آموزش فیزیک عمومی هالیدی – الکتریسیته

فیزیک هالیدی به اصول و مفاهیم اساسی اشاره دارد که بنیاد و اساس موضوع را تشکیل می ‌هد. از این اصول برای درک رفتار ماده و انرژی در جهان استفاده می‌شود. دوره آموزش فیزیک هالیدی با هدف آموزش این جنبه از فیزیک و بنابر کتاب فزیزیک هالیدی تهیه و تدوین شده است که در ادامه به معرفی آن می‌پردازیم.

دوره آموزش فیزیک هالیدی

دوره آموزش فیزیک هالیدی به همت مکتب خونه و به تلاش استاد این درس یعنی، امیرحسن میوه‌چیان تهیه و تدوین شده است و در آن به آموزش کتاب فیزیک هالیدی و مفهوم و ساس این جنبه از درس فیزیک پرداخته می‌شود. آموزش پتانسیل الکتریکی در فیزیک هالیدی از اهداف اصلی این دوره است.

این دوره آموزش در 6 سرفصل و به مدت زمان ٦ ساعت تدریس شده است و برای درک مفاهیم فیزیک هالیدی یکی از بهترین دوره‌های آموزش فیزیک هالیدی محسوب می‌شود.

دوره آموزش فیزیک هالیدی برای چه کسانی مناسب است؟

دوره آموزش فیزیک هالیدی برای تمامی دانشجویان رشته فیزیک، دانشجویان رشته برق و سایر علاقه‌مندان به مباحث درس و رشته فیزیک دوره‌ای مناسب است و در آن به زبان ساده مفهوم فیزیک هالیدی و مفاهیم آن آموزش داده خواهد شد.

در دوره آموزش فیزیک هالیدی به چه مباحثی پرداخته می‌شود؟

همانطور که در بالا به آن اشاره شد این دوره شامل ٦ سرفصل است که در آن مفاهیم زیر پوشش داده خواهد شد:

• قانون کولن و میدان الکتریکی
• قانون گاوس
• پتانسیل الکتریکی
• ظرفیت
• جریان و مقاومت الکتریکی
• مدارهای الکتریکی

فیزیک هالیدی چیست؟

نام فیزیک هالیدی از فیزیکدان معروف و مشهور آمریکایی با نام دیوید هالیدی گرفته شده است. هالیدی یک فیزیکدان تاثیرگذار و آثار او جز منابع علمی معتبر دانشگاهی محسوب می‌شود و نام او در بسیاری از کتاب‌های فیزیک درج شده است. کتاب‌های هالیدی در ایران به مباحث متفاوتی تفکیک و ترجمه شده‌اند. برای مثال مباحث بنیادی و کاربردی را در مورد گرما و مکانیک را می‌توانید در جلد اول مجموعه کتاب‌های هالیدی مطالعه نمایید. در این جلد بیشتر به مباحث پایه و بنیادی فیزیک پرداخته می‌شود و مناسب دانشجویان تازه وارد در رشته‌ی فیزیک است.

فیزیک هالیدی

فیزیک هالیدی نام کتابی است که به مباحث فیزیک و با عنوان مبانی فیزیک توسط دیوید هالیدی و رابرت رزنیک و جرل واکر که دیگر فیزیکدانان امریکایی هستند نوشته شده است. این کتاب توسط انجمن مدرسین فیزیک آمریکا به عنوان برترین اثر آموزشی قرن بیستم معرفی شد. 

پتانسیل الکتریکی فیزیک هالیدی

پتانسیل الکتریکی فیزیک هالیدی در جلد دوم کتاب‌های هالیدی است. جلد دوم این مجموعه کتاب‌ها با عنوان الکتریسیته و مغناطیس ارائه می‌گردد. که در فصل چهارم این کتاب به صورت جامع به مسائل پتانسیل الکتریکی می پردازد. این مباحث شامل موارد زیر هستند:

• مفهوم پتانسیل الکتریکی
• پتانسیل ناشی از یک بار نقطه‌ای
• پتانسیل ناشی از چند بار نقطه‌ای(با استفاده از اصل برهم‌نهی)
• پتانسیل ناشی از یک توزیع بار پیوسته
• معرفی مراحل حل مسئله مربوط به توزیع بارهای پیوسته
• پتانسیل ناشی از یک خط محدود بار
• پتانسیل ناشی از یک خط عایق بسیار بلند بار
• پتانسیل ناشی از یک حلقه عایق باردار
• پتانسیل ناشی از یک قرص عایق باردار
• انرژی پتانسیل الکتریکی
• محاسبه E با استفاده از V

مفهوم پتانسیل الکتریکی

برای درک مفهوم پتانسیل الکتریکی باید تعاریفی در این خصوص بدانید، یکی از این موارد انرژی پتانسیل الکتریکی است که در ادامه به آن میپردازیم:

انرژی پتانسیل الکتریکی

در کل دو بار الکتریکی شامل منفی و مثبت وجود دارند که برای درک مفهموم انرژی پتانسیل الکتریکی باید آن ها را به همدیگر نزدیک کرد. به این منظور باید نیرویی در خلاف جهت به آنها وارد کنیم در واقع قصد داریم بارu1 را با سرعت ثابت به سمت u2 جا به جا کنیم. در واقع باید کار انجام گردد هرجا که نیرو باشد طبق رابطه ی زیر  کار صورت می گیرد. w=Fd cosx

با توجه به کاری که انجام میشود انرژی باید مصرف گردد. در اینجا لازم است اشاره کنیم وقتی انرژی مصرف می‌گردد کار منفی انجام می گردد، خواهد شد. در این حالت انرزی از بین نمی‌رود بلکه در بار ذخیره می‌شود. به این انرژی، انرژی پتانسیب الکتریکی گفته خواهد شد.

تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی

معمولا در مسائل فیزیک اختلاف پتانسیل بسیار حائز اهمیت است. انرژی پتانسیل تغییر انرژی پتانسیل نسبت به یک مبدا خواهد بود زیرا در نقطه‌ی مبدا پتانسیل صفر است و از آنجایی که انرژ ی پتانسیل در مبدا صفر در نظر گرفته می‌شود انرژی پتانسیل 2 تعریف می‌گردد.

u2-u1

در اینجا اندازه‌ی کار با اندازه‌ی کار میدان برابر است و به دلیل اینکه در خلاف جهت هم هستند تنها علامت کنار آن متفاوت است. که آن را با –w نشان می‌دهیم.

WE = -ΔUE

در نهایت کاری که انجام می‌دهیم تا یک واحد بار را از نقطه‌ای به نقطه ی دیگر منتقل کنیم اختلاف پتانسیل الکتریکی گویند. 

انواع پتانسیل الکتریکی

انرژی پتانسیل الکتریکی در چند نوع وجود دارد که در ادامه انواع آن‌ها را معرفی خواهیم کرد: 

پتانسیل الکتریکی یک بار نقطه‌ای 

زمانی که قصد داریم پتانسیل الکتریکی یک بار نقطه‌ای را در فاصله‌ی آن بار بدست آوریم و می‌خواهیم بدانیم برای اینکار چقدر باید کار انجام دهیم، انرژی را که مصرف می‌کنیم را باید در نظر بگیریم.

این کار برابر است با اندازه آن بار که می‌خواهیم پتانسیل آن را به دست بیاوریم، تقسیم بر فاصله اون بار تا نقطه‌ای که می‌خواهیم پتانسیل آن را حساب کنیم.

پتانسیل ناشی از هر توزیع گسسته بار

پتانسیل ناشی از توزیع بار گسسته، یا همان بارهای الکتریکی مجزا در فضا، حاصل جمع جبری تک تک پتانسیل‌ها در نقطه مورد نظر است.

پتانسیل الکتریکی ناشی از هر توزیع پیوسته بار

اگر توزیع بار پیوسته و شامل سه نوع توزیع خطی، سطحی و حجمی باشد، باید یک المان برای مثال dq از منبع الکتریکی دریافت نمود و  پتانسیل الکتریکی ناشی از آن را dV را با جمع همه المان‌های کوچک پتانسیل الکتریکی به واسطه‌ی انتگرال محاسبه کنیم.

انرژی پتانسیل ناشی از هر توزیع گسسته بار

اگر توزیع گسسته باری داشته موجود باشد و قصد داشته باشیم انرژی پتانسیل یکی از بارها رو به دست بیاریم، باید مقدار آن بار را  ضرب در پتانسیل الکتریکی ناشی از سایر بارها در آن نقطه‌ای که بار قرار گرفته کنیم. 

کلام آخر

فیزیک علم قوانین مسلط در زمین و هدف آن درک رفتار جهان است. فیزیک مفاهیم بسیاری را در بر می‌گیرد مانند انرژی، نیرو، جرم، بار الکتریکی (شارژ الکتریکی)، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی، الکترومغناطیس، فضا، زمان، اتم و نورشناسی و غیره. توصیه می‌کنیم اگر قصد دارید مفاهیم آن را به خوبی درک کنید به این غلم به چشم یک واحد درسی نگاه نکنید و آن را با اندیشیدن به روابط اطراف خود یاد بگیرید.