X
تبلیغات
رایتل

فیزیک 1 فصل 3

چهارشنبه 13 بهمن‌ماه سال 1389 ساعت 01:08 ب.ظ


برای دیدن مطلب به ادامه مطلب مراجعه فرمایید.

  

 

 الکتریسیته

 الکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به معنی کهربا گرفته شده است.چرا که هرگاه کهربا را با پارچه پشمی مالش دهیم، اجسام سبکی مانند کاه را به خود جذب می کند.

 ماهیت الکتریسیته

 ماهیت الکتریسیته به دلیل وجود بارهای الکتریکی در اتمهای ماده است. در نظریه امروزی اتمی، اتم تشکیل یافته است از یک هسته مرکزی که دارای دو نوع ذره پروتون با بار مثبت و نوترون بدون بار است و ذرات بسیار ریزی بنام الکترون با بار منفی که به دور هسته می چرخند.

 

 

 

 

انواع الکتریسیته

الکتریسیته  دو نوع است : الکتریسیته ساکن و الکتریسیته جاری.

س: الکتریسیته ساکن چگونه است؟

ج: هر گاه الکتریسیته تولید شده در محل تولید باقی بماند آنرا الکتریسیته ساکن می نامند.

س: الکتریسیته جاری چگونه است؟

ج: از حرکت الکترونها، الکتریسیته جاری به وجود می آید.

س: بار الکتریکی چیست؟

ج: چرخش الکترون به دور هسته در اثر وجود نیروی الکتریکی بین آنهاست و نیز بعضی از اجسام تحت شرایط خاصی بر هم نیروی جاذبه یا دافعه الکتریکی وارد می کنند. عامل این نیروها به سبب خاصیتی است که بطور ذاتی در الکترونها وجود دارد. لذا آن کمیت فیزیکی که این خاصیت را توصیف و بزرگی نیروی حاصل از آنها را تعیین می کند، بار الکتریکی نامیده می شود.

 

 

 

Eتذکر: ماهیت بار الکتریکی تا کنون شناخته نشده است.

    وسیله های آزمایش : دو تیغه ی شیشه ای - دو تیغه ی پلاستیکی - پارچه پشمی و ابریشمی - نخ - پایه دو عدد برای آویزان کردن تیغه ها .
    ١- تیغه ی شیشه ای را با پارچه ی ابریشمی مالش دهید و به خرده های کاغذ نزدیک کنید  . چه اتفاقی رخ می دهد ؟
    ٢- همین آزمایش را با تیغه ی پلاستیکی انجام دهید و مشاهده های خود را بیان کنید .

    ٣- تیغه ی شیشه ای را با پارچه ی ابریشمی مالش دهید و آن را از گرانیگاه به وسیله ی نخ خشک آویزان کنید .
سپس تیغه ی شیشه ای دیگری را با پارچه ی ابریشمی مالش داده و به تیغه ی شیشه ای آویخته شده نزدیک کنید ، چه اتفاقی رخ می دهد ؟  

 

    ٤- همین آزمایش را با دو تیغه ی پلاستیکی که با پارچه ی پشمی مالش داده اید تکرار کنید و مشاهده های خود را بیان کنید. 

    ٥- آزمایش را با یک تیغه ی شیشه ای و یک تیغه ی پلاستیکی انجام دهید .
نتیجه های تجربه ها ی انجام شده را بنویسید و ربایشی یا رانشی بودن نیرو ها را مشخص کنید .

جواب :

1: تیغه شیشه ای خرده های کاغذ را می رباید و اندکی بعد آنها را رها می سازد.

2- تیغه پلاستیکی نیز ابتدا خرده های کاغذ را می رباید و بعد از مدتی آنها را رها می سازد.

3- بعلت هم نوع بودن بار تیغه های شیشه ای( هر دو مثبت) تیغه آویخته توسط تیغه دیگر رانده می شود.

4- مثل حالت قبل تیغه های پلاستیکی که هر دو بار منفی دارند یکدیگر را می رانند.

5- در این حالت به دلیل غیر هم نوع بودن بارهای تیغه ها، یکدیگر را می ربایند.

 

 

 قانون پایستگی بار الکتریکی

 بار الکتریکی از هیچ به وجود نمی آید و از بین هم نمی رود، فقط از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود. این بیان را پایستگی بار الکتریکی می نامند.

س: چند نوع بار الکتریکی وجود دارد؟

ج: دو نوع: بار منفی( بار الکترون با علامت e- ) و بار مثبت ( بار پروتون با علامت e+ ).

س: بارهای الکتریکی الکترون و پروتون چه فرقی با هم دارند؟

ج: از نظر مقدار یکی هستند اما علامتهای مخالف هم دارند. توجه کنید که در نظر گرفتن علامتهای منفی و مثبت برای بارهای الکتریکی الکترون و پروتون یک اتمی قراردادی است و برای طبیعت این علامتها مفهومی ندارند.

              

 

س: کمترین مقدار بار الکتریکی در طبیعت چقدر است؟

ج: اندازه بار الکتریکی یک الکترون( یا یک پروتون) به عنوان یکای طبیعی بار الکتریکی یعنی کوچکترین بار الکتریکی موجود در ماده در نظر گرفته می شود و مقدار آن برابر است با:

به این ترتیب هر بار الکتریکی( مثل q) مضرب صحیحی از این بار پایه خواهد بود یعنی:

n یک عدد صحیح و مثبت است.

س: از رابطه q=n e چه نتیجه اساسی در فیزیک حاصل می شود؟

ج: این رابطه نشان می دهد بار الکتریکی نیز مانند ماده ساختمان دانه ای دارد. یعنی همانطور که ماده از ذرات ریزی بنام اتم درست شده است، بار الکتریکی نیز از ذراتی بنام الکترون(یا پروتون) تشکیل یافته است.

 یکای بار الکتریکی در سیستم SI

 یکای بار الکتریکی در SI کولن است که با حرف C نشان می دهند.

س: بار الکتریکی خالص یعنی چه؟

ج: یک اتم در حالت عادی از نظر الکتریکی خنثی است. یعنی تعداد بارهای مثبت و منفی آن با هم برابرند. اگر این تعادل را با گرفتن یا دادن الکترون به اتمهای یک جسم برهم بزنیم، دیگر جسم از نظر بار الکتریکی خنثی نخواهد بود. در این  حالت می گوییم جسم دارای بار الکتریکی خالص است. به عبارت دیگر بارهای الکتریکی خنثی نشده یک جسم را بار الکتریکی خالص می نامند.

Eتذکر: توجه کنید وقتی که یک اتم الکترون اضافی دریافت می کند دارای بار الکتریکی خالص منفی می شود و اگر الکترون از دست بدهد به دلیل وجود پروتونهای اضافی خنثی نشده،بار الکتریکی خالص آن مثبت خواهد بود.

س: نیروی الکتریکی چگونه است؟

ج: نیرویی را که اجسام دارای بار الکتریکی به یکدیگر وارد میکنند، نیروی الکتریکی می نامند.

س: قانون بنیادی الکتریسیته ساکن چگونه است؟

ج: بارهای الکتریکی همنوع یکدیگر را می رانند و بارهای الکتریکی نا همنوع یکدیگر را می ربایند. به عبارت دیگر دو بار مثبت و منفی یکدیگر را می ربایند و دو بار مثبت یا دو بار منفی یکدیگر را می رانند.

                  

س: روشهای تولید الکتریسیته ساکن کدامند؟

 

ج: به دو روش می توان الکتریسیته ساکن تولید کرد: روش مالش و روش القاء.

س: تولید الکتریسیته ساکن یا باردار کردن به طریقه مالش چگونه است؟

ج: این روش مناسب اجسام نا رسانا است. هنگامی که دو جسم نارسانا بر روی هم مالیده می شوند، به علت اصطکاک و گرمای تولید شده، الکترونهای آن جسمی که سست ترند از اتمهای خود کنده شده و بر روی جسم دیگر منتقل می شوند. در این حالت در جسمی که الکترون از دست داده بار مثبت(+) و در جسمی که الکترون گرفته است، بنا به قانون پایستگی بار الکتریکی، به همان مقدار بار منفی(-) به وجود می آید. مثلاً در صورتی که یک میله پلاستیکی( یا ابونیتی) را به پارچه پشمی مالش  دهیم، الکترونها از پارچه به میله پلاستیکی منتقل شده و میله بار منفی و پارچه بار مثبت خالص پیدا می کند. یا اگر به جای میله پلاستیکی از میله شیشه ای استفاده کنیم، برعکس حالت قبل شیشه بار مثبت و پارچه بار منفی پیدا می کند.

 

 

 

 

 

  پاسخ به سوال شما

چرا وقتی که میله شیشه ای را به پارچه ابریشمی مالش میدهیم شیشه دارای بار مثبت ولی وقتی میله پلاستیکی را به پارچه پشمی مالش میدهیم میله پلاستیکی دارای بار منفی میشود؟

جواب: 

میدانیم که: جسمی که انرژی یونیزاسیون آن کمتر است ، الکترون  از دست می دهد و بار الکتریکی آن مثبت می شود.

لذا ،میله شیشه ای در اثر مالش با پارچه ابریشمی بار مثبت می گیرد ، زیرا انرژی یونیزاسیون میله شیشه ای کمتراز پارچه ابریشمی است.

میله پلاستیکی نیز در اثر مالش با پارچه پشمی بار منفی میگیرد ؛ چون انرژی یونیزاسیون آن از پارچه پشمی بیشتر است.

 

در شکل مقابل بجای میله ابونیتی از ورقه PVC که همان خاصیت را دارد استفاده شده است .

 

نتیجه های 5 آزمایش شماره 1  را تفسیر کنید و چگونگی باردار شدن تیغه ها و رانده شدن تیغه های همنوع را از یکدیگر و ربایش تیغه های غیر همنوع را توضیح دهید.

پاسخ: هنگام مالش تیغه ها به پارچه، الکترونها از تیغه شیشه ای به پارچه و از پارچه به تیغه پلاستیکی منتقل می شوند. در نتیجه تیغه شیشه ای بار مثبت و تیغه پلاستیکی بار منفی پیدا می کنند. به این ترتیب وقتی دو تیغه شیشه ای  یا دو تیغه پلاستیکی را به هم نزدیک می کنیم یکدیگر را می رانند، اما تیغه های غیر همنوع یعنی شیشه ای و پلاستیکی یکدیگر را می ربایند.

 وسیله های آزمایش : بادکنک - شانه ی پلاستیکی - نخ - پارچه ی پشمی .
    ١- چگونه می توانید بادکنکی را بدون استفاده از هر نوع چسبی به دیوار بچسبانید ؟ 
برای آنکه بادکنک زمان بیشتری به دیوار بچسبد چه می کنید ؟ 
    ٢- یک شانه ی پلاستیکی را با یک پارچه ی پشمی مالش دهید و نزدیک شیر آبی که آب با فشار کم از آن خارج می شود نگه دارید .چه مشاهده می کنید ؟
مشاهدهای فوق را بنویسید و به کلاس گزارش کنید .


 
                            

 

جواب:

1: بادکنک را که از جنس پلاستیک است به پارچه پشمی مالش می دهیم تا باردار شود و سپس آنرا به دیوار می چسبانیم در اثر القای الکتریکی بادکنک به دیوار می چسبد. برای اینکه بادکنک مدت بیشتری بر روی دیوار بماند باید آنرا به دفعات بیشتری به پارچه پشمی مالش دهیم.

2- در اثر مالش شانه با پارچه پشمی در آن بار الکتریکی منفی ایجاد می شود. در این حالت اگر شانه را به باریکه آب نزدیک کنیم در اثر القای الکتریکی آنرا بطرف خود می کشد.

 

 

الف- موهای تمیز و خشک خود را با یک شانه پلاستیکی خشک شانه کنید چرا موهای شما مرتب نمی شوند و به دنبال شانه بلند می شوند؟

ب- با یک پارچه خشک، صفحه تلویزیون را تمیز کنید. چرا پرزهای پارچه به صفحه تلویزیون می چسبند؟

پ- در تاریکی لباس خود را از تن بیرون آورید، چرا جرقه زده می شود؟

 

پاسخ الف: در اثر تماس شانه با مو، شانه بار منفی و مو بار مثبت پیدا می کنند.  به این علت موها به طرف شانه کشیده شده و از حالت مرتب خارج می شوند.

پاسخ ب:  صفحه تلویزیون از جنس شیشه است. هنگام تمیز کردن، الکترونها از پارچه به صفحه تلویزیون منتقل می شوند. در نتیجه به علت غیر همنوع بودن بار این دو، پرزهای پارچه به صفحه تلویزیون می چسبند.

پاسخ پ: هنگام درآوردن لباس در اثر مالش لباس های رویی با لباسهای زیری، الکترونها رد و بدل شده و موجب زدن جرقه می شوند.

 

س: اجسام رسانا و نارسانای الکتریکی چگونه اند؟

ج: پاره ای از مواد مثل فلزات به راحتی الکتریسیته را از خود عبور می دهند. در این مواد الکترونها با دریافت اندکی انرژی از اتمهای خود کنده شده و به حرکت در می آیند. این مواد را رسانای الکتریکی می نامند. اما پاره ای مواد دیگر مثل چوب و پلاستیک الکتریسیته را به راحتی از خود عبور نمی دهند. الکترونهای این مواد برای کنده شده از اتمهایشان به انرژی زیادی نیاز دارند و به این علت به حرکت در آوردن آنها خیلی مشکل است. اینگونه مواد را نارسانای الکتریکی می گویند.

    وسیله های آزمایش : میله ی مسی - پارچه - الکترو سکوپ .
    یک میله ی مسی کوچک را گرفته و تلاش کنید که با مالش دادن آن توسط یک پارچه ، در آن بار الکتریکی ایجاد کنید . آیا بار الکتریکی در آن ایجاد می شود ؟ چرا ؟ برای اطمینان ، میله ی مسی را پس از مالش ، به کلاهک الکتروسکوپ بدون باری تماس دهید و مشاهده ی خود را بنویسید .

جواب: در اثر مالش میله مسی با پارچه در آن بار الکتریکی ایجاد می شود. اما به دلیل رسانا بودن میله و نیز دست ما، بارهای آن از طریق دست و بدن ما به زمین منتقل می شوند. در این حالت اگر میله را به کلاهک الکتروسکوپ بدون باری تماس دهیم ورقه های آن حرکت نمی کنند.

 الکترون آزاد

 در اجسام فلزی الکترونها به راحتی از اتمهای خود جدا می شوند و در درون جسم به حرکت در می آیند و موجب رسانایی الکتریکی می شوند. این الکترونها را الکترنهای آزاد می نامند.

 

1- چرا آزمایش های الکتریسیته ساکن در روزهای سرد و خشک، نتیجه بهتری می دهد؟

2- چرا در بعضی مواد مانند پلاستیک و نایلون بهتر از سایر مواد می توان بار الکتریکی ایجاد کرد؟

جواب 1: آب اندکی خاصیت رسانایی دارد و به این علت هوای مرطوب نیز کمی خاصیت رسانایی پیدا می کند. در هوای گرم، رطوبت هوا زیاد می شود. در این حالت الکتریسیته ای که در اثر مالش در یک جسم ایجاد شده است، از طریق هوای مرطوب به اجسام دیگر منتقل می شود و مانع از انجام مطلوب آزمایش ها می گردد. در هوای سرد از رطوبت هوا کاسته می شود و رسانایی هوا ناچیز می گردد. در این حال آزمایش های مربوط به الکتریسیته ساکم را بهتر می توان انجام داد.

جواب 2: موادی مثل پلاستیک و نایلون نارسانای الکتریکی هستند. بنابراین هنگامی که در اثر مالش در آنها بار الکتریکی ایجاد می شود، این بار را در خود نگه داشته و به اجسام دیگر منتقل نمیکنند.

 

 

 

جمله های زیر را کامل کنید:

1- وقتی دو جسم به یکدیگر ............ داده می شود. بین آنها الکترون مبادله می شود.

2- با جا به جا شدن الکترونهای آزاد، بار الکتریکی درون ............... شارش می کند.

3- در یک جسم.............بار الکتریکی در محل ایجاد شده باقی می ماند.

4- نیرویی که بارهای الکتریکی همنوع بر یکدیگر وارد می کنند .............. و نیرویی که بارهای الکتریکی غیر همنوع بر یکدیگر وارد می کنند..............است.

پاسخ 1: وقتی دو جسم به یکدیگر مالش داده می شود. بین آنها الکترون مبادله می شود.

پاسخ 2:  با جا به جا شدن الکترونهای آزاد، بار الکتریکی درون جسم از یک نقطه به نقطه دیگر آن شارش می کند.

پاسخ 3:  در یک جسم نارسانا بار الکتریکی در محل ایجاد شده باقی می ماند.

پاسخ 4: نیرویی که بارهای الکتریکی همنوع بر یکدیگر وارد می کنند رانشی و بارهای الکتریکی غیر همنوع  یکدیگر را می ربایند

١- می دانیم که تعداد الکترون های آزاد موجود در رسانا ها بسیار زیاد است .
به عنوان مثال در یک سانتیمتر مکعب مس درحدود ٢٢ ١٠ الکترون آزاد وجود دارد . 
آیا بزرگی این عدد را می توانید تصور کنید ؟ برای آنکه به بزرگی این عدد پی ببرید ، فرض کنید بخواهید این تعداد الکترون را بشمارید . شما در هر ثانیه قادر به شمارش چه تعداد الکترون هستید ؟ ٢، ١٠، ١٠٠، ١٠٠٠٠،… فرض کنید که در هر ثانیه بتوانید یک تریلیون یعنی ١٢ ١٠ الکترون را بشمارید . چه مدت طول می کشد تا تمام الکترون های آزاد موجود در یک سانتیمتر مکعب مس را بشمارید ؟ برای محاسبه یک سال را تقریبا" برابر ٧ ١٠ *  ٣ ثانیه در نظر بگیرید .
٢- برای آنکه در جسم بدون باری ، بار الکتریکی  ( C ٦- ١٠ * ٤/٦ + ) ایجاد شود ، چه تعداد الکترون باید از آن گرفته شود ؟ 
٣- به تعداد پروتون های موجود در هسته ی اتم ، عدد اتمی گفته می شود و آن را با z نشان می دهند . عدد اتمی مس برابر ٢٩ است . بار الکتریکی هسته اتم مس چه اندازه است ؟  اتم مس چه اندازه بار الکتریکی منفی دارد ؟ بار الکتریکی اتم مس چه اندازه است ؟

جواب الف:                                                                 

 

سال

ب: بار یک الکترون است. نتیجه می شود:

الکترون

پ: بار یک پروتون برابر است با:   .نتیجه می شود:

بار هسته   

در اتم مس تعداد الکترونها با تعداد پروتونها برابر است. الکترونها نیز به همان اندازه پروتونها بار الکتریکی دارند اما با علامتمنفی. بنابراین بار الکتریکی منفی اتم مس برابر   است. از طرفی چون در اتم مس مقدار بار الکتریکی مثبت پروتونها با مقدار بار الکتریکی منفی الکترونها برابر است، پس اتم مس از نظر بار الکتریکی خنثی خواهد بود.

 

س: القاء بار الکتریکی چگونه است؟

ج: تعریف: ایجاد بار در رساناها بدون تماس به یکدیگر، القاء بار نامیده می شود.

 

 وسیله های آزمایش : دو کره ی فلزی - پایه های عایق - تیغه ی پلاستیکی - تیغه ی شیشه ای .
    ١- دو کره ی فلزی را که روی پایه های نارسانا ( چوبی ) قرار دارند مطابق شکل ( ٣-٢ الف ) در تماس با یک دیگر قرار دهید . اگر این وسیله ها را در اختیار ندارید می توانید دو تیغه ی فلزی کوچک را انتخاب و آن ها را توسط دو نخ خشک آویزان کنید و یا دو کاسه زنگ دوچرخه را روی پایه های نارسانا (مثلا" چوبی) نصب کنید . با تماس دست به آن ها مطمئن شوید که بدون بار الکتریکی اند .
    ٢- یک تیغه ی پلاستیکی را با پارچه ی پشمی مالش دهید . چه نوع بار الکتریکی پیدا می کند ، منفی یا مثبت ؟ 
    ٣- مطابق شکل ( ٣-٢ ب ) تیغه ی پلاستیکی را به کره ی A نزدیک کنید . 

 

شکل ٣-٢- بار دار کردن به روش القا

 ٤- بدون آنکه مکان تیغه ی پلاستیکی را تغییر دهید ، پایه ی چوبی کره ها را گرفته و دو را از هم جدا کنید . 
    ٥- تیغه ی شیشه ای را با پارچه مالش دهید و از گرانیگاه به وسیله ی نخ خشکی آویزان کنید . تیغه ی شیشه ای دارای چه نوع بار الکتریکی است ؟ 
    ٦- هر یک از دو کره ی A و B را به طور جداگانه به تیغه ی شیشه ای نزدیک کنید .آنچه را که مشاهده می کنید یاد داشت کنید . 

جواب 1و2و3و4: در اثر مالش تیغه پلاستیکی با پارچه پشمی در آن بار منفی ایجاد می شود. وقتی این تیغه را کنار کره های فلزی بهم چسبیده قرار دهیم،در اثر القای الکتریکی، بارهای منفی کره A رانده شده و به سطح دورتر کره B می روند و در عوض بارهای مثبت در کره A و در سطح مقابل تیغه جمع می شوند. اگر در این حالت کره ها را از هم جدا کنیم، در کرهA بار خالص مثبت و در کره B بار خالص منفی ایجاد می شوند.

5و6: در اثر مالش تیغه شیشه ای با پارچه پشمی در آن بار مثبت ایجاد می شود. اگر آنرا آویزان کنیم و کره ها را به ترتیب به تیغه نزدیک نماییم مشاهده می کنیم کره A تیغه را می راند و کره B تیغه را می رباید. این امر تأیید می کند که کره A بار مثبت و کره B بار منفی دارد.

س: تولید الکتریسیته ساکن به طریقه القاء چگونه است؟

ج: مطابق شکل روبرو، میله باردار( S ) را به کره فلزی با پایه عایق نزدیک می کنیم. دراثر نیروی الکتریکی بارهای مثبت و منفی آن از هم جدا می شوند.سپس با تماس کره به زمین توسط انگشت، بارهای منفی آن را تخلیه می کنیم. بعد تماس کره با زمین را قطع کرده و میله ( S )  را از آن دور می نماییم. در کره بار خالص مثبت باقی می ماند. (در صورتی کهبار میله مثبت باشد، بار ایجاد شده در کره منفی خواهد بود).

 

 

 

روش قبل را با دو کره فلزی نیز می توان انجام داد. در اشکال زیر مراحل انجام این عمل نشان داده شده است:

با نزدیک شدن میله باردار( با بار منفی) به کره ها، به علت نیروی الکتریکی، بارهای مثبت و منفی کره ها  از هم دور می شوند. سپس کره ها را از هم جدا می کنیم و بعد میله را نیز دور می کنیم. ملاحظه می شود در کره A بار خالص منفی و در کره B بار خالص مثبت ایجاد می شود.

س: الکتروسکوپ یا برق نما چیست؟

ج: وسیله ای است که بر اساس القاء الکتریکی عمل می کند و موارد استفاده آن عبارتند از:

1- پی بردن به وجود بارهای الکتریکی کم و ضعیف در یک جسم.

2- تعیین نوع بار الکتریکی در یم جسم.

3- تعیین رسانایی یا نارسانایی یک جسم.

الکتروسکوپ تشکیل شده است از یک میله فلزی که در یک طرف آن کلاهکی فلزی و در طرف دیگر ورق نازک طلا( یا یک فلز دیگر) نصب شده و مجموعه در داخل یک جعبه شیشه ای قرار دارد.

فعالیت 2: الف-  هرگاه جسمی را که دارای بارالکتریکی است به کلاهک یک الکتروسکوپ بدون بار تماس دهید، چه اتفاقی می افتد؟ آیا ورقه طلا از تیغه فلزی دور می شود؟ چرا؟ علت را توضیح دهید.

ب- می خواهیم در یک جسم رسانای بدون بار الکتریکی ( یک الکتروسکوپ یا یک کره رسانا) بار الکتریکی القا کنیم. برای انجام این کار یک تیغه پلاستیکی که دارای بار الکتریکی منفی است در اختیار شما است. مراحل مختلف کار را شرح دهید. اگر به جای تیغه پلاستیکی، تیغه شیشه ای را که دارای بار مثبت است بکار برید، نوع بار الکتریکی القا شده چه تغییری می کند؟

جواب الف:  هر گاه جسمی مثل یک میله ابونیتی با بار منفی را به کلاهک الکتروسکوپ تماس دهیم، در اثر القاء الکتریکی، بارهای مثبت جذب میله شده و در روی کلاهک جمع می شوند و نیز بارهای منفی از میله رانده شده و به روی ورقه طلا و تیغه فلزی می روند. در این حالت تیغه فلزی ورقه طلا را به علت داشتن بارهای همنوع رانده و از خود دور می کند.

neg Conduction animation (6k)

pos conduction electroscope(6k)

جواب ب: ابتدا تیغه پلاستیکی را که بار منفی دارد به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک می کنیم تا ورقه طلا به اندازه دلخواه از تیغه فلزی دور شود. در همین حال الکتروسکوپ را به وسیله تماس با انگشت در مدت کوتاهی به زمین وصل می کنیم. سپس انگشت را برداشته و تیغ پلاستیکی را از الکتروسکوپ دور می کنیم. ملاحظه می شود ورقه طلا همچنان در حال انحراف باقی می ماند زیرا در الکتروسکوپ بار خالص مثبت ایجاد شدهاست.

اگر همین آزمایش را با تیغه شیشه ای که بار مثبت دارد انجام دهیم، بار ایجاد شده در الکتروسکوپ منفی خواهد بود.

 

 

 

 چگونه با یک الکتروسکوپ که از قبل بارالکتریکی دارد می توانید پی ببرید جسمی که در اختیار شماست:

الف- بار الکتریکی دارد یا خیر؟

ب- رساناست یا نارسانا.

جواب الف- جسم را به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک می کنیم( یا به آن تماس می دهیم) . اگر ورقه طلا انحراف پیدا کند، جسم بار الکتریکی دارد. در این حالت میزان انحراف ورقه طلا متناسب با بارالکتریکی جسم است.

جواب ب-  ابتدا جسم را به پارچه پشمی می مالیم. سپس آن را با دست گرفته و به کلاهک نزدیک می کنیم. اگر ورقه طلا دور شود، جسم نا رسانا است. زیرا بار الکتریکی ایجاد شده در خود را حفظ کرده است. اما اگر انحرافی در ورقه طلا مشاهده نشد، جسم رسانا است، زیرا بارالکتریکی خود را از طریق دست به زمین منتقل کرده است و دیگر باری ندارد تا در الکتروسکوپ القا بار کند.

 

 

1- با دم پایی پلاستیکی تمیز روی فرش راه بروید و سعی کنید دم پایی روی فرش مالش داده شود. سپس با نوک انگشت خود، گوش و یا نوک بینی یک نفر را که در اتاق است، لمس کنید، چه اتفاقی می افتد؟علت را توضیح دهید.

2- با چه پدیده های مشابه دیگری آشنا هستید؟ آیا ممکن است این پدیده ها خطرناک باشند؟

3- چرا زیر تانکرهای مخصوص حمل سوخت، زنجیر آویزان می کنند؟

4- آیا این پدیده در مورد هواپیما در هنگام پرواز ایجاد می شود؟ در مورد هواپیما چه تدبیری به کار برده می شود؟

جواب1: در اثر راه رفتن و مالش دم پایی پلاستیکی با فرش، بار الکتریکی منفی در کفش و بدن ایجاد می شود. هنگام تماس نوک انگشت با گوش یک نفر، با زدن یک جرقه کوچک، این بار الکتریکی به بدن او منتقل می شود.

جواب 2: اگر با لباس پشمی در داخل اتومبیل بنشینید و مدتی حرکت کنید، هنگام پایین آمدن و گرفتن دستگیره برای بستن اتومبیل، بین دست شما و دستگیره جرقه زده می شود. در محل های مسدودی مثل اتاق عمل بیمارستان و یا تعمیرگاه های اتومبیل که گازهای اشتعال زا مثل اتر جمع می شود، وقوع یک جرقه کوچک می تواند به آتش سوزی و سانحه منجر شود.

جواب 3: هنگام حرکت تانکر، در اثر مالش بدنه آن با هوا مقدار زیادی بار الکتریکی در آن جمع می شود. تجمع این بار و انتقال آن به زمین یا اجسام مجاور دیگر می تواند همراه با جرقه باشد و سوخت تانکر را منفجر کند. وجود زنجیر باعث می شود تا بارهای الکتریکی ایجاد شده به طور مداوم به زمین منتقل شوند و در بدنه تانکر جمع نگردند به این ترتیب از ایجاد جرقه جلوگیری می شود.

جواب 4: هنگام پرواز هواپیما نیز در اثر مالش بدنه آن با هوا مقدار زیادی بار الکتریکی در آن ایجاد می شود. این بار می تواند برای سوخت هواپیما بسیار خطرناک باشد. برای رفع این مشکل باتری های مخصوصی در هواپیما قرار می دهند تا بارهای ایجاد شده در اثر مالش را جمع و در خود ذخیره نماید. ضمناً مقداری از این بار نیز خودبخود از محل نوک تیز هواپیما دوباره به هوا منتقل می شود.

اختلاف پتانسیل الکتریکی

تعریف: عاملی را که موجب جریان یا شارش بارهای الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر می شود،اختلاف پتانسیل الکتریکی می نامند.

بنابراین بار الکتریکی می تواند خودبخود از نقطه ای با پتانسیل الکتریکی بیشتر به نقطه ای با پتانسیل الکتریکی کمتر شارش نماید. اما برای شارش بار الکتریکی از پتانسیل کمتر به پتانسیل بیشتر باید کار انجام داد( مثل شارش آب بین دو نقطه که با هم اختلاف ارتفاع دارند). اختلاف پتانسیل الکتریکی را با نمادV نشان می دهند. و یکای آن ولت است.

تذکر: انرژی پتانسیل واحد جرم را پتانسیل گرانشی می نامند و مقدار آن برابر است با:

 تعریف پتانسیل الکتریکی

 انرژی پتانسیل واحد بار را پتانسیل الکتریکی می نامند.

س: وسیله اندازه گیری اختلاف پتانسیل چیست و چگونه در مدار قرار می گیرد؟

ج: ولت سنج است. این وسیله با قسمتی از مدار که می خواهیم اختلاف پتانسیل دو سر آن را اندازه بگیریم، به صورت موازی قرار داده می شود. برای اندازه گیری دقیق، مقاومت داخلی ولت سنج باید خیلی زیاد باشد تا از آن جریانی عبور نکند.

 

 

 

 

س: مولد یا باتری چیست؟

ج: وسیله ای است که با تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی، بین دو نقطه اختلاف پتانسیل الکتریکی به وجود آورده و سبب شارش بارهای الکتریکی می شود. در واقع مولد به بارهای الکتریکی انرژی می دهد تا شارش نمایند. پیل یا مولد را با علامت نشان  می دهند.(|+ نمایانگر پایانه مثبت و -| نمایانگر پایانه منفی مولد است.)

 

س: تعریف نیروی محرکه مولد؟

ج: بیشترین اختلاف پتانسیلی که مولد می تواند به وجود آورد نیروی محرکه آن نامیده می شود.

مولد الکتریکی بسازید.

جواب: اگر مطابق دستور عمل کنیم مولدی حاصل می شود که نیروی محرکه آن حداکثر یک ولت است.

 

توان الکتریکی

 انرژی الکتریکی را که توسط یک دستگاه در یک ثانیه به مصرف می رسد، توان الکتریکی آن دستگاه می نامند و با نماد P نشان می دهند.

س: توان مصرفی از چه رابطه ای محاسبه می شود؟

 

نکته : اگر دو لامپ 60 واتی و 100 واتی را یک بار بطور متوالی و یک با بطور موازی به ولتاژ یکسان وصل نماییم ، در حالت موازی نور لامپ 100 واتی بیشتر می باشد . ولی در حالت متوالی نور لامپ 60 واتی. زیرا در حالت متوالی چون جریانها یکسان است ، لامپ 60 واتی ، ولتاژ بیشتری را از مولد دریافت می دارد . بنابراین نورش بیشتر است .

P=VI

 

 مقاومت الکتریکی یک رسانا  است. اگر شدت جریان 0.5 از آن عبور کند، توان مصرفی رسانا چقدر خواهد بود؟

 

 

اختلاف پتانسیل 220 ولت در دو سر یک لامپ برقرار است و شدت جریان 0.25A از آن می گذرد. توان لامپ را تعیین کنید.

 

 

در دو سر یک رسانا با مقاومت الکتریکی اختلاف پتانسیل 100V برقرار است، توان مصرفی رسانا را حساب کنید.

        P=V2/R=1002/20=500 W           

 

 

 

الف- با کار کردن مداوم یک باتری، از انرژی آن کاسته می شود یا خیر؟ آیا می توان به طریقی انرژی از دست رفته را تأمین کرد؟

ب- در چه نوع باتری هایی( مولدها) این عمل امکان پذیر است؟

ج- درون باتری( مولد) چه اتفاقی رخ می دهد که بار الکتریکی ظاهر می شود؟

جواب الف-با کار کردن مداوم یک باتری از انرژی آن کاسته می شود. در برخی از باتری ها توسط شارژ کننده می توان انرژی کاسته شده را دوباره به باتری برگرداند.

جواب ب- در باتری های سربی خودروها و نیز باتری های خشک از نوع (نیکل- کادمیم) امکان شارژ مجدد وجود دارد.

جواب ج- هر باتری دارای دو قطب مثبت و منفی است. در اثر تغییرات شیمیایی مواد داخل باتری، مقداری الکترون در قطب منفی و به همان اندازه یون مثبت در قطب مثبت باتری جمع می شوند. هنگامی که باتری در مدار قرار می گیرد، اکترون های قطب منفی از طریق مدار به طرف یونهای مثبت قطب مثبت به حرکت در می آیند.

 

 

برای محاسبه توان، کدام یک از رابطه های P=RI2  یا P=VI را بکار می بریم؟

آیا می توانید رابطه دیگری برای توان الکتریکی بنویسید؟

جواب: با توجه به داده های مسئله می توان هر دو رابطه را بکار برد. اگر طرف دوم رابطه P=RI2  را در کسر ضرب کنیم خواهیم داشت:

از برابری R2I2=V2 نتیجه می شود:

 

del.icio.us  digg  newsvine  furl  Y!  smarking  segnalo