الكهرومغناطيسية
مكثف ذو لوحين متوازيين
مجال منتظم E = V/d بين اللوحين؛ اقرأ C = ε₀A/d والطاقة المخزنة U = ½CV².
مكثف ذو لوحين متوازيين — محاكاة الكهرومغناطيسية تفاعلية. مجال منتظم E = V/d بين اللوحين؛ اقرأ C = ε₀A/d والطاقة المخزنة U = ½CV². مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
مكثف اللوحين المتوازيين
مجال منتظم E = V/d بين اللوحين؛ اقرأ C = ε₀A/d والطاقة المخزنة U = ½CV².
لوحان متوازيان بجهد V وبُعد d ينشئان مجالًا شبه منتظم E = V/d بينهما (تُهمل ظواهر الحواف عند الأطراف). السعة C = ε₀A/d والطاقة المخزنة U = ½CV² تتبعان الهندسة. اضغط تشغيل لترى مؤشرات شحنة اللوحين تنبض؛ اقرأ C وU في لوحة الخصائص.
- E = V/d
- C = ε₀A/d
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
لمكثف اللوحين المتوازيين هندسة ثابتة (مساحة وفجوة). إذا زدت الجهد عبره، فهل تنمو الطاقة المخزنة بتناسب مباشر أم أسرع؟
توقعات للموازنة
- تنمو الطاقة المخزنة أسرع من الجهد — فهي تعتمد على مربع الجهد.
- الطاقة المخزنة متناسبة طرديًا مع الجهد.
- لا تعتمد الطاقة المخزنة على الجهد.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الجهد V (V)
ما تقيسه:
- السعة C (pF)
- الشحنة المخزنة Q (nC)
- الطاقة المخزنة U (nJ)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق اللوحين المتوازيين واضغط إعادة الضبط. مساحة اللوح = 0.05 m²، والبعد = 2 mm.
- فعّل قراءتي الشحنة والطاقة المخزنة.
- اضبط جهد اللوحين لكل تجربة وسجل الشحنة والطاقة المخزنتين.
المعادلة الحاكمة
سعة اللوحين المتوازيين — C = ε₀A/d
لوحان موصلان متوازيان يفصل بينهما فراغ يخزنان شحنة تتناسب مع مساحتهما وعكسيًا مع بعديهما: C = ε₀A/d. الطاقة المخزنة هي U = ½CV² = ½QV.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب C = ε₀A/d باستخدام A = 0.05 m² و d = 0.002 m (نفسها في كل محاولة)، ثم Q = CV و U = ½CV². قارن الثلاثة بالجدول.
- اشرح، باستخدام U = ½CV²، لماذا مضاعفة الجهد تربّع الطاقة المخزنة بدل مضاعفتها — رغم أن الشحنة المخزنة تتضاعف فقط.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تعتمد السعة C = ε₀A/d على هندسة اللوحين فقط، لا على الجهد الذي تطبقه. اشرح لماذا يستطيع المكثف الأكبر فيزيائيًا (A أكبر أو d أصغر) تخزين شحنة أكبر عند الجهد نفسه.
- مزيل الرجفان الطبي يشحن مكثفًا إلى جهد مرتفع ثم يفّرغه عبر المريض في جزء من الثانية. باستخدام U = ½CV²، اشرح لماذا يستخدم الأطباء جهدًا مرتفعًا لا سعة مرتفعة لتوصيل الطاقة المطلوبة بسرعة.
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- أهلًا بك في اللوحين المتوازيين
- حدد المكثف
- اضغط تشغيل
- مجال منتظم بين اللوحين
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.