البحث عن القدرة الكهربائية، الكهرباء تستخدم في معظم جوانب الحياة، فهي تضيء الأضواء، وتغسل الملابس في الغسالة، وتحفظ الطعام في الثلاجة، وتمكن الموظف من أداء عمله على الكمبيوتر وغيره من الأمور الهامة التي تتطلب الكهرباء لتنفيذها بشكل طبيعي. وفي هذا المقال سنتعرف على القدرة الكهربائية في الموسوعة.
تعريف القوة الكهربائية:
- الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولوم قدم العديد من المساهمات في مجال الفيزياء المغناطيسية والكهربائية، ونجح في قياس قوة الجاذبية بين جسمين مشحونين باستخدام جهاز اخترعه ويعرف بـ ميزان الإلتواء، ولاحظ أن الكرات تتجاذب وتنافر، مما يؤدي إلى اختلاف في الشحنة التي تحملها الكرات في التجربة، واستنتج كولوم أن قوة التنافر أو التجاذب تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين مركز الكرتين.
خصائص القوة الكهربائية:
- تتناسب قوة التيار الكهربائي تناسبا مباشرا مع حاصل ضرب قيمتي الشحنة.
- تتناسب كمية القوة الكهربائية عكسيا مع مربع المسافة التي تفصل بين جسمين مشحونين.
- قانون كولوم يكتب بشكل رياضي كالتالي: تعبر القوة الكهربائية بالرمز (ق) وتقاس بالنيوتن، ويمثل الرمز (أ) ثابت كولوم بقيمة 8.9875 × 109 وتقاس بالنيوتن.م2. و(ش1) تمثل قيمة الشحنة الأولى، و(ش2) تمثل قيمة الشحنة الثانية، وتقاس الشحنة بالكولوم، و(ف) تمثل المسافة بين الشحنتين وتقاس بالمتر.
- القوة تكون تنافرا بين شحنتين عندما تكون الشحنتين متشابهتين إيجابيتين أو سالبتين.
- تكون القوة قوة جذب بين شحنتين عندما تكون الشحنتين مختلفتين، إحداهما موجبة والأخرى سالبة.
- القوة الكهربائية تعتبر قوة محافظة.
- قانون كولوم لا يستمد من أي قانون آخر، بل هو قانون تجريبي، ويستخدم في العداة مع الشحنات النقطية التي تمثل جسما صغيرا جدا ومهملا من حيث الكتلة والأبعاد، ولكنه يحمل شحنة كهربائية.
مثال على القوة الكهربائية:
- القوة الكهربائية هي التي تحفظ البناء وتبقيه متماسك، حيث يتم جذب الإلكترونات السالبة نحو النواة الموجبة، وتحتوي النواة على نيوترونات متعادلة وبروتونات موجبة، مما يجعلها موجبة. عند مقارنة قوة الجاذبية بين النواة والإلكترونات، نجد أنها صغيرة جدا نظرا لصغر كتلة النواة والإلكترون. بينما فيما يتعلق بالقوة الكهربائية بينهما، فإن مقدارها يكون أكبر بكثير من مقدار قوة الجاذبية، ولذلك تساهم القوة الكهربائية في الحفاظ على تركيب الذرة.
مفاهيم كهربائية شائعة:
- شحنة كهربائية: تعتبر خاصية موجودة في بعض الجسيمات غير الذرية، وتسبب إنتاج القوة الكهرومغناطيسية وتتفاعل معها، وتعتبر القوة الكهرومغناطيسية واحدة من القوى الأربعة الأساسية في الطبيعة، والشحنة تنشأ في الذرة نتيجة وجود البروتونات والإلكترونات فيها، وهي كمية مخزنة، والشحنة الموجودة في نظام معزول تظل ثابتة بغض النظر عن التغييرات التي قد تحدث داخل ذلك النظام، ويمكن نقل الشحنة بين الأجسام في النظام إما عن طريق الاتصال المباشر أو من خلال المواد الموصلة مثل الأسلاك.
- مجال كهربائي: يحدث ذلك بسبب وجود جسم مشحون في المجال المحيط به، ويتسبب في قوة تؤثر على الشحنات الموجودة في المجال. يعمل المجال الكهربائي بين الشحنتين بنفس الطريقة التي يعمل بها المجال الجاذبية بين الكتلتين، ويمتد المجال الكهربائي مثل المجال الجاذبية بلا حدود، وتتناسب العلاقة بشكل عكسي تربيعي مع المسافة.
- جهد كهربائي: لديه ارتباط وثيق بمجال الكهرباء، والشحنة الصغيرة الموجودة في المجال الكهربائي تواجه قوة، ويجب نقل الشحنة إلى نقطة مضادة للقوة للعمل عليها، والجهد الكهربائي هو الطاقة المطلوبة لنقل وحدة الشحنة ببطء من اللانهائي إلى تلك النقطة، ويتم قياس الجهد الكهربائي بالفولت، وهو الجهد الذي يتطلب كمية من الشغل لنقل كولوم واحد من الشحنة الكهربائية اللانهائية، وفرق الجهد الكهربائي هو الطاقة المطلوبة لتحريك وحدة الشحنة بين النقطتين المحددتين، ويتميز المجال الكهربائي بأنه محافظ، ويتم قياس الجهد الكهربائي بالفولت.
- تيار كهربائي: هو تدفق الشحنة الكهربائية، ويتم قياسه بالأمبير، والتيار الكهربائي يتكون من جسيمات متحركة ومشحونة، والإلكترونات تنتشر بين تلك الجسيمات، وأي تحرك للشحنة يمكن أن يكون تيارا كهربائيا، والتيار الموجب يشير إلى التيار الذي يتدفق في نفس الاتجاه الذي تتدفق فيه أي شحنة موجبة، أو يكون التيار متدفقا من الطرف السالب في الدائرة الكهربائية إلى الطرف الموجب في الدائرة، ويشار إليه بالتيار المستمر، وحركة الإلكترونات السالبة حول الدائرة الكهربائية تكون معاكسة لاتجاه الإلكترونات، وبالتالي، يتكون التيار الكهربائي من تدفق الجسيمات المشحونة في كلا الاتجاهين أو في اتجاه واحد في نفس الوقت.