شحنة كهربائية
| كهرومغناطيسية | ||||||||||||
كهرباء • مغناطيسية
| ||||||||||||
| Electric charge | |
|---|---|
الرموز الشائعة |
Q |
| الوحدة الدولية | coulomb |
وحدات أخرى |
e |
| بعد قياسي SI | Q |
اشتقاقات من كميات أخرى |
Q = I · t |
| البعد | Q |
الشحنة الكهربائية Electric charge هي خاصية تحملها الجسيمات الدون ذرية (الدقائق) ، وهي مصدر القوة الكهرومغناطيسية في الطبيعة ، تحمل الجسيمات شحنة سالبة أوموجبة اومتعادلة ، وتحمل الإلكترونات شحنات سالبة والبروتونات شحنات موجبة ، والنيوترونات شحنات متعادلة ، كما حتى هناك جسيمات أخرى تحمل شحنات وكل هذه الشحنات تكون إما سالبة أوموجبة أومتعادلة (بدون شحنة).
التاريخ
Charge is the fundamental property of forms of matter that exhibit electrostatic attraction or repulsion in the presence of other matter. Electric charge is a characteristic property of many subatomic particles. The charges of free-standing particles are integer multiples of the elementary charge
اكتُشفت الظواهر الكهربائية في عهد اليونان القدماء، الذين لاحظوا تكهرب الأجسام بالدَّلْك، أي اكتسابها شحنات كهربائية، وصُنفت هذه الأجسام، اصطلاحاً، في صنفين: أجسام موجبة الشحنة positive charge وسالبة الشحنة negative charge. يظهر وجود الشحنة الكهربائية electric charge في التفاعل المتبادل بين الأجسام المشحونة، فالأجسام التي تحمل شحنات متماثلة تتدافع، والأجسام التي تحمل شحنات مختلفة تتجاذب. وقد تبيّن، في بداية القرن العشرين، حتى للشحنة قيماً متبترة، أي إذا هناك شحنة غير قابلة للتقسيم، تسمى الشحنة العنصرية الأولية وتساوي شحنة الإلكترون e، وأن شحنة أي جسم q تسـاوي مكـررات سليمة لها، أي إن: q = ± Ne تعبر هذه العلاقة عن حقيقة حتى الشحنة الكهربائية مُكمَّاة.
تتحدد قوة التفاعل المتبادل بين شحنتين كهربائيتين نقطيتين (أي بين جسمين مشحونين أبعادهما صغيرة بالنسبة للمسافة الفاصلة بينهما) ساكنتين بقانون كولوم Coulomb’s law الذي وضعه الفيزيائي الفرنسي كولوم عام 1785م، وينص على حتى قوة التجاذب بين شحنتين مختلفتي الإشارة (أوقوة التنافر بين شحنتين متماثلتي الإشارة) تتناسب طرداً مع قيمة شحنة كلٍ منهما وعكساً مع مربع البعد بينهما، أي:
يعطى ثابت التناسب في الجملة الدولية للوَحَدات بالشكل:
عندما توضع الشحنتان في الخلاء، وقيمته العددية في هذه الجملة هي:10 9×9. وتمثل الثابتة e0 سماحية الخلاء. أما في الوسط المادي فيستبدل بـ e0 سماحية الوسط e. تعمل هذه القوة وفق الخط الواصل بين الشحنتين وتُمثَّل بمتّجهة vector.
أدخل الفيزيائي الإنكليزي فاراداي Faraday في ثلاثينيات القرن التاسع عشر مفهوم الحقل الكهربائي electric field لتوضيح الآثار التي يمكن حتى تسببها الشحنات الكهربائية، فعدّ حتى جميع شحنة ساكنة تخلق في الفضاء المحيط بها حقلاً كهربائياً يؤثر في الشحنات الأخرى الموجودة حولها. وينطق إنه يوجد في نقطة ما حقل كهربائي إذا أثرت قوة كهربائية في شحنة ما q موضوعة في تلك النقطة . يتفق منحى واتجاه الحقل الكهربائي في نقطة ما من الفضاء مع منحى وجهة القوة التي يؤثر فيها الحقل في شحنة موجبة موضوعة في تلك النقطة. وإذا كان الحقل في نقطة ما ناتجاً من عدة شحنات نقطية فهويساوي المجموع المتّجه للحقول الكهربائية الناتجة من جميع شحنة لووُجدت وحدَها، وهذا ما يسمى بمبدأ الانضمام.
الوحدة
يُقاس التيار بوحدة الأمبير وهي الشدة الناتجة عن مرور شحنة مقدارها كولون واحد في جميع ثانية. إلى جانب ذلك، يُستخدم لوصف التيار مقدار متّجه يسمى كثافة التيار، يساوي بالقيمة نسبة شدة التيار، المار عبر سطح عنصري عمودي على اتجاه حركة الشحنات المولدة للتيار، إلى مساحة هذا السطح. ففي حال عدم وجود حقل كهربائي، تتحرك حوامل الشحنة في الناقل عشوائياً وتكون كثافة التيار معدومة. أما بوجود الحقل، فيزداد متوسط عدد حوامل الشحنة السالبة (الإلكترونات)، التي تعبر السطح باتجاه الحقل، طرداً مع شدة الحقل مما يؤدي إلى جريان تيار كهربائي. وعلى هذا، لا ينشأ التيار الكهربائي إلا عند تطبيق حقل كهربائي، أوكما يُنطق تطبيق فرق كمون على نهايتي الناقل. بعبارة أخرى، يسري التيار الكهربائي إذا تغيرت الشحنة مع الزمن. يمكن التعبير عن ذلك بوساطة ما يسمى معادلة الاستمرار continuity equation الآتية:
يُمثل الحد الأول تغيرات كثافة الشحنة ، مع الزمن. أما الحد الآخر، وهوتفرُّق شعاع كثافة التيار ، فيعبر عن التغيرات المكانية للشحنة، أي إذا يمثل . إذا هذه العبارة ليست إلا تعبيراً حقيقياً عن قانون انحفاظ الشحنة.
الكهرباء الساكنة والتيار الكهربائي
تُولِّد الشحنات الكهربائية الساكنة حقولاً كهربائيةً ساكنة electrostatic fields تُستخدم، إلى جانب الحقول المغنطيسية، في الكثير من أجهزة القياس الكهربائية البسيطة وصولاً إلى مطياف الكتلة. لكن، ينتج من حركة الشحنات الكهربائية في النواقل تيار كهربائي يُصطلح على حتى جهته توافق اتجاه حركة الشحنات الموجبة. وتُعهد شدة التيار I بأنها مقدار الشحنة التي تعبر سطحاً ما خلال وحدة الزمن، أي:
يستخدم الحقل الكهربائي الساكن في الكثير من التطبيقات التقنية. على سبيل المثال، في عملية الحصول على المرايا والمواشير والعدسات الإلكترونية التي تستعمل في الأجهزة المخصصة لتشكيل الحزم الإلكترونية والإيونية وتَبْئِيْرها وتغيير اتجاهها، وبالنتيجة الحصول على الأخيلة الإلكترونية والإيونية التي تمتاز من الأخيلة الضوئية العادية التي تشكلها الأدوات البصرية، بدقتها ووضوحها وصغر قيمة الزيغ فيها.
إضافة إلى ما تقدم ذكره، يستخدم الحقل الكهربائي الساكن، أوالمتغير ببطء في المُسَرِّعات الخطية المستخدمة في تسريع الجسيمات المشحونة والحصول على جسيمات سريعة جداً ذات طاقة مرتفعة وثابتة من حيث القيمة. لمثل هذه الجسيمات تطبيقات متعددة في الفيزياء الذرية والنووية. على سبيل المثال، توليد الأشعة السينية والتفكك الإشعاعي للنوى.
الكهرباء بواسطة الاحتكاك
الخصائص
نطقب:Flavour quantum numbers
Thus, the conservation of electric charge, as expressed by the continuity equation, gives the result:
The charge transferred between time and is obtained by integrating both sides:
where I is the net outward current through a closed surface and Q is the electric charge contained within the volume defined by the surface.
حفظ الشحنة الكهربائية
مواضيع متعلقة
- كهرباء
- كواركات
- ضديدات الجسيمات
- Elementary charge
- Charge (physics)
- Static electricity
- Electricity
- Current density
- Electrostatic discharge
- SI electromagnetism units
- Quantity of electricity
انظر أيضاً
- Charge (physics)
- Charge conservation
- Current density
- Electric field
- Electricity
- Electrostatic discharge
- Elementary charge
- Quantity of electricity
- SI electromagnetism units
- Static electricity
المصادر
- ^ عصام الجغامي. "الحقل والشحنة الكهربائيان". الموسوعة العربية.
وصلات خارجية
- How fast does a charge decay?
- Science Aid: Electrostatic charge Easy-to-understand page on electrostatic charge.
