اطلاع رسانی

      

 

 الكتريسيته

 الكتريسيته از كلمه يوناني الكترون به معني كهربا گرفته شده است.چرا كه هرگاه كهربا را با پارچه پشمي مالش دهيم، اجسام سبكي مانند كاه را به خود جذب مي كند.

 ماهيت الكتريسيته

 ماهيت الكتريسيته به دليل وجود بارهاي الكتريكي در اتمهاي ماده است. در نظريه امروزي اتمي، اتم تشكيل يافته است از يك هسته مركزي كه داراي دو نوع ذره پروتون با بار مثبت و نوترون بدون بار است و ذرات بسيار ريزي بنام الكترون با بار منفي كه به دور هسته مي چرخند.

 

 

 

 

انواع الكتريسيته

الكتريسيته  دو نوع است : الكتريسيته ساكن و الكتريسيته جاري.

س: الكتريسيته ساكن چگونه است؟

ج: هر گاه الكتريسيته توليد شده در محل توليد باقي بماند آنرا الكتريسيته ساكن مي نامند.

س: الكتريسيته جاري چگونه است؟

ج: از حركت الكترونها، الكتريسيته جاري به وجود مي آيد.

س: بار الكتريكي چيست؟

ج: چرخش الكترون به دور هسته در اثر وجود نيروي الكتريكي بين آنهاست و نيز بعضي از اجسام تحت شرايط خاصي بر هم نيروي جاذبه يا دافعه الكتريكي وارد مي كنند. عامل اين نيروها به سبب خاصيتي است كه بطور ذاتي در الكترونها وجود دارد. لذا آن كميت فيزيكي كه اين خاصيت را توصيف و بزرگي نيروي حاصل از آنها را تعيين مي كند، بار الكتريكي ناميده مي شود.

 

 

 

Eتذكر: ماهيت بار الكتريكي تا كنون شناخته نشده است.

    وسيله هاي آزمايش : دو تيغه ي شيشه اي - دو تيغه ي پلاستيکي - پارچه پشمي و ابريشمي - نخ - پايه دو عدد براي آويزان کردن تيغه ها .
    ١- تيغه ي شيشه اي را با پارچه ي ابريشمي مالش دهيد و به خرده هاي کاغذ نزديک کنيد  . چه اتفاقي رخ مي دهد ؟
    ٢- همين آزمايش را با تيغه ي پلاستيکي انجام دهيد و مشاهده هاي خود را بيان کنيد .

    ٣- تيغه ي شيشه اي را با پارچه ي ابريشمي مالش دهيد و آن را از گرانيگاه به وسيله ي نخ خشک آويزان کنيد .
سپس تيغه ي شيشه اي ديگري را با پارچه ي ابريشمي مالش داده و به تيغه ي شيشه اي آويخته شده نزديک کنيد ، چه اتفاقي رخ مي دهد ؟  

 

    ٤- همين آزمايش را با دو تيغه ي پلاستيکي که با پارچه ي پشمي مالش داده ايد تکرار کنيد و مشاهده هاي خود را بيان کنيد. 

    ٥- آزمايش را با يک تيغه ي شيشه اي و يک تيغه ي پلاستيکي انجام دهيد .
نتيجه هاي تجربه ها ي انجام شده را بنويسيد و ربايشي يا رانشي بودن نيرو ها را مشخص کنيد .

جواب :

1: تيغه شيشه اي خرده هاي كاغذ را مي ربايد و اندكي بعد آنها را رها مي سازد.

2- تيغه پلاستيكي نيز ابتدا خرده هاي كاغذ را مي ربايد و بعد از مدتي آنها را رها مي سازد.

3- بعلت هم نوع بودن بار تيغه هاي شيشه اي( هر دو مثبت) تيغه آويخته توسط تيغه ديگر رانده مي شود.

4- مثل حالت قبل تيغه هاي پلاستيكي كه هر دو بار منفي دارند يكديگر را مي رانند.

5- در اين حالت به دليل غير هم نوع بودن بارهاي تيغه ها، يكديگر را مي ربايند.

 

 

 قانون پايستگي بار الكتريكي

 بار الكتريكي از هيچ به وجود نمي آيد و از بين هم نمي رود، فقط از يك جسم به جسم ديگر منتقل مي شود. اين بيان را پايستگي بار الكتريكي مي نامند.

س: چند نوع بار الكتريكي وجود دارد؟

ج: دو نوع: (بار الكترون با علامت منفي) e-  ,( ( بار پروتون با علامت مثبت e+

س: بارهاي الكتريكي الكترون و پروتون چه فرقي با هم دارند؟

ج: از نظر مقدار يكي هستند اما علامتهاي مخالف هم دارند. توجه كنيد كه در نظر گرفتن علامتهاي منفي و مثبت براي بارهاي الكتريكي الكترون و پروتون يك اتمي قراردادي است و براي طبيعت اين علامتها مفهومي ندارند.

              

اختلاف پتانسيل الكتريكي

تعريف: عاملي را كه موجب جريان يا شارش بارهاي الكتريكي از يك نقطه به نقطه ديگر مي شود،اختلاف پتانسيل الكتريكي مي نامند.

بنابراين بار الكتريكي مي تواند خودبخود از نقطه اي با پتانسيل الكتريكي بيشتر به نقطه اي با پتانسيل الكتريكي كمتر شارش نمايد. اما براي شارش بار الكتريكي از پتانسيل كمتر به پتانسيل بيشتر بايد كار انجام داد( مثل شارش آب بين دو نقطه كه با هم اختلاف ارتفاع دارند). اختلاف پتانسيل الكتريكي را با نمادV نشان مي دهند. و يكاي آن ولت است.

تذكر: انرژي پتانسيل واحد جرم را پتانسيل گرانشي مي نامند و مقدار آن برابر است با:

 تعريف پتانسيل الكتريكي

 انرژي پتانسيل واحد بار را پتانسيل الكتريكي مي نامند.

س: وسيله اندازه گيري اختلاف پتانسيل چيست و چگونه در مدار قرار مي گيرد؟

ج: ولت سنج است. اين وسيله با قسمتي از مدار كه مي خواهيم اختلاف پتانسيل دو سر آن را اندازه بگيريم، به صورت موازي قرار داده مي شود. براي اندازه گيري دقيق، مقاومت داخلي ولت سنج بايد خيلي زياد باشد تا از آن جرياني عبور نكند.

 

 

 

 

س: مولد يا باتري چيست؟

ج: وسيله اي است كه با تبديل انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي، بين دو نقطه اختلاف پتانسيل الكتريكي به وجود آورده و سبب شارش بارهاي الكتريكي مي شود. در واقع مولد به بارهاي الكتريكي انرژي مي دهد تا شارش نمايند. پيل يا مولد را با علامت نشان  مي دهند.(|+ نمايانگر پايانه مثبت و -| نمايانگر پايانه منفي مولد است.)

 

س: تعريف نيروي محركه مولد؟

ج: بيشترين اختلاف پتانسيلي كه مولد مي تواند به وجود آورد نيروي محركه آن ناميده مي شود.

توان الكتريكي

 انرژي الكتريكي را كه توسط يك دستگاه در يك ثانيه به مصرف مي رسد، توان الكتريكي آن دستگاه مي نامند و با نماد P نشان مي دهند.

س: توان مصرفي از چه رابطه اي محاسبه مي شود؟

 

 

 

 

 

 

 

بهاي انرژي الكتريكي مصرفي:

بهاي انرژي الكتريكي مصرفي را كه بايد براي مصرف انرژي الكتريكي بپردازيم از حاصلضرب توان مصرفي در مدت زمان استفاده شده از دستگاه بستگي دارد.

W=Pt

اگر توان مصرفي بر حسب وات باشد انرژي مصرفي بر حسب وات ثانيه خواهد بود.
اگر توان مصرفي بر حسب كيلووات باشد انرژي مصرفي بر حسب كيلووات ساعت خواهد بود. (kwh)
كه معمولاً از حالت دوم استفاده مي‎شود.

مسئله: يك باتري 12 ولتي جرياني حدود 210 آمپر از آن مي‎گذرد. در هر 10 ثانيه چه مقدار انرژي مصرف مي شود ؟

W=VIt
W=10*210*12 =25200 ^Jol

مسئله: يك سماور برقي داراي توان مصرفي 2 كيلووات مي‎باشد اگر به ولتاژ 220 ولت وصل شود چه جرياني از آن مي‏گذرد.

P=VI
1000*2=220 I ==> I =100/11 ^A

مسئله : اگر يك لامپ 100 واتي در يك شبانه ‎روز 8 ساعت روشن باشد بهاي برق مصرفي ماهيانه چقدر مي‎شود (بهاي هر كيلو وات ساعت 100 ريال فرض كنيد)
توجه وات را به كيلو وات تبديل مي‎كنيم :

Eتذكر: در مراكز مسكوني يا صنعتي كه مصرف انرژي الكتريكي زياد است، براي محاسبه هزينه لازم، زمان مصرف را بر حسب ساعت( h ) و توان مصرفي را بر حسب كيلو وات( kw ) در نظر مي گيرند. در اين صورت با توجه به رابطه W=Pt ، انرژي مصرفي بر حسب كيلو وات ساعت ( kwh ) بوده و شمارنده ها( كنتورها) انرژي الكتريكي را بر حسب كيلووات ساعت مشخص مي كنند كه برابر است با:

س: براي صرفه جويي در مصرف انرژي الكتريكي چه بايد كرد؟

ج:

به طور كلي بايد در مصرف كليه وسايلي كه با انرژي الكتريكي كار مي كنند، مثل تلويزيون، لامپ روشنايي، اتو، يخچال، لباسشويي و غيره استفاده بهينه كرد. يعني ازمصرف غير ضروري آنها خودداري نمود. به خصوص هنگام اوايل شب كه مصرف برق زياد است، نبايد از وسايل پر مصرفي چون اتو و لباسشويي و كولر استفاده كرد. و همچنين مي توان براي روشنايي، لامپ هاي مخصوص كم مصرف گازي يا مهتابي را به كار برد.

 

خلاصه فصل سوم

1-ماهيت الكتريسيته به دليل وجود بارهاي الكتريكي در اتمهاي ماده است. در اتم دو ذره با بار الكتريكي وجود دارد. پروتون با بار مثبت كه در داخل هسته قرار دارد و الكترون كه بار منفي دارد و به دور هسته مي چرخد.

مقدار بار الكتريكي پروتون و الكترون با هم برابر اما از نظر علامت مخالف هم هستند. به اين علت هسته يك اتم در حالت عادي از نظر بار الكتريكي خنثي مي باشد مقدار بار يك پروتون يا يك الكترون برابر است با:                                                  

مثل( q ) 2-هر مقدار بار الكتريكي را مي توان مضرب صحيحي از بار يك الكترون( يا يك پروتون) در نظر گرفت. يعني:

n عدد صحيح و مثبت است.

الكتريسيته بر دو نوع است: الكتريسيته ساكن و الكتريسيته جاري.3-

هرگاه الكتريسيته توليد شده در محل توليد باقي بماند آنرا الكتريسيته ساكن مي نامند و اگر بارهاي توليدشده شارش نمايند، الكتريسيته جاري مي گويند.

4-بنا به قانون پايستگي بار الكتريكي، بار الكتريكي از هيچ به وجود نمي آيد و از بين هم نمي رود، فقط از يك جسم به جسم ديگر منتقل مي شود.

يكاي بار الكتريكي كولن است و آنرا با نماد C نشان مي دهند.5-

6-بارهاي الكتريكي خنثي نشده يك جسم را بار الكتريكي خالص مي نامند. بطوريكه اگر اتمي الكترون اضافي دريافت كند، بار خالص منفي بدست مي آورد و اگر الكترون از دست بدهد بار خالص مثبت پيدا مي كند.-

7-بنا به قانون الكتريسيته ساكن، بارهاي همنوع يكديگر را مي رانند و بارهاي غير همنوع يكديگر را مي ربايند

به دو روش مالش و القا مي توان الكتريسيته ساكن به وجود آورد.8-

9-در روش مالش با ماليدن دو جسم نارسا بر هم بارهاي الكتريكي از يك جسم به جسم ديگر منتقل مي شوند و در آنها بارهايي مساوي اما با علامت مخالف ايجاد مي شود. مثلاً در اثر مالش ميله لاكي به پارچه پشمي، الكترون از پارچه به روي ميله منتقل مي شوند و در اين عمل ميله بار خالص منفي و پارچه بار خالص مثبت پيدا مي كنند.

در روش القا با نزديك كردن يك 10-جسم باردار به يك جسم رساناي بدون بار درآن بار الكتريكي ايجاد مي شود. مثلاًاگر يك ميله لاكي باردار( با بار منفي) را به يك كره فلزي كه بر روي پايه عايقي قرار دارد نزديك كنيم، بارهاي منفي كره از ميله رانده مي شوند. اگر كره را به زمين اتصال دهيم تا بارهاي منفي به زمين بروند و سپس ميله را دور كنيم، در كره بار خالص مثبت باقي مي ماند.

11-اجسامي كه به راحتي الكتريسيته را از خود عبور مي دهند رساناي الكتريكي و اجسامي كه الكتريسيته را از خود عبور نمي دهند، نارساناي الكتريكي مي نامند.

12-در رساناهاي فلزي، الكترونها مي توانند به راحتي از اتمهاي خود جدا شده و با حركت در درون جسم موجي رسانش شوند. اين الكترون ها را الكترون هاي آزاد مي نامند.

الكتروسكوپ يا برقنما وسيله اي است كه بر اساس القا بار الكتريكي عمل ميكند و كاربرد آن عبارتند از:13-

الف- پي بردن به وجود بارهاي الكتريكي كم و ضعيف در يك جسم.

ب-  تعيين نوع بار الكتريكي در يك جسم.

پ- تعيين رسانايي يا نارسانايي الكتريكي يك جسم.

الكتروسكوپ تشكيل شده است از يك ميله فلزي كه در يك طرف آن كلاهكي فلزي و در طرف ديگر ورق نازك طلا( يا يك فلز ديگر) نصب شده و مجموعه در داخل  يك جعبه شيشه اي قرار دارد.

14-اختلاف پتانسيل الكتريكي عامل جريان يا شارش بارهاي الكتريكي از يك نقطه به نقطه ديگر است.اختلاف پتانسيل را نماد V نشان مي دهند و يكاي آن ولت است.

15-وسايلي مثل باتري، دينامو، ژنراتور مي توانند با ايجاد اختلاف پتانسيل بين دو نقطه موجب جريان الكتريكي بين آن دو نقطه شوند. در باتري هاي خشك معمولي انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل مي شود.

مدار الكتريكي، مسير بسته اي است كه جريان الكتريكي را برقرار مي كند.16-

يك مدار الكتريكي ساده، تشكيل شده است از يك مولد اختلاف پتاسيل ( مثل يك باتري) يك مصرف كننده الكتريسيته( مثل يك لامپ) كه با سيم هاي نازكي به هم وصل شده اند.

17 - بيشترين اختلاف پتانسيلي كه يك مولد يا باتري مي تواند به وجود آورد، نيروي محركه آن ناميده مي شود.

18-وسيله اندازه گيري اختلاف پتانسيل در مدار ولت سنج است و اين وسيله با قسمتي از مدار كه مي خواهيم اختلاف پتانسيل دو سر آن را اندازه بگيريم، به صورت موازي قرار مي گيرد.

19-جهت قراردادي جريان الكتريكي در يك مدار از قطب مثبت به  طرف قطب منفي باتري در نظر گرفته مي شود.

20-آهنگ شارش بار الكتريكي( يعني بار شارش شده در يك ثانيه) را شدت جريان الكتريكي مي نامند. شدت جريان را با نماد I نشان مي دهند و يكاي آن آمپر (A ) است.

21-مقدار شدت جريان در يك مدار از نسبت بار الكتريكي شارش شده به زمان شارش به دست مي آيد:                                       

از رابطه بالا نتيجه مي شود بار الكتريكي شارش شده توسط شدت جريان I در زمان t 22-برابر است با:                                                

23-نتيجه مي شود يك كولن برابر يك «آمپر-  ثانيه» است. به عبارت ديگر يك كولن مقدار بار الكتريكي است كه توسط جرياني به شدت يك آمپر در مدت يك ثانيه در مدار شارش مي شود q=It. از رابطه

24-مقاومت اجسام و مواد مختلف در مقابل عبور جريان الكتريكي از خود را مقاومت الكتريكي مي گويند. مقاومت الكتريكي را با نماد R نشان ميدهند و يكاي آن اهم  است.

- بنا به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل دو سر يك رسانا (V ) به شدت جرياني كه از آن مي گذرد(I ) 25-، مقدار ثابتي است. اين مقدار ثابت برابر مقاومت الكتريكي رسانا است . يعني:

انرژي الكتريكي نسبت به ساير انرژي ها سالم تر بوده و انتقال و تبديل آن آسان تر است.26

انرژي الكتريكي تبديل شده( يا مصرف شده) در يك وسيله الكتريكي با عامل هاي زير متناسب است:27-

الف- مقاومت الكتريكي رسانا(R).

ب- زمان عبور جريان الكتريكي( t).

پ- مجذور شدت جريان الكتريكي²(I) .

با توجه به عامل هاي بند قبل مصرف انرژي الكتريكي( W) 28-در يك وسيله الكتريكي از رابطه زير محاسبه مي شود:

    W=RI²t

29-انرژي الكتريكي را كه توسط يك دستگاه در يك ثانيه به مصرف مي رسد توان الكتريكي آن دستگاه مي نامند و بانماد P نشان مي دهند و يكاي آن وات است. توان مصرفي از رابطه زير محاسبه مي شود:                                                        P=RI²

با توجه به رابطه اهم يعني V=RI براي توان مصرفي رابطه هاي زير را نيز مي توان به دست آورد:

P=VI          و           P= V²/R

با توجه به تعريف توان مصرفي، انرژي الكتريكي مصرف شده(W) در يك وسيله الكتريكي در زمان(t ) 30-از رابطه زير بدست مي آيد:

W=Pt

31-براي محاسبه انرژي الكتريكي مصرف شده در مراكز مسكوني يا صنعتي و تجاري، مقدار انرژي الكتريكي مصرف شده در يك ساعت بر حسب كيلووات ساعت را به عنوان يكا يا مبناي محاسبه در نظر مي گيرند و آن را با نماد kwh نشان مي دهند.