فصل 1 – الکتریسیته ساکن :

کمک آموزشی: راهنمای گام به گام . مجموعه کامل دروس، سال سوم رشته علوم تجربی، گروه علی و دانستنی های کمال – نشر آسیم 1385

خلاصه مطلب :
در میان سایر دانشها، فیزیک جزء علومی است که تاکنون توانسته است همپای
رشته و تکنولوژی و تحولات دانش بشر مجهولات بسیاری را پاسخ گوید و قدمهای
مؤثری را در راستای این تحولات بردارد.
در حقیقت دانش آموزان با داشتن این علم مفید و کاربردی خواهند توانست پاسخ
بسیاری از تحولات جهان را بیابند و مهارت برخورد با مطلب و موضوعات جدید
را بیاموزند تا بتوانند به حل مسائل نائل آیند.

در کتاب فیزیک 3 نیز با تکیه بر مطالبی چون :
الکتریسته ، جریان های الکتریکی ، مغناطیسی و القای الکترومغناطیسی سعی
شده است تا دانش آموزان رشته ی علوم تجربی و ریاضی بتوانند با توجه به سه
هدف نگرشی، دانشی و مهارتی، با این مباحث بیشتر آشنا شوند و با تکیه بر
فعالیت ها ، آزمایشات و دانش معلین خود این موارد را بیاموزند.
بدیهی است چنانچه آموزش هر یک از این فصل ها همراه با تحقیقات بیشتر و
آزمایشات مؤثرتر صورت گیرد می تواند نتیجه بهتر و مداومتری رادر فهم و درک
دانش آموزان بگذارد و آنان را در موفقیت سال های آتبی یاری نماید.

فصل 1 – الکتریسیته ساکن :

قانون پایستگی بار الکتریکی :

همانگونه که آموختید، دو
نوع بار الکتریکی وجود دارد ، بار الکتریکی را بار منفی و بار پروتون را
مثبت نامگذاری کرده اند. بارالکتریکی خود به خود تولید و از بین نمی رود
بلکه از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود یعنی مجموع قبل و بعد از مالش
برابر است.
اجسام باردار بر یکدیگر نیرو وارد می کنند. این نیروها ممکن است ربایشی یا
رانشی باشند. به کمک نیروهایی که منشأ الکتریکی دارند. می توان ساختار
اجسام ، پیوند بین ذره ها و بسیاری از پدیده هایی را که در طبیعت رخ
میدهند توصیف کرد.  

 
قانون اساسی الکتریسته ی ساکن :

بارهای همنام همدیگر را دفع
و غیر همنام همدیگر را جذب می کنند. یعنی ممکن است نیروهای الکتریکی
(ربایشی) یا رانشی (دافعه ای ) باشند.  

 
1-1- قانون کولن :

نیروی الکتریکی بین دو ذره
باردار با حاصلضرب بارها و متناسب و با مجذور فاصله ی بین آن دو نسبت عکس
دارد( منظور از ذره ی باردار یعنی اینکه تمامی بار در یک نقطه متمرکز باشد)

نیروی الکتریکی با حاصل ضرب اندازه ی بار دو ذره نسبت مستقیم دارد. یعنی :

نیروی ربایشی یا رانشی بین دو ذره باردار q₁ , q₂ که در فاصله r از یک دیگر قرار دارند، با حاصلضرب بار دو ذره نسبت مستقیم و با مجذورفاصله های دو ذره از یک دیگر نسبت وارون دارد.

در شکل 1-4

به معنای نیرویی است که ذره اول به ذره دوم وارد می کند

نیرویی است

است که ذره ی دوم به ذره اول وارد می کند. نیروهای
الکتریکی که دو ذره ی باردار به یکدیگر وارد می کنند، هم اندازه و در جهت
های مخالف یکدیگرند (قانون سوم نیوتون) اگر اندازه ی این نیروها را با f
نشان دهیم، داریم :

قانون کولن را می توان با رابطه ی زیر بیان کرد:

در این رابطه، q₁,q ₂ بر حسب کولن ، r بر حسب متر و f بر حسب نیوتون است.

	ضریب تناسب است که در آن ضریب		یک ثابت جهانی است و ضریب گذردهی الکتریکی

خلاء نام دارد.  

برای سادگی در نوشتن می توان ضریب قانون کولن را با نماد k نشان داد :

نکته : در محاسبه ها،
علامت مثبت یا منفی بارهای الکتریکی را در رابطه (1-1) وارد نمی کنیم و
ربایشی یا رانشی بودن نیروها را به کمک نوع بارها مشخص می کنیم.

مثال 1-1
دو ذره با بارهای الکتریکی در فاصله 3cm از یکدیگر
ثابت شده اند ، اندازه ی نیرویی که دو ذره به یکدیگر وارد می کنند و نوع
آنرا مشخص کنید.

چون بارهای الکتریکی دو ذره همنام اند، نیرویی که دو ذره به یکدیگر وارد می کنند رانشی است.  

 
تمرین 1-1-
در مثال 1-2 (ص 7)، نیروی وارد بر q₁ را به دست آورید.

نکته: اگر فاصله ی جسم باردار از ذره باردار (یا جسم باردار دیگر) آن قدر
زیاد باشد که ابعاد جسم در مقابل فاصله ی بین آنها قابل چشم پوشی باشد، می
توان جسم را مانند یک ذره ی باردار در نظر گرفت و از رابطه 1-1 برای
محاسبه نیروی الکتریکی استفاده کرد.  

 
1-2- میدان الکتریکی :

یک بارالکتریکی در هر نقطه
از فضای خود خاصیتی ایجاد می کند که به آن میدان الکتریکی می گویند. هر
اندازه بار بیشتر باشد میدان آن وسیعتر است.
فرض کنید کره ی باردار کوچکی با بار +q مطابق شل 1-17 در نقه A قرار دارد. اگر ذره ای با بارالکتریکی q"+ بر آن نیروی f وارد می شود.

اگر یک بار الکتریکی را در نقطه ای از میدان الکتریکی قرار دهیم. از طرف میدان بر آن نیروی الکتریکی وارد می شود.  

 
1-3 – تعریف کمی میدان الکتریکی :

نیروی وارد بر یکای بار الکتریکی مثبت را در هر نقطه، میدان الکتریکی در آن نقطه می نامیم.
اگر بارالکتریکی نقطه ای q0+ مطابق شکل 1-20 در میدان الکترین حامل از بار
q‌قرار گیرد، از طرف میدان حاصل از بار q بر آن نیروی f وارد می شود. بر
اساس تعریف بالا، میدان بار q در محل قرارگرفتن بار q0+ که آن را با نماد
E نشان می دهیم از رابطه ی زیر بدست می آید.

میدان الکتریکی کمیتی برداری است و باید در محاسبه ها به این نکته توجه کرد یکای میدان (1-17)

الکتریکی نیوتون بر کولن N/C نام دارد.  

 
مثال 1- 5

بر بار الکتریکی

در یک نقطه از میدان بار q، نیروی

5*10-2

وارد می شود.

اندازه میدان الکتریکی را در این نقطه محاسبه کنید.



رابطه (1-7)

1-4 – میدان الکتریکی حاصل از یک ذره ی باردار:
می خواهیم میدان الکتریکی حاصل از بار ذره ای را در نقطه A که به فاصله r
از بار q است محاسبه می کنیم. شکل (1-21) برای این محاسبه از رابطه 1-7
استفاده می کنیم.
اگر بار ذره ای q0+ در نقطه A قرار گیرد. از طرف بار q به آن نیروی F وارد می شود.
با استفاده از قانون کولن، بزرگی نیروی f‌ را محاسبه می کنیم و با جای
گذاری در رابطه 1-7 میدان الکتریکی بار q را در نقطه ی A بدست می آوریم.
رابطه ی (1-8) عامل های مؤثر بر میدان الکتریکی حاصل از بار ذره ای q را مشخص می کند. بنابراین رابطه :

حاصل از بار ذره ای q را
مشخص می کند. بنابراین رابطه : (1-8)
میدان بااندازه ی بار q نسبت مستقیم و با مجذور فاصله از آن، نسبت وارون
دارد.
برای مشخص کردن جهت بردار میدان در یک نقطه، مثلاً نقطه ی A در شکل (
1-21) فرض می کنیم که بار الکتریکی مثبتی را در آن نقطه قرار داده ایم .
میدان در آن نقطه، در جهت نیروی وارد بر این بار فرضی خواهد بود بنابراین
میدان الکتریکی در هر نقطه، هم جهت با نیروی وارد بر بار الکتریکی مثبت
واقع در آن نقطه است. 

منبع.شبکه اموزش صدا وسیما