חוברת לימוד תצוגה מקדימה (תצוגה מקדימה: חלקים 1 עד 2 מתוך 9) מאת: פניאל מרגליות

מטען חשמלי, מוליכים ומבודדים, טעינה וחוק קולון בין מטענים נקודתיים

פרק 1 — למידה מודרכת ותרגול מעמיק

מטען חשמלי, מוליכים ומבודדים, טעינה וחוק קולון בין מטענים נקודתיים

פרק 1 — למידה מודרכת ותרגול מעמיק

מטרות למידה מרכזיות:

הבנת מושג המטען החשמלי (חיובי ושלילי), קוונטיזציה של מטען וחוק שימור המטען
הבחנה מובהקת בין חומרים מוליכים לחומרים מבודדים על בסיס מודל האלקטרונים החופשיים
הבנת שיטות טעינה: טעינה במגע (הולכה) וחלוקת מטען מול טעינה בהשראה אלקטרוסטטית והארקה
הכרת חוק קולון וחישוב גודל הכוח האלקטרוסטטי הפועל בין שני מטענים נקודתיים במנוחה
הבנת תלות הכוח בריבוע המרחק ומשמעות סימני המטענים (דחייה מול משיכה)
יישום עקרון הסופרפוזיציה לחישוב הכוח השקול הפועל על מטען במערך מטענים לאורך ישר
מציאת נקודת שיווי משקל (איזון כוחות מלא) עבור מטען הנמצא בין שני מטענים קבועים

מטען חשמלי: סוגי מטענים, קוונטיזציה ושימור מטען

רעיון מרכזי המטען החשמלי במבנה האטום

כל חומר בעולמנו מורכב מאטומים. במרכז האטום נמצא הגרעין המכיל פרוטונים בעלי מטען חיובי ונייטרונים חסרי מטען, ומסביבו נעים אלקטרונים בעלי מטען שלילי.

מטען הפרוטון ומטען האלקטרון שווים בדיוק בגודלם ומנוגדים בסימנם. גודל יסודי זה מסומן באות אי, ושווה בקירוב ל:

e \approx 1.6 \times 10^{- 19} C

באטום ניטרלי מספר הפרוטונים שווה בדיוק למספר האלקטרונים, כך שהמטען הכולל הוא אפס. גוף נטען כאשר יש בו עודף אלקטרונים (מטען שלילי) או חוסר באלקטרונים (מטען חיובי).

תרגיל 1

רמת קושי: בסיסי

שני מטענים נקודתיים ממוקמים בריק במרחק נתון זה מזה. נתוני המטענים, המרחק וקבוע קולון:

q_{1} = 2 μ C, q_{2} = 3 μ C, r = 0.3 m, k_{e} = 9 \times 10^{9} N \cdot m^{2} / C^{2}

חשבו את גודל כוח הדחייה האלקטרוסטטי הפועל בין המטענים.

פתרון מודרך

שלב 1: שימוש בחוק קולון לקביעת גודל הכוח החשמלי ההדדי בין שני מטענים נקודתיים:

F = k_{e} \frac{| q_{1} q_{2} |}{r^{2}}

שלב 2: הצבת הנתונים המספריים וחישוב הכוח בניוטון:

F = 9 \times 10^{9} \times \frac{(2 \times 10^{- 6}) \times (3 \times 10^{- 6})}{{0.3}^{2}} = 9 \times 10^{9} \times \frac{6 \times 10^{- 12}}{0.09} = \frac{54 \times 10^{- 3}}{0.09} = 0.6 N

תשובה סופית:

0.6 N

תרגיל 2

רמת קושי: בסיסי

מטען נקודתי חיובי יוצר סביבו שדה חשמלי רדיאלי בריק. נתוני המטען והמרחק מן המטען:

q = 5 μ C, r = 0.5 m, k_{e} = 9 \times 10^{9} N \cdot m^{2} / C^{2}

חשבו את גודל השדה החשמלי במרחק זה בניוטון לקולון.

פתרון מודרך

שלב 1: הגדרת גודל השדה החשמלי שיוצר מטען נקודתי במרחב:

E = k_{e} \frac{| q |}{r^{2}}

שלב 2: הצבת הנתונים המספריים וחישוב השדה:

E = 9 \times 10^{9} \times \frac{5 \times 10^{- 6}}{{0.5}^{2}} = \frac{45000}{0.25} = 1.8 \times 10^{5} N/C

תשובה סופית:

1.8 \times 10^{5} N/C

תרגיל 3

רמת קושי: בסיסי

בנקודה מסוימת במרחב פועלים שני שדות חשמליים באותו כיוון לאורך ציר ישר. נתוני שני השדות:

E_{1} = 300 N/C, E_{2} = 450 N/C

חשבו על פי עקרון הסופרפוזיציה את גודל השדה החשמלי השקול בנקודה זו.

פתרון מודרך

שלב 1: יישום עקרון הסופרפוזיציה עבור וקטורי שדה בעלי אותו כיוון:

E_{total} = E_{1} + E_{2}

שלב 2: סכימת עוצמות השדות:

E_{total} = 300 + 450 = 750 N/C

תשובה סופית:

750 N/C

🔒

המשך צפייה למנויי PnielAcademy

רכישת מנוי PnielAcademy התחבר לחשבון

מטען חשמלי, מוליכים ומבודדים, טעינה וחוק קולון בין מטענים נקודתיים

המשך צפייה למנויי PnielAcademy

📚 תכנים נוספים בקורס זה

מושג השדה החשמלי, קווי שדה, שדה של מטען נקודתי ושדה אחיד בין לוחות

אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, מתח חשמלי, פוטנציאל והקשר V=Ed

קיבול וקבל לוחות: חישוב קיבול, חיבור קבלים בטור ובמקביל ואנרגיה אגורה

מעדיפים ליווי אישי לצד מערכת הלמידה?