الفيزياء — الكهرباء والمغناطيسية: قانونا كولوم وأوم والمجالات الكهرومغناطيسية — المستوى الجامعي

مقدمة في الكهرباء والمغناطيسية

الكهرباء والمغناطيسية فرعان مترابطان من الفيزياء، وقد وحدها جيمس كليرك ماكسويل في نظريته الكهرومغناطيسية. تشكل دراسة الشحنات الكهربائية والتيارات والمجالات المغناطيسية أساساً لفهم الظواهر الكهربائية والمغناطيسية والتقنيات الحديثة.

قانون كولوم (Coulomb Law)

ينص قانون كولوم على أن القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين تتناسب طردياً مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما: F = k|q1 q2|/r2، حيث k = 8.99×10^9 N m2/C2. القوة تجاذبية إذا كانت الشحنتان مختلفتين، وتنافرية إذا كانتا متماثلتين.

قانون أوم (Ohm Law)

ينص قانون أوم على أن فرق الجهد (V) عبر مقاومة يتناسب طردياً مع التيار المار فيها (I): V = IR، حيث R هي المقاومة (أوم). قانون أوم أساسي في تحليل الدوائر الكهربائية. القدرة الكهربائية: P = VI = I^2R = V^2/R.

المجالات الكهرومغناطيسية

ينتج المجال الكهربائي عن الشحنات الكهربائية، وينتج المجال المغناطيسي عن حركة الشحنات (التيار الكهربائي). قوانين ماكسويل الأربعة تصف العلاقة بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية والشحنات والتيارات:
1. قانون غاوس للكهرباء: تدفق المجال الكهربائي عبر سطح مغلق = الشحنة الكلية/ε0.
2. قانون غاوس للمغناطيسية: لا وجود لشحنات مغناطيسية منفردة.
3. قانون فاراداي: التغير في المجال المغناطيسي يولد مجالاً كهربائياً.
4. قانون أمبير-ماكسويل: التيار الكهربائي والتغير في المجال الكهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً.

التطبيقات العملية

تطبيقات الكهرومغناطيسية تشمل: المولدات الكهربائية (تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية)، المحولات الكهربائية، المحركات الكهربائية، أجهزة الاتصالات اللاسلكية (الراديو، WiFi)، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في الطب.

مثال تطبيقي

مقاومة 10 أوم موصولة بمصدر جهد 5 فولت. التيار = V/R = 5/10 = 0.5 أمبير. القدرة المستهلكة = VI = 5×0.5 = 2.5 واط. إذا وصلت مقاومتان 10 أوم و 20 أوم على التوالي، المقاومة المكافئة = 10 + 20 = 30 أوم.

للاستزادة في العلوم الفيزيائية، اقرأ درس التنمية الاقتصادية في الجزائر ودرس ملخص في المحاسبة العمومية.