الكهربائية والمغناطيسية

» الدكتور غازي ياسين القيسي
عدد الصفحات: 512
نوع التجليد: كرتونية
رقم الطبعة: 5
لون الطباعة: اسود
القياس (سم): 17x24
الوزن (كغم): 0.910
الباركود: 9789957062378
السعر : 20.00 $

ان هذا الكتاب يقدم للطالب العربي جهدا يعرض بشكل تحليلي المفاهيم والمبادئ الأساسية للكهرباء والمغناطيسية ويعزز فهمها من خلال مدى من التطبيقات الحديثة والمفيدة. إن قوانين الكهربائية والمغناطيسية تمتلك تحكما مركزيا في تشغيل أجهزة مثل ألمذياع والتلفاز والمحركات الكهربائية والحاسبات ومعجلات الطاقة العالية وأجهزة اليكترونية أخرى. أساس فإن القوى البينية بين الذرات والجزيئات والمسئولة عن تكون الجوامد والسوائل هي في الأصل كهربائية وأكثر من هذا فأن قوى مثل الدفع والسحب بين الأشياء وقوة المرونة في نابض تظهر قوى كهربائية على المستوى الذري.

تشير الأدلة في الوثائق الصينية بأن المغناطيسية عرفت بحدود بداية العام 2000 قبل الميلاد. لقد لأحظ قدماء الإغريق الظاهرة الكهربائية والمغناطيسية قبل وقت مبكر، بحدود عام 700 قبل الميلاد. لقد وجدوا بأنه عند ذلك قطعة من الكهرمان amber، فإنها تصبح مكهربة وتجذب قطع من القش او الريش. كما غن الإغريق عرفوا القوى المغناطيسية من ملاحظات تخص الحصى الممغنط Fe3O4 والمتكون طبيعيا والذي قد جذب إلى الحديد. (إن كلمة كهرباء جاءت من إلكترون electron وهي الكلمة الإغريقية للكهرمان وأن كلمة مغناطيس جاءت من مغنيسيا magnesia وهو أسم إقليم يوناني حيث وجد فيه المغناطيس أول مرة).

عام 1600 أكتشف الإنكليزي وليم كلبرت William Gilbert بأن الكهربة electrification ليست محصورة بالكهرمان ولكنها ظاهرة عامة، وبعد السنوات التي تلت الاكتشاف قام العلماء بكهربة أشياء منوعة ومن بينها الدجاج والنامس. أن التجارب التي قام بها شارلس كولومب Charles Coulomb عام 1785 أكدت قانون التربيع العكسي للقوى الكهربائية.

وفي بداية القرن التاسع عشر، اثبت العلماء بان الكهربائية والمغناطيسية هي ظواهر مترابطة. ففي عام 1819 اكتشف هانز أورستد Hans Oersted بأن أبرة البوصلة تنحرف عندما توضع بالقرب من دائرة يمر خلالها تيار كهربائي. وفي عام 1831 أوضح ميخائيل فاراداي Mechael Faraday، وتقرينا عند نفس الوقت أوضح جوزيف هينري Joseph Henry بأنه عندما يتم تحريك سلك موصل بالقرب من مغناطيس (أو بالتكافؤ عندما يتم تحريك مغناطيس قرب سلك موصل) فإن تيارا كهربائيا ينشأ في السلك. عام 1873 أستخدم جيمس كلارك ماكسويل James Clerk Maxwell هذه الملاحظات وحقائق مخبرية أخرى كقاعدة لصياغة قوانين الكهرومغناطيسية electromagnetism كما نعرفها اليوم. إن الكهرومغناطيسية هي أسم أعطي للمجالات الكهربائية والمغناطيسية المدمجة. وبعد هذا  بفترة قصيرة (بحدود عام 1888) برهن هيرتز Heinrich Hertz تنبؤات ماكسويل من خلال إنتاجه الموجات الكهرومغناطيسية ذات أهمية خاصة لأن القوانين التي صاغها هي أساس لكل أشكال الظاهرة الكهرومغناطيسية. إن عمله من الأهمية كأهمية عمل نيوتن على قوانين الحركة ونظرية الجاذبية.

أملي كبيرا أن يكون هذا الجهد عونا في استيعاب المفاهيم الأساسية في الكهرباء والمغناطيسية ويضيف قدرات وإمكانات لطلبة الجامعات وكذلك لمدرسي الثانويات والأعداديات. 

توخيت في هذا الكتاب ان أقدم للطالب العربي جهدا يعرض بشكل تحليلي المفاهيم والمبادئ الأساسية للكهرباء والمغناطيسية ويعزز فهمها من خلال مدى من التطبيقات الحديثة والمفيدة. إن قوانين الكهربائية والمغناطيسية تمتلك تحكما مركزيا في تشغيل أجهزة مثل ألمذياع والتلفاز والمحركات الكهربائية والحاسبات ومعجلات الطاقة العالية وأجهزة اليكترونية أخرى. أساس فإن القوى البينية بين الذرات والجزيئات والمسئولة عن تكون الجوامد والسوائل هي في الأصل كهربائية وأكثر من هذا فأن قوى مثل الدفع والسحب بين الأشياء وقوة المرونة في نابض تظهر قوى كهربائية على المستوى الذري.

تشير الأدلة في الوثائق الصينية بأن المغناطيسية عرفت بحدود بداية العام 2000 قبل الميلاد. لقد لأحظ قدماء الإغريق الظاهرة الكهربائية والمغناطيسية قبل وقت مبكر، بحدود عام 700 قبل الميلاد. لقد وجدوا بأنه عند ذلك قطعة من الكهرمان amber، فإنها تصبح مكهربة وتجذب قطع من القش او الريش. كما غن الإغريق عرفوا القوى المغناطيسية من ملاحظات تخص الحصى الممغنط Fe3O4 والمتكون طبيعيا والذي قد جذب إلى الحديد. (إن كلمة كهرباء جاءت من إلكترون electron وهي الكلمة الإغريقية للكهرمان وأن كلمة مغناطيس جاءت من مغنيسيا magnesia وهو أسم إقليم يوناني حيث وجد فيه المغناطيس أول مرة).

عام 1600 أكتشف الإنكليزي وليم كلبرت William Gilbert بأن الكهربة electrification ليست محصورة بالكهرمان ولكنها ظاهرة عامة، وبعد السنوات التي تلت الاكتشاف قام العلماء بكهربة أشياء منوعة ومن بينها الدجاج والنامس. أن التجارب التي قام بها شارلس كولومب Charles Coulomb عام 1785 أكدت قانون التربيع العكسي للقوى الكهربائية.

وفي بداية القرن التاسع عشر، اثبت العلماء بان الكهربائية والمغناطيسية هي ظواهر مترابطة. ففي عام 1819 اكتشف هانز أورستد Hans Oersted بأن أبرة البوصلة تنحرف عندما توضع بالقرب من دائرة يمر خلالها تيار كهربائي. وفي عام 1831 أوضح ميخائيل فاراداي Mechael Faraday، وتقرينا عند نفس الوقت أوضح جوزيف هينري Joseph Henry بأنه عندما يتم تحريك سلك موصل بالقرب من مغناطيس (أو بالتكافؤ عندما يتم تحريك مغناطيس قرب سلك موصل) فإن تيارا كهربائيا ينشأ في السلك. عام 1873 أستخدم جيمس كلارك ماكسويل James Clerk Maxwell هذه الملاحظات وحقائق مخبرية أخرى كقاعدة لصياغة قوانين الكهرومغناطيسية electromagnetism كما نعرفها اليوم. إن الكهرومغناطيسية هي أسم أعطي للمجالات الكهربائية والمغناطيسية المدمجة. وبعد هذا  بفترة قصيرة (بحدود عام 1888) برهن هيرتز Heinrich Hertz تنبؤات ماكسويل من خلال إنتاجه الموجات الكهرومغناطيسية ذات أهمية خاصة لأن القوانين التي صاغها هي أساس لكل أشكال الظاهرة الكهرومغناطيسية. إن عمله من الأهمية كأهمية عمل نيوتن على قوانين الحركة ونظرية الجاذبية.

أملي كبيرا أن يكون هذا الجهد عونا في استيعاب المفاهيم الأساسية في الكهرباء والمغناطيسية ويضيف قدرات وإمكانات لطلبة الجامعات وكذلك لمدرسي الثانويات والأعداديات.

1. المجالات الكهربائية Electric Fielde

    خصائص الشحنات الكهربائية

    العوازل والمواصلات 

    قانون كولومب  

    المجال الكهربائي

    المجال الكهربائي لتوزيع شحنة مستمر

    خطوط المجال الكهربائي

    حركة جسيمات مشحونة في مجال كهربائي منتظم

    أسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

2. قانون جاوس Gauss’s Law

    الفيض الكهربائي

    قانون جاوس

    تطبيق قانون جاوس لعوازل مشحونة

    الموصلات في اتزان كهروستاتيكي

    (اختياري) الاثبات العملي لقانون جاوس وقانون كولومب

    (اختياري) اشتقاق صيغة لقانون جاوس

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

3. الجهد الكهربائي Electric Potential

    فرق الجهد والجهد الكهربائي

    فروق الجهد في مجال كهربائي منتظم

    الجهد الكهربائي والطاقة الكامنة بسبب شحنات نقطية

    ايجاد قيمة المجال الكهربائي من الجهد الكهربائي

    الجهد الكهربائي بسبب توزيعات شحنة مستمرة

    الجهد الكهربائي بسبب موصل مشحون

    (اختياري) تجربة قطرة الزيت لمليكان

    (اختياري) تطبيقات الكهربائية الساكنة

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

4. المكثفات والعوازل Capacitance and Dielectrics

    تعريف السعة

    حساب السعة

    ربط المتسعات

    الطاقة المخزونة في متسعة مشحونة

    المتسعات مع العوازل

    (اختياري) ثنائي القطب الكهربائي في مجال كهربائي

    (اختباري) الوصف الذري للعوازل

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

5. التيار والمقاومة Current and Resistance

    التيار الكهربائي

    المقاومة وقانون أوم

    نموذج للتوصيل الكهربائي

    المقاومة ودرجة الحرارة

    (اختياري) مفرطات التوصيل

    الطاقة الكهربائية والقدرة

    أسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

6. دارات التيار المستمر Direct Current Circuits

    القوة الدافعة الكهربائية

    المقاومات على التوالي وعلى التوازي

    قواعد كريشهوف

    دارات RC

    (اختياري) الاجهزة الكهربائية

    (اختياري) التسليك المنزلي والأمان الكهربائي

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

7. المجالات المغناطيسية Magnetic Fields

    المجال المغناطيسي

    القوة المغناطيسية العاملة على موصل يحمل تيار

    العزم على حلقة تيار في مجال مغناطيسي منتظم

    حركة جسيم مشحون في مجال مغناطيسي منتظم

    (اختياري) تطبيقات نظم جسيمات مشحونة تتحرك في مجال مغناطيسي

    (اختياري) تأثير هول

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

8. مصادر المجال المغناطيسي Sources of the Magnetic Field

    قانون بايوت وسافارت

    القوة المغناطيسية بين موصلين متوازيين

    قانون أمبير

    المجال المغناطيسي لمحلزن إهليجي

    الفيض المغناطيسي

    قانون جاوي في المغناطيسية

    تيار الازاحة والصيغة العامة لقانون أمبير

    (اختياري) المغناطيسية في المواد

    (اختياري) المجال المغناطيسي للارض

    أسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    أجوبة التمارين

9. قانون فاراداي Faraday’s Law

    قانون فاراداي للحث

    القوة الدافعة الكهربائية الحركية

    قانون لينز

    القوة الدافعة الكهربائية المحتثة والمجالات الكهربائية

    (اختياري) المولدات والمحركات

    (اختياري) التيارات الدوامة

    معادلات ماكسويل الرائعة

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

10.المحاثة Inductance

    المحاثة الذاتية

    درارات RL

    الطاقة في مجال مغناطيسي

    المحاثة المتبادلة

    الاهتزاز في دارة LC

    (اختياري) دارة RLC

    أسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين 

11. دارات التيار المتناوب Alternating Current Circuits

    مصادر ac وأطوارها

    مقاومات في دارة تيار متناوب

    محثات في دارة تيار متناوب

    المتسعات في دارات التيار المتناوب

    دارة RLC المتوالية

    القدرة في دارات التيار المتناوب

    الرنين في دارة RLC المتوالية

    المحولة ونقل القدرة

    (اختياري) المقومات والمرشحات

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

12.الامواج الكهرومغناطيسية Electromagnetic Waves

    معادلات ماكسويل واكتشافات هيرتز

    الامواج الكهرومغناطيسية المستوية

    الطاقة المحمولة بواسطة الامواج الكهرومغناطيسية

    كمية التحرك وضغط الاشعاع

    (اختياري) الاشعاع من ألواح تيار متناهية

    (اختياري) انتاج الامواج الكهرومغناطيسية بواسطة هوائي

    طيف الامواج الكهرومغناطيسية

    اسئلة

    تمارين

    اجوبة الاختبارات السريعة

    اجوبة التمارين

الملحق A الجداول A.1

    الجدول A.1 معاملات التحويل

    الجدول A.2 الرموز، الابعاد ووحدات الكميات الفيزياوية

    الجدول A.3 جدول الكتل الذرية a

المحلق B استعراض رياضيات

    B.1 الترميز العلمي

    B.2 الجبر

    B.3 الهندسة

    B.4 المثلثات

    B.5 السلسلة المتوالية

    B.6 حساب التفاضل

    B.7 حساب التكامل

الملحق C الجدول الدوري للعناصر

الملحق D وحدات النظام العالمي القياسي SI

المراجع