الرئيسية / الدروس / العوامل المؤثرة على القوة الكهربائية
⚡ قانون كولوم — العوامل المؤثرة على القوة الكهربائية
Coulomb's Law — Factors Affecting Electric Force
⏱️ 35 دقيقة📂 الكهرباء الساكنة🎯 مستوى متوسط
للتواصل: 00971504825082
العوامل المؤثرة على القوة الكهربائية بين شحنتين
قانون كولوم:
\[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]
العوامل الرئيسية:
مقدار الشحنتين (q₁ و q₂): العلاقة طردية مع حاصل ضرب الشحنتين — إذا تضاعفت إحدى الشحنتين تتضاعف القوة.
المسافة بينهما (r): العلاقة عكسية مع مربع المسافة — إذا تضاعفت المسافة تقل القوة إلى الربع.
الوسط المادي (k): ثابت العزل الكهربائي يعتمد على الوسط: k = 1/(4πε₀εᵣ)، حيث εᵣ السماحية النسبية للوسط.
العلاقة الرياضية:
\[F ∝ q₁q₂ \] (طردية)
\[F ∝\frac { 1}{r²} \] (عكسية تربيعية)
\[F ∝ \frac {1}{εᵣ }\] (عكسية مع سماحية الوسط)
⚡ محاكاة — قانون كولوم والخطوط البيانية
القوة الكهربائية بين شحنتين
القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما:
\[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]
حيث k = ثابت كولوم ≈ 8.9875×10⁹ N·m²/C²
أنواع القوى الكهربائية
1. قوة تجاذب
تحدث عندما تكون الشحنتان مختلفتين في النوع. مثال: تجاذب الإلكترونات للنواة في الذرة.
2. قوة تنافر
تحدث عندما تكون الشحنتان متشابهتين في النوع. مثال: تنافر شحنتين على بالونين مشحونين بنفس النوع.
خصائص هامة
قوة متبادلة (تساوي في المقدار وتعاكس في الاتجاه)
قوة مركزية (تقع على الخط الواصل بين الشحنتين)
تقل شدتها بزيادة المسافة بين الشحنتين
تعتمد على الوسط العازل بين الشحنتين
تطبيقات عملية
تصميم الدوائر الإلكترونية
عمل المكثفات الكهربائية
ظاهرة البرق
الطابعات الليزرية
ملاحظات هامة:
1. القوة تنافرية إذا كانت الشحنتين متشابهتين 2. القوة تجاذبية إذا كانت الشحنتين مختلفتين 3. وحدة القوة: نيوتن (N) 4. التأثير المتبادل وفق قانون نيوتن الثالث
⚡ محاكاة — قانون كولوم
القوة الكهربائية بين ثلاث شحنات على خط مستقيم
آلية تحديد القوة المحصلة:
حدد اتجاه القوة بين كل زوج (تنافر ←← أو تجاذب →←)
احسب مقدار القوة بين كل زوج باستخدام القانون
اجمع القوى بشكل متجهي حسب اتجاهها
جدول تحديد الاتجاه (للشحنة الوسطى):
ترتيب الشحنات
اتجاه القوة
مثال
(+ , + , +)
← إذا كانت أقرب لليسار، → إذا أقرب لليمين
Q1=+2C, Q2=+3C, Q3=+5C
(- , - , -)
→ إذا كانت أقرب لليسار، ← إذا أقرب لليمين
Q1=-4C, Q2=-1C, Q3=-3C
(+ , + , -)
← من اليسار (تنافر)، → من اليمين (تجاذب)
Q1=+5C, Q2=+2C, Q3=-6C
(- , + , +)
→ من اليسار (تجاذب)، ← من اليمين (تنافر)
Q1=-3C, Q2=+4C, Q3=+1C
ملاحظات: علامة الشحنة تحدد نوع القوة (تنافر/تجاذب)، المسافة بين الشحنات تحدد شدة القوة، واتجاه القوة المحصلة يُحدد بمقارنة شدتي القوتين.
تحليل القوى الكهربائية في مثلث قائم
ثلاث شحنات نقطية (q₁، q₂، q₃) موضوعة بحيث q₁ و q₂ عند الضلعين القصيرين، و q₃ عند الرأس القائم (الزاوية 90°).
خطوات حساب المحصلة على q₃:
احسب القوة بين q₁ و q₃: \[F_{12}=K.\frac{q_1.q_2}{a^2}\]
احسب القوة بين q₂ و q₃: \[F_{23}=K.\frac{q_2.q_3}{b^2}\]
حلل القوى إلى مركبات أفقية ورأسية
المحصلة الكلية: \[Fₜₒₜₐₗ_x = ΣFₓ\] و \[Fₜₒₜₐₗ_y = ΣFᵧ\]
تحديد اتجاه المحصلة:
\[ θ = tan^{-1}\frac {(Fₜₒₜₐₗ_y )}{ (Fₜₒₜₐₗ_x)}\]
نوع الشحنات
اتجاه القوة
متماثلة
تنافر
مختلفة
تجاذب
🧮 حاسبة قانون كولوم التفاعلية
القوة بين شحنتين
ثلاث شحنات على خط مستقيم
مثلث قائم الزاوية
⚡ محاكاة — القوة الكهربائية المحصلة
اختبار قانون كولوم والقوة الكهربائية
السؤال 1: ما هو قانون كولوم؟
اختر الإجابة الصحيحة
أ
القوة بين شحنتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيًا مع المسافة بينهما
ب
القوة بين شحنتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما
ج
القوة بين شحنتين تتناسب عكسيًا مع حاصل ضرب الشحنتين وطرديًا مع مربع المسافة بينهما
د
القوة بين شحنتين تتناسب طرديًا مع مجموع الشحنتين وعكسيًا مع المسافة بينهما
الحل:
الإجابة الصحيحة هي: ب) القوة بين شحنتين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما
\[F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}\]
حيث: F القوة الكهربائية (نيوتن)، k ثابت كولوم ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C²، q₁,q₂ مقدار الشحنتين، r المسافة بينهما.
السؤال 2: إذا تضاعفت المسافة بين شحنتين، ماذا يحدث للقوة الكهربائية بينهما؟
اختر الإجابة الصحيحة
أ
تتضاعف
ب
تزداد أربع مرات
ج
تنقص إلى النصف
د
تنقص إلى الربع
الحل:
الإجابة الصحيحة هي: د) تنقص إلى الربع
\[F_{new} = k \frac{q_1 q_2}{(2r)^2} = \frac{1}{4} F\]
السؤال 3: إذا كانت الشحنتان متشابهتين في النوع، فإن القوة بينهما تكون:
Factors Affecting the Electric Force Between Two Charges
Coulomb's Law:
\[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]
Main Factors:
Magnitude of the Charges (q₁ and q₂): Directly proportional to the product of the charges — if one charge doubles, the force doubles.
Distance Between Them (r): Inversely proportional to the square of the distance — if the distance doubles, the force drops to one-fourth.
Medium (k): Dielectric constant depends on the medium: k = 1/(4πε₀εᵣ), where εᵣ is the relative permittivity.
Mathematical Relationships:
\[F ∝ q₁q₂ \] (Direct)
\[F ∝\frac { 1}{r²} \] (Inverse square)
\[F ∝ \frac {1}{εᵣ }\] (Inverse with medium permittivity)
⚡ Simulation — Coulomb's Law and Graphs
Electric Force Between Two Charges
The electric force between two point charges is directly proportional to the product of the charges and inversely proportional to the square of the distance between them:
\[F=K.\frac{q_1.q_2}{r^2}\]
where k = Coulomb's constant ≈ 8.9875×10⁹ N·m²/C²
Types of Electric Forces
1. Attractive Force
Occurs when the charges are of opposite types. Example: attraction between electrons and nucleus in an atom.
2. Repulsive Force
Occurs when the charges are of the same type. Example: repulsion between two similarly charged balloons.
Important Properties
Mutual force (equal in magnitude and opposite in direction)
Central force (acts along the line joining the charges)
Decreases with increasing distance between charges
Depends on the insulating medium between charges
Practical Applications
Design of electronic circuits
Operation of capacitors
Lightning phenomenon
Laser printers
Important Notes:
1. Force is repulsive if charges are similar 2. Force is attractive if charges are different 3. Unit of force: Newton (N) 4. Mutual interaction according to Newton's third law
⚡ Simulation — Coulomb's Law
Electric Force Between Three Charges in a Straight Line
Method for Determining Resultant Force:
Determine direction of force between each pair (repulsion ←← or attraction →←)
Calculate magnitude of force between each pair using the law
Add forces vectorially according to their direction
Direction Determination Table (for the middle charge):
Charge Arrangement
Force Direction
Example
(+ , + , +)
← if closer to left, → if closer to right
Q1=+2C, Q2=+3C, Q3=+5C
(- , - , -)
→ if closer to left, ← if closer to right
Q1=-4C, Q2=-1C, Q3=-3C
(+ , + , -)
← from left (repulsion), → from right (attraction)
Q1=+5C, Q2=+2C, Q3=-6C
(- , + , +)
→ from left (attraction), ← from right (repulsion)
Q1=-3C, Q2=+4C, Q3=+1C
Notes: Charge sign determines force type, distance determines force strength, and resultant direction is determined by comparing the two forces.
Analysis of Electric Forces in a Right Triangle
Three point charges (q₁, q₂, q₃) placed with q₁ and q₂ at the short sides, and q₃ at the right-angle vertex (90°).
Steps to Calculate Resultant on q₃:
Calculate force between q₁ and q₃: \[F_{12}=K.\frac{q_1.q_2}{a^2}\]
Calculate force between q₂ and q₃: \[F_{23}=K.\frac{q_2.q_3}{b^2}\]
Resolve forces into horizontal and vertical components
Total resultant: \[Fₜₒₜₐₗ_x = ΣFₓ\] and \[Fₜₒₜₐₗ_y = ΣFᵧ\]
Determining Resultant Direction:
\[ θ = tan^{-1}\frac {(Fₜₒₜₐₗ_y )}{ (Fₜₒₜₐₗ_x)}\]
Charge Type
Force Direction
Similar
Repulsion
Different
Attraction
🧮 Interactive Coulomb's Law Calculator
Force Between Two Charges
Three Charges on a Line
Right Triangle
⚡ Simulation — Resultant Electric Force
Coulomb's Law and Electric Force Test
Question 1: What is Coulomb's Law?
Choose the correct answer
A
The force between two charges is directly proportional to the product of the charges and inversely proportional to the distance between them
B
The force between two charges is directly proportional to the product of the charges and inversely proportional to the square of the distance between them
C
The force between two charges is inversely proportional to the product of the charges and directly proportional to the square of the distance between them
D
The force between two charges is directly proportional to the sum of the charges and inversely proportional to the distance between them
Solution:
Correct answer: B
\[F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}\]
Question 2: If the distance between two charges doubles, what happens to the electric force between them?
Choose the correct answer
A
Doubles
B
Quadruples
C
Halves
D
Decreases to one-fourth
Solution:
Correct answer: D
\[F_{new} = k \frac{q_1 q_2}{(2r)^2} = \frac{1}{4} F\]
Question 3: If two charges are of the same type, the force between them is:
Choose the correct answer
A
Attractive force
B
Repulsive force
C
No force between them
D
Magnetic force
Solution:
Correct answer: B — Like charges repel; unlike charges attract.
Question 4: If one charge doubles while the other charge and distance remain constant, what happens to the electric force?
Choose the correct answer
A
Remains the same
B
Doubles
C
Halves
D
Quadruples
Solution:
Correct answer: B
\[F_{new} = k \frac{(2q_1) q_2}{r^2} = 2F\]
Question 5: Two point charges of 2μC and 4μC are placed 3cm apart in vacuum. What is the magnitude of force between them?
Question 6: Three point charges +2μC, -3μC, and +5μC are placed in a straight line. If the net force on the middle charge (-3μC) is zero, what is the reason?
Choose the correct answer
A
Because the charges are equal in magnitude
B
Because the distances between charges are equal
C
Because the forces from the other two charges are equal in magnitude and opposite in direction
D
Because the middle charge is negative
Solution:
Correct answer: C — this occurs when \[k \frac{q_1 q_m}{r_1^2} = k \frac{q_m q_2}{r_2^2}\].
Question 7: If the force between two charges is 16 Newtons, and the distance between them is halved, what is the new force value?