للتواصل: 00971504825082

	القوى الأساسية في الطبيعة أربعة قوة الجاذبية، القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة تتحكم القوى الأساسية الأربعة في كل شيء في الكون هل يمكن أن تتحد هذه القوى مع بعضها البعض؟

معلومات مفيدة:

تتكون أي ذرة من نواة تحتوي على بروتونات ذات شحنة موجبة ونترونات متعادلة
وتدور حولها إلكترونات سالبة الشحنة في مدارات إهليلجية
الذرة متعادلة كهربائياً: عدد البروتونات = عدد الإلكترونات، وشحنة البروتون = شحنة الإلكترون
𝑞𝑒 = 𝑞𝑝 = 1.602 × 10^-19 كولوم
الإلكترونات هي التي تُكتسب أو تُفقد
جسم سالب الشحنة اكتسب إلكترونات (عدد الإلكترونات > عدد البروتونات)
جسم موجب الشحنة فقد إلكترونات (عدد البروتونات > عدد الإلكترونات)
يمكن التعبير عن شحنة الجسم من خلال عدد البروتونات والإلكترونات فيه: Q = n × e

قيّم نفسك

جسم مشحون يزيد عدد البروتونات عن الإلكترونات بما يعادل 32 بروتون فإن شحنة الجسم تعادل

اختر الإجابة الصحيحة

7.13 × 10^-18c

5.12 × 10^-18c

1.6 × 10^-19c

4.32 × 10^-18c

قيّم نفسك

جسم متعادل اكتسب 8 إلكترونات فإن شحنة الجسم تعادل

اختر الإجابة الصحيحة

-5.16 × 10^-18c

-1.28 × 10^-18c

-8.36 × 10^-18c

-4.19 × 10^-18c

الشحنات محفوظة في نظام مغلق

عند دلك قطعة صوف بقضيب من الإيبونيت فإن قطعة الصوف تفقد إلكترونات وتصبح موجبة الشحنة، وقضيب الإيبونيت يكتسب إلكترونات ويصبح سالب الشحنة
عدد الإلكترونات التي فقدتها قطعة الصوف = عدد الإلكترونات التي اكتسبها قضيب الإيبونيت (في نظام مغلق)

قيّم نفسك

تم دلك بالون بقطعة من الصوف فأصبح البالون مشحونًا بشحنة سالبة قدرها 8×10^-19c، فإن قطعة الصوف قد فقدت

اختر الإجابة الصحيحة

3 إلكترونات

4 إلكترونات

5 إلكترونات

6 إلكترونات

الشحنة مكمّأة

تمكّن العالم مليكان من إثبات أن قطرة الزيت المشحونة تُشحن بأعداد صحيحة من شحنة الإلكترون الواحد. من خلال صندوق مليكان تمكّن العالم من حساب شحنة قطرة الزيت، وقسّم الشحنة على الشحنة الأولية فكان ناتج القسمة عددًا صحيحًا مما يؤكد أن الشحنة مكمّأة.

⚡ محاكاة تفاعلية — تجربة ملّيكان

قراءة ذاتية (حاسبة تجربة قطرة الزيت لملّيكان)

المسافة بين اللوحين (متر):

فرق الجهد بين اللوحين (فولت):

المجال الكهربائي (فولت/متر):

كثافة قطرة الزيت (جرام/سم³):

نصف قطر القطرة (سم):

حجم القطرة (سم³):

كتلة القطرة (جرام):

شحنة القطرة (كولوم):

عدد الشحنات:

القوانين المستخدمة:

1. المجال الكهربائي E = V/d | 2. حجم القطرة الكروية V = (4/3)πr³
3. الكتلة m = ρ × V | 4. الشحنة q = (m × g × d) / V | 5. عدد الإلكترونات n = q / e

قراءة ذاتية: عند فحص البروتونات والنترونات وُجد أنها تحتوي على كواركات ذات كتلة صغيرة جدًا مرتبطة مع بعضها بواسطة الجلوونات.

كواركات سفلية ذات شحنة سالبة	كواركات علوية ذات شحنة موجبة
-(1/3)e	+(2/3)e
البروتون = 2 كوارك علوي + 1 كوارك سفلي الشحنة = +e	البروتون يحتوي على كواركين علويين وكوارك سفلي
النترون = 1 كوارك علوي + 2 كوارك سفلي الشحنة = 0 (متعادل)	النترون يحتوي على كوارك علوي وكواركين سفليين

مثال محلول

قالب من الحديد كتلته 1.4 kg وشحنته سالبة مقدارها 0.4 c. ما نسبة الإلكترونات التي اكتسبها؟ (الكتلة المولية للحديد 56 g، والعدد الذري له 26)

طريقة الحل:
عدد ذرات الحديد بالكتلة 1.4 كجم: N = (6.022×10²³ × 1.4×10³) / 56 = 1.5055 × 10²⁵
عدد الإلكترونات الكلي (العدد الذري 26): N = 26 × 1.5055×10²⁵ = 3.9143×10²⁶
عدد الإلكترونات المكتسبة: n = 0.4 / (1.6×10⁻¹⁹) = 2.5×10¹⁸
نسبة الإلكترونات المكتسبة: (2.5×10¹⁸) / (3.9143×10²⁶) ≈ 6.38×10⁻⁹

الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات وفائقة التوصيل

المواد الموصلة: قادرة على توصيل التيار لاحتوائها إلكترونات حرة الحركة، مثل النحاس والحديد والألمنيوم.

المواد العازلة: غير قادرة على التوصيل لأن إلكتروناتها مرتبطة بالنواة، مثل الخشب والبلاستيك والإيبونيت.

أشباه الموصلات: قادرة على التوصيل بظروف خاصة، مثل الجرمانيوم والسيليكون (عناصر المجموعة 14).

تحتوي هذه المواد على أربع إلكترونات تكافؤ ترتبط الذرات مع بعضها بروابط تساهمية. عند الصفر المطلق (273-) تكون غير قادرة على التوصيل، لكن بحرارة الغرفة تتكسر بعض الروابط وتصبح قادرة على التوصيل الجزئي.

تطعيم نوع N: بشوائب من المجموعة 15 (مانحة)، ذرة شائبة واحدة لكل مليون ذرة أصلية — تصبح الإلكترونات حاملة للشحنة.

تطعيم نوع P: بشوائب من المجموعة 13 (مستقبلة)، ذرة شائبة واحدة لكل مليون ذرة أصلية — تصبح الفجوات حاملة للشحنة.

🧪 تجربة تفاعلية لأشباه الموصلات

أشباه الموصلات مواد قادرة على توصيل التيار بظروف خاصة، مثل الجرمانيوم والسيليكون. تحتوي أربع إلكترونات تكافؤ ترتبط بروابط تساهمية.

شبه الموصل النقي (السيليكون أو الجرمانيوم)

في درجة حرارة منخفضة جدًا، تكون أشباه الموصلات غير قادرة على التوصيل. لكن بحرارة الغرفة، تتكسر بعض الروابط التساهمية وتصبح قادرة على التوصيل.

في درجة حرارة منخفضة: جميع الإلكترونات مرتبطة بالروابط التساهمية ولا توجد حاملات شحنة حرة.

شبه الموصل نوع N

عند التطعيم بشوائب من المجموعة 15 (مانحة إلكترونات)، تصبح الإلكترونات الزائدة حاملة للشحنة الرئيسية.

تقدّم ذرات الشوائب من المجموعة 15 إلكترونًا إضافيًا يصبح حامل شحنة حرًا.

شبه الموصل نوع P

عند التطعيم بشوائب من المجموعة 13 (مستقبلة)، تصبح الفجوات حاملة للشحنة الرئيسية.

تفتقد ذرات الشوائب من المجموعة 13 لإلكترون واحد، مما يخلق فجوات تتصرف كحاملات شحنة موجبة.

فائقة التوصيل: مواد ممانعتها لمرور التيار تكاد أن تكون معدومة، وتعمل فقط عند درجة حرارة منخفضة جدًا (مثل بعض مركّبات التيتانيوم الخاصة).

أنواع الشحن الكهربائي

الشحن بالدلك (Charging by Friction)

تحدث هذه الظاهرة عند دلك جسمين مختلفين معًا، حيث تنتقل الإلكترونات من جسم لآخر حسب نزعتهما لفقدان أو كسب الإلكترونات.

المادة ذات النزعة الإلكترونية الأعلى (مثل الصوف) تفقد إلكترونات، والمادة ذات النزعة الأقل (مثل البلاستيك) تكتسب إلكترونات.

الاستخدامات العملية:

مولدات فان دي غراف الكهروستاتيكية
أنظمة الطلاء بالكهرباء الساكنة
أجهزة تنقية الهواء
تجارب تعليمية بالكهرباء الساكنة

⚡ محاكاة — الشحن بالدلك

الشحن الكهربائي بالحث (Induction Charging)

فصل الشحنات بجسم موصل دون تلامس مباشر مع الجسم المشحون، حيث تتأثر شحنات الجسم المحايد بمجال الجسم المشحون.

خطوات العملية:

تقريب جسم مشحون (مثلاً قضيب سالب) من جسم موصل محايد
حدوث استقطاب بالجسم المحايد
توصيل الجسم الموصل بالأرض (تأريض)
إزالة التأريض ثم إبعاد الجسم المشحون
يصبح الجسم الموصل مشحونًا بشحنة معاكسة لشحنة الجسم المحث

الخصائص الرئيسية:

لا يحتاج اتصال مباشر
الشحنة الناتجة معاكسة لشحنة الجسم المحث
يعتمد على قانون حفظ الشحنة

مقارنة بين شحن الموصلات والعوازل

الخاصية	الموصلات	العوازل
حركة الإلكترونات	حرة الحركة	مرتبطة بذراتها
التوصيل الكهربائي	✅ ممتاز	❌ لا توصل
التوصيل الحراري	✅ جيد	❌ ضعيف
أمثلة	النحاس، الفضة، الألمنيوم	الخشب، الزجاج، المطاط
شحن السطح	تنتشر على السطح	تبقى بمكانها

⚡ محاكاة — الفرق بين الموصلات والعوازل

شحن كشاف كهربائي بالحث (شحنة سالبة)

الخطوة 1: قرّب موصلًا مشحونًا بشحنة موجبة (+) من قرص الكشاف ← إعادة توزيع الشحنات (حث كهروستاتيكي).

الخطوة 2 (التأريض): لمس القاعدة ينقل الإلكترونات الحرة من الأرض للكشاف ← يتخلّص الكشاف من الشحنات الموجبة.

الخطوة 3: أبعد الإصبع ثم الجسم المشحون ← يصبح الكشاف مشحونًا بشحنة سالبة معادلة.

القانون الأساسي: مجموع الشحنة قبل = مجموع الشحنة بعد (حفظ الشحنة).

⚡ محاكاة — الشحن بالحث

الشحن بالتلامس (Charging by Contact)

نقل الشحنة عبر تلامس مباشر بين جسم مشحون وآخر متعادل، حتى يصل النظام لتوازن كهروستاتيكي.

إذا كان الجسم المشحون سالبًا: تنتقل الإلكترونات الزائدة للجسم المتعادل. إذا كان موجبًا: يسحب إلكترونات من الجسم المتعادل.

الاستخدامات العملية:

أنظمة التأريض الكهربائي
شحن البطاريات القابلة لإعادة الشحن
أجهزة قياس الجهد

⚡ محاكاة — الشحن بالتلامس

🔬 Fundamental Forces & Electric Charge

	The four fundamental forces in nature: Gravity, Electromagnetic force, Strong nuclear force, Weak nuclear force These forces control everything in the universe. Can these forces be unified?

Useful Information:

Any atom consists of a nucleus (positive protons + neutral neutrons) with negative electrons orbiting it.
An atom is electrically neutral: number of protons = number of electrons, and proton charge = electron charge.
𝑞𝑒 = 𝑞𝑝 = 1.602 × 10^-19 C
Electrons are what gets gained or lost.
A negative body gained electrons (electrons > protons). A positive body lost electrons (protons > electrons).
Charge of a body: Q = n × e

Test Yourself

A charged body has 32 more protons than electrons. What is its charge?

Choose the correct answer

7.13 × 10^-18C

5.12 × 10^-18C

1.6 × 10^-19C

4.32 × 10^-18C

Test Yourself

A neutral body gains 8 electrons. What is its charge?

Choose the correct answer

-5.16 × 10^-18C

-1.28 × 10^-18C

-8.36 × 10^-18C

-4.19 × 10^-18C

Charge is conserved in a closed system

Rubbing wool on an ebonite rod: wool loses electrons (becomes positive), rod gains electrons (becomes negative). Electrons lost by wool = electrons gained by rod.

Test Yourself

A balloon rubbed with wool becomes charged with -8×10^-19C. How many electrons did the wool lose?

Choose the correct answer

3 electrons

4 electrons

5 electrons

6 electrons

Charge is Quantized

Millikan proved (via his oil-drop apparatus) that charge is always an integer multiple of the elementary charge e.

⚡ Simulation — Millikan's Experiment

Self-Study (Millikan's Oil Drop Calculator)

Distance between plates (m):

Voltage (V):

Electric Field (V/m):

Oil density (g/cm³):

Drop radius (cm):

Volume (cm³):

Mass (g):

Charge (C):

Number of charges:

Formulas:

E=V/d | V=(4/3)πr³ | m=ρV | q=(m·g·d)/V | n=q/e

Self-study: Protons and neutrons are made of quarks bound by gluons.

Down quarks (negative)	Up quarks (positive)
-(1/3)e	+(2/3)e
Proton = 2 up + 1 down Charge = +e	Proton contains 2 up quarks and 1 down quark
Neutron = 1 up + 2 down Charge = 0	Neutron contains 1 up quark and 2 down quarks

Worked Example

An iron block (mass 1.4 kg) has a charge of -0.4 C. What fraction of electrons did it gain? (Molar mass 56 g, atomic number 26)

Solution:
N (atoms) = (6.022×10²³ × 1.4×10³)/56 = 1.5055×10²⁵
N (electrons) = 26 × 1.5055×10²⁵ = 3.9143×10²⁶
n (gained) = 0.4/1.6×10⁻¹⁹ = 2.5×10¹⁸
Fraction = 2.5×10¹⁸ / 3.9143×10²⁶ ≈ 6.38×10⁻⁹

Conductors, Insulators, Semiconductors & Superconductors

Conductors: free electrons, conduct current — copper, iron, aluminum.

Insulators: bound electrons, do not conduct — wood, plastic, ebonite.

Semiconductors: conduct under special conditions — germanium, silicon (Group 14).

Four valence electrons, covalent bonds. At absolute zero: no conduction. At room temperature: some bonds break, partial conduction.

N-type doping: Group 15 impurities (donors), one per million atoms — extra electrons become charge carriers.

P-type doping: Group 13 impurities (acceptors), one per million atoms — holes become charge carriers.

🧪 Interactive Semiconductor Experiment

Semiconductors conduct current under special conditions. Four valence electrons, covalent bonds.

Pure Semiconductor (Silicon or Germanium)

At absolute zero, no conduction. At room temperature, some bonds break and allow partial conduction.

At low temperature: all electrons bound in covalent bonds, no free carriers.

N-type Semiconductor

Doping with Group 15 elements (donors) — extra electrons become the main charge carriers.

Donor atoms provide an extra free electron, increasing conductivity.

P-type Semiconductor

Doping with Group 13 elements (acceptors) — holes become the main charge carriers.

Acceptor atoms lack one electron, creating holes that act as positive charge carriers.

Superconductors: near-zero resistance, only at very low temperatures.

Types of Electric Charging

Charging by Friction

Rubbing two different materials transfers electrons based on their relative tendency to lose/gain electrons.

Practical Applications:

Van de Graaff generators
Electrostatic painting
Air purification
Educational demos

⚡ Simulation — Charging by Friction

Charging by Induction

Separating charges in a conductor without direct contact, using the field of a nearby charged body.

Steps:

Bring a charged body near a neutral conductor
Polarization occurs
Ground the conductor
Remove ground, then remove the charged body
Conductor ends up with charge opposite to the inducing body

Conductors vs Insulators

Property	Conductors	Insulators
Electron movement	Free	Bound
Electrical conduction	✅ Excellent	❌ None
Thermal conduction	✅ Good	❌ Poor
Examples	Copper, silver, aluminum	Wood, glass, rubber

⚡ Simulation — Conductors vs Insulators

Charging an Electroscope by Induction

Step 1: Bring a positively charged conductor near the disk → charge redistribution.

Step 2 (Grounding): Touching the base drains positive charges to ground.

Step 3: Remove finger then the charged body → electroscope ends up negatively charged.

⚡ Simulation — Charging by Induction

Charging by Contact

Direct contact between a charged and neutral body until electrostatic equilibrium is reached.

Applications:

Electrical grounding systems
Rechargeable batteries
Voltage measuring devices

⚡ Simulation — Charging by Contact

لاحظت خطأ؟ أو عندك سؤال عن الدرس؟ اكتبه بالتعليقات وحدد مكانه بالضبط.

⚡ القوى الكهروستاتيكية — الجزء الأول

قراءة ذاتية (حاسبة تجربة قطرة الزيت لملّيكان)

القوانين المستخدمة:

مثال محلول

الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات وفائقة التوصيل

🧪 تجربة تفاعلية لأشباه الموصلات

شبه الموصل النقي (السيليكون أو الجرمانيوم)

شبه الموصل نوع N

شبه الموصل نوع P

أنواع الشحن الكهربائي

الشحن بالدلك (Charging by Friction)

الاستخدامات العملية:

الشحن الكهربائي بالحث (Induction Charging)

خطوات العملية:

الخصائص الرئيسية:

مقارنة بين شحن الموصلات والعوازل

شحن كشاف كهربائي بالحث (شحنة سالبة)

الشحن بالتلامس (Charging by Contact)

الاستخدامات العملية:

🔬 Fundamental Forces & Electric Charge

Self-Study (Millikan's Oil Drop Calculator)

Formulas:

Worked Example

Conductors, Insulators, Semiconductors & Superconductors

🧪 Interactive Semiconductor Experiment

Pure Semiconductor (Silicon or Germanium)

N-type Semiconductor

P-type Semiconductor

Types of Electric Charging

Charging by Friction

Practical Applications:

Charging by Induction

Steps:

Conductors vs Insulators

Charging an Electroscope by Induction

Charging by Contact

Applications: