الدرس: 9-9 سطح تساوي الجهد

سطح تساوي الجهد: هو ذلك السطح الذي تكون نقاط سطحه جميعاً بنفس الجهد الكهربائي أي أن فرق الجهد بين أي نقطتين من نقاطه تساوي صفر.

خواص سطوح تساوي الجهد:

1. لا تتقاطع بعضها مع البعض الآخر.
2. خطوط القوة الكهربائية تكون عمودية على سطوح تساوي الجهد.
3. تتقارب سطوح تساوي الجهد فيما بينها في المناطق التي يكون فيها المجال الكهربائي E فيها كبير، فتزداد خطوط القوة الكهربائية أيضاً، لذا تتقارب سطوح تساوي الجهد قرب النهايات المدببة للأجسام المشحونة والمعزولة.

ملاحظة: الشكل يبين سطوح تساوي الجهد وقد رسمت بشكل خطوط متقطعة وخطوط القوة الكهربائية المرسومة بشكل خطوط مستمرة لشكلين مختلفين في الحالات الكهربائية فعندما يكون المجال ناشئاً عن شحنة نقطية كما في الرسم a تكون سطوح تساوي الجهد كروية الشكل ومتحدة المركز، أما في حالة المجال المنتظم كالذي ينشأ بين لوحين متوازيين كما في الشكل b فتكون سطوح تساوي الجهد مستوية ومتوازية.

كرة معدنية معزولة نصف قطرها 5 cm عليها شحنه مقدارها 20 μC جد الجهد الكهربائي في نقطة:

1. على سطحها:

• null.
• null.

وهو جهد النقاط جميعها.

2. على بعد (15 cm) من سطحها:

• null.

• null.

الشكل المجاور يبين سطحان متوازيان من سطوح تساوي الجهد جهد أحدهما ( -5V) وجهد الآخر (+3V) والبعد بينهما (4m) احسب المجال الكهربائي بينهما.

بما أن المجال الكهربائي منتظم بين السطحين فإن خطوط المجال ستكون متوازية وعمودية على كلا السطحين لذلك فإن:

المجال الكهربائي = null.

null.

النقطة A تبعد (30 cm) عن مركز كرة نصف قطرها (1 cm) مشحونة بشحنة 2x10^-9C ونقطه B تبعد (90 cm) عن مركز الكرة نفسها، احسب الشغل اللازم لنقل شحنة مقدارها (1μC) من نقطة B إلى نقطة A.

الجهد الكهربائي = null.

V= k q /r

حيث q تمثل الشحنة المولدة للمجال.

الجهد عند النقطة A.

null.

الجهد عند النقطة B.

null.

الجهد عند النقطة B - الجهد عند النقطة A = فرق الجهد بين النقطتين (A,B).

null.

الشغل = فرق الجهد × الشحنة.

null.

• الجهد الكهربائي للأرض: الجهد الكهربائي للأرض صفر، لأن سطحها كبير جداً لا يمكن أن تؤثر بها أي شحنة تعطى لها: أو تغير من جهدها فهي خزان كبير للشحنات السالبة والموجبة، لذا أي جسم موصل موصول بالأرض فإن جهده يكون صفراً.
• عمل الرؤوس المسننة في تفريغ الشحنات الكهربائية: إن كثافة الشحنة تتناسب عكسياً مع نصف قطر الموصل، فكلما كان رأس الموصل مدبب كانت كثافة الشحنة عليه كبيرة وهذا يؤدي إلى تفريغ الكهرباء من الرأس المدبب وذلك أن دقائق الهواء المتعادلة والمشحونة بشحنة مخالفة تنجذب إلى الرأس المدبب، لتكتسب من الرأس المدبب شحنته، ثم تتنافر معه وتبتعد لتنجذب إليه دقائق أخرى ثم تشحن بنفس الشحنة، وتبتعد وهكذا تتفرغ الشحنة من الرأس المدبب إلى الجو.
• الكهرباء الجوية: عندما تكون السحب والغيوم وخلال حركتها تحمل الكهرباء فتكون شحنتها موجبة من الطبقات العليا وسالبة من الطبقات السفلي من الغيمة ويحصل تفريغ بين الأجزاء المختلفة الشحنة من السحابة الواحدة أو بين السحابتين المختلفتين بالشحنة، فيحصل البرق، لأن كل تفريغ يكون مصحوب بشرارة، والذي هو البرق، ولكن هذا التفريغ يتسبب في تأين الهواء وتسخينه بشكل مفاجئ إلى 3000 درجة سيليزية فيعطي ضوء وهاج، ويتمدد الهواء بشكل مفاجئ مولد صوتاً يتكرر صداه بين الغيوم مولداً الرعد.
• الصاعقة: عندما يحصل تفريغ كهربائي بين السحابة المشحونة وأي جسم مشحون بشحنة مخالفة للسحابة على سطح الأرض، فهذا ما يسمى بالصاعقة، والتي تحدثت بوقت 1/4 ثانية.
• مانعة الصواعق: ساق معدني ذو رأس مدبب يعمل الرأس المدبب على تفريغ الشحنة الكهربائية ببطيء ويكون طرف من مانعة الصواعق موصول بالأرض والرأس المدبب فوق البناية، فإذا كان الجو مشحوناً بالشحنة السالبة تتولد على سطح الأرض شحنات موجبة تنتقل بواسطة السلك الموصل بالأرض إلى الأعلى (الرأس المدبب) ثم تندفع مبتعدة عنه لتحدث تفريغ تدريجياً بفعل فرق الجهد بين الأرض والجو المحيط بالرأس المدبب وبذلك نقلل من خطر التفريغ الكهربائي.