يُعطى المجال الكهربائي عند نقطة تقع خارج موصل كروي مشحون شحنته Q وعلى بُعد r من مركزه (حيث r > R) بالعلاقة:
E = kQ/r2
E = kQr2
E = kQ/R2
E = kQ/r
عند حساب التدفّق عبر سطح مغلق (كالمكعب أو الكرة)، يُرسم متّجه المساحة دائمًا:
عموديًّا على السطح متّجهًا إلى الداخل دائمًا
عموديًّا على السطح متّجهًا إلى الخارج دائمًا
باتّجاه عشوائي
موازيًا لسطح الجسم
قفص فاراداي هو جسم موصل يُستخدم لـ:
زيادة المجال الكهربائي داخله
منع المجال الكهربائي الخارجي من اختراقه، بحيث يصبح المجال داخله صفرًا
توليد مجال كهربائي ثابت داخله
قياس المجال الكهربائي الخارجي فقط
عندما يكون مستوى السطح عموديًّا على خطوط المجال الكهربائي (أي متّجه المساحة موازيًا للمجال)؛ فإنّ التدفّق عبره يكون:
لا يمكن حسابه
أعظميًّا ويساوي EA
يساوي صفرًا
سالبًا دائمًا
يعمل قفص فاراداي على حماية ما بداخله لأنّ المجال الكهربائي الخارجي:
يزيد من مقاومة القفص الكهربائية
يُلغي شحنة الجسم الموصل بالكامل
يشحن القفص بالحثّ فينشأ داخله مجال معاكس يُلغي المجال الخارجي محصّلًا صفرًا
لا يخترق أيّ مادة موصلة بطبيعتها
المجال الكهربائي المنتظم بين صفيحتين متوازيتين يُستخدم لتوليد قوّة ثابتة على جسيم مشحون؛ ويمكن وصف حركة الجسيم داخل هذا المجال (في بُعد واحد) باستخدام:
قانون حفظ الزخم الزاوي
معادلات الحركة التوافقية البسيطة
معادلات الحركة بتسارع ثابت
معادلات الحركة الدائرية فقط
تُعطى القوّة الكهربائية المؤثّرة في جسيم مشحون (بإهمال وزنه) داخل مجال كهربائي منتظم بالعلاقة:
FE = E/q
FE = q/E
FE = qE
FE = q + E
خطوط المجال الكهربائي بين صفيحتين متوازيتين مشحونتين بشحنتين متساويتين ومختلفتين في النوع تكون:
متباعدة ومتباينة الاتجاه
مستقيمة ومتوازية وتشير بالاتجاه نفسه، فتمثّل مجالًا منتظمًا
منحنية بشكل دائري
معدومة تمامًا بين الصفيحتين
جُسيم كتلته 40 mg يحمل شحنة سالبة مقدارها 5.0×10⁻⁵ C، دخل مجالًا كهربائيًّا منتظمًا مقداره 3.2×10³ N/C بسرعة ابتدائية 600 m/s باتّجاه المجال نفسه؛ فإنّ مقدار التسارع الذي يكتسبه الجسيم بوحدة m/s2 يساوي:
4×10²
4×10⁵
4×10³
4×10⁴
المجال الكهربائي في الحيّز الواقع بين صفيحتين متوازيتين مشحونتين بشحنتين متساويتين ومختلفتين في النوع يُعطى بالعلاقة:
E = 2σ/ε0
E = σ2/ε0
E = σ/(2ε0)
E = σ/ε0
المجال الكهربائي الناتج عن قشرة مستوية لا نهائية الأبعاد مشحونة:
يزداد بزيادة البُعد عن القشرة
يقلّ بزيادة البُعد عن القشرة
منتظم ولا يعتمد على البُعد عن القشرة
يساوي صفرًا دائمًا
إذا كانت خطوط المجال خارجة من جزء من سطح مغلق؛ فإنّ التدفّق عبر ذلك الجزء يكون:
صفرًا دائمًا
غير محدّد الإشارة
موجبًا
سالبًا
كرة موصلة نصف قطرها R، وكرة موصلة أخرى نصف قطرها 2R، تحملان الشحنة نفسها ولا تؤثّران في بعضهما بعضًا. إذا كان المجال الكهربائي على بُعد r من مركز الأولى (حيث r > R) يساوي E1؛ فإنّ المجال على البُعد نفسه من مركز الثانية يساوي:
2E1
E1/2
E1/4
E1
مربّع طول ضلعه l تخترقه خطوط مجال كهربائي منتظم مقداره E بحيث يصنع متّجه المساحة زاوية θ مع المجال؛ فإنّ التدفّق عبره Φ يُعبَّر عنه بالعلاقة:
Φ = El2
Φ = El sinθ
Φ = El2 cosθ
Φ = E/l2
هيكل السيارة أو الطائرة يوفّر الحماية لمن بداخلها أثناء التعرّض لصاعقة برق؛ لأنّه يعمل بمبدأ:
المكثّف الكهربائي
التأريض المقاوم فقط
العزل الحراري
قفص فاراداي
سطح دائرة نصف قطرها 0.10 m وُضع في مجال كهربائي منتظم مقداره 2.0×103 N/C بحيث يصنع متّجه المساحة زاوية 30° مع المجال؛ فإنّ مقدار التدفّق الكهربائي عبره بوحدة N.m2/C يساوي تقريبًا:
62.8
31.4
108
54
وفقًا لقانون غاوس، فإنّ التدفّق الكهربائي الكلّي عبر سطح مغلق:
يعتمد على شكل السطح المحيط بالشحنة
لا يعتمد على شكل السطح، بل على الشحنة الكلّية داخله فقط
يعتمد على المسافة بين السطح والشحنة فقط
يساوي صفرًا مهما كانت الشحنة الداخلية
المجال الكهربائي الناتج عن قشرة رقيقة مستوية لا نهائية الأبعاد ومشحونة بكثافة سطحية منتظمة σ يُعطى بالعلاقة:
E = σε0
عندما يكون مستوى السطح موازيًا لخطوط المجال الكهربائي (أي متّجه المساحة عموديًّا على المجال)؛ فإنّ التدفّق عبره يكون:
مساويًا لـ EA
أعظميًّا
صفيحتان متوازيتان مساحة كلّ منهما A، وشحنة كلّ منهما Q؛ عند مضاعفة كلّ من A وQ، فإنّ مقدار المجال الكهربائي بينهما يصبح:
نصف المجال الأصلي
المجال نفسه (لا يتغيّر)
أربعة أمثال المجال الأصلي
ضعف المجال الأصلي
سطح غاوس على شكل نصف كرة مجوّفة موضوع في مجال كهربائي منتظم E، بحيث يكون متّجه المساحة للجزء المستوي (القاعدة الدائرية) موازيًا للمجال بزاوية صفر؛ فإنّ التدفّق عبر تلك القاعدة (نصف قطرها R) يساوي:
πR2E
2πR2E
صفرًا
سطح غاوس كروي يحيط بشحنة نقطية عند مركزه؛ فإذا أُزيحت الشحنة عن المركز مع بقائها داخل السطح، فإنّ التدفّق الكلّي عبر السطح:
يتضاعف
يصبح صفرًا
لا يتغيّر؛ لأنّه يعتمد على الشحنة الداخلية فقط
يقلّ إلى النصف
تنطلق خطوط المجال الكهربائي من شحنة نقطية موجبة وتتباعد بزيادة البُعد عنها؛ وهذا يدلّ على أنّ المجال الناتج عنها:
غير منتظم؛ متغيّر مقدارًا واتجاهًا
منتظم فقط بالقرب من الشحنة
معدوم عند جميع النقاط
منتظم ثابت المقدار والاتجاه
جُسيم كتلته 200 mg يحمل شحنة مقدارها 4.00×10⁻⁶ C، وُضع في مجال كهربائي منتظم مقداره 5.40×10³ N/C؛ فإنّ مقدار التسارع الذي يكتسبه الجسيم بوحدة m/s2 يساوي تقريبًا:
270
1080
ثلاثة جسيمات مشحونة دخلت مجالًا كهربائيًّا منتظمًا بالسرعة الابتدائية نفسها؛ فإنّ الجسيم الذي تزداد سرعته مباشرة بعد الدخول هو الذي تكون القوّة الكهربائية المؤثّرة فيه:
باتّجاه حركته
بعكس اتّجاه حركته
عمودية على حركته دائمًا
معدومة تمامًا
كرة نحاسية نصف قطرها 10 cm مشحونة بشحنة سالبة مقدارها 12 μC؛ فإنّ المجال الكهربائي عند نقطة داخل الكرة (بالقرب من مركزها) يساوي:
نصف قيمته عند السطح
يعتمد على بُعد النقطة عن المركز فقط
أعظميًّا مثل السطح
يُعرَّف التدفّق الكهربائي عبر سطح بأنّه:
نسبة المجال الكهربائي إلى مساحة السطح
حاصل ضرب المجال في الزمن
حاصل الضرب النقطي لمتّجه المجال الكهربائي في متّجه مساحة السطح
حاصل جمع المجال الكهربائي مع مساحة السطح
سطح غاوس كروي يحيط بشحنة نقطية؛ إذا تضاعف نصف قطر السطح الكروي مع بقاء الشحنة كما هي، فإنّ التدفّق الكلّي عبر السطح:
يقلّ إلى الربع
لا يتغيّر
يُعبَّر عن التدفّق الكهربائي رياضيًّا بالعلاقة:
Φ = E + A
Φ = EAsinθ
Φ = E/A
Φ = EAcosθ
الشحنة الموزّعة على سطح موصل غير منتظم الشكل (له رؤوس مدبّبة) تكون كثافتها السطحية:
أكبر عند الرؤوس المدبّبة
أكبر عند الأجزاء المسطّحة فقط
معدومة عند الرؤوس
متساوية عند جميع أجزاء السطح
عند وضع جسيم سالب الشحنة داخل مجال كهربائي منتظم؛ فإنّ اتّجاه القوّة الكهربائية المؤثّرة فيه يكون:
بعكس اتّجاه المجال
عموديًّا على المجال دائمًا
يعتمد على كتلته فقط
باتّجاه المجال نفسه
يُقاس التدفّق الكهربائي حسب النظام الدولي للوحدات بوحدة:
N.m2/C
C/m2
N.m
N/C
إذا كانت خطوط المجال داخلة إلى جزء من سطح مغلق؛ فإنّ التدفّق عبر ذلك الجزء يكون:
أعظميًّا دائمًا
المجال الكهربائي عند أيّ نقطة داخل موصل كروي مشحون (في حالة الاتّزان الساكن) يساوي:
نفس قيمته عند السطح
التدفّق الكهربائي الكلّي الناتج عن مجال كهربائي منتظم عبر سطح مغلق (لا يحتوي شحنة بداخله) يساوي:
قيمة سالبة دائمًا
قيمة تعتمد على شكل السطح فقط
قيمة أعظمية موجبة
كرة بلاستيكية مجوّفة نصف قطرها 10 cm مشحونة بشحنة سالبة موزعة بانتظام على سطحها، ووُضعت عند مركزها شحنة نقطية موجبة؛ فإنّ المجال الكهربائي عند نقطة داخل الكرة المجوّفة (بين المركز والسطح الداخلي) يعتمد فقط على:
الشحنة النقطية الموضوعة عند المركز فقط
مجموع الشحنتين
لا يعتمد على أيّ شحنة
شحنة الكرة الخارجية فقط
عند وضع جسيم موجب الشحنة داخل مجال كهربائي منتظم؛ فإنّ اتّجاه القوّة الكهربائية المؤثّرة فيه يكون:
عموديًّا على المجال
لا علاقة لاتّجاه القوّة بالمجال
صفيحتان متوازيتان مشحونتان بشحنتين متساويتين مختلفتين في النوع؛ فإنّ المجال الكهربائي عند نقطة خارج الصفيحتين (وليس بينهما) يساوي:
صفرًا؛ لأنّ مجالَي الصفيحتين يتلاشيان
نصف المجال بين الصفيحتين
مساويًا للمجال بينهما تمامًا
ضعف المجال بين الصفيحتين
يُستخدم المرشِّح الكهرستاتيكي (Electrostatic precipitator) في تنقية الغازات المنبعثة من المصانع عن طريق:
إكساب دقائق الدخان شحنة كهربائية فتنجذب إلى صفائح مشحونة بشحنة معاكسة
تصفية الغاز ميكانيكيًّا فقط دون كهرباء
زيادة سرعة الغاز للتخلّص من الشوائب
تبريد الغاز فقط دون شحن
عند إهمال وزن جسيم مشحون مقارنةً بالقوّة الكهربائية المؤثّرة فيه داخل مجال منتظم؛ فإنّ القوّة الكهربائية تمثّل:
قوّة معاكسة للقوّة المحصّلة
لا علاقة لها بالقوّة المحصّلة
جزءًا من القوّة المحصّلة فقط
القوّة المحصّلة المؤثّرة فيه بالكامل
تُقاس الكثافة السطحية للشحنة بوحدة:
C.m2
C
إذا كانت الزاوية بين متّجه المجال ومتّجه المساحة تساوي 90° (السطح موازٍ للمجال)؛ فإنّ التدفّق الكهربائي عبر السطح المستوي يساوي:
EA
EA/2
2EA
كرة صغيرة مشحونة كتلتها 10.0 g وشحنتها 0.700 μC، تستقرّ ساكنة فوق قشرة رقيقة مستوية لا نهائية الأبعاد مشحونة بشحنة موجبة؛ فإنّ هذا يعني أنّ:
الكرة متّزنة تحت تأثير وزنها والقوّة الكهربائية المتعادلين مقدارًا
لا توجد أيّة قوّة كهربائية مؤثّرة في الكرة
القوّة الكهربائية أكبر من الوزن فتتسارع الكرة للأعلى
وزن الكرة أكبر من القوّة الكهربائية المؤثّرة فيها
كرة موصلة معزولة مشحونة بشحنة موزعة بانتظام بكثافة سطحية σ ونصف قطرها R؛ فإنّ المجال الكهربائي عند نقطة خارجها وقريبة جدًّا من سطحها يُعطى بالعلاقة:
E = σR/(ε0r)
إذا وُضع سطح غاوس مكعّب الشكل بدلًا من الكروي حول الشحنة نفسها q؛ فإنّ التدفّق الكلّي عبر المكعّب مقارنةً بالتدفّق عبر الكرة يكون:
أصغر من تدفّق الكرة
مساويًا لتدفّق الكرة تمامًا؛ لأنّ التدفّق لا يعتمد على شكل السطح
أكبر من تدفّق الكرة
ثلاث شحنات نقطية q1=+2.00 nC وq2=+1.00 nC وq3=-3.00 nC موضوعة داخل سطح كروي؛ فإنّ مقدار التدفّق الكهربائي الكلّي عبر السطح (بوحدة N.m2/C) يعتمد على:
مجموع الشحنات الثلاث جميعها مقسومًا على السماحية
أكبر شحنة موجودة فقط
الشحنة q1 فقط
الفرق بين أكبر شحنتين فقط
تُعرَّف الكثافة السطحية للشحنة (σ) على موصل بأنّها:
مقدار المجال الكهربائي عند سطح الموصل
كمّية الشحنة الكلّية على الموصل بغضّ النظر عن مساحته
ناتج قسمة شحنة الموصل على مساحة سطحه
حاصل ضرب الشحنة في مساحة السطح
بالاستمرار على معطيات السؤال السابق؛ فإنّ الزمن اللازم لتوقّف الجسيم عن الحركة بوحدة s يساوي:
0.015
1.5
15
0.15
ينصّ قانون غاوس على أنّ التدفّق الكهربائي الكلّي عبر سطح مغلق يساوي:
الشحنة الكلّية داخل السطح مقسومة على السماحية الكهربائية للهواء
مساحة السطح مقسومة على الشحنة
صفرًا دائمًا بغضّ النظر عن الشحنة الداخلية
حاصل ضرب الشحنة الكلّية داخل السطح في السماحية الكهربائية
عند شحن جسم موصل؛ فإنّ الشحنات الزائدة تستقر على:
مركز الجسم فقط
السطح الخارجي للموصل بسبب تنافرها
الأجزاء الداخلية فقط دون السطح
توزيع عشوائي غير مرتبط بالتنافر