توزيع الشحنات الكهربائية على الموصلات - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

Electric Fields Near Conductorsتتوزع الشحنات الكهربائية على موصل مشحون متباعداً بعضها عن بعض أقصى ما يمكن، بحيث تكون طاقة النظام أقل ما يمكن، مما يؤدي إلى توزع الشحنات الفائضة على سطح الموصل المصمت، وكذا الحال مع الموصل الأجوف. فإذا شحن وعاء فلزي أجوف فستتوزع الشحنات على سطحه الخارجي، ولن يكون هناك أي شحنات على سطحه الداخلي، وبهذه الطريقة يعمل الوعاء الفلزي المغلق عمل درع واقية تحمي ما بداخله من المجالات الكهربائية. فمثلاً يكون الناس داخل السيارة محميين من المجالات الكهربائية الناتجة عن البرق، وبالمثل بالنسبة لعلبة مشروبات غازية مفتوحة سيكون عدد الشحنات داخل العلبة صغيراً جداً، ولا توجد شحنات بالقرب من قاعدة العلبة، حتى وإن كان السطح الداخلي جسم ما منفرداً أو خشناً، مما يجعل مساحة سطحه الداخلي أكبر من مساحة سطحه الخارجي، إلا أن الشحنات ستتوزع كلها على سطحه الخارجي. لا يكون المجال الكهربائي خارج موصل مشحون صفراً غالباً. وعلى الرغم من أن سطح الموصل يعد سطح تساوي جهد إلا أن المجال الكهربائي خارجه يعتمد على شكل الموصل، كما يعتمد على فرق الجهد الكهربائي بين الموصل والأرض. وتكون الشحنات أكثر تقارباً عند الرؤوس المدببة من سطح الموصل، وتكون كثافتها كبيرة، كما هو موضح في الشكل 9-14؛ لذا تكون خطوط المجال الكهربائي عند هذه الرؤوس أكثر تقارباً، ويكون المجال الكهربائي أكبر. وإذا أصبحت شدة هذا المجال كبيرة بدرجة كافية فإنه يكون قادراً على مسارعة الإلكترونات والأيونات الناتجة عن مرور الأشعة الكونية خلال الذرات، فتصطدم هذه الإلكترونات والأيونات بذرات أخرى، مما يؤدي إلى تأين المزيد من الذرات. وتظهر هذه السلسلة من التفاعلات في صورة وهج وردي اللون، كالذي يشاهد داخل كرة التفريغ الكهربائي التي تحوي غازات. وإذا كان المجال الكهربائي كبيراً بصورة كافية فستنتج حزمة أو تيار من الأيونات والإلكترونات التي تشكل البلازما- وهي مادة موصلة - عندما تصطدم الجسيمات بجزيئات أخرى، وتصدر شرارة كهربائية، أما في الحالات الشديدة فينتج البرق. وللتقليل من عمليات التفريغ الكهربائي وحدوث الشرارة الكهربائية تجعل الموصلات ذات الشحنة الكبيرة أو التي تعمل تحت فروق جهد كبيرة ملساء وانسيابية الشكل لتقليل المجالات الكهربائية.--- SECTION: الشكل 9-14 --- تتوزع الشحنات على سطح الكرة الموصلة بانتظام (a). أما الكرة الجوفاء (b) فتستقر الشحنات دائماً على سطحها الخارجي. وأما في الأشكال غير المنتظمة (c) فتقترب الشحنات بعضها من بعض عند الأطراف المدببة.2025 - 1447--- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل 9-14 Description: A diagram illustrating charge distribution on different types of conductors. Figure (A) shows a solid spherical conductor with charges uniformly distributed across its surface. Figure (B) shows a hollow spherical conductor with charges distributed only on its outer surface, indicated by dashed lines representing electric field lines originating from the surface. Figure (C) shows an irregularly shaped conductor where charges are concentrated at the sharper, more pointed ends, with denser field lines emanating from these points. Key Values: Uniform charge distribution on solid sphere (A), Charge distribution on outer surface of hollow sphere (B), Charge concentration at pointed ends of irregular shape (C) Context: This figure visually demonstrates the principles of electrostatic charge distribution on conductors, which is a key concept in understanding electric fields. It shows how charges minimize potential energy by spreading out, accumulating at points of higher curvature, and residing on the exterior of conductors.