تحقیق در مورد الکتریسیته

بخشی از مقاله

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.
الكتريسيته جريان بارهاي منفي كه الكترون خوانده مي شوند است . ( الكترون ها ذراتي هستند كه بخشي از همه اتم ها را تشكيل مي دهند . ) اين بارهاي الكتريكي با واحدي به نام كولن اندازه گيري مي شوند . الكتريسيته شكل بسيار انعطاف پذيري از انرژي است كه آن را مي توان به شكل هاي متعدد ديگري از انرژي ، از جمله نور و گرما ، تبديل كرد . دو نوع الكتريسيته وجود دارد : جريان مستقيم(DC) ،كه فقط در يك جهت بر قرار مي شوند ، و جريان متناوب ( AC)كه در هر ثانيه بار ها تغيير جهت مي دهد .

رعد و برق : گاهي اوقات هنگام طوفان ، الكتريسيته به صورت طبيعي به شكل برق آسمان ديده مي شود. رسانا ها و عايق ها : رسانا ماده اي است كه بار الكتريكي به آساني در آن جريان يابد . فلز ها ، به ويژه طلا و نقره ، رسانا هاي خوبي هستند زيرا اتم هاي آنها الكترون هاي آزادي دارند كه انرژي را به آساني بين اتم ها انتقال مي دهند . عايق ماده اي است كه بار الكتريكي نمي تواند به آساني از آن عبور كند . مواد پلاستيك و لاستيك عايق هاي خوبي هستند زيرا الكترون ها در اتم هاي آنها محدودند و در نتيجه انرژي نمي تواند به آساني بين اين تام ها منتقل شود .

ايجاد الكتريسيته تقريباً همه اشكال انرژي را مي توان به الكتريسيته تبديل كرد . متوال ترين روش هاي ايجاد الكتريسيته روش هايي است كه در باتري ها و مولد هاي برق به كار مي رود . توان حاصل از باتري با تبديل انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي حاصل مي شود . بيش تر مولد هاي برق انرژي گرمايي (حاصل از سوزاندن سوخت ) را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند . بعضي از مولدها از منابع طبيعي مانند نور خورشيد يا نيروي باد براي به دست آوردن انرژي الكتريكي استفاده مي كنند.

مولد هاي برق : با قطع خطوط نيرويي كه حول يك آهن ربا وجود دارد مي توان جريان اكتريكي ايجاد كرد . اين خطوط توسط يك سيم پيچ قطع مي شوند و الكترون هاي آزاد سيم به حركت در مي آيند . به اين ترتيب جريان الكتريكي در سيم ايجاد مي شود . اين اثررا با قطع خطوط به دفعات بيشتر ، يا افزايش تعداد دورهاي سيم پيچ يا قدرت آهن ربا مي توان افزايش داد . در نيرو گاه هاي برق سراسرجهان با استفاده از اين روش الكتريسيته در مقياس بالا توليد مي شود

باتري ها : باتري ها را مي توان محفظه ذخيره انرژي دانست . يك باتري معمولي شامل الكترود هاي منفي والكترود هاي مثبت و مايع يا خمير اسيدي به نام الكتروليت مي باشد . الكترود ها در الكتروليت حل مي شوند و يون ها را به وجود مي آورندكه باعث ايجاد باراضافي در الكترود هاي منفي و مثبت مي گردد. اين بار،هنگامي كه به مدار وصل گردد،جريان توليد مي شود. الكترونيك
الكترونيك شاخه جديدي از

فيزيك است كه هر روز نقش مهم تري در زندگي ما ايفا مي كند . اين شاخه علمي به استفاده از الكتريسيته براي ايجاد سيگنال هايي كه اطلاعات را حمل مي كنند و وسايلي مانند كامپيوتر ها را كنترل مي كنند مربوط است . اين وسيله ها حاوي مدار هاي الكتريكي هستند كه جريان الكتريكي از آنها عبور مي كنند .بخش هاي كنترل كننده يك مدار ، مؤلفه هاي آن خوانده مي شوند ، كه شامل ديو ها و ترنزيستور هاست .
ماهيت الكتريسيته
ماهيت الكتريسيته به دلي

ل 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.
الكتريسيته ساكن
هر گاه الكتريسيته توليد شده در محل توليد باقي بماند آنرا الكتريسيته ساكن مي نامند.
الكتريسيته جاري
از حركت الكترونها، الكتريسيته جاري به وجود مي آيد.
بار الكتريكي چيست؟
چرخش الكترون به دور هست

ه 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 .
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.
چند نوع بار الكتريكي وجود دارد؟
دو نوع: بار منفي( بار الكترون با علامت e- ) و بار مثبت ( بار پروتون با علامت e+).
بارهاي الكتريكي الكترون و پروتون چه فرقي با هم دارند؟
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.
كمترين مقدار بار الكتريكي در طبيعت چقدر است؟
اندازه بار الكتريكي يك الكترون( يا يك پروتون) به عنوان يكاي طبيعي بار الكتريكي يعني كوچكترين بار الكتريكي موجود در ماده در نظر گرفته مي شود .
از رابطه q=n e چه نتيجه اساسي در فيزيك حاصل مي شود؟
اين رابطه نشان مي دهد بار الكتريكي نيز مانند ماده ساختمان دانه اي دارد. يعني همانطور كه ماده از ذرات ريزي بنام اتم درست شده است، بار الكتريكي نيز از ذراتي بنام الكترون(يا پروتون) تشكيل يافته است.
بار الكتريكي خالص يعني چه؟
يك اتم در حالت عادي از نظر الكتريكي خنثي است. يعني تعداد بارهاي مثبت و منفي آن با هم برابرند. اگر اين تعادل را با گرفتن يا دادن الكترون به اتمهاي يك جسم برهم بزنيم، ديگر جسم از نظر بار الكتريكي خنثي نخواهد بود. در اين حالت مي گوييم جسم داراي بار الكتريكي خالص است. به عبارت ديگر بارهاي الكتريكي خنثي نشده يك جسم را بار الكتريكي خالص مي نامند.
وقتي كه يك اتم الكترون اضافي دريافت مي كند داراي بار الكتريكي خالص منفي مي شود و اگر الكترون از دست بدهد به دليل وجود پروتونهاي اضافي خنثي نشده،بار الكتريكي خالص آن مثبت خواهد بود.

نيروي الكتريكي چگونه است؟
نيرويي را كه اجسام داراي بار الكتريكي به يكديگر وارد ميكنند، نيروي الكتريكي مي نامند.
س: قانون بنيادي الكتريسيته ساكن چگونه است؟
بارهاي الكتريكي همنوع يكديگر را مي رانند و بارهاي الكتريكي نا همنوع يكديگر را مي ربايند. به عبارت ديگر دو بار مثبت و منفي يكديگر را مي ربايند و دو بار مثبت يا دو بار منفي يكديگر را مي رانند.
روشهاي توليد الكتريسيته ساكن كدامند؟

به دو روش مي توان الكتريسيته ساكن توليد كرد: روش مالش و روش القاء.
توليد الكتريسيته ساكن يا باردار كردن به طريقه مالش چگونه است؟
اين روش مناسب اجسام نا رسانا است. هنگامي كه دو جسم نارسانا بر روي هم ماليده مي شوند، به علت اصطكاك و گرماي توليد شده، الكترونهاي آن جسمي كه سست ترند از اتمهاي خود كنده شده و بر روي جسم ديگر منتقل مي شوند. در اين حالت در جسمي كه الكترون از دست داده بار مثبت(+) و در جسمي كه الكترون گرفته است، بنا به قانون پايستگي بار الكتريكي، به همان مقدار بار منفي(-) به وجود مي آيد. مثلاً در صورتي كه يك ميله پلاستيكي( يا ابونيتي) را به پارچه پشمي مالش دهيم، الكترونها از پارچه به ميله پلاستيكي منتقل شده و ميله بار منفي و پارچه بار مثبت خالص پيدا مي كند. يا اگر به جاي ميله پلاستيكي از ميله شيشه اي استفاده كنيم، برعكس حالت قبل شيشه بار مثبت و پارچه بار منفي پيدا مي كند.
اجسام رسانا و نارساناي الكتريكي چگونه اند؟
پاره اي از مواد مثل فلزات به راحتي الكتريسيته را از خود عبور مي دهند. در اين مواد الكترونها با دريافت اندكي انرژي از اتمهاي خود كنده شده و به حركت در مي آيند. اين مواد را رساناي الكتريكي مي نامند. اما پاره اي مواد ديگر مثل چوب و پلاستيك الكتريسيته را به راحتي از خود عبور نمي دهند. الكترونهاي اين مواد براي كنده شده از اتمهايشان به انرژي زيادي نياز دارند و به اين علت به حركت در آوردن آنها خيلي مشكل است. اينگونه مواد را نارساناي الكتريكي مي گويند.
الكترون آزاد
در اجسام فلزي الكترونها به راحتي از اتمهاي خود جدا مي شوند و در درون جسم به حركت در مي آيند و موجب رسانايي الكتريكي مي شوند. اين الكترونها را الكترنهاي آزاد مي نامند.
انرژي پتانسيل الكتريكي:
اگر بخواهيم دو ذرة باردار ناهمنام (- و +)را با سرعت ثابت از هم دور كنيم، براي غلبه بر نيروي ربايش بين آنها بايد كار انجام دهيم اين كار انجام شده به صورت انرژي پتانسيل الكتريكي در بارهاي الكتريكي ذخيره مي‎شود.
همچنين اگر بخواهيم دو ذرة باردار همنام را (+ و +) با سرعت ثابت بهم نزديك كنيم. نيز بايد كار انجام دهيم.
تغيير انرژي پتانسيل الكتريكي يك بار الكتريكي در يك ميدان برابر انرژي است كه براي جابجايي آن بار صرف مي‎شود.
اختلاف پتانسيل الكتريكي:

اختلاف پتانسيل الكتريكي بين دو نقطه: برابر است با تغيير انرژي پتانسيل الكتريكي بر واحد بار مثبت، وقتي كه واحد بار از نقطه اول به نقطه دوم جابجا مي‎شود.
كه در آن W كاري است كه ما براي جابجاييبار الكتريكي انجام مي‎دهيم .
V اختلاف پتانسيل الكتريكي بين دو نقطه 1 و 2 (واحد آن ولت مي‎باشد)
U اختلاف انرژي پتانسيل الكتريكي بين دو نقطه 1 و 2 واحد آن ژول مي‎باشد.
واندو گراف چيست ؟
دستگاهي است كه مولد الكتريسيته ساكن مي باشد . اين دستگاه داراي دو غلطك از جنس متفاوت است كه توسط تسمه اي به حركت در مي آيند . با حركت تسمه بارهاي الكتريكي به كلاهك منتقل مي شوند . نوع بار الكتريكي بستگي به جنس غلطكها دارد .
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.
تعريف پتانسيل الكتريكي
انرژي پتانسيل واحد بار را پتانسيل الكتريكي مي نامند.
وسيله اندازه گيري اختلاف پتانسيل چيست و چگونه در مدار قرار مي گيرد؟

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.
مولد يا باتري چيست؟
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.)
تعريف نيروي محركه مولد؟
بيشترين اختلاف پتانسيلي كه مولد مي تواند به وجود آورد نيروي محركه آن ناميده مي شود.
مدار الكتريكي چيست؟
براي آنكه جريان الكتريكي برقرار بماند، بار به يك مسير بسته نياز دارد تا در آنن شارش كند. مسيري كه بارها در آن حركت مي كنند مدار الكتريكي ناميده مي شود
يك مدار الكتريكي ساده چگونه است؟
يك مدار الكتريكي ساده از دو قسمت تشكيل مي شود. اول مولد يا توليد كننده جريان الكتريكي، دوم مصرف كننده الكتريسيته و اين دو قسمت با سيم هايي با مقاومت ناچيز به هم وصل مي شوند براي اندازه گيري شدت جريان واختلاف پتانسيل در مدار، آمپرسنج و ولت سنج نيز به آن اضافه مي شود.
چگونه مي توان جريان الكتريكي به وجود آورد؟
براي به حركت در آوردن بارهاي الكتريكي بين دو نقطه بايد به وسيله اي بين آن دو نقطه اختلاف پتانسيل ايجاد نمود. باتري، دينامو، ژنراتور، پيل خورشيدي و واندوگراف از وسيله هاي رايجي هستند كه مي توانند بين دو نقطه اختلاف پتانسيل ايجاد كنند.
جهت جريان در مدار الكتريكي چگونه است؟
در يك مدار الكتريكي جهت واقعي جريان از قطب منفي باتري بطرف قطب مثبت آنست. اما به دليل تاريخي جهت جريان را بطور قراردادي از قطب مثبت بطرف قطب منفي باتري در نظر مي گيرند.
تعريف شدت جريان الكتريكي؟
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.
شدت جريان الكتريكي از چه رابطه اي به دست مي آيد؟
آهنگ شارش بار الكتريكي برابر است با نسبت بار الكتريكي شارش شده از هرمقطع مدار( q) به زمان شارش بار (t) يعني:
q = با ر الكتريكي . واحد آن در سيستم SI كولن C است.
t= زمان . واحد آن در سيستم SI ثانيه S است
I= جريان . واحد شدت جريان در سيستم SI آمپر ناميده مي شود.

وسيله اندازه گيري شدت جريان چيست و چگونه در مدار قرار مي گيرد؟

وسيله اندازه گيري شدت جريان در مدار آمپرسنج است. به اين منظور آنرا به صورت متوالي در مدار قرار مي دهند. براي اينكه جريان الكتريكي به راحتي از آمپرسنج عبور نمايد، مقاومت داخلي آنرا بسيار كم مي سازند.

تعريف يك كولن، يكاي بار الكتريكي؟
از رابطه q=It 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.
مقاومت الكتريكي
مقاومت اجسام و مواد مختلف در مقابل عبور جريان الكتريكي از خود را مقاومت الكتريكي مي گويند. مقاومت الكتريكي را با نماد R نشان مي دهند و يكاي آن اهم است. مقاومت الكتريكي در مدار با نماد R نشان داده مي شود.
در واقع مقاومت الكتريكي اجسام به اين دليل به وجود مي آيد كه بارهاي الكتريكي هنگام عبور از ميان اتم ها ومولكول هاي جسم به آنها برخورد كرده و از سرعت و انرژي شان كاسته مي شود.
قانون اهم
بنا به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا به شدت جرياني كه از آن مي گذرد مقدار ثابتي است كه به اين مقدار ثابت، مقاومت الكتريكي رسانا مي گوييم. يعني:
V = اختلاف پتانسيل . واحد آن در سيستم SI ولت است.
I = شدت جريان . واحد شدت جريان در سيستم SI آمپر ناميده مي شود
R = مقاومت الكتريكي . واحد آن در سيستم SI اهم است . يا ولت بر آمپر .
انرژي گرمايي مصرفي W در مقاومت الكتريكي
انرژي الكتريكي هنگام شارش بار الكتريكي در هنگام عبور از يك مقاومت به انرژي گر مايي تبديل مي شود . انرژي كه يك رسانا مصرف مي‎كند به عواملي مانند مقاومت رسانا - شدت جريان عبوري از رسانا‎- زمان عبور جريان و ولتاژ اعمال شده بستگي دارد و واحد آن در سيستم SI ژول مي‎باشد .
برخي از اجزاي مدارهاي الكتريكي و الكترونيك
مدارهاي الكتريكي و يا الكترونيكي از اجزاي متفاوتي تشكيل شده اند . قبلا يكي از اين اجزا مانند مقاومت را مطرح كرديم و اكنون به بحث در مورد اجزاي ديگر مدار مثل خازن و القاگر مي پردازيم
از خازنها در مدارهاي راديويي استفاده مي‌شود.
خازن - انواع خازن
كاربرد خازن:
با توجه به اينكه بار الكتريكي در خازن ذخيره مي‌شود؛ براي ايجاد ميدانهاي الكتريكي يكنواخت مي‌توان از خازن استفاده كرد .خازنها مي توانند ميدانهاي الكتريكي را در حجم هاي كوچك نگه دارند ؛ بعلاوه ميتوان از آنها براي ذخيره كردن انرژي استفاده كرد.
خازن در اشكال مختلف ساخته مي شود.
انواع خازن بر اساس شكل ظاهري آنها:
1. مسطح
2. كروي
3. استوانه‌اي
انواع خازن بر اساس دي الكتريك آنها:
1. خازن كاغذي
2. خازن الكترونيكي
3. خازن سر اميكي
4. خازن الكترونيكي
5. خازن متغيير
ميدان الكتريكي:
تعريف : در فضاي اطراف هر بار الكتريكي خاصيتي وجود دارد كه به آن ميدان
الكتريكي گويند. اين ميدانهاي الكتريكي هستند كه برهم نيرو وارد مي كنند.
واحد ميدان الكتريكي در سيستمSI ، نيوتن بر كولن است.

القاء بار الكتريكي چگونه است؟
تعريف: ايجاد بار در رساناها بدون تماس به يكديگر، القاء بار ناميده مي شود.
الكتروسكوپ يا برق نما چيست؟
وسيله اي است كه بر اساس القاء الكتريكي عمل مي كند و موارد استفاده آن عبارتند از:
1- پي بردن به وجود بارهاي الكتريكي كم و ضعيف در يك جسم.
2- تعيين نوع بار الكتريكي در يم جسم.
3- تعيين رسانايي يا نارسانايي 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.
با ر الكتريكي:
اندازه بار الكتريكي يك جسم برابر است با مضرب درستي از پايه آن :
اندازه با ر الكتريكي يك جسم = تعداد بار ها * بار پايه
q = n * e
نكته : n (تعداد بار الكتريكي ) همواره مضرب درستي است از اعداد صحيح مي با شد
.يعني n=1,2,3,4,... ( عدد اعشاري يا كسري نمي تواند باشد )

قانون كولن:
هر گاه دو ذرة باردار q1و q2 به فاصله r از هم قرار بگيرند نيرويي بر هم وارد مي كنند .