أسئلة: المجال الكهربائي المنتظم وفرق الجهد

الإجابة الصحيحة: من اللوح الموجب إلى اللوح السالب

ينشأ المجال المنتظم بين لوحين متوازيين، وتكون خطوطه مستقيمة ومتوازية تتجه دائماً من الشحنة الموجبة إلى الشحنة السالبة.

الإجابة الصحيحة: $4000 \text{ V/m}$

باستخدام العلاقة $E = \Delta V / d$ نجد أن $E = 200 / 0.05 = 4000 \text{ V/m}$.

الإجابة الصحيحة: خطوط المجال عمودية على السطوح

في أي مجال كهربي، تكون خطوط المجال دائماً عمودية على سطوح تساوي الجهد عند كل نقطة.

الإجابة الصحيحة: $1 \times 10^{-3} \text{ N}$

القوة $F = qE = (2 \times 10^{-6}) \times 500 = 1000 \times 10^{-6} = 1 \times 10^{-3} \text{ N}$.

الإجابة الصحيحة: $1 \text{ N/C}$

شدة المجال الكهربي تُقاس بـ نيوتن لكل كولوم أو فولت لكل متر، وهما وحدتان متكافئتان.

الإجابة الصحيحة: يساوي صفر

بما أن فرق الجهد على سطح تساوي الجهد يساوي صفراً، فإن الشغل المبذول $W = q \Delta V$ يساوي صفراً.

الإجابة الصحيحة: تقل للنصف

بما أن $E = \Delta V / d$، فإن العلاقة عكسية بين $E$ و $d$. إذا تضاعفت $d$، تقل $E$ إلى النصف.

الإجابة الصحيحة: $3 \times 10^{-4} \text{ J}$

الشغل $W = q \Delta V = (3 \times 10^{-6}) \times 100 = 3 \times 10^{-4} \text{ J}$.

الإجابة الصحيحة: ثابت المقدار والاتجاه

المجال المنتظم ثابت القيمة والاتجاه في جميع نقاط المنطقة المحصورة بين اللوحين.

الإجابة الصحيحة: $2F$

من العلاقة $F = qE$، القوة تتناسب طردياً مع مقدار الشحنة $q$ عند ثبات المجال $E$.

الإجابة الصحيحة: يعتمد فقط على فرق الجهد ونوع الشحنة

الشغل في المجال الكهربي يعتمد على العلاقة $W = q \Delta V$، وهو لا يعتمد على المسار المتبع.

الإجابة الصحيحة: تتحرك عكس اتجاه المجال

الشحنة السالبة تتأثر بقوة في عكس اتجاه المجال الكهربي لأن المجال يتجه من الموجب للسالب.

أولاً: $E = \Delta V / d = 800 / 0.04 = 20000 \text{ V/m}$. ثانياً: $F = qE = (2 \times 10^{-9}) \times 20000 = 4 \times 10^{-5} \text{ N}$.

سطح تساوي الجهد هو سطح تكون فيه قيمة الجهد الكهربي ثابتة عند جميع نقاطه، أي أن فرق الجهد $\Delta V$ بين أي نقطتين عليه يساوي صفراً. وبما أن الشغل المبذول لنقل شحنة هو $W = q \Delta V$، فإنه بالتعويض عن فرق الجهد بصفر ينتج أن الشغل يساوي صفراً.

باستخدام القانون $W = q \Delta V$، يكون الشغل: $W = (4 \times 10^{-6} \text{ C}) \times (500 \text{ V}) = 2000 \times 10^{-6} \text{ J} = 2 \times 10^{-3} \text{ J}$.

خطوط المجال لشحنة نقطية تكون شعاعية (تتباعد كلما ابتعدنا عن الشحنة) ومجالها غير منتظم. أما في حالة اللوحين المتوازيين، فتكون الخطوط مستقيمة ومتوازية ومتباعدة بانتظام، مما يجعل المجال ثابتاً في المقدار والاتجاه في المنطقة بينهما.

من العلاقة $E = \Delta V / d$، نستنتج أن $\Delta V = E \times d$. بالتعويض: $\Delta V = 5000 \times 0.01 = 50 \text{ V}$.

الشحنة الموجبة تتأثر بقوة في نفس اتجاه المجال (أي لليمين). الشحنة السالبة تتأثر بقوة في عكس اتجاه المجال (أي لليسار).