فصل الکتریسیته ی ساکن

به طور کلی الکتریسیته بر2 نوع است 1 الکتریسیته ساکن 2 الکتریسیته جاری که هر 2 نوع ان در اثر وجود الکترون تولید می شود.

الکتریسیته ساکن ( الکتریسیته ی مالشی )  وقتی که دو جسم را با یکدیگر مالش می دهیم در اثر مالش دادن تعدادی از الکترون ها از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شوند یعنی در واقع ان دو جسم دارای بار الکتریکی می شود و چون این نوع الکتریسیته در اثر مالش بوجود امده به ان الکتریسیته مالشی می گویند و چون جسم ساکن می باشد به ان الکتریسیته ساکن نیز میگویند.

الکتریسیته ساکن بر دو نوع است.

1_الکتریسیته مثبت: وقتی میله ی شیشه ای را با پارچه ابریشمی یا پاکت فریزر مالش می دهیم قبل از مالش دادن هر دوی انها خنثی می باشند اما در اثر مالش دادن تعدادی از الکترون ها از میله شیشه ای وارد پارچه ی ابریشمی یا پاکت فریزر می شود

در نتیجه میله ی شیشه ای دارای بار + و پارچه ی ابریشمی یا پاکت فریزر دارای بار –

 

2_الکریسیته منفی:  وقتی که میله ی پلاستیکی را با پارچه ی پشمی مالش می دهیم قبل از مالش دادن هر دوی انها خنثی می باشند اما در اثر مالش دادن تعدادی از الکترون ها از پارچه پشمی وارد میله پلاستیکی می شوند در نتیجه میله پلاستیکی دارای بار الکتریکی – وپارچه ی پشمی دارای بار + می شود.

 

 

!!نکته!! پروتون های + در هسته ی اتم قرار دارند و در شرایط عادی قابلیت انتقال و جابجایی ندارند زیرا تحت تاثیر نیروی جاذبه ی هسته می باشند پس 2 راه بار دار شدن جسم که دارای بار الکتریکی می شود عبارتند از

1_ دادن الکترون که خود جسم دارای بار الکتریکی + می شود

2_ گرفتن الکترون که جسم دارای بار الکتریکی – می شود.

 

2_ قاعده بار های الکتریکی

1_ بارهای  هم نام (بار + با بار + ) ( بار – با بار -) یکدیگر را می رانند یا دفع می کنند .

2_ بار های غیر هم نام ( بار + با بار -)یکدیگر را می ربایند یا جذب میکنند

همانطور که میدانید هر اتم از 3 ذره بنیادی تشکیل شده است . که این 3 ذره عبارتند از پروتون با بار الکتریکی + و الکترون با بار الکتریکی – و نوترون که بار الکتریکی نداردو خنثی میباشد و در حالت عادی به علت اینکه تعداد پروتون ها و الکترون ها ی یک اتم مساوی می باشد این اتم در حالت عادی خنثی است  زیرا بار الکتریکی یک پروتون و یک الکترون مساوی می باشد و بار یک الکترون یا یک پروتون را کوچیکترین تعداد بار الکتریکی به شمارمی اورند را اصطلاحا بار پایه می نامند وبا حرف ( E ) نشان می دهند.

و در سیستم بین المللی SI واحد ان کولن ( C ) می باشد و مقدار ان برابر است با

 10c^-19×66/1-=بار یک الکترونe

10c^-19×=+1/66بار یک پروتونe

در تمامی فرایند هایی که بر مبنای انتقال الکترون توجیه می شوند اگر جسمی بر اثر دادن الکترون یا گرفتن الکترون بار الکتریکی پیدا کند می توان نوشت

^e=بار الکتریکی یک ذره

T=بار الکتریکی جسم

n=تعداد ذره ی مبادله شده و واحد ندارد

 

 برای استفاده از فرمول بالا برای مشخص کردن نوع بار الکتریکی جسم باید به4 نکته زیر توجه داشت

1_ اگر اتمی الکترون بدهد نوع بار الکتریکی ان + می شود.

2_ اگر اتمی الکترون بگیرد نوع بار الکتریکی ان – می شود.

3_اگر اتمی پروتون بدهد بار الکتریکی ان – می شود.

4_در شرایط خاص یا فرضی اگر اتمی پروتون بگیرد و نوع بار الکتریکی ان + می شود.

قانون کولن = نیروی جاذبه یا نیروی دافعه بین 2 بار الکتریکی نقطه ای است متناسب با حاصل ضرب بارها و نسبت معکوس با مجذر فاصله ی 2 بار دارد.

یعنی

 

R=فاصله ی دو بار الکتریکی

F=نیرویی که2 بار بر هم وارد می کنند

!!نکته!! در صورتی که +f  شود یعنی نیروی بین دو جسم دافعه می باشد زیرا 2 بار هم نام هستند در صورتی که –fشود یعنی نیرو جاذبه می باشد زیرا بار الکتریکی غیر هم نام  می با شند                        .

برق نما یا الکتروسکوپ= وسیله ای است که از ان در موارد زیر استفاده میشود

1_وجود بار الکتریکی در اجسام (یعنی جسم دارای بار الکتریکی می باشد یا خیر)جسم را به کلاهک برق نمای خنثی که ورقه های ان به هم چسبیده اند نزدیک میکنیم تا تماس می دهیم در صورتی که ورقه های برق نما از هم دور شوند جسم دارای بار الکتریکی می باشد.

2_تشخیص نوع بار الکتریکی در جسم=(یعنی نوع بار الکتریکی جسم+ است یا -) ابتدا بار الکتریکی مشخص را به برق نما می دهیم مثلا با میله ی پلاستیکی – برق نما را دارای بار الکتریکی – می کنیم سپس جسمی را که می خواهیم نوع بار الکتریکی ان را مشخص کنیم به کلاهک برق نما نزدیک می کنیم در صورتی که ورقه های برق نما بیشتر از هم دور شوند نوع بار الکتریکی جسم نیز- می باشد زیرا بار های هم نام یکدیگر را می رانند و در صورتی که ورقه های برق نما به هم نزدیک شوند نوع بار الکتریکی جسم + می باشد زیرا بار های غیر هم نام یکدیگر را می ربایند .

3_ تشخیص مقدار بار الکتریکی در جسم =( یعنی از دو جسم که هر دو بار الکتریکی دارند کدامین بار الکتریکی بیشتری دارد.)

جسم را به صورت جدا گانه به کلاهک برق نما ی خنثی که ورقه های ان بهم چسبیده اند تماس می دهیم هر کدام که باعث شود ورقه های برق نما بیشتر از هم دور شوند بار الکتریکی بیشتری دارد.

4_رسانا یا نارسانا بودن یک جسم (به 2 طریق می توان تشخیص داد که کدام جسم رسانا و کدام جسم نارسانا است.)

الف) 2جسم را به صورت جدا گانه با پارچه ی پشمی مالش می دهیم و در کلاهک برق نما خنثی نزدیک می کنیم اگر ورقه های برق نما از هم دور شوند یعنی جسم نارسانا یا عایق می باشند زیرا در اثر مالش دارای بار الکتریکی شده است و اگر ورقه های برق نما از هم دور نشوند یعنی جسم رسانا می باشد زیرا در اثر مالش دارای بار الکتریکی نشده است به علت اینکه بار الکتریکی را از راه دست به زمین منتقل کرده.

ب) ابتدا برق نما را دارای بار الکتریکی می کنیم تا ورقه های ان از هم دور شوند سپس 2 جسم را به طور جداگانه به کلاهک برق نما تماس می دهیم اگر ورقه های برق نما تغییر نکند یعنی جسم نارسانا یا عایق می باشد و اگر ورقه های برق نما بسته شوند یعنی جسم رسانا می باشد زیرا به علت رسانا بودن بار الکتریکی برق نما را از راه دست به زمین منتقل می کند.

به 2 طریق می توان برق نما را دارای بار الکتریکی کرد.

1روش تماس    2روش القا

روش تماس = در این روش به2 طریق می توان برق نما را دارای بار الکتریکی کرد.

1_با استفاده از میله پلاستیکی – برق نما نیز دارای بار الکتریکی – می شود

میله پلاستیکی – را که با پارچه ی پشمی مالش داده ایم به کلاهک برق نما ی خنثی تماس می دهیم تعدادی از الکترون های- از میله ی پلاستیکی وارد برق نما می شوند و ورقه های برق نما از هم دور می شوند یعنی برق نما نیز بار الکتریکی – می گیرد

 

2_ با استفاده از میله ی شیشه ای + برق نما نیز دارای بار الکتریکی + می شود.

میله ی شیشه ای + را که با پارچه ابریشمی مالش داده ایم به کلاهک برق نما ی خنثی تماس می دهیم تعدادی از الکترون های برق نما را میگیرد و ورقه های برق نما از هم دور می شوند و برق نما دارای بار + می شود.

 

روش القاء

در روش القاء یک القاء کن (میله ی پلاستیکی یا شیشه ای ) و یک القاء گیر ( برق نما یا کره ی فلزی) وجود دارد که همیشه و در همه جا  بار القاء کن والقاء گیر مخالف یکدیگر می باشند

روش القا دو حالت دارد

1_ با میله ی پلاستیکی – برق نما را دارای بار + کرد

وقتی میله ی پلاستیکی – را به برق نما یا کره فلزی خنثی نزدیک میکنیم بار های + را به طرف خود می کشند و بار های – را دور می کند که در برق نما ورقه های ان از هم دور می شوند و وقتی که از طرف مقابل انگشت را به کلاهک برق نما یا کره ی فازی تماس می دهیم ورقه های برق نما به هم نزدیک می شوند و چون در این قسمت کره ی فلزی بار – وجود دارد بار های – به زمین تخلیه می شوند

و وقتی که انگشت را بر میداریم ومیله را دور میکنیم ورقه های برق نما از هم دور می شوند و با میله ی پلاستیکی – برق نما یا کره ی فلزی دارای بار + می شود.

 

با میله ی شیشه ای + برق نما یا کره ی فلزی خنثی دارای بار– می شود

وقتی که میله شیشه ای + را از یک طرف به کلاهک برق نما یا کره ی فلزی نزدیک می کنیم بار ها ی – را به طرف خود کشیده و بار های + را دور می کند و ورقه های برق نما از هم دور می شوند و سپس وقتی که انگشت را از طرف مقابل به کلاهک برق نما یا کره ی فلزی تماس میدهیم چون در این قسمت بار + وجود دارد الکترون منفی را از زمین می گیرد و ورقه های برق نما به هم نزدیک می شوند و سپس وقتی که انگشت را برداشته و میله ی شیشه ای را دور می کنیم با میله ی شیشه ای + برق نما یا کره ی فلزی دارای بار – می شود و ورقه های برق نما  از هم دور می شوند.

 

 

 

در روش القا باید به نکات زیر توجه داشت.

1_در جاهایی که رطوبت هوا زیاد است روش القا را انجام ندهیم زیرا رطوبت موجود در هوا مانند یک رسانا عمل کرده و از بار دار شدن برق نما جلو گیری میکند.

2_میله را از یک طرف به کلاهک برق نما نزدیک کنیم.

3_.

میله را اهسته  اهسته به کلاهک برق نما نزدیک کنیم و به محض اینکه ورقه های برق نما از هم دور شدند میله را بیشتر نزدیک نبریم زیرا تخلیه الکتریکی انجام می شود

4.

4_انگشت را از طرف دیگر ( مقابل میله ) به کلاهک تماس دهیم زیرا بار ها ی موافق میله ( هم نام ) که باید خنثی شوند در این قسمت قرار دارند

5

5_ زمین بزرگترین منبع الکترون می باشد که ان را پتانسیل خنثی یا پتانسیل صفر می نامند یعنی هر جسم بار داری که با زمین تماس پیدا کند باید خنثی شود اگر بار ان – باشد الکترون ها را بر زمین می دهد و خنثی می شود و اگر بار ان + باشد الکترون از زمین می گیرد و خنثی می شود.

 

 

*سوالات مربوط به الکتریسیته ی ساکن*

1_اگر ده میلیون الکترون (10000000000 ) از جسمی جدا شود.

الف) بار الکتریکی ایجاد شده در جسم چند کولن است؟

ب ) نوع بار الکتریکی جسم را مشخص کنید.

10^-19c                  )×(e=1/66

 

2_ برای انکه جسمی دارای یک کولن بار الکتریکی – شود چه تعداد الکترون به ان اضافه کنیم. 10^-19c                  )×(e=1/66

 

 

3_ دو بار الکتریکی                                     در فاصله ی 40cmاز یکدیگر قرار دارند.

الف) نیروی که این 2 بار بر یکدیگر وارد میکنند چند نیوتن است؟

ب) نوع نیرو را با دلیل مشخص کنید (10⁹×09/9=(k

 

 

 

 

4_ دو بار                 در مجاورت یکدیگر قرار دارند که اندازه ی بار        بزرگتر از بار      است بار        را در روی کدامیک از 4 نقطه مشخص شده در شکل قرار دهیم تا ان نقطه به حالت تعادل باقی بماند؟

 

 

5_ چرا تانکر های حمل سوخت زنجیری دارند که یک سر ان به بدنه ی تانکر نصب شده و سر دیگر ان با زمین تماس دارد؟

 

 

 

6_چرا به زیر بعضی از اتوموبیل های قدیمی  قطعه فلزی شبیه پیکان (فلش) نصب شده که نوک تیز ان به زمین نزدیکتر است؟

 

 

 

7_قانون پایستگی بار های الکتریکی را شرح دهید.

 

 

8_ چرا وقتی که لباس پشمی و لباس نایلونی بر روی هم می پوشیم به یکدیگر می چسبند؟

 

 

9_چرا به سیم های برق فشار قوی که از وسط خیابان رد می شوند کره های فلزی نصب می کنند؟

 

 

 

10_ چرا بار های الکتریکی در سطح خارجی اجسام فلزی رسانا بیشتر جمع می شوند؟

 

 

11_ چرا بار های الکتریکی در نوک تیز و مکان های بر جسته اجسام فلزی رسانا بیشتر جمع می شوند؟

 

 

12_ ایا اجسام فلزی رسانا را می توان با استفاده از روش مالش دارای بار الکتریکی کرد؟ شرح دهید.

13_ ایا اجسام نارسانا مانند یک قطعه پلاستیک را می توان به روش القا دارای بار الکتریکی کرد؟

 

 

14_چرا وقتی که میله ی پلاستیکی – را به ذرات کاغذ نزدیک می کنیم انها را جذب میکنند یا باد کنک پلاستیکی بار دار به دیوار می چسبد؟

 

 

 

15_ چرا قطره های ریز باران و مه در اطراف یون ها یا الکترون های موجود در هوا تشکیل می شوند؟

 

 

 

16_ چگونه می توان تشخیص داد که یک جسم دارای بار الکتریکی می باشد؟

ب) چگونه می توان تشخیص داد که نوع بار الکتریکی ان جسم + می باشد یا -؟

 

17_ تخلیه ی الکتریکی بین ابر  وابر دیگر را چه می نامند ؟ شرح دهید؟

 

 

الکتریسیته جاری

الکتریسیته جاری در اثر حرکت الکترون ها در یک مدار بسته به وجود می اید.

انواع الکتریسیته جاری

1_ جریان مستقیم (DC) جریانی است یک طرفه یعنی eهمواره در یک جهت حرکت می کنند که این نوع جریان به وسیله ی پیل و یا به وسیله ی باتری تولید می شود.

2_جریان متناوب (AC) جریانی است دو طرفه یعنی در هر ثانیه حدود 50 بار جهت جریان عوض می شود و به وسیله ی ژنراتور تولید می شود.

مدار انرژی الکتریکی

مسیر بسته ای می باشد که از منبع انرژی الکتریکی شروع شده و دوباره به منبع باز میگردد که یک مدار انرژی الکتریکی از 4 قسمت تشکیل شده است

 

منبع یا مولد=وسیله ای است که انرژی الکتریکی را تولید می کند یعنی صورتی از انرژی را مانند انرژی مکانیکی یا انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل میکند .

2_ رسانا = ماده ای است معمولا فلزی که جریان الکتریسیته را به خوبی از خود عبور می دهد مانند مس که ارتباط بین قسمت های مدار را برقرار می کند.

3_کلید = که برای قطع و وصل کردن یا روشن و خاموش کردن مدار به کار  می رود.

4_ مصرف کننده = وسیله ای است که انرژی الکتریکی را مصرف می کند یعنی انرژی الکتریکی را به صورت دیگری از انرژی که مورد نیاز ما است تبدیل می کند مانند لامپ انرژی به گرمایی و نورانی یا زنگ اخبار انرژی الکتریکی را به صوتی و موتور الکتریکی انرژی الکتریکی به مکانیکی.

مدار الکتریکی بر دو نوع است یعنی مدار می تواند به 2 حالت زیر وجود داشته باشد.

1_ مدار بسته = مداری که کلید وصل می باشد یعنی مصرف کننده روشن می باشد و انرژی الکتریکی به منبع باز می گردد.

2_ مدار باز یعنی کلید قطع است و مصرف کننده کار نمی کند و انرژی الکتریکی به منبع باز نمی گردد.

 

 

مواد از نظر عبور جریان الکتریسیته به 3 دسته تقسیم می شوند.

1

 

3 کمیت اصلی مهم در جریان الکتریسیته

1_ شدت جریان یا امپراژ ( I ) تعداد e  هایی که در واحد زمان (1ثانیه)

از سطح مقطع 1 رسانا عبور میکند. واحد ان امپر (A)  می باشد برای اندازه گیری ان از امپرسنج استفاده می کنند امپرسنج در مدار به شکل سری یا متوالی قرار می گیرد.

2_ اختلاف پتانسیل یاولتاژ(V) دو سر یک منبع از نظر مقدار انرژی الکتریکی با یکدیگر اختلاف دارند که این اختلاف را اختلاف پتانسیل می نامند واحد ان ولت (V)  می باشد برای اندازه گیری ان از ولت سنج یا ولت متر استفاده می شود که ولت سنج در مدار به شکل موازی قرار می گیرد.

 

3_ مقاومت الکتریکی (R) نوعی اصطکاک است که مانع حرکت e ها می شود واحد ان اهم (         )امگا می باشد . برای اندازه گیری ان از اهم متر یا اهم سنج استفاده می شود . که این دستگاه در مدار خاموش قرار می گیرد.

!!نکته!! برای اندازه گیری شدت جریان اختلاف پتانسیل و مقاومت الکتریکی به جای استفاده از 3 وسیله ی امپرسنج و ولت سنج و اهم متر می توان از یک دستگاه به نام اوومتر یا مولتی متر استفاده کرد.

 

قانون اهم

در دمای ثابت نسبت اختلاف پتانسیل به شدت جریان مقدار ثابتی می باشد که این مقدار ثابت را مقاومت الکتریکی می نامند و می توان بر اساس مثلث اهم رابطه ی ان را این چنین نوشت

 

مقاومت یک رسانا به عوامل زیر بستگی دارد

1_ طول رسانا   ( L ) که واحد ان متر (M)می باشد مقاومت یک رسانا با طول ان نسبت مستقیم دارد یعنی هر چه طول رسانا بیشتر باشد به همان نسبت مقاومت رسانا نیز بیشتر می شود.

!!نکته!! در بعضی جاها که می خواهیم رسانایی خوب باشد تا حد امکان طول رسانا را کوتاه انتخاب می کنیم و در بعضی جاها مانند بخش گرماده ( مثل بخاری برقی) تا حد امکان طول را بلند انتخاب می کنیم به همین علت سیم مقاومت (المنت) را فنری یا مارپیچی می سازند تا طول ان بلند شده و در مقابل عبور جریان الکتریسیته مقاومت کرده وجریان را به گرما تبدیل می کند.

2_ سطح مقطع یا ضخامت رسانا (A) که واحد ان متر مربع می باشد سطح مقطع با مقاومت نسبت عکس دارد و یعنی هر چه سطح مقطع بیشتر باشد مقاومت رسانا کم تر است و بر عکس.

!!نکته!! به همین علت سیم های رسانا را تا حد امکان ضخیم تر انتخاب می کنند تا مقاومت ان ها کم تر و رسانایی الکتریکی ان ها بیشتر شود و بر عکس سیم های مقاومت یا المنت بخاری برقی را تا حد امکان نازک انتخاب می کنند تا مقاومت زیاد و انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود .

3 _ مقاومت ویژه یا جنس رسانا (        ) بعضی از فلزات مانند طلا نقره و مس الو مینیم رسانایی خوب می باشند و جریان الکتریسیته را به خوبی از خود عبور می دهند.

!!نکته!! در جاهایی که می خواهند رسانایی الکتریکی خوب باشد از رسانا های خوب از جمله مس استفاده میکنند اما در جاهایی که می خواهند مقاومت زیاد باشد مانند سیم المنت بخاری برقی از الیاژ هایی مانند نیکروم ( الیاژی است از نیکل و و کرم که مقاومت ان 80 برابر مس می باشد ) و کرومل ( الیاژی از نیکل اهن و کرم که مقاومت ان 70 برابر مس می باشد استفاده می کنند)

4_دما (T) که واحد ان درجه سانتی گراد (^`C)است . در رسانا ها با افزایش دما مقاومت الکتریکی نیز افزایش می یابد و رسانا یی الکتریکی کم می شود اما در نیم رسانا ها و نارسانا ها با افزایش دما مقاومت الکتریکی  کم شده و رسانایی الکتریکی افزایش می یابد .

اگر دما را ثابت بگیریم بین 3 کمیت دیگر برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی رسانا می توان رابطه ی زیر را نوشت

 

 

مولد یا منبع = وسیله ای است که مهم ترین قسمت مدار انرژی الکتریکی می باشد و در صورتی از انرژی را به انرژی  الکتریکی تبدیل کند که در جریان مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی و در جریان متناوب انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود .مولد های تولید جریان مستقیم(DC) 1_ پیل الکترو شیمیایی (پیل شیمیایی) همانطور که از نام ان پیداست انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند . پیل الکترو شیمایی از 3 قسمت تشکیل شده است.

الف) محلول الکترولیت

یک ماده شیمیایی می باشد که رسانای جریان الکتریسیته است و با الکترود یا قطب – واکنش شیمیایی انجام می دهد که در پیل شیمیایی محلول الکترولیت سولفور یک اسید (H2SO4)می باشد.

ب)الکترود یا قطب –

تیغه ای است ذغالی یا فلزی که رسانای جریان الکتریسیته می باشد و با محلول الکترولیت واکنش شیمیایی انجام می دهد که در پیل شیمیمایی از جنس فلز روی (Zn)می باشد .

ج) الکترود یا قطب +

تیغه ای است ذغالی یا فلزی که رسانای جریان الکتریسیته می باشد و در پیل شیمیایی از جنس فلز مس (Cu)می باشد.

 

 

 

وقتی که مطابق شکل الکترود + و الکترود – را در محلول الکترولیت قرار می دهیم قطب – (فلز روی ) با محلول الکترولیت ( سولفوریک اسید) واکنش شیمیایی انجام میدهد و هر اتم روی (zn) به صورت zn²⁺ در امده یعنی 2 الکترون در محلول بر جای می گذارد و حرکت این الکترون ها از قطب- به سمت قطب + باعث تولید جریان الکتریسیته می شود.

 

!!نکته!! بعد از مدتی جریان تولید نمی شود و لامپ خاموش می شود زیرا بر طبق واکنش                                          

 

الف) تولید روی سولفات می شود که یک نارسانا است و اطراف تیغه ها را می گیرد و جریان قطع می شود.

ب) حباب های گاز هیدروژن تولید شده که نارسانا هستند اطراف الکترود + (مس) را می گیرد و جریان قطع می شود .

2_ پیل خشک ( پیل کلانشه ) در پیل خشک الکترود – ازجنس فلز روی ( نقره ای رنگ ) می باشد که همان بدنه ی پیل را تشکیل می دهد

و الکترود + از جنس ذغال ( کربن) می باشد که در وسط پیل قرار دارد و الکترولیت ان خمیری از جنس پودر ژلاتین و امونیم کلرید (NH4CL) می باشد وقتی که فلز روی (الکترود -) با الکترولیت واکنش می دهد اتم های روی به صورت یون های ZN²⁺  در می ایند یعنی هر اتم روی 2 الکترون در محلول بر جای می گذارد که حرکت این الکترون ها از قطب – به سمت قطب + باعث تولید جریان الکتریسیته می شود در ضمن بقیه ی فضای خالی پیل از مخلوط گرد کربن ومنگنز دی اکسید (MnO₂) پر شده است که این ماده از جمع شدن حباب های گاز هیدروژن در اطراف قطب + جلو گیری می کند و قسمت بالای پیل یک ماده ی عایق مانند قیر یا قیبر یا پلاستیک وجود دارد که اولا نمی گذارد قطب + و – با هم اتصالی کنند و ثانیا از خشک شدن خمیر جلو گیری می کند.

!!نکته!!  بعد از  مدتی پیل از کار می افتد و جریان تولید نمی کند زیرا اولا خمیر خشک می شود و ثانیا حباب های گاز هیدروژن تولید شده اطراف تیغه ی ذغالی را می گیرند و چون نارسانا هستند نمی گذارند که جریان تولید شود.

3_انباره ی سربی ( اکومولاتور ) در انباره ی سربی قطب ها از صفحات مشکی ساخته می شوند که از جنس الیاژی از سرب و انتیموان می باشد . قطب مثبت از جنس سرنج (Pb₃O₄) وقطب منفی از جنس لیتارژ (PbO)می باشد که درون محلول الکترولیت (سولفوریک اسید) قرار می گیرد برای پر کردن انباره مدت معینی از ان جریان مستقیم عبور می کند که پس از اولین شارژ قطب + به سرب دی اکسید ((PbO₂ وقطب – به سرب ((Pbتبدیل می شود و در اثر واکنش قطب - (سرب) با محلول الکترولیت ( سولفوریک اسید) اتم های سرب به صورت یون های Pb²⁺در امده یعنی هر اتم سرب 2 الکترون در محلول بر جای می گذارد که حرکت این e ها از قطب – به سمت قطب + باعث تولید جریان می شود .

!!نکته!! بعد از مدتی جریان قطع می شود یعنی انباره شارژ یا تخلیه می شود که تخلیه انباره ممکن است به یکی از 2 عامل زیر بستگی دارد.

الف) کاهش چگالی اسید

ب) بر طبق واکنش رو به رو                                      

تولید سرب سولفات می شود یعنی صفحات انباره ی سولفاته می کنند و چون نارسانا است جریان قطع می شود .

به طور کلی پیل ها را به 2 صورت به یکدیگر وصل می کنند .

1_ اتصال سری یا متوالی یا همسو= که در این روش قطب + هر پیل به قطب – پیل مجاورش وصل می شود در این روش اختلاف پتانسیل کل برابر با مجموع اختلاف پتانسیل پیل ها می باشد.

 

2_ اتصال موازی یا غیر همسو = در این روش قطب + تمام پیل ها به هم و قطب – تمام پیل ها نیز به هم وصل می شود و اختلاف پتانسیل کل برابر با اختلاف پتانسیل یکی از پیل ها می باشد اما در عوض نیروی محرکه پیل ها افزایش می یابد و دوام ان بیشتر می شود

 

!!نکته!!در پیل ها جریان از سمت قطب – به سمت قطب + می باشد .

اما دانشمندان اولیه الکتریسیته مانند ولت و ولتا و امپر و...

فکر می کردند که جهت جریان از قطب + به سمت قطب – می باشد که به افتخار این دانشمندان به طور قراردادی جهت جریان را از سمت + به سمت قطب – در نظر می گیرند زیرا در حل مسائل فرقی نمی کند که جهت جریان از + به – باشد یا از – با + باشد.

به طور کلی به 2 شکل می توان مقاومت ها یا مصرف کننده ها را به هم بست

1روش سری یا متوالی = در این روش جریان از یک مقاومت یا مصرف کننده وارد دیگری می شود. در این روش یا تمامی ان ها روشن و یا تمامی ان ها خاموش می باشند . پس برای تمامی ان ها یک کلید کافی می باشد.در روش سری یا متوالی شدت جریان در کل مدار مساوی و یکسان می باشد اما اختلاف پتانسیل بین ان ها تقسیم می شود و برای به دست اوردن مقاومت معادل یا مقاومت کل می توان از رابطه ی زیر استفاده کرد .

 

2_روش موازی = در این روش جریانی که وارد هر کدا از مقاوم ها یا مصرف کننده ها می شود جداگانه می باشد و ربطی به دیگری ندارد در نتیجه برای هر کدام از ان ها یک کلید جداگانه می گذارند و بعضی از ان ها می توان خاموش باشند در روش موازی ولتاژ در کل مدار مساوی و یکسان می باشد اما شدت جریان یا امپراژ بین ان ها تقسیم می شود برای بدست اوردن مقاومت کل می توان از رابطه ی زیر استفاده کرد

 

؟؟سوال؟؟ 2مقاومت                         یک مرتبه به شکل سری و بار دیگر به شکل موازی به هم بسته شده اند در هر 2 حالت مقامت کل یا مقاومت معادل را به دست اورده و سپس ان دو را با هم مقایسه کنید .

چه نتیجه ای می گیرید؟

 

نقاط هم پتانسیل در مدار انرژی الکتریکی

اگر بین دو نقطه از یک مدار الکتریکی اختلاف پتانسیل وجود نداشته باشد ان دو نقطه هم را پتانسیل می نامند که در مورد نقاط هم پتانسیل می توان نتیجه گرفت

الف) اگر یک وسیله ی الکتریکی بین این دو نقطه قرار داشته باشد کار نمی کند و می توان ان را از مدار حذف کرد.

ب) دو نقطه ی هم پتانسیل را می توان بر هم منطبق کرد .

نتاط هم پتانسیل در 2 حالت زیر به وجود می ایند

1_ حالت اول = اگر 2 نقطه از یک مدار الکتریکی را با یک سیم بدون مقاومت بر هم وصل کنیم ان دو نقطه هم پتانسیل می باشند و وسیله ی الکتریکی که بین این 2 نقطه قرار دارد کار نمی کند زیرا جریانی از ان نمی گذرد که اصطلاحا گفته می شود ان وسیله ی برقی اتصالی کرده است یا به عبارت دیگر دیگر تشکیل مدار کوتاه شده است .

 

 

 

 

 

 

2) حالت دوم = اگر مقاومت ها به صورتی با یکدیگر ترکیب شوند که تشکیل پل و تستون شود یعنی R₄)×R₃=R₂×(R₁ باشد که در این حالت مطابق شکل دو نقطه یa و B هم پتانسیل می باشند و بین این 2 نقطه اختلاف پتانسیل وجود ندارد یعنی از مقاومت R₅جریانی نمیگذرد و می توان ان را از مدار حذف کرد

 

 

توان انرژی الکتریکی

اهنگ مصرف انرژی الکتریکی را توان انرژی الکتریکی می نامند که توان انرژی الکتریمی وسایل برقی مختلف متفاوت می باشد مثلا توان یک بخاری برقی بیشتر از توان یک لامپ است زیرا در زمان معین یک بخاری برقی نسبت به لامپ انرژی الکتریکی بیشتری مصرف می کندیعنی انرژی الکتریکی بیشتری را به تابش و گرمایی تبدیل می کند .

برای محاسبه ی توان انرژی الکتریکی از رابطه زیر استفاده می کنیم

 

 

!!نکته!! از رابطه صفحه قبل برای محاسبه ی توان انرژی الکتریکی هر نوع وسیله ی برقی می توان استفاده کرد.

توان انرژی الکتریکی 2 رابطه ی دیگر نیز دارد که از این 2 رابطه برای محاسبه ی توان انرژی الکتریکی وسایل برقی استفاده می شود که دارای بخش گرماده (مانند اتو سماور اب گرم کن و بخاری و... ) باشند که این 2 رابطه با استفاده از رابطه ی i×V=P ومثلث اهم بدست می ایند که این 2 فرمول عبارتند از

 

 

 

 

 

محاسبه ی انرژی الکتریکی مصرفی

چون تولید انرژی الکتریکی و رساندن ان به محل مصرف هزینه های زیادی به همراه دارد در نتیجه باید از بابت مصرف  انرژی  الکتریکی مبلغی را به شرکت برق پرداخت کنیم که محاسبه ی این انرژی الکتریکی مصرفی در داخل منزل وسیله ی دستگاهی به نام کنتور انجام می شود اما اگر خودمان بخواهیم در یک زمان معین انرژی الکتریکی  مصرف توسط وسایل برقی را محاسبه کنیم می توانیم از رابطه ی زیر استفاده کنیم

 

!!نکته!! واحد وات ساعت (W.H) برای محاسبه ی انرژی الکتریکی مصرفی یک واحد کوچک می باشد در نتیجه از واحد بزرگ تری به نام کیلو وات ساعت (K.W.H) استفاده می کنیم که هر یک کیلو وات ساعت برابر باهزار وات می باشد (KWH=1000wh1(

!!نکته!! اگر بخواهیم بهای برق مصرفی را که باید پرداخت کنیم محاسبه کنیم برای محاسبه ی ان می توانیم از رابطه ی زیر استفاده کنیم

 

 

؟؟سوال؟؟ در داخل یک منزل 5 لامپ 100w مدتی روشن بوده اند اگر بهای هر 1kwhانرژی الکتریکی مصرفی 1000ریال و بهای برق مصرفی در همین مدت زمان 100000ریال پرداخت شده باشد تعیین کنید این تعداد لامپ چه مدت زمانی روشن بوده اند؟

 

 

 

 

 

 

 

قانون ژول

مقدار گرمایی که در یک رسانا تولید می شود با توجه به قانون ژول به3 عامل بستگی دارد که این 3 عامل عبارتند از

1_ مقاومت الکتریکی (R) مقدار گرمای تولید شده در یک رسانا با مقاومت الکتریکی رسانا نسبت مستقیم دارد مثلا اگر دیگر کمیت ها را ثابت بگیریم مقاومت الکتریکی رسانا 2 برابر شود مقدار گرمای تولید شده در رسانا نیز 2 برابر می شود.

2_ شدت جریانی که از رسانا عبور می کند (I) مقدار گرمای تولید شده در یک رسانا با مجذور شدت جریانی که از رسانا عبور می کند نسبت مستقیم دارد مثلا اگر دیگر کمیت ها را ثابت بگیریم و شدت جریان 3 برابر شود مقدار گرمای تولید شده در رسانا 9 برابر می شود (Q=I²=3²=9)

3_ زمان عبور جریان (t) مقدار گرمای تولید شده در یک رسانا با زمان عبور جریان نسبت مستقیم دارد مثلا اگر دیگر کمیت ها را ثابت بگیریم و زمان عبور جریان 4 برابر شود مقدار گرمای تولید شده در رسانا نیز 4 برابر می شود.

با توجه بر 3 کمیت بالا  برای محاسبه مقدارگرمای تولید شده در 1 رسانا می توان از رابطه ی زیر استفاده کرد.

 

 

 

مولد تولید جریان متناوب (AC)

دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند که نام این دستگاه ژنراتور می باشد .

ژنراتور از 2 قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از

1_ سیم پیچ

2_ اهنربای دائم

که یکی از ان ها ثابت و دیگری متحرک  می باشد وقتی که اهنربا داخل سیم پیچ می چرخد یا سیم پیچ به دور اهنربا می چرخد سیم پیچ خطوط نیروی میدان مغناطیسی اهنربا را قطع می کند و جریان متناوب تولید می شود که به 3 طریق می توان جریان تولید شده را قوی تر کرد

1) استفاده از اهنربای بزرگ تر و قوی تر

2)  استفاده از دور سیم پیچ بیشتر

3) حرکت تند تر قسمت متحرک

!!نکته!! ولتاژی که توسط یک ژنراتور تولید می شود به 2 علت ان را افزایش می دهند

1)تا جریان الکتریسیته قدرت زیادی داشته باشد و بتواند از سیم ها ی با طول بلند عبور کند .

2) هرچه ولتاژ را افزایش دهیم بر عکس امپراژ کاهش میابد و بر طبق قانون ژول در طول مسیر انرژی الکتریکی کم تری به گرما تبدیل شده و به هدر می رود که دوباره در محل مصرف این ولتاژ را پایین اورده و روی 220Vتنظیم می کنند زیرا تمامی وسایل الکتریکی در کشور ما دارای 220ولتاژ می باشند.

ترانسفورماتور

دستگاهی است که برای کاهش یا افزایش ولتاژ جریان الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد .

ترانسفورماتور از 3 قسمت اصلی تشکیل شده که عبارتند از

1_ سیم پیچ اولیه = به سیم پیچی گفته می شود که جریان الکتریسیته وارد ان می شود یعنی سیم پیچی که ان را به برق وصل می کنند .

2_هسته ی اهنی= از جنس اهن خالص و نرم می باشد که وقتی جریان وارد سیم پیچ اولیه می شود هسته خاصیت مغناطیسی پیدا می کند و چون جریان از نوع متناوب می باشد و در هر ثانیه حدود 50 بار جهت جریان تغییر می کند میدان مغناطیسی اطراف هسته نیز تغییر جهت می دهند.

3_سیم پیچ ثانویه = وقتی که میدان مغناطیسی  اطراف هسته تغییر جهت میابد سیم پیچ ثانویه خطوط نیروی میدان مغناطیسی را قطع کرده و جریان متناوب تولید می کند .

 

 

 

 

انواع ترانسفورماتور

 

 

1_ ترانسفورماتور افزاینده = به ترانسفورماتوری گفته می شود که دور سیم پیچ ثانویه بیشتر از دور سیم پیچ اولیه می باشد ولتاژ ثانویه بیشتر از ولتاژ اولیه می باشد امپراژ ثانویه کم تر از امپراژ اولیه می باشد.

 

2) ترانسفورماتور کاهنده = به ترانسفورماتوریی گفته می شود که دور سیم پیچ ثانویه کم تر از دور سیم پیچ اولیه می باشد. ولتاژ ثانویه کم تر از ولتاژ اولیه می باشد.

امپراژ ثانویه بیشتر از امپراژ اولیه می باشد.

 

!!نکته!! در ژنراتور بین ولتاژ و امپراژ نسبت مستقیم وجود دارد یعنی به همان نسبتی که ولتاژ زیاد می شود امپراژ نیز زیاد می شود اگر ولتاژ 2 برابر شود امپراژ نیز 2 برابر می شود.

!!نکته!! در ترانسفورماتور بین ولتاژ و امپراژ نسبت عکس وجود دارد مثلا اگر ولتاژ 2 برابر شود امپراژ نصف می شود .

با توجه به نکات بالا در ترانسفورماتور ها همیشه بین دور سیم پیچ و ولتاژ و امپراژ رابطه ی زیربر قرار می باشد

 

توان انرژی الکتریکی در ترانسفور ماتور ها

در ترانسفورماتور ها با توجه به فرمول توان انرژی الکتریکی یعنی P=V.Iو باتوجه به این که ولتاژ با امپراژ نسبت عکس دارد توان انرژی الکتریکی همواره ثابت و یکسان می باشد  و هیچگاه تغییر نمی کند زیرا به همان نسبتی که ولتاژ در ثانویه زیاد می شود امپراژ در ثانویه کم می شود و بر عکس پس می توان نوشت

 

بازده یا  راندمان ترانسفور ماتور

با توجه به رابطه های:   

                              

  می توان برای محاسبه ی بازده ی ترانسفور ماتور رابطه ی زیر را نوشت

 

 

 

با توجه به این که دور سیم پیچ و ولتاژ با هم نسبت مستقیم دارند می توان برای بازده ی ترانسفورماتور رابطه ی زیر را نوشت

 

3 اثر مهم جریان الکتریسیته

1_ اثر شیمیایی

2_اثر گرمایی

3_ اثر مغناطیسی

اثر شیمیایی جریان الکتریسیته = با استفاده از این خاصیت جریان الکتریسیته می توان مواد مرکب مانند اب را تجزیه کرد.

برای تجزیه ی اب از دستگاهی به نام ولتامتر استفاده می شود ولتامتر دارای 2 تیغه ی ذغالی یا پلاتینی می باشد وقتی که داخل ولتا متر اب ناخالص میریزیم ( زیرا اب خالص رسانای جریان الکتریسیته نمی باشد) و ان را به جریان مستقیم وصل می کنیم اب شروع به تجزیه شدن می کند و هیدروژن + اطراف قطب منفی و اکسیژن – اطراف قطب مثبت جمع می شوند زیرا بار های غیر هم نام یکدیگر را می ربایند و چون بر طبق واکنش هیدروژن 2 برابر اکسیژن می باشد حجم گاز هیدروژن جمع شده در اطراف قطب منفی دو برابر حجم گاز اکسیژن منفی که اطراف قطب مثبت جمع شده می باشد.

 

 

!!نکته!! در ولتامتر حتما باید از جریان مستقیم استفاده کرد زیرا در جریان متناوب در هر ثانیه حدود 50 بار جهت جریان عوض می شود و جای قطب ها عوض می شود و گاز هیدروژن و اکسیژِن با هم مخلوط می شوند .

 

!!نکته!! در ولتامتر معمولا حجم گاز اکسیژن که باید نصف هیدروژن باشد از نصف کم تر است زیرا مقداری از اکسیژن با تیغه های ذغالی واکنش می دهد به همین علت امروزه به جای تیغه های ذغالی از تیغه های پلاتینی استفاده می کنند در ضمن چون قدرت حل شدن اکسیژن در اب 800 برابر قدرت حل شدن هیدروژن در اب می باشد به همین علت مدتی ولتامتر را روشن می کنند تااکسیژن در اب حل شده و اب از اکسیژن اشباع شود و سپس گاز ها را جمع اوری می کند.

اثر گرمایی جریان الکتریسیته در وسایلی که دارای بخش گرماده می باشد .

بخش گرماده به بخشی گفته می شود که در مقابل عبور جریان الکتریسیته مقاومت کرده و جریان الکتریسیته را به گرما تبدیل می کند.

ماده ای که در بخش گرماده مورد استفاده قرار می گیرد باید دارای 3 شرط زیر باشد

1) مقاومت زیادی داشته باشد.

2) وقتی که گرم می شود ذوب نشود.

3) وقتی که گرم می شود اکسید نشود یعنی با اکسیژن هوا ترکیب نشود

بهترین ماده ی موجود در بخش گرماده مانند بخاری برقی و سماور برقی اب گرم کن برقی و... الیاژهای نیکروم وکرومل می باشد.

 

 

!!نکته!! لامپ های التهابی نیز با استفاده از اثر گرمایی جریان الکتریسیته کار می کند که ماده ی مناسب در داخل لامپ رشته سیم تنگستن -(ولفرومW) می باشد که مقاومت بسیار زیادی دارد و انقدر گرم می شود که به دمای التهاب رسیده و نور سفید تولید می کند تا3370درجه ذوب نمی شود اما در دمای بالا اکسید می شود به همین علت حباب شیشه ای را دور ان کشیده و اکسیژن داخل ان را تخلیه می کنند و به جای اکسیژن مخلوطی از ارگون و نئون (Ar,Ne) که گاز بی اثر می باشند ومیل ترکیبی ندارند استفاده می کنند تا فشار گاز داخل لامپ با فشار هوای بیرون مساوی شود وحباب شیشه ای نشکند و لامپ نسوزد

اثر مغناطیسی جریان الکتریسیته در وسلیلی که دارای اهنربای الکتریکی موقت می باشد یعنی با استفاده از جریان الکتریسیته خاصیت مغناطیسی به وجود می اورند مانند زنگ اخبار و موتور الکتریکی ( پنکه و کولر و ماشین لباس شویی وهمزن و چرخ گوشت وابمیوه گیری ...

به 3طریق می توان به دلخواه خاصیت مغناطیسی را تغییر داد

1) قطع و وصل کردن جریان الکتریسیته مانند زنگ اخبار

2)  تغییر جهت جریان مانند موتور الکتریکی

3)  تغییر مقدار جریان = هر وسیله ای که دارای اهنربای الکتریکی است در صورتی که مقدار جریان را کم کنیم خاصیت مغناطیسی ضعیف تر می شود و در صورتی که مقدار جریان را افزایش دهیم خاصیت مغناطیسی شدید تر می شود .

 

3 تفاوت کار موتور الکتریکی با زنگ اخبار

1_ زنگ اخبار با قطع و وصل کردن جریان کار می کند  اما موتور الکتریکی با تغییر جهت جریان

2_ در زنگ اخبار از نیروی ربایش استفاده می شود اما در موتور الکتریکی هم از نیروی ربایش وهم از نیروی رانش استفاده می شود

3_ زنگ اخبار حرکت رفت و بر گشت دارد اما موتور الکتریکی حرکت چرخشی دارد.

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: