قانون كولوم: المجال حول شحنة نقطية
1 · توقّع
شحنة نقطية مفردة في الفضاء. إذا نقلت نقطة اختبار ضعف البعد، فكم يهبط المجال الكهربائي؟
- يهبط إلى 1/4 — يتناقص مع مربع المسافة.
- يهبط إلى 1/2 — يتناقص خطيًا مع المسافة.
- يبقى المجال كما هو مهما كانت المسافة.
2 · التجهيز
- افتح مسبق الشحنة المفردة واضغط إعادة الضبط. شحنة المصدر ثابتة عند q = 5 nC.
- فعّل قراءة شدة المجال عند نقطة اختبار.
- اضبط مسافة نقطة الاختبار عن الشحنة لكل تجربة وسجل شدة المجال.
3 · اجمع البيانات
| المسافة r (m) | الجهد V (V) | شدة المجال E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
ارسم شدة المجال E (المحور y) مقابل 1/r² (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب E = kq/r² باستخدام k = 8.99×10⁹ N·m²/C² و q = 5 nC. قارن بالجدول.
- بقانون التربيع العكسي، اشرح لماذا تربيع المسافة يربّع شدة المجال بدل تنصيفها.
5 · وسّع
- عمود الجهد لديك (V = kq/r) يهبط بنعومة أكثر من المجال (1/r بدل 1/r²). اشرح لماذا للجهد والمجال اعتمادان مختلفان على المسافة رغم أن كليهما يأتي من شحنة المصدر نفسها.
- قانون كولوم E = kq/r² له الصيغة الرياضية نفسها تمامًا لمجال الجاذبية النيوتني g = GM/r². لماذا قد تشترك قوتان مختلفتان كليًا (كهربائية وثقالية) في هذه البنية العكسية مع المربع؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
قانون كولوم
تنشئ الشحنة النقطية مجالًا كهربائيًا شعاعيًا يهبط مع مربع المسافة: E = kq/r²، حيث k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². القوة على شحنة اختبار هي F = qE.