الجهد الكهربائي – أوراق عمل وتدريبات

مفاهيم الجهد الكهربائي وطاقة الوضع

يتضمن الملف المرفق مجموعة من أوراق العمل والتدريبات التعليمية التي تتناول موضوع الجهد الكهربائي وطاقة الوضع الكهربائية. يبدأ الملف بتعريف طاقة الوضع الكهربائية (U) ككمية فيزيائية قياسية تعبر عن الطاقة التي تمتلكها الشحنة بسبب وجودها في مجال كهربائي، وتقاس بوحدة الجول (J). يتم توضيح العلاقة بين الشغل المبذول من قبل قوة المجال (Fe) والتغير في طاقة الوضع، حيث أن الشغل يساوي سالب التغير في طاقة الوضع (We = -ΔU). كما يتم التأكيد على أن المرجع لقياس طاقة الوضع يكون عند المالانهاية حيث تعتبر قيمتها صفراً.

حركة الشحنة داخل مجال كهربائي منتظم

عندما توضع شحنة داخل مجال كهربائي منتظم، فإنها تخضع لقوة كهربائية تُعطى بالعلاقة F = qE. توضح المادة التعليمية أن القوة الكهربائية تبذل شغلاً لتحريك الشحنة، حيث تتحرك الشحنات الموجبة باتجاه المجال، بينما تتحرك الشحنات السالبة بعكس اتجاهه. يتم اشتقاق العلاقة الرياضية للشغل المبذول كالتالي: We = F.d cosθ = qEd cosθ، مع التأكيد على أن هذا الشغل يؤدي إلى تغير في طاقة الوضع الكهربائية.

الجهد الكهربائي وخصائصه

يُعرف الجهد الكهربائي (V) بأنه كمية فيزيائية قياسية تمثل خاصية لكل نقطة في المجال الكهربائي، ويرتبط بطاقة الوضع من خلال العلاقة V = U/q. يُقاس الجهد بوحدة الفولت (V) التي تكافئ جول لكل كولوم (J/C). من الملاحظات الهامة الواردة في الملف أن اتجاه المجال يكون دائماً من مناطق الجهد المرتفع إلى مناطق الجهد المنخفض، وأن فرق الجهد بين نقطتين يمكن التعبير عنه بالعلاقة ΔV = ΔU/q = -We/q.

تدريبات ومسائل تطبيقية

يحتوي الملف على مجموعة من الأسئلة والتدريبات المتنوعة التي تغطي المفاهيم السابقة، منها:

س1: مسألة حول انتقال بروتون بين نقطتين في مجال كهربائي منتظم، تتطلب حساب التغير في طاقة الوضع والإزاحة بين النقطتين.

س3: مسألة حول إطلاق بروتون من السكون في مجال كهربائي منتظم، وتحديد سبب حركته وحساب سرعته عند الاصطدام باللوح.

س4: سؤال حول حساب فرق الجهد اللازم لتزويد جسيم ألفا بطاقة حركية محددة.

س5: مسألة حول مدفع بروتونات يطلق بروتوناً بين لوحين، وتتطلب حساب المسافة التي يقطعها قبل أن يستدير.

س6 و س7: مسائل حسابية حول الشغل المبذول لتحريك بروتون بين نقاط ذات جهود مختلفة، وحساب الطاقة الحركية لجسيم مشحون عند مروره بنقطة معينة.

س8 و س9 و س10: أسئلة اختيار من متعدد تتناول حساب الشغل المبذول في مجال صفيحة مشحونة، وطاقة الوضع الكهربائية لنظام شحنات نقطية، وتأثير تغير المسافة بين شحنتين سالبتين على طاقة الوضع الكهربائية.

ملاحظة: قد يتضمن الملف المرفق محتويات تعليمية وتدريبات وموضوعات إضافية متنوعة لم تُذكر في هذا المقال.