فیزیک

q = ± ne , n = 0,1,2,3,000

توجه : هر گاه موهای خود را با شانه ای از جنس پلاستیك شانه كنیم. مشاهده می گردد كه شانه دارای بار الكتریكی منفی و موهای سر دارای بار الكتریكی مثبت می گردد.

هر گاه موهای خود را با شانه ای از جنس پلاستیك شیشه ای شانه كنیم، مشاهده می گردد شانه دارای بار مثبت و موهای سر دارای بار الكتریكی منفی می گردد.

3-3- اجسام رسانا و نارسانا:
اجسامی كه بارالكتریكی در آنها به آسانی جابه جا می شود، اجسام رسانا یا هادی می گویند. این اجسام دارای الكترون آزاد هستند و الكترون ها به راحتی از اتم ها جدا می شوند و اگر دو سر رسانا را به یك پیل وصل كنیم، الكترون ها به سادگی در آنها جابه جا می شوند مانند فلزات و كربن كه رساناهای خوب هستند، اجسام نارسانا اجسامی هستند كه بارالكتریكی در آنها نمی تواند جابه جای شود، زیرا الكترون ها به سادگی از اتم ها جدا نمی شوند، مانند شیشه ، ابریشم ، چوب و ....

3-4 – پایستگی بار الكتریكی:
برای باردار كردن یك جسم باید تعدادی الكترون به آن بدهیم و یا از آن بگیریم. در این مبادله ی الكترون ها، هیچگا الكترونی تولید نمی شود و یا از بین نمی رود بلكه الكترون ها تنها از جسمی به جسم دیگر منتقل می شوند. لذا با توجه به اینكه هر الكترون دارای مقدار معینی بار الكتریكی است ، می توان گفت : بار الكتریكی بوجود نمی آید و از بین هم نمی رود بلكه الكترون ها تنها از جسمی به جسم دیگر منتقل می شوند.لذا با توجه به اینكه هر الكترون دارای مقدار معینی با ر الكتریكی است ، می توان گفت : بار الكتریكی بوجود نمی آید از بین هم نمی رود بلكه از جمسی به جسم دیگر منتقل می شود. این اصل، پایستگی بارالكتریكی نامیده می شود.

تمرین 1 :
1 – می دانیم كه تعداد الكترون های آزاد موجود در رساناها بسیار زیاد است. به عنوان مثال در یك سانتی متر مكعب سن مس در حدود 1022 الكترون آزاد وجود دارد. آیا بزرگی این عدد را می توانید تصور كنید؟ برای آنكه بزرگی این عدد پی ببرید، فرض كنید بخواهید این تعداد الكترون را بشمارید. شما در هر ثانیه قادر به شمارش چه تعداد الكترون هستید؟ 2،10،100،10000 فرض كنید كه در هر ثانیه بتوانید یك تریلیون یعنی 1012 الكترون را بشمارید. چه مدت طول می كشد تا تمام الكترون های آزاد موجود در یك سانتی متر مكعب مس را بشمارید؟ برای محاسبه یك سال را تقریباً برابر 7 10 * 3 ثانیه در نظر بگیرید.

تعداد الكترون هایی كه در یك ثانیه شمارش می شود n = 10¹²

n =10²²

تعداد الکترون های آزاد³ cm

مس

t = N/n => t =10²²/ 10¹² = 10¹⁰ ثانیه

مدت زمان شمارش الكترون های آزاد مس

t = 10¹⁰ / 3 * 10⁷ = 1/3 * 10³ ≈ 333/3 سال

2 – برای آنكه دو جسمی خنثی بار الكتریكی میكرو كولن ( ) ایجاد شود. چه تعداد الكترون باید از آن گرفته شود؟
یعنی اگر تعداد الكترون از جسم گرفته شود بار الكتریكی آن برابر + خواهد شد.


3 – به تعداد پروتون های موجود در هسته ی اتم، عدد اتمی گفته می شود و آن را با z نشان می دهند. اتم مس چه مقدار بار الكتریكی منفی دارد؟ بار الكتریكی اتم مس چقدر است ؟
ب : در عناصر تعداد الكترون های هر عنصر برابر تعداد پروتون های آن است. دو اتم مس وقتی تعداد پروتون ها (z=29) باشد، تعداد الكترون ها نیز برابر 29 و مجموع بارالكتریكی منفی اتم مس برابر می باشد.
پ : مجموع بارهای الكتریكی مثبت و منفی اتم مس برابر صفر است و در این صورت بار الكتریكی اتم مس صفر است و اتم خنثی می باشد.


3-5 – القای بارالكتریكی :
ایجاد بار در رساناها بدون تماس آنها با یكدیگر و القای بارالكتریكی و بارهای ایجاد شده را بار القایی می گویند. القای بار الكتریكی به روشهای مختلف انجام می شود.

آذرخش یا تخلیه ی الكتریكی :
تخلیه ی الكتریكی بین یك ابر یا ابر دیگر و یا بین ابر و زمین را آذرخش می گویند. ابرها به هنگام حركت در هوا بدلیل مالش با هوا و یا القای الكتریكی دارای بار الكتریكی می شوند. بین ابرهای باردار به هنگام عبور از كنار یكدیگر بدلیل داشتن بارهای الكتریكی غیرهمنام آذرخش رخ می دهد.

برق گیر :
برق گیر از یك كابل ضخیم یا نوك تیز ساخته شده است كه نوك تیز آن در بالاترین نقطه ی ساختمان نصب می شود و انتهای كابل در اعماق زمین مرطوب قرار می گیرد. در صورتی كه آذرخش رخ دهد، نوك تیز آذرخش را از طریق كابل به زمین منتقل می كنند و خسارتی به ساختمان وارد نمی شود.

3-6 – اختلاف پتانسیل الكتریكی :
عامل شارش بار الكتریكی از یك جسم به جسم دیگر را اختلاف پتانسیل الكتریكی بین آن دو جسم گویند. جریان الكتریكی همواره از جسمی كه پتانسیل الكتریكی بیشتری دارد به جسمی كه پتانسیل كمتری دارد می باشد. (اختلاف پتانسیل را با علامتV نشان داده و واحد آن ولت می باشد. انرژی پتانسیل الكتریكی واحد بار را پتانسیل الكتریكی می گویند. به اختلاف پتانسیل ، ولتاژ نیز می گویند. روی اكثر وسیله های الكتریكی عددهایی نوشته شده است. یكی از این عددها بر حسب ولت و مصرف اختلاف پتانسیل مناسب برای كار و دستگاه است كه باید به دو سر آن وصل شود.
اختلاف پتانسیل مناسب به ساختمان درونی دستگاه بستگی دارد و با توجه به آن تعیین می شود كه به آن ولتاژ اسمی دستگاه می گویند.


3-7 – مولد :
ابزاری است كه به وسیله ی آن انرژی لازم برای ایجاد اختلاف پتانسیل در یك مدار تأمین می گردد. مولدها انواع مختلف دارند. از جمله مولد شیمیایی است كه انرژی لازم از واكنش های شیمیایی كه در مولد رخ می دهد، بدست می آید.
نیروی محركه ی مولد :
بیشترین اختلاف پتانسیلی كه مولد می تواند بوجود آمد را نیروی محركه مولد می گویند كه یكای آن همان ولت می باشد.

3-8 – مدار الكتریكی :
به مجموعه ی یك مولد، لامپ ، كلیدها و سیم های رابط در یك اتصال ساده و به دنبال همه مدار الكتریكی ساده می گویند. هر گاه در مولد كلید بسته شود، جریان الكتریكی برقرار می شود و لامپ روشن می شود.
معمولاً در رسم شكل ها، باتری را مطابق شكل (3-12) الف، نشان می دهیم ، قطعه خط كوچكتر، پایانه ی منفی و قطعه خط بزرگتر ، پایانه ی مثبت آن است. ساختمان داخلی چراغ قوه نیز مانند مدار ساده ی شكل (3-12) الف است. یعنی از یك لامپ و یك كلید تشكیل شده است كه هر دو در محفظه ی چراغ قوه دارند شكل (3-12ب)

شدت جریان الكتریكی :
نسبت بار الكتریكی شارش شده از هر مقطع مدار به زمان شارش بار، یعنی آهنگ شارش بار الكتریكی را شدت جریان الكتریكی می گویند كه آن را با نماد (I) نشان داده و یكای آن آمپر (A) می باشد.

I = q/t

q مقدار بارالكتریكی عبوری از مدار بر حسب كولن (c)
T مدت زمان شارش بار الكتریكی بر حسب ثانیه (s)
I شدت جریان بر حسب آمپر
یك آمپر معادل یك كولن بر ثانیه است .

3-10 - مقاومت الكتریكی :
هنگامی كه الكترون های آزاد یك رسانا تحت تأثیر اختلاف پتانسیل مولد به حركت در می آیند. در برخورد با اتم های رسانا انرژی خود را از دست داده و دمای رسانا را افزایش می دهند. این مقاومت رسانا در مقابل حركت الكترون ها را مقاومت الكتریكی رسانا می گویند.
مقاومت الكتریكی را با نماد R نشان می دهیم. یكای مقاومت الكتریكی اهم و نماد آن(?) است كه به افتخار خدمات علمی گئورگ زیمون اهم نامگذاری شده است. هنگامی كه پایانه های یك باتری را به دو سر یك رسانا ( لامپ) وصل می كنیم. باتری بین دو سر رسانا اختلاف پتانسیل ثابتی برقرار می كند. این اختلاف پتانسیل باعث شارش بار الكتریكی در مدار می شود. با شارش بار الكتریكی و ایجاد جریان الكتریكی در مدار، انرژی الكتریكی از باتری به لامپ می رسد و لامپ هم روشن می شود.


3-11 – قانون اهم :
نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریانی كه از آن می گذرد مقدار ثابتی است كه به این مقدار ثابت، مقاومت الكتریكی رسانا گویند كه با نماد R آن را نشان داده و یكای آن اهم (Ω ) می باشد.

V / I = R

V اختلاف پتانسیل دو سر رسانا بر حسب است
I شدت جریان عبوری از رسانا بر حسب آمپر
R مقاومت رسانا بر حسب اهم (Ω) یك اهم معادل ولت بر آمپر است.

1(Ω) -> 1(V / A)

یك مقاومت الكتریكی را به آمپرسنج ، ولت سنج و منبع تغذیه مطابق زیر می بندیم.

آمپرسنج به طور متوالی و ولت سنج كه بطور موازی به دو سر مقاومت بسته شده است. پس از بسته شدن كلید جریان الكتریكی از مدار می گذرد. ولت سنج كه به طور موازی به دو سر مقاومت بسته شده است. اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت را نشان می دهد و آمپرسنج شدت جریانی را كه از مدار می گذرد مشخص می كند.
مثال : به دو سر یك رسانا به مقاومت الكتریكی 25 اختلاف پتانسیل الكتریكی V را وصل می كنیم. شدت جریان در رسانا را در صورتیكه
الف . v=50v
ب : V=75v باشد بدست آورید:

الف)


ب)

3-13 – مصرف انرژی الكتریكی :
انرژی الكتریكی یكی از بهترین و تمیزترین انرژیهاست و مصرف آن باعث آلودگی زیست كه برای انسان بسیار مهم و حیاتی است، نمی شود. همچنین می توان آن را با هزینه كم از محل تولید به محل معروف رساند. انرژی الكتریكی با استفاده از وسایل خاصی به صورت انرژی های نورانی ، درونی، صوت و .... تبدیل می گردد.
در لامپ های رشته ای ، انرژی الكتریكی درونی رشته ی داخلی لامپ تبدیل می شود و دمای آن را تا حدود 3000 درجه سانتی گراد بالا می برد. در این دمای بالا، رشته ی درون لامپ قسمتی از انرژی درونی خود را به صورت انرژی نورانی تابش می كند.

انرژی الكتریكی مصرف شده به چه عواملی بستگی دارد؟
1- مقاومت الكتریكی رسانا (R) : هر چه مقاومت الكتریكی رسانا بیشتر باشد. انرژی الكتریكی مصرف شده در آن نیز بیشتر می شود.
2 – زمان عبور جریان الكتریكی (t)، هر چه زمان عبور جریان الكتریكی از سانا بیشتر باشد. انرژی الكتریكی مصرف شده در آن بیشتر می گردد.
3 – مجذور شدت جریان الكتریكی (I2 ) :‌اگر شدت جریان عبوری از رسانا را افزایش دهیم ، انرژی الكتریكی مصرف شده در آن نیز بیشترمی شود، به طوری كه اگر شدت جریان را 2 یا 3 با .... برابر كنیم، انرژی مصرف شده (4 =2 2 , 9= 32 یا ...) برابر می شود .
اگر انرژی الکتریکی مصرف شده ( که به انرژی درونی رسانا تبدیل شده است ) را با نماد W نشان می دهیم .داریم :
رابطه (3-4)
W = RI2 t
در این رابطه مقاومت الکتریکی (R) برحسب
شدت جریان الکتریکی (I) بر حسب (A)
زمان عبوری جریان الکتریکی (t) بر حسب ثانیه (s)
انرژی الکتریکی مصرف شده (W) بر حسب ژول (J) است .

3-13 – توان الكتریكی مصرفی در رسانا :
از بخش (3-6) اختلاف پتانسیل الكتریكی یادآور شدیم كه روی وسیله های الكتریكی نظیر لامپ روشنایی و یا اتوی برقی دو عدد نوشته شده است. یكی از این دو ، اختلاف پتانسیل مناسب برای عمل دستگاه است. عدد دیگر مربوط به كمیتی به نام توان الكتریكی است.
توان را با نماد p نشان می دهند و یكای آن وات می باشد.

در این رابطه
R مقاومت الكتریكی بر حسب اهم
I جریان الكتریكی بر حسب آمپر
P توان بر حسب وات
با توجه به قانون اهم ( R = V/I) می توان توان مصرفی را نیز از رابطه ی زیر بدست آورد :

P توان بر حسب وات

3-14 - بهای انرژی الكتریكی مصرفی :
در تمام مكانهای مسكونی
3-14 - بهای انرژی الكتریكی مصرفی :
در تمام مكانهای مسكونی و تجاری شماره گری (كنتور) نصب شده است كه انرژی الكتریكی مصرفی را به كمك آن تعیین می كنند.حاصل ضرب توان مصرفی در مدت زمان استفاده از دستگاه برقی را انرژی الكتریكی مصرفی می گویند.
Pتوان مصرفی بر حسب وات، t مدت زمان بر حسب ثانیه ، w انرژی مصرفی بر حسب ژول: w = pt
اگر توان مصرفی بر حسب كیلو و زمان بر حسب ساعت باشد، انرژی الكتریكی بر حسب كیلو وات ساعت بدست می آید. (kwh)

W=pt
1(kwh) =1(kw)× 1(h)

اگر بهای هر كیلو وات ساعت مصرف انرژی الكتریكی مشخص باشد می توان مقدار بهای برق مصرفی را تعیین كرد.

مثال :

روی یك لامپ عددهای 100w
و
220 V
نوشته شده است .

الف) اگر اختلاف پتانسیل 220 ولت به دو سر این لامپ اعمال شود ، شدت جریان عبوری از آن چند آمپرمی شود ؟

P = VI => I = P/V => I =100/220 => I =0/45 A
بهای برق مصرفی لامپ در یك ماه ریال

ب) اگر این لامپ در هر شبانه روز 8 ساعت با اختلاف پتانسیل 220 ولت ، روشن باشد ، بهای برق مصرفی آن در یک ماه چقدر می شود؟ بهای هر کیلو وات ساعت انرژی مصرفی را 100 ریال فرض کنید .
W=p.t => W = (100 /1000 )× 8
W=0/8 kwhانرژی مصرفی در یك شبانه روز
0/8 ×30 ×100 =2400 بهای برق مصرفی لامپ در یك ماه ریال

صرفه جویی در انرژی مصرفی :
1 – از مصرف بی رویه انرژی الكتریكی خودداری شود.
2 – استفاده بهینه از وسایل برقی، منظور به جا مصرف كردن است
3 – روشنایی اتاقها به تناسب نوع كار تنظیم و از لامپ مناسب استفاده شود
4 – جلوگیری از تلف شدن گرما و سرما در زمستان و تابستان كه برای جبران آن برق بیشتری مصرف می شود.
5 – از وسایل الكتریكی در زمانهای مناسب استفاده شود.


واژه ها و فرمول های كلیدی :
1 – هر گاه جسمی الكترون دریافت كند، دارای بار منفی و اگر الكترون از دست بدهد، بار مثبت پیدا می كند.
2 – بار الكتریكی خاصیتی از ماده است كه وابسته به الكترون ها و پروتون ها می باشد.
3 – بار الكتریكی یك جسم مضرب درتسی از بار الكتریكی الكترون و یا پروتون است.
4 – اجسامی را كه بار الكتریكی در آنها به سادگی جابه جا می شود. اجسام رسانا می گویند و اجسامی كه بار الكتریكی در آنها جابه جا نمی شود، نارسانا گویند.
5 – بار الكتریكی بوجود نمی آید و از بین همه نمی رود و فقط از یك جسم به جسم دیگر منتقل می شود.
6 – ایجاد بار در رساناها بدون تماس با یكدیگر را القای الكتریكی گویند.
7 – تخلیه ی الكتریكی بین یك ابر یا ابر دیگر یا بین ابر و زمین را آذرخش می گویند.
8 – عامل شارش بار الكتریكی از یك جسم به جسم دیگر را اختلاف پتانسیل بین آن دو جسم می گویند.
9 – مولد وسیله ای است كه انرژی لازم برای ایجاد اختلاف پتانسیل در یك واحد را تأمین می كند.
10 – نسبت بار الكتریكی شارش شده در هر مقطع مدار به زمان شارش بار را جریان الكتریكی می گویند.
11 – نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریانی كه از آن می گذرد و مقدار ثابتی است كه به آن مقاومت الكتریكی رسانا می گویند.
12 – انرژی الكتریكی مصرفی در یك مقاومت به مقاومت مدار، مجذور شدت جریان و زمان بستگی دارد.
13 – مقدار انرژی مصرف شده بر واحد زمان را توان الكتریكی می گویند.
14 – انرژی الكتریكی مصرفی بر حسب كیلو وات ساعت محاسبه می شود.

فرمول های كلیدی :

(مقدار بار الكتریكی) q = ± ne
(مقدار جریان الكتریكی) I = q/t
(توان الكتریكی مصرفی) p = RI2 = V2/R = VI
(مقاومت الكتریكی) R = V/I
(انرژی الكتریكی مصرفی) w = RI 2t = (V2 / R ) t = VIt

پاسخ دهید وتمرین های پایانی فصل 3 :
1 – با یك پارچه خشك ،صفحه تلویزیون را تمیز كنید. چرا پرزهای پارچه به صفحه ی تلویزیون می چسبند؟
صفحه ی تلویزیون از جنس شیشه است و وقتی آن را به وسیله پارچه پشمی مالش می دهیم.، صفحه ی شیشه ای بار مثبت و پارچه به همراه پرزهای آن بار منفی پیدا می كنند و چون بر هم كنش بارهای غیرهم نام ربایشی است پرزها به شیشه می چسبند.


2 – در تاریكی لباس خود را درآورید، چرا جرقه می زند؟
زیرا در لباس ها الكتریسته ساكن ایجاد می گردد و در تاریكی به هنگام بیرون آوردن لباس ها تخلیه ی الكتریكی انجام می شود و ما جرقه مشاهده می كنیم.


3 – چرا آزمایش های الكتریسیته ساكن در روزهای سرد و خشك نتیجه ی بهتری می دهد؟
زیرا رطوبت هوا رسانای جریان الكتریكی است و باعث تخلیه ی الكتریكی اجسامی می شود كه در آنها الكتریسیته ساكن ایجاد شده است.


4 – جمله های زیر را كامل كنید:
1 – وقتی دو جسم به یكدیگر مالش داده می شود ، بین آنها الكترون مبادله می شود.
2 – با جابه جا شدن الكترون های آزاد، بار الكتریكی درون جسم رسانا شارش می كند.
3 – در یك جسم نارسانا بار الكتریكی در محل ایجاد شده باقی می ماند .
4 – نیرویی كه بارهای الكتریكی هم نوع بر یكدیگر وارد می كنند رانشی و نیرویی كه بارهای الكتریكی غیر هم نوع بر یكدیگر وارد می كنند ربایشی است.

5 – چرا در بعضی از مواد مانند پلاستیك یانایلون بهتر از سایر مواد می تان بار الكتریكی تولید كرد؟
زیرا این مواد نارسانا هستند و وقتی بارالكتریكی ساكن در آنها ایجاد شده، بار الكتریكی در آنها نمی تواند جابه جا شود.


6 – توضیح دهید با الكتروسكوپ چگونه می توان تعیین كرد كه :
الف – جسمی باردار است؟
ب – جسم چه نوع باری دارد؟
پ – جسمی رساناست یا نارسانا است؟


2- آیا با الكتروسكوپ می توان بار دو كره ی هم اندازه ، رسانا و باردار را با یكدیگر مقایسه كرد؟
الف – هرگاه جسمی را كه دارای الكتریكی است به كلاهك الكتروسكوپ باردار نزدیك كنیم. بدلیل القای الكتریكی زاویه ی دو ورق طلا تغییر می كند و اگر جسم دارای بارالكتریكی نباشد تغییری در فاصله ای بین ورقه های طلا ایجاد نمی شود.

ب: اگر الكتروسكوپ دارای بار الكتریكی باشد، وقتی میله ای با بار الكتریكی غیر هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزدیك كنیم، زاویه ی دو ورق طلا كم می شود و اگر میله ای با بارالكتریكی هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزدیك كنیم، زاویه ی دو ورق طلا زیاد می شود.

پ : برای اینكه یقین كنیم جسم رسانا است یا نارسانا، هر گاه آن را به كلاهك باردار تماس دهیم، اگر جسم رسانا باشد، قسمتی از بارهای الكتریكی الكتروسكوپ به جسم منتقل شده و فاصله ، دو ورق طلا از هم كم می شود و اگر جسم نارسانا باشد، بار الكتریكی به جسم منتقل نشده و فاصله ی ورقه ها از هم تغییر نمی كند.

2 – پاسخ مثبت است، زیرا وقتی بارالكتریكی از كوه ها بیشتر از كره ی دوم باشد، با نزدیك كردن آن به كلاهك الكتروسكوپ زاویه ی دو ورق طلا بیشتر تغییر می كند، زیرا بار الكتریكی بیشتری القا می شود.


7 – چرا زیر تانكرهای مخصوص حمل سوخت، زنجیر آویزان می كنند؟
حركت كامیون حامل تانكر سوخت در هوای خشك باعث می شود تا در آن الكتریسته ی ساكن ایجاد گردد. برای تخلیه الكتریسیته ساكن ایجاد شده در تانكر از غیررسانا و زیر تانكر استفاده می شود كه دائماً الكتریسته ساكن را به زمین منتقل می كند.


8 – آیا می توانید با توجه به آنچه كه در مورد مقاومت الكتریكی رسانا فرا گرفته اید توضیح دهید كه چگونه شارش بارالكتریكی در یك رسانا باعث افزایش دمای رسانا می شود؟
جریان الكتریكی در یك رسانا در واقع حركت الكترون ها در رسانا می باشد كه به هنگام عبور از رسانا در برخورد بار اتم های رسانا انرژی جنبشی و سرعت آن ها كاهش یافته و تبدیل به انرژی درونی می گردد و دمای رسانا را بالا می برد و اثر گرمایی مقاومت الكتریكی رسانا ظاهر می گردد.


تمرین های پایانی فصل 3 :
1 – میله ی نارسانایی با بار منفی و كره ای رسانا و بدون بار روی پایه ی نارسانا در اختیار دارید. توضیح دهید چگونه می توان كره را :
الف: دارای بار مثبت كرد ؟
ب : دارای بار منفی كرد؟
الف - ابتدا میله ی نارسانا با بار منفی را به كره ی رسانا كه بدون بار است نزدیك می كنیم. در اثر القای الكتریكی بارهای مثبت در مجاورت میله و بارهای منفی در دورترین نقطه جمع می شوند. هرگاه برای یك لحظه كره ی رسانا را به زمین وصل می كنیم، بارهای منفی آن به زمین منتقل می شوند. سپس با دور كردن میله، كره ی رسانا دارای بار الكتریكی ساكن مثبت می گردد.
ب - برای اینكه كره ی رسانا دارای بارالكتریكی منفی گردد، كافی است میله ی نارسانا با بار منفی را با آن تماس دهیم تا قسمتی از بارهای الكتریكی منفی میله به كره منتقل شود. در این صورت كره ی رسانا دارای بارالكتریكی منفی می گردد.


2 – در كدامیك از وسیله های منزل لازم است بار الكتریكی ایجاد شده را كاهش دهیم و یا كنترل كنیم؟
همه وسایلی كه با برق كار می كنند، ممكن است در اثر القای الكتریكی بدنه ی آنها دارای الكتریسیته ساكن گردد. برای كنترل الكتریسیته ساكن ایجاد شده در این وسایل بدنه ی آن ها را به زمین متصل می كنند، مانند كولر، ماشین لباسشویی ، یخچال و ...


3 – مقاومت لامپی 200 اهم و جریان 2/0 آمپر از آن می گذرد.
الف – بار الكتریكی كه در مدت 5/2 دقیقه از لامپ می گذرد چند كولن است؟

الف)

ب – اختلاف پتانسیل دو سر لامپ چند ولت است ؟

ب

4- روی لامپی دو عدد 100 ولت و 220 ولت نوشته شده است. اختلاف پتانسیل 220 ولت را به لامپ وصل می كنیم.
الف) مقاومت لامپ را محاسبه كنید.

الف)

ب) چه جریانی از آن می گذرد؟

ب)

پ) در مدت یك دقیقه چند ژول انرژی الكتریكی توسط لامپ مصرف می شود؟

پ)

5- اگر در شهر شما هر خانه یك لامپ 100 وات اضافی را به مدت 3 ساعت در شب روشن كند، در طول یك ماه چند كیلووات ساعت انرژی اضافی مصرف می شود؟ بهای آن چند ریال می شود؟

هر لامپ در یك ماه 9 كیلو وات ساعت انرژی الكتریكی مصرف می كند و اگر در منطقه مورد نظر 10000 خانواده زندگی می كند، جمعاً 90000 كیلو وات ساعت انرژی الكتریكی در ماه مصرف می شود كه به بهای آن به صورت زیر است:

90000×100=9×106 بهای برق مصرفی اضافه برای شهریه ریال

6 – در رابطه های 2 P=V2/R , P = VI , P = RI
الف – نمادهای P.R.V و I هر كدام نماینده ی چه كمیتی هستند و یكای آنها چیست؟
الف) V اختلاف پتانسیل دو سر رسانا بر حسب ولت
R مقاومت رسانا بر حسب اهم
P توان مصرفی بر حسب وات
I شدت جریان عبوری از رسانا بر حسب آمپر


ب) كاربرد هر یك از رابطه ها را شرح دهید:
برای بدست آوردن توان مصرفی هرگاه اختلاف پتانسیل و مقاومتمدار را داشته باشیم ، از رابطه (P=V2/R) توان را محاسبه می كنیم و هر گاه اختلاف پتانسیل دو سر رسانا را نداشته باشیم، از رابطه( 2 P = RI) توان مصرفی را محاسبه می كنیم.


7 – روی یك آسیاب برقی دو عدد 800W و 220V نوشته شده است. این آسیاب برقی را به اختلاف پتانسیل 220V وصل می كنیم حساب كنید :
1 – جریانی كه ازآن می گذرد.

انرژی الكتریكی مصرفی ماهانه این دستگاه، در صورتی كه هفته ای یك بار و هر بار به مدت 20 دقیقه مورد استفاده قرار گیرد.

انرژی مصرفی دستگاه در 20 دقیقه برابر30/8 كیلو وات ساعت است. اگر دستگاه هفته ای دو بار كار كند جمعاً در ماه 8 بار كار می كند. پس انرژی مصرفی دستگاه در یك ماه برابر است با :

W = 8/30 ×8 = 64/30 KWh

8 – اختلاف پتانسیل دو سر باتری اتومبیل های سواری برابر 12 ولت است. اگر 8 باتری قلمی 5/1 ولتی به طور متوالی به یكدیگر وصل كنیم. اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه ی آنها نیز برابر 12 ولت می شود؟
بگوئید كه چرا در خودروها به جای باتری خودرو از 8 باتری قلمی استفاده نمی شود؟
باتری اتومبیل از نوع تر با انبارهای سربی است و مقدار انرژی الكتریكی ذخیره شده در ان بسیار بیشتر از انرژی الكتریكی می باشد كه در 8 باتری قلمی ذخیره شده است.




تمرین های تكمیلی و پرسشهای چهار گزینه ای فصل 3
1 – آیا بار الكتریكی یك كره ی فلزی توپر بیشتر از یك كره تو خالی هم قطر آن است؟ بار در هر حالت در كجاها جمع می شود؟
درهردوحالت بار بر روی سطح آن ها جمع می شود. چون هر دو ی آنها مقدار بار یكسانی را نگهداری خواهند كرد.


2 – آیا شاره ها (مایع ها و گازها) همه در اثر مالش باردار می شوند؟ در این مورد مثالی بزنید:
مایع ها و گازها نیز در اثر مالش دارای بارالكتریكی می گویند. به طور مثال تكان و حركت بنزین در روغن در تانك ها در هنگام حمل و نقل بار الكتریكی بوجود می آورد. باید توجه داشت در مایع ها و گازهای رسانا تجمع بارالكتریكی در یك نقطه امكان پذیر است. به طور مثال بار الكتریكی ایجاد شده در هوا از طریق رطوبت هوا تخلیه می گردد.


3 – روی جسمی مقداری بار مثبت توزیع شده است. برای آنكه جسم دارای بار منفی شود، چه باید كرد؟ توضیح دهید.
ابتدا به اندازه ی بار مثبت به آن بار منفی می دهیم تا خنث گردد. سپس باران بار الكتریكی منفی جسم دارای بار الكتریكی منفی می گردد.


4 – اگر مقاومت مدار ثابت باشد، برای آنكه از مدار فوق جریانی ضعیف عبور كند، چه تغییراتی باید به آن داده شود؟
با توجه به رابطه ی( V/I = R) با ثابت بودن مقاومت در مدار همواره نسبت اختلاف پتانسیل به جریان مقدار ثابتی است. در این صورت برای اینكه جریان مدار كاهش یابد ، لازم است اختلاف پتانسیل دو سر مدار كاهش یابد و به همان نسبت جریان مدار كاهش می یابد.


5 – در یك سیم برق در هر دقیقه 36 كولن الكتریسیته عبور می كند.شدت جریان الكتریكی را بدست آورید.

6 – یك باتری اتومبیل 12 ولتی باید جریان 240 آمپر را از یك استارت موتور بگذراند تا موتور را راه بیندازد. مقاومت كل مدار شامل استارت و چقدر است؟

7 – اگر از یك لامپ جریانی به شدت 6 آمپر عبور كند، چنانچه مقاومت این لامپ را دو برابر كنیم، توان مصرفی آن نسبت به حالت اول چند برابر می شود؟

8- توان یك سماور الكتریكی 1100w(وات) است و با برق 220 ولت كار می كند. اولاً شدت جریان و مقاومت قسمت گرما ده سماور را پیدا كنید.
ثانیاً : اگر جرم سماور 5/1 كیلوگرم و گنجایش 5 لیتر آن را داشته باشد. بعد از 10 دقیقه دمای سماور چقدر بالا می رود؟ از گرمای تلف شده صرفنظر شود (ظرفیت گرمایی ویژه آب و ظرف به ترتیب 4200 و 2000 ژول بر كیلوگرم درجه سانتی گراد می باشد).

I) p=Iv= I = P/V
V=220 ولت

I = 1100/220 => 5A
m₁=1/5 kg

V=IR

M₂=5kg

R =V/I => R =220/5 =>R =42 Ω
T=10×60s

II) P = Q /T => Q =P.T (رابطه 1)
C₁=4200 j/kg °c

Q=m₁c₁ ∆θ + m₂c₂ ∆θ(رابطه 2)

با مقایسه ی رابطه ی 1 و 2 می توان نوشت

C2=2000 J/Kg°c

بیشتر بدانیم

 دستگاه اندازه‌گیری اهمتر-ولتمتر-آمپرمتر- مولاتی متر
برای بررسی وضعیت كار قطعه‌ها، مدارها و دستگاههای الكترونیك از دستگاههای اندازه‌گیری استفاده می‌‌شود. برای اندازه‌‌گیری اختلاف پتانسیل از ولتمتر، برای اندازه شدت جریان از آمپرمتر برای اندازه‌گیری مقاومت از اهم‌متر، برای اندازه‌‌گیری فركانس از فركانس‌متر برای اندازه‌گیری زمان تناوب (یا پریود) و نیز دامنه ولتاژ از اوسیلوسكوپ استفاده می‌شود مولتی‌متر دارای یك سیم‌پیچ متحرك یا گالوانومتر است كه به طور مشترك در اندازه‌گیری مقاومت، ولتاژ و جریان دی سی  مورد استفاده قرار می‌گیرد. پیش از آنكه درباره دستگاههای اهم‌متر، ولت‌متر و آمپرمتر و نحوه اندازه‌گیری اهم، ولت و آمپر بحث شود درباره سیم‌پیچ متحرك یا گالوانومتر كه جز مشترك دستگاه است مطالبی آورده می‌شود.
 سیم‌پیچ متحرك یا گالوانومتر

اساسی‌ترین جز آن یك سیم‌پیچ نازك است كه بر روی یك طبلك پیچیده شده و در بین دو قطب یك آهنربای دائمی قرار گرفته است. وقتی جریانی از سیم‌پیچ متحرك می‌گذرد در آن میدانی مغناطیسی ایجاد می‌گردد كه با میدان آهنربا مخالفت می‌كند. در نتیجه این عكس‌العمل سیم‌پیچ و عقربه متصل به آن منحرف می‌شود. میزان انحراف به جریانی بستگی دارد كه از سیم‌پیچ عبور می‌كند. بطور مثال در یك میكروآمپرمتر كه می‌تواند حداكثر را نشان دهد، وقتی جریان 50 میكروآمپر وارد آن شود، عقربه به اندازه نصف صفحه مدرج منحرف می‌گردد.
آمپرمتر و اندازه‌گیری شدت جریان دی سی


یكی از قسمتهای هر مولتی‌متر، آمپرمتر dc است كه به وسیله آن می‌توان شدت جریانهای دی سی است كه به وسیله آن می‌توان شدت جریانهای dc  ضعیف حدود میلی‌آمپر و میكروآمپر را اندزاه گرفت. برای آنكه مولتی متر به عنوان آمپرمتر استفاده شود، كلید انتخاب كننده آن را روی میلی‌آمپر یا میكروآمپر گذاشته و سپس آن را به طور سری در  مدار قرار می‌دهیم. هنگام نصب بایستی به جهت جریان توجه شود تا سرهای مولتی‌متر به طور صحیح در مدار قرار گیرند. 
 ولتمتر و اندازه‌گیری ولتاژ

برای اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل یك منبع ولتاژ، بایستی ولتمتر را به موازات دو قطب منبع ولتاژ وصل كنیم. نیز چنانچه بخواهیم ولتاژ یك نقطه از متدار را نسبت به شاسی اندازه‌گیری كنیم، باید سر مثبت ولتمتر را به آن نقطه و سرمنفی ولتمتر را به شاسی وصل كنیم.  

داستان الكتریسیته 2500 سال پیش در نزدیكی ساحل غربی سرزمینی كه تركیه امروزی نامیده می‌شود آغاز شد در آن سرزمین شهری بنام ماگنزیا كه مردم آن به زبان یونانی حرف می‌زدند وجود داشت. روزی چوبدستی پسرك چوپانی به سنگی خورد و به آن چسبید. پسرك از خود پرسید: آیا روی سنگ چیز چسبناكی وجود دارد. تالس اسم این سنگ را ماگنیگ نامید. تالس به آزمایش دیگری نیز پرداخت. او جسم شیشه مانندی به رنگ طلایی را نیز آزمایش كردكه ما آن‌ را كهربا می‌نامیم و در زبان یونانی الكترون نامیده می‌شود. كهربا آهن را نمی‌ربود ولی وقتی با دست مالش‌دار می‌شد چیزهای سبك مانند تكه‌های كرك، نخ، پر و تراشه‌های كوچك چوب را می‌ربود. كهربا ویلیام گیلبرت پزشك و فیزیكدان انگلیسی كه پژوهشهایی درباره مغناطیس كرده بود را به این فكر فرو برد كه آیا سنگهای قیمتی هم وقتی مالش‌دار می‌شوند همان خاصیت را می‌بایند او بعد از آزمایش با الماس، یاقوت كبود و000  همه خبرهایی را كه بعد از مالش خاصیت ربایش پیدا میكنند را الكتریك نامید گریكه نیز مقداری گوگرد گداخته را درون شیشه‌ای قرار داد. بعد یك میله چوبی در داخل آن قرار داد، آنگاه گوی گوگردی را روی پایه چوبی كه با یك دست میچرخانید و دست دیگرش را روی آن می‌گذاشت بحركت در آورد تا به كمك مالش الكتریسیته در گوی پر شود. در حدود سال 1650 میلادی پژوهشگر انگلیسی بنام والتر‌چارلتون این نیروی جاذبه را الكتریسیته نامید. اتوفون گریكه كهربا را با تمام شدتی كه می‌توانست با پارچه مالش داد، آنگاه وقتی به كهربا دست زد صدای شكسته شدن به گوش می‌رسید. بعد از او استون گری از خود شیشه گوگرد استفاده كرد و آنرا به عنوان الكتریك استفاده كرد. در سال 1731 میلادی گری با چند تكه فلز و چند تكه صمغ كه مایع چسبناكی است و ماده‌ای شبیه كهربا و نارساناست استفاده كرد. فرانسوا دوفه در سال 1734 دو نوع الكتریسیته شیشه‌ای و رزین را مصرف نمود تا سال 1750 ماشینهای الكتریكی بسیار نیرومند‌تری وارد بازار كار شد در سال 1746 میلادی پیتر‌فان استاد فیزیك لیدن كشف تصادفی و تقریبی كشنده‌ای را در یك نام كه با این جمله آغاز می‌شد گزارش داد. پیتر فان ظاهرا سعی كرد الكتریسیته را داخل یك بطری بدام اندازد او یك سیم برنجی را كه از یك لوله تفنگ باردار به داخل یك بطری پر از آب برده می‌شد آماده ساخت در هنگامی كه شاگرد او سیم برنجی را با دست خود لمس می‌كرد شوك بسیار شدیدی به او دست می‌داد. پیتر فان نادانسته كشف كرد كه بار را می‌توان در یك جسم جامد كه به طور مناسبی ساخته شده است ذخیره كرد امروز اسبابهای مانند بطری لیدن را كه توانایی ذخیره كردن بار الكتریكی دارند خازن می‌نامند. بطری لیدن توجه فرانكلین را بخود معطوف نمود.آنگاه فكر فرانكلین با توجه به توجیه بارهای مثبت و منفی به یك اندیشه درست هدایت شد: بارهای الكتریكی نه خلق می‌شوند و نه از بین می‌روند. اجسام بر اثر آرایش بارهای الكتریكی كه قبلا در آنها موجود است بار مثبت یا منفی پیدا میكنند. این اصل، اصل پایستگی بار نامیده می‌شود. در سال 1800 میلادی ولتا راه بهتری برای تولید جریانهای الكتریكی پیدا كرد. او در انجمن سلطنتی انگلستان گزارش داد: آری، دستگاهی كه من از آن حرف می‌زنم بی‌شك شما را متحیر خواهد ساخت. او صفحات نقره را با صفحات روی با یك ترتیب كه تعدادی رسانای خوب با جنسهای متفاوت بودند و بین لایه‌های آن آب یا آب نمك قرار داشت بر روی هم چید. ولت نشان داد كه یك سر این مجموعه با پایانه بار مثبت و سر دیگر بار منفی است سپس سیمهای مدار خود را به قرصهای اول و آخر دستگاه خود كه آن را باطری می‌نامید متصل كرد از سیم‌ها الكتریسیته‌ای بدست می‌آمد كه همان آثار الكتریسیته حاصل از مالش دادن كهربا یا تخلیه بطری لیدن بود اینك بعد از ده‌ها سال نه تنها باطریهای شیمیایی و حتی اتمی وارد بازار كار شده است بلكه الكتریسیته چاره ساز لحظه‌های زندگی انسان وصنعت امروزی است.
اندیشدن و عمل كردن تا مرز بی نهایت‌ها
خلقت رایانه‌های غول پیكر تا میكرواینچ و صنعت هواپیما‌سازی حمل و نقل و حركت ماهواره‌ها، شاتلها، ترنها و میلونها دستگاهای صوتی و تصویری، حتی صنعت نوین علوم پزشكی از دستگاههای سی‌تی‌اسكن‌ ام آر آی ونیروگاهها و 000 فقط پنداریست كوچك از آنچه كه هست و باید باشد و شاید خواهد بود.