 62 Fig 24-14a, p.749
0
0
0
. , ,
(2 )
22
in
e
Const Q dA E
qE dA
E r
E kr r
Slide 63 Fig 24-14b, p.749
مقطع عرضي
Slide 64 Fig 24-15, p.749
صفيحة مسطحة غير موصلة ومشحونة بشحنة متماثلة -5
0
0
0
2
2
in
inc
q
A
qE dA
AEA
E
على أي مسافة من الشحنة المجال يكون منتظم
Slide 65
Slide 66
لهما : المجال بين صفيحتين متماثلتين متوازيتين مشحونتين ومتقابلتين
نفس الطول والسمك وكمية الشحنة، المسافة بين الشحنتين مهملة بالنسبة
لطولهما
+ σ - σ
1 2 3
E=0 2& 1عند النقاط
3عند النقطة
1 2
1 2
0
0
2
E E E
E E
E
E1 E2 E2 E1 E
1
E
2
Slide 67
الكهربائي الموصالت في حالة السكون: 24.4
المواد جيدة التوصيل الكهربي تحتوي على شحنات حرة، عندما تكون محصلة حركتها *
داخل المادة تقريبا تساوي صفر نتيجة وقوعها تحت تأثير مجال كهربي خارجي فأن
:المادة تكون في حالة اتزان كهروستاتيكي وتتميز بالخصائص اآلتية
شدة المجال داخل الموصل تساوي صفر،-
تستقر الشحنات على السطح الخارجي للموصل المعزول،-
على األجزاء المدببة مما يزيد -للسطح الغير مستوي –تزداد كثافة الشحنات السطحية -
من شدة المجال بالقرب منها،
عند النقاط خارج السطح، يكون المجال كهربي عمودي على السطح عند جميع النقاط -
حيث كثافة الشحنة السطحية التي تختلف من نقطة إلى ” 0E = σ/ε” وتكون شدة
أخرى
Slide 68
وضع موصل داخل مجال عند
كهربي فتتولد شحنات مستحدثة على
( كما هو موضح) سطحي الموصل
أي تزيد الكثافة السطحية للشحنة
التي تولد مجاال يكون اتجاه معاكس
للمجال الخارجي، بحيث تكون
محصلة المجال داخل الموصل
.تساوي صفر
Fig 24-16, p.750
Slide 69
Q=0
E = 0
Fig 24-17, p.751
في حالة االتزان الكهروستاتيكي، تكون شدة المجال داخل الموصل يساوي صفر
وتكون كذلك على كل نقاط سطح جاووس
Slide 70
0 0
inC n n
q AE dA E A
0
E
0 0
inC n n
q AE dA E A
Fig 24-18, p.751
عبارة عن األسطوانة لها سطح خارج الموصل وجزء -السطح المغلق–سطح جاووس
داخله
داخل الموصل حيث اليوجد أي فيض ألن شدة المجال يساوي صفر داخل الموصل -
اليوجد مركبة –المجال الكهربي خارج السطح يكون عمودي على سطح الموصل -
سطحية النة لو وجدت لحركت الشحنات سطحيا وذلك يتنافى مع حالة االتزان الكهربية
Slide 71 Fig 24-19, p.751
Slide 72 Fig 24-20, p.752
خالل سطح الكرة؟( التدفق الكلي)في مجال كهربي منتظم، أحسب الفيض )( وضعت كرة مفرغة -1السؤال رقم
Slide 73 Fig 24-21, p.752
من سطح النهائي، dشحنة نقطية تبعد مسافة : 11السؤال رقم
احسب التدفق خالل السطح -
وعندما تكون الشحنة تبعد مسافة صغيرة جدا من مركز وعمودية على مركز مربع كبير جدا، -
.أشرح لماذا يكون التدفق فى الوضعين السابقين متساوي -
0
1
2 2plane total
q
السطح يبدو في الوضعين متشابهين بالنسبة للشحنة حيث أن السطح النهائي األبعاد
Slide 74
ميكرو كولوم داخل غواصة، احسب محصلة -84، 27، -9، 5وضعت الشحنات : 15السوال رقم
التدفق الكهربي خالل الغواصة وقارن عدد خطوط المجال الكهربي يتجه خارجها إلى التي تدخلها؟
q1 q2 q3 q4
0
6
12
6 2
(5 9 27 80)10
8.9 10
6.9 10 . /
inq
x N m C
بما أن محصلة التدفق قيمة سالبة، فأن عدد خطوط المخال التي تدخل سطح الغواصة
.أكبر من عددها التي تخرج من السطح
Slide 75 Fig 24-23, p.753
أوجد شدة. 2م/ميكرو كولوم 9صفيحة مسطحة كبيرة، الكثافة السطحية للشحنة قدرها : 37السؤال رقم
المجال الكهربي فوق السطح والمقاس عند مركزها؟
0
6
12
2
9 10508 /
8.9 10
E
xE kN C
x
Slide 76 Table 24-1, p.754
) ( سم وضعت علي المستوى 50موصل صفيحة رقيقة مربعة طول ضلعها : 41السؤال رقم
اوجد الكثافة السطحية للشحنة، شدة واتجاه المجال. كولوم 4 10-8وتحمل شحنة كهربية مقدارها
فوق سطح الصفيحة ، وشدته أسفل سطح أسفلها؟