የማይንቀሳቀስ ኤሌክትሪክ በ12ኛ ክፍል ፊዚክስ ውስጥ አስፈላጊ ርዕስ ነው። በእረፍት ጊዜ ወይም በእንቅስቃሴ ላይ ከኤሌክትሪክ ክፍያዎች ጋር የተያያዙ ክስተቶችን ያብራራል። ከማይንቀሳቀስ ኤሌክትሪክ ጋር የተያያዙ የተለያዩ ችግሮችን ለመፍታት መሰረታዊ ፅንሰ ሀሳቦችን፣ የኩሎምብን ህግ እና የኤሌክትሪክ መስኮችን መረዳት አስፈላጊ ነው። በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ በ12ኛ ክፍል ፈተናዎች ውስጥ በተደጋጋሚ የሚታዩትን የማይንቀሳቀስ ኤሌክትሪክ ችግሮች እና መፍትሄዎቻቸውን ጨምሮ በርካታ ምሳሌዎችን እንወያያለን።
የስታቲክ ኤሌክትሪክ መሰረታዊ ፅንሰ ሀሳቦች
የማይንቀሳቀስ ኤሌክትሪክ የሚመጣው በአንድ ነገር ላይ ባለው የኤሌክትሪክ ክፍያዎች አለመመጣጠን ነው። ይህ ክፍያ ከአንድ ነገር ወደ ሌላ ነገር እንደ ግጭት፣ ኮንዳክሽን እና ኢንዳክሽን ባሉ ሂደቶች ሊተላለፍ ይችላል።
– የኩሎምብ ህግ፡ ይህ ህግ በሁለት የኤሌክትሪክ ቻርጅ መካከል ያለውን የመሳብ ወይም የመገለል ኃይል ያብራራል። የኩሎምብ ህግ ቀመር፡
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
የት፡
– \( F \) በክስ መካከል ያለው ኃይል ነው (ኒውተን)።
– \( k \) የኩሎምብ ቋሚ ነው (\( 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \))።
– \( q_1 \) እና \( q_2 \) የክሶቹ መጠን (Coulombs) ናቸው።
– \( r \) በሁለቱ ክፍያዎች (ሜትሮች) መካከል ያለው ርቀት ነው።
– የኤሌክትሪክ መስክ፡ የኤሌክትሪክ መስክ የኤሌክትሪክ ኃይል በሌሎች ክፍያዎች ሊሰማ የሚችልበት የኤሌክትሪክ ኃይል ዙሪያ ያለው ቦታ ነው። የኤሌክትሪክ መስክ \(E \) ከቻርጅ \(Q \) ርቀት \(r \) ነው፡
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
የናሙና ጥያቄዎች እና ውይይቶች
ምሳሌ ጥያቄ 1፡ የኩሎምብ ፎርስ
ጥያቄ፡
ሁለት የኤሌክትሪክ ክፍያዎች \( 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) እና \( -3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) በ0,1 ሜትር ርቀት ላይ ይገኛሉ። በሁለቱ ክፍያዎች መካከል ያለውን የኩሎምብ ኃይል አስሉ።
መፍትሄ፡
የኩሎምብ የሕግ ቀመር ይጠቀሙ፡
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
የሚታወቁትን እሴቶች ይተኩ፦
\[
F = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{{(2 \times 10^{-6} \, \text{C})(3 \times 10^{-6} \, \text{C})}}{{(0,1 \, \text{m})^2}}
\]
\[
F = 8.99 \ጊዜ 10^9 \ጊዜ \frac{6 \ጊዜ 10^{-12}}{0,01}
\]
\[
F = 8.99 \ጊዜ 10^9 \ጊዜ 6 \ጊዜ 10^{-10}
\]
\[
F = 53,94 \times 10^{-1} \, \text{N}
\]
\[
F = 5,394 \, \text{N}
\]
ስለዚህ፣ በሁለቱ ክሶች መካከል ያለው የኩሎምብ ኃይል 5,394 N ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 2፡ የኤሌክትሪክ መስክ በነጥብ ክፍያ
ጥያቄ፡
የኤሌክትሪክ መስኩን ከ( 4 \times 10^{-6} \, \text{C} \) ቻርጅ በ0,05 ሜትር ርቀት ላይ አስሉት።
መፍትሄ፡
የኤሌክትሪክ መስክ ቀመርን ይጠቀሙ፦
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
የሚታወቁትን እሴቶች ይተኩ፦
\[
E = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{4 \times 10^{-6} \, \text{C}}{(0,05 \, \text{m})^2}
\]
\[
E = 8.99 \ጊዜ 10^9 \ጊዜ \frac{4 \ጊዜ 10^{-6}}{0,0025}
\]
\[
E = 8.99 \ጊዜ 10^9 \ጊዜ 1,6 \ጊዜ 10^{-3}
\]
\[
E = 14,384 \times 10^6 \, \text{N/C}
\]
\[
E = 1,4384 \times 10^7 \, \text{N/C}
\]
ስለዚህ፣ ከቻርጅ 0,05 ሜትር ርቀት ላይ የሚገኘው የኤሌክትሪክ መስክ \( 1,4384 \times 10^7 \, \text{N/C} \) ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 3፡ የኤሌክትሪክ አቅም
ጥያቄ፡
የ \( 5 \times 10^{-6} \, \text{C} \) ቻርጅ በተወሰነ ቦታ ላይ ይደረጋል። የኤሌክትሪክ አቅሙን ከቻርጅ 0,2 ሜትር ርቀት ላይ ያሰሉ።
መፍትሄ፡
የኤሌክትሪክ እምቅ ቀመርን ይጠቀሙ፦
\[
ቪ = k \frac{Q}{r}
\]
የሚታወቁትን እሴቶች ይተኩ፦
\[
V = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{5 \times 10^{-6} \, \text{C}}{0,2 \, \text{m}}
\]
\[
V = 8.99 \ጊዜ 10^9 \ጊዜ 25 \ጊዜ 10^{-6}
\]
\[
V = 224,75 \times 10^3 \, \text{V}
\]
\[
V = 2,2475 \times 10^5 \, \text{V}
\]
ስለዚህ፣ ከቻርጅ 0,2 ሜትር ርቀት ላይ የሚገኘው የኤሌክትሪክ አቅም \( 2,2475 \times 10^5 \, \text{V} \) ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 4፡ የኤሌክትሪክ እምቅ ኃይል
ጥያቄ፡
ሁለት የ\( 3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) እና \( -2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) ክፍያዎች በ0,1 ሜትር ርቀት ላይ ይገኛሉ። የስርዓቱን የኤሌክትሪክ አቅም ኃይል አስሉ።
መፍትሄ፡
የኤሌክትሪክ እምቅ የኃይል ቀመርን ይጠቀሙ፦
\[
U = k \frac{q_1 q_2}{r}
\]
የሚታወቁትን እሴቶች ይተኩ፦
\[
U = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{(3 \times 10^{-6} \, \text{C})(-2 \times 10^{-6} \, \text{C})}{0,1 \, \text{m}}
\]
\[
U = 8.99 \ጊዜ 10^9 \ጊዜ \frac{-6 \ጊዜ 10^{-12}}{0,1}
\]
\[
U = -5,394 \times 10^{-1} \, \text{J}
\]
\[
U = -0,5394 \, \text{J}
\]
ስለዚህ የስርዓቱ የኤሌክትሪክ አቅም ኃይል -0,5394 J ነው።
ከሲምፑላን
የማይንቀሳቀስ ኤሌክትሪክን መረዳት እና እንደ የኩሎምብ ህግ፣ የኤሌክትሪክ መስኮች፣ የኤሌክትሪክ አቅም እና የኤሌክትሪክ አቅም ኃይል ያሉ መሰረታዊ ፅንሰ ሀሳቦችን መተግበር በ12ኛ ክፍል ፊዚክስ ውስጥ ወሳኝ ነው። ከላይ የተጠቀሱትን የምሳሌ ችግሮች በማጥናት፣ ተማሪዎች ስለእነዚህ ፅንሰ ሀሳቦች የተሻለ ግንዛቤ እንዲያገኙ እና በተለያዩ ሁኔታዎች ውስጥ ተግባራዊ እንዲያደርጉ ይጠበቅባቸዋል። እነዚህ ችግሮች ተማሪዎች ለወደፊቱ የበለጠ ውስብስብ ለሆኑ ፈተናዎች እና ፈተናዎች እንዲዘጋጁ ይረዳሉ።
የተለያዩ አይነት የማይንቀሳቀሱ የኤሌክትሪክ ችግሮችን መለማመድ የፅንሰ-ሀሳብ ግንዛቤዎን ያጠናክራል እና የችግር አፈታት ክህሎቶችዎን ያሻሽላል። በችግሮች ላይ ከመሥራትዎ በፊት ሁልጊዜ የንድፈ-ሀሳብ መሠረቶችን መረዳትዎን ያረጋግጡ፣ ምክንያቱም ጠንካራ ግንዛቤ ችግሮችን በብቃት እና በትክክል ለመፍታት ይረዳዎታል።
