فهم الشحنات الكهربائية: خصائصها، أنواعها، وحسابها

جدول المحتويات

• ما هي الشحنة الكهربائية؟
• الخصائص الأساسية للشحنات الكهربائية
• أنواع الشحنات: موجبة، سالبة، ومتعادلة
• حساب الشحنة الكهربائية: القوانين والطرق
• الشحنات الكهربائية في الدوائر الكهربائية
• المصادر

ما هي الشحنة الكهربائية؟

تُعتبر الشحنة الكهربائية خاصية أساسية للجسيمات المادية، تحدد تفاعلها مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية. توجد الشحنة الكهربائية في شكلين رئيسيين: شحنة موجبة وشحنة سالبة. تتفاعل هذه الشحنات مع بعضها البعض بقوتين أساسيتين: قوة تجاذب بين شحنتين مختلفتين، وقوة تنافر بين شحنتين متشابهتين.

الخصائص الأساسية للشحنات الكهربائية

تتميز الشحنة الكهربائية بعدة خصائص جوهرية، من أهمها:

• التكميم: تنص هذه الخاصية على أن الشحنة الكهربائية تأتي بوحدات منفصلة، وهي مضاعفات لشحنة الإلكترون (1.602×10^-19 كولوم). لا يمكن وجود شحنة كهربائية مقدارها جزء من شحنة الإلكترون.
• الحفظ: الشحنة الكهربائية كمية محفوظة، أي لا تفنى ولا تُستحدث. قد تنتقل من جسم لآخر، أو تتوزع بشكل مختلف، لكن إجمالي الشحنة في نظام مغلق يبقى ثابتاً.

أنواع الشحنات: موجبة، سالبة، ومتعادلة

تنقسم الشحنات الكهربائية إلى ثلاثة أنواع:

• شحنة موجبة (+): يُكتسب الجسم شحنة موجبة عندما يكون عدد البروتونات فيه أكبر من عدد الإلكترونات.
• شحنة سالبة (-): يُكتسب الجسم شحنة سالبة عندما يكون عدد الإلكترونات فيه أكبر من عدد البروتونات.
• جسم متعادل الشحنة: يكون الجسم متعادلاً عندما يتساوى عدد البروتونات وعدد الإلكترونات، مما يُلغي تأثير كل منهما على الآخر.

حساب الشحنة الكهربائية: القوانين والطرق

يُمكن حساب الشحنة الكهربائية بعدة طرق، منها:

• قانون كولوم: يُستخدم لحساب القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين، والمعادلة هي: ق = k (ش1 × ش2) / ف²، حيث k هو ثابت كولوم (9 × 10⁹ نيوتن.متر²/كولوم²)، ش1 و ش2 هما مقدار الشحنتين، و ف هي المسافة بينهما.
• علاقة التيار بالزمن: الشحنة = التيار × الزمن. هذه العلاقة مفيدة لحساب الشحنة الكهربائية التي تمر عبر موصل خلال فترة زمنية معينة.
• قانون أوم: يُمكن استخدامه لحساب التيار في الدائرة، ومن ثم حساب الشحنة باستخدام العلاقة السابقة. قانون أوم: الجهد = التيار × المقاومة.
• علاقة الشغل وفرق الجهد: الشحنة = الشغل / فرق الجهد. تُستخدم هذه العلاقة في حالة معرفة الشغل المبذول لنقل الشحنة وفرق الجهد.

الشحنات الكهربائية في الدوائر الكهربائية

تُستخدم مبادئ الشحنات الكهربائية في فهم عمل الدوائر الكهربائية. حساب الشحنة في الدوائر يتطلب فهمًا جيدًا لقانون أوم وعلاقات التيار والجهد والمقاومة، بالإضافة إلى معرفة طريقة ربط المكونات في الدائرة (على التوالي أو بالتوازي).

المصادر

(الرجاء إضافة المراجع هنا باستخدام التنسيق الملائم.)