تجربة المجالات الكهربائية وتجربة قطرة الزيت لمليكان - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

--- SECTION: تجربة --- تجربة--- SECTION: المجالات الكهربائية --- المجالات الكهربائية اربط كرة سيلسان بخيط نايلون طوله 20 cm، واربط الطرف الآخر في منتصف عصير بلاستيكية. أمسك الماصة أفقياً، وتحقق من أن الكرة معلقة وممتدة رأسياً إلى أسفل. ثم استخدم قطعة صوف لشحن كل من الكرة ولوح بلاستيكي مربع الشكل أبعاده cm 30 × 30 cm بالدلك، وثبت اللوح البلاستيكي رأسياً، ثم أمسك الماصة ولامس الكرة لقطعة الصوف.--- SECTION: 1 --- 1. توقع ماذا يحدث عند تقريب الكرة من اللوح البلاستيكي؟--- SECTION: 2 --- 2. اختبر توقعك بتقريب الكرة ببطء إلى اللوح البلاستيكي.--- SECTION: 3 --- 3. توقع سلوك الكرة في مواقع مختلفة حول اللوح، واختبر توقعاتك.--- SECTION: 4 --- 4. لاحظ زاوية ميلان الخيط عند تحريك الكرة إلى مناطق مختلفة حول اللوح.--- SECTION: التحليل والاستنتاج --- التحليل والاستنتاج--- SECTION: 5 --- 5. وضح بدلالة المجال الكهربائي، لماذا تتأرجح الكرة في اتجاه اللوح البلاستيكي المشحون؟--- SECTION: 6 --- 6. قارن بين زوايا ميلان الخيط في نقاط متعددة حول اللوح، ولماذا تتغير زوايا الميلان؟--- SECTION: 7 --- 7. استنتج ما الذي تشير إليه زاوية ميلان الخيط فيما يتعلق بشدة المجال الكهربائي واتجاهه؟تجربة قطرة الزيت لمليكان Millikan's Oil-Drop Experimentيُعد قياس شحنة الإلكترون من أهم التطبيقات على المجال الكهربائي المنتظم بين لوحين متوازيين. وأول من قاس شحنة الإلكترون بهذه الطريقة الفيزيائي الأمريكي روبرت مليكان عام 1909م. ويبين الشكل 9-10 الطريقة التي استخدمها مليكان لقياس الشحنة التي يحملها إلكترون مفرد. في البداية يُرش في الهواء قطرات زيت دقيقة وذات شحن بلاستيكية بسبب احتكاكها بالمرذاذ عند رشها، وتؤثر الجاذبية الأرضية في هذه القطرات مسببة سقوطها إلى أسفل، فيدخل بعض هذه القطرات في الفتحة الموجودة في اللوح العلوي داخل الجهاز. ومن ثم يُطبق فرق جهد كهربائي بين اللوحين، ليؤثر المجال الكهربائي الناشئ بين اللوحين بقوة في القطرات المشحونة. وعندما يصبح اللوح العلوي موجباً بدرجة كافية تُسبب القوة الكهربائية ارتفاع القطرات المشحونة سالبة إلى أعلى. ويتم ضبط فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين؛ لتعليق قطرة زيت مشحونة في الهواء بين اللوحين. وعند هذه اللحظة تكون قوة مجال الجاذبية الأرضية المؤثرة في هذه القطرة إلى أسفل مساوية في المقدار للقوة الناتجة عن المجال الكهربائي، المؤثرة في القطرة إلى أعلى. لقد تم تحديد مقدار المجال الكهربائي E من خلال فرق الجهد بين اللوحين. ويتعين إجراء قياس آخر لإيجاد وزن القطرة باستخدام العلاقة mg ، والذي يكون صغيراً جداً بحيث لا يمكن قياسه بالطرائق العادية. ولإجراء هذا القياس تم تعليق القطرة أولاً، ثم إيقاف المجال الكهربائي بين اللوحين، وقياس معدل سقوط القطرة؛ حيث تصل القطرة إلى السرعة الحدية خلال زمن قصير بسبب الاحتكاك مع جزيئات الهواء. وتعتمد هذه السرعة على كتلة القطرة من خلال معادلة معقدة. ويمكن حساب مقدار الشحنة q باستخدام السرعة الحدية المقيسة لحساب المقدار mg ، وبمعرفة مقدار المجال الكهربائي E. شحنة الإلكترون وجد مليكان قدراً كبيراً من الاختلاف في شحنات القطرات، فعندما استخدم الأشعة السينية (X rays) من أجل تأيين الهواء، وإضافة إلكترونات إلى القطرات أو إزالتها عنها، لاحظ أن التغير في مقدار الشحنة على القطرات يكون دائماً مضروباً في المقدار 1.60×10⁻¹⁹ C. وكان سبب التغيرات إضافة إلكترون واحد أو أكثر إلى القطرات، أو إزالته منها. ومن هنا استنتج أن أقل تغير حدث في مقدار الشحنة كان يساوي شحنة إلكترون واحد، لذا افترض أن كل إلكترون له دائماً الشحنة نفسها وهي 1.60×10⁻¹⁹ C. وقد بينت تجربة مليكان أن الشحنة مكمأة؛ وهذا يعني أن شحنة أي جسم هي فقط مضاعفات صحيحة لشحنة الإلكترون.2025 - 1447--- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 9-10 يوضح هذا الشكل مقطعاً عرضياً للجهاز الذي استخدمه مليكان في حساب شحنة الإلكترون. Description: A cross-sectional diagram illustrating the apparatus used in Millikan's Oil-Drop Experiment. The diagram shows an atomizer (مرذاذ) at the top-left, spraying oil drops into a chamber. The chamber consists of two parallel horizontal plates, labeled 'لوح مشحون' (charged plate) at the top and bottom. These plates are connected to a battery (بطارية) on the left side, indicating an electric field between them. A single oil drop (قطرة زيت) is depicted suspended between the plates. Below the bottom plate, a microscope (مجهر) is shown, used for observing the oil drops. Arrows indicate the direction of the oil spray and the observation path. Context: This diagram visually explains the setup of Millikan's experiment, which was crucial for determining the elementary charge of an electron. It shows how oil drops are introduced, charged, and then manipulated by an electric field between two plates, allowing for observation through a microscope.