الالكتروستاتيكا فى الفراغ Electrostatic in vacuo

[محمد ابوزيد]

الالكتروستاتيكا فى الفراغ

Electrostatic in vacuo

مقدمة:

عرف جيدا منذ أكثر من 2600 سنة مضت ( 640 - 548 ق م )

بواسطة الاغريق أنه اذا دلكت قطعة من الكهرمان فانها تجذب اليها القطع الصغيرة من المادة

, لذلك يعتبر هذا التاريخ بداية درؤاسة علم الكهرباء .

وفى عام 1785 م بدأت تنتشر أبحاث كولوم Coulomb التجريبية
http://www.colorado.edu/physics/phys3310/phys3310_sp09/images/coulomb3.gif

ومن هذه الملاحظات التجريبية التى دونت بواسطة كولوم بدأت الابحاث المكثفة على نطاق واسع فى

علم الكهرباء والمغناطيسية .

وبعد ذلك بحوالى 50 عام درس فاراداى Farady
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Faraday_Cochran_Pickersgill.jp g

تأثير التيارات الكهربية متغيرة الزمن والمجالات المغناطيسية .

وفى عام 1864 قدم ماكسويل Maxwell
http://www.optcorp.com/images2/articles/full-Maxwell.jpg

بحثه الشهير فى النظرية الديناميكية للمجال الالكترومغناطيسى .

ثم توالت الابحاث فى هذا الميدان عن طريق الكثير من مشاهير الفيزياء مثل اورستد Oersted
http://www.swehs.co.uk/docs/kphotos/oersted.jpg

[محمد ابوزيد]

وبيو-سافار Biot-Savart
http://hep.physics.indiana.edu/%7Ehgevans/classes/graphics/em/early/savart.jpg
Félix Savart (1791-1841)


وامبير Ampere
http://ffden-2.phys.uaf.edu/631fall2008_web.dir/Xuanye_Ma/Ampere1.jpg

وقد ثبت عمليا أن أى دائرة كهربية تحمل تيارا كهربيا تكافىء من الجهة المغناطيسية مغناطيسيا صغير


ودلت التجارب على أنه يوجد نوعين من الشحنات ( شحنات موجبة وشحنات سالبة ), وان الشحنات المتشابهة تتنافر

والشحنات المختلفة تتجاذب

كما دلت التجارب المعملية حتى الوقت الحاضر انه لا يوجد جسم مشحون شحنته اقل من شحنة الالكترون او البروتون

ووجد ان الالكترون يحمل شحنة سالبة والبروتون شحنة موجبة

اى ان اصغر شحنة سالبة محتمل وجودها فى الطبيعة هى شحنة الالكترون

والتى تم اكتشافها وقدرت القيمة الععدية فى حوالى عام 1897 بواسطة العالم تومسون Tomson
http://astronomos.net23.net/imagenes_voltaire/thomson2.jpg

ووجد ان شحنة الالكترون تساوى
http://latex.codecogs.com/gif.latex?%5CLARGE%20%5Cdpi%7B150%7 D%20%281.6%2910%5E%7B-19%7Dc

حيث http://latex.codecogs.com/gif.latex?%5CLARGE%20%5Cdpi%7B150%7 D%20c رمز مختصر يعنى كولوم

[محمد ابوزيد]

ويجب ان نشير هنا الى انه توجد بعض الجسيمات الاولية شحنتها تساوى الصفر اى متعادلة كهربيا

مثل النيترون و الفوتون .

ودلت التجارب المعملية ايضا على ان المادة تتكون من دقائق صغيرة تسمى ذرات atoms
http://www.chem4kids.com/files/art/atom_struct1.gif

هذه الذرات تحتوى على شحنات موجبة ( نويات) واخرى سالبة ( الكترونات )

وقد بذلت محاولات عديدة لوضع نموذج للذرة ابرزها نموذجى تومسون و

رازرفورد
http://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D9%84%D9%81: Ernest_Rutherford.jpg&filetimestamp=20100320223129

فبعد اكتشاف تومسون ومساعدوه فى معمله الالكترون اقترح فى عام 1798 نموذج يتلخص فى ان الشحنة الموجبة

للذرة تتركز فى نواتها اى انه افترض ان الذرة عبارة عن كرة شحنتها الموجبة موزعة توزيعا متجانسا

على الحيز الكرى وبداخل هذه الكرة تتواجد الالكترونات ذات الشحنة السالبة .

ويسمى هذا بالنموذج الساكن للذرة

اما رازرفورد فقد اقترح نموزج اخر يتلخص ان الشحنة الموجبة للذرة ( النواة) تتركز عند البؤرة المشتركة

لمجموعة قطاعات ناقصة تتحدد بمسار الشحنات السالبة ( الالكترونات) , اى ان هذا النموذج يمكن تشبيهه بحركة

الكواكب حول الشمس , لذلك سمى هذا النموذج بالنموذج الفلكى او النموذج الديناميكى

[محمد ابوزيد]

وهناك نوعين من الدراسة فى هذا المجال , ميكروسكوبى Microscopic والاخر ماكروسكوبى

macroscopic . فمن وجهة النظر الميكروسكوبية يكون التفاعل مع الذرات والالكترونات على انها

جسيمات مستقلة , وهذا النوع من الدراسة يعتمد اساسا على اسس الفيزياء الذرية

Atomic physics
http://www.atomicarchive.com/Physics/Images/structure.jpg


ونظرية الكم Quantum Theory.
http://www.tcd.ie/Physics/Schools/what/atoms/quantum/q1clean.jpg

[محمد ابوزيد]

اما وجهة النظر الماكروسكوبية فهى تعتمد على اخذ القوى المتوسطة ( مثلا قانون كولوم) لعدد كبير من الذرات

فى حجم صغير جدا هذا الحجم يمكن قياسه معمليا وتكون ابعاد هذا الحجم كبيره جدا بالمقارنة مع ابعاد الذرات للمادة

وفى هذه الحالة من الصواب اهمال خواص الذرات نفسها


سوف نناقش بعض المفاهيم مثل قانون كولوم والذى يعتبر من اساسيات علم الكهرباء

ومفهوم المجال الكهربى والقوى المؤثرة على شحنة موضوعة فى المجال ومفهوم دالة الجهد القياسى

والمعنى الفيزيائى لها

ونستنتج المعادلتين التفاضليتين الاساسيتين فى الكهرباء ( تباعد ودوران المجال الكهربى http://latex.codecogs.com/gif.latex?%5CLARGE%20%5Cdpi%7B150%7 D%20E)

وهما فى نفس الوقت جزء من معادلات ماكسويل

و--------------

[محمد ابوزيد]

قانون كولوم Coulomb’s law

http://www.marefa.org/images/thumb/0/07/CoulombsLaw.svg/260px-CoulombsLaw.svg.png

http://upload.wikimedia.org/math/c/3/e/c3e1ac32976a1db5191661afaecc4156.pn g

الاغريق اول من اكتشفوا الكهرباء حوالى سنة 600 ق م

وفى سنة 1600 قام الدكتور جلبرت الطبيب الخاص لملكة بريطانيا بتجربة حقيقية موضحا بها

عملية الجذب الكهربى لبعض المواد .

وبعد ذلك اجرى مهندس فى الجيش الفرنسى يدعى الكولونيل شارل كولوم سلسلة من التجارب

حدد بواسطتها مقدار القوة المتبادلة بين جسمين صغيرين مشحونين بينهما مسافة كبيرة

بالمقارنة مع ابعاد هاتين الشحنتين .

وقد استنتج ان هذه القوة تتوقف على مقدار كل من الشحنتين http://latex.codecogs.com/gif.latex?%5CLARGE%20%5Cdpi%7B150%7 D%20q,%7Bq%7D%27 وعلى المسافة http://latex.codecogs.com/gif.latex?%5CLARGE%20%5Cdpi%7B150%7 D%20R بين الشحنتين

ووجد ان هذه القوة تتناسب طرديا مع مقدار الشحنتين وعكسيا مع مربع المسافة بينهما

وقد امكن صياغة ذلك فى قانون رياضى يعرف بقانون كولوم


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/imgele/coulaw.gif

كالاتى:

[محمد ابوزيد]

اشكرك اختنا الكريمة سمية احمد على المتابعة

اخوكم / محمد ابوزيد

[اْحمد بوخروبة]

بارك الله فيك اْخ محمد شرح مختصر مفيد

[محمد ابوزيد]

اشكرك اخى الكريم

اخوكم / محمد ابوزيد

[علاء البصري]

السلام عليكم ................... شكرا للجهود المتميزة ........................تحياتي