ملتقى الفيزيائيين العرب - سلسلة المُساعد(9): شرح ومناقشة " قانونا حفظ الطاقة والشحنة"

مر بنا في السنوات الماضية دراسة قانون حفظ الطاقة , وهذا القانون ينطبق على كافة أشكال الطاقة – بما فيها الطاقة الكهربائية – فالطاقة الكهربائية الناتجة من المولد في دائرة كهربائية تساوي الطاقة المستهلكة في أجزاء الدائرة المختلفة , ويمكن صياغة قانون حفظ الطاقة بالنسبة لدائرة كهربائية كما يلي :

الطاقة الكلية لأي دائرة كهربائية هي مقدار ثابت ، أي أنها لا تزداد و لا تنقص بل تتحول من شكل إلى آخر .

كذاك ، مر بنا في دروس الكهرباء الساكنة وتحديدا في " شحن الأجسام بالتأثير" أن الشحنات التي يفتقدها جسم يكتسبها جسم آخر، أي أن كمية الشحنات الكهربائية على الأجسام تبقى ثابتة لا تزداد ولا تنقص بل تنتقل من جسم لآخر وهذا هو " مبدأ حفظ الشحنة " .

http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge1.gif

وبالمثل يمكن تطبيق هذا المبدأ على الشحنات الكهربائية المتحركة حيث أنها أثناء انتقالها عبر أجزاء الدائرة الكهربائية لا تُفقد وإنما تََََفقد بعض طاقتها , ويمكن إعادة صياغة القانون بالنسبة للشحنات الكهربائية بما يسمى قانون حفظ الشحنة كما يلي :

كمية الشحنة الكهربائية في دائرة كهربائية معزولة هي مقدار ثابت .

تطبيق قانوني حفظ الشحنة والطاقة على دائرة كهربائية بسيطة :

الشكل التالي يمثل دائرة كهربائية تتكون من جهاز كهربائي مقاومته (م) ، ومولد قوته المحركة (قم) ومقاومته الداخلية (م .) – سيتضح مفهوم المقاومة الداخلية للبطارية في الدرس القادم –

http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge2.gif

http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge3.jpg

والآن لنطبق قانون حفظ الطاقة على هذه الدائرة :

الطاقة التي ينتجها المولد ( ط ) يستهلك جزء منها في مقاومة المولد ( ط0 ) والجزء الآخر في مقاومة الجهاز الكهربائي ( ط1 ) .

وحسب قانون حفظ الطاقة فإن :

الطاقة الناتجة = الطاقة المستهلكة

ط = ط0 + ط1 ===> (1)

ولكن الطاقة الناتجة من المولد (ط) = قم × ش

= قم × ت × ز ===> (2)

وكذلك الطاقة المستهلكة في المقاومة = ت2 × م × ز ===> (3)

وبالتعويض من 2 , 3 في 1 نجد أن :

قم × ت × ز = ت2 × م0 × ز + ت2 × م × ز

قم = ت × م0 × + ت × م

قم = ت ( م0 + م )

وبشكل عام :

مجموع (قم) = ت مجموع (م)

وتمثل هذه العلاقة المعادلة العامة للدائرة البسيطة