دانلود مقاله میدان الکتریسیته

بخشی از مقاله

تئوري الكتروني اتم
اتم از ذرات كوچكتري به نامهاي الكترون-پروتون ونوترون تشكيل شده است كه الكترونها داراي بارمنفي،پروتونها داراي بار مثبت ونوترونها بدون بارند تعداد الكترونها و پروتونهاي يك اتم در حالت عادي برابرند پس بار اتم در حالت عادي برابر صفر است

توليد الكتريسته بروش مالش
اگر يك ميله شيشه اي را به پارچه ابريشمي مالش دهيم هردوجسم الكتريسيته دار مي شود زيرا شيشه تعدادي الكترون از دست مي دهد و پارچه الكترون مي گيرد پس شيشه داراي بار مثبت و پارچه به همان مقدار داراي بار منفي مي گردد بار ايجاد شده در شيشه و پارچه در محل تماس باقي مي ماند
اجسام رسانا و نارسانا
بعضي از اجسام مانند فلزات كه الكتريسته را به خوبي از خود عبور مي دهند رسانا ناميده مي شود در اين اجسام الكترونهاي آزاد اتم براحتي در شبكه بلوري جسم حركت مي كنند و عمل رسانايي را انجام مي دهند اجسامي كه الكترونهاي آزاد براي هدايت الكتروني ندارند و نمي توانند الكتريسيته را ازخود عبور دهند نارسانا يا عايق ناميده ميشود

پخش بار الكتريكي در اجسام رسانا
اگر جسم رسانايي بر روي پايه عايقي قرار گيرد و در اثر مالش باردار شود بار توليد شده در آن در سطح خارجي پخش مي شود طوريكه در لبه ها و قسمتهاي نوك تيز چگالي سطحي بار بيشتر از ساير قسمتها مي باشد
چگالي سطحي

مقدار بار الكتريكي موجود در واحد سطح را چگالي سطحي مي نامند
مساحت خارجي جسم/مقدار بار = چگالي سطحي
اثر بارهاي الكتريكي بر يكديگر و قانون كولن
دو بار همنام يكديگر را دفع و دو بار غير همنام يكديگر را جذب مي كنند مقدار نيروي دافعه و جاذبه طبق قانون كولن با حاصلضرب اندازه بارها نسبت مستقيم وبا مجذور فاصله دو بار نسبت عكس دارد و به جنس محيط نيز بستگي دارد
ميدان الكتريكي

قسمتي از فضاي اطراف يك بار الكتريكي را كه در آن آثارجاذبه و دافعه الكتريكي وجود دارد ميدان الكتريكي مي نامند

شدت ميدان الكتريكي
شدت ميدان الكتريكي در هر نقطه برابر است با نيروي وارد بر واحد مثبت الكتريكي واقع در آن نقطه
شدت ميدان حاصل از يك بار نقطه اي
بار نقطه اي q
در نقاطي به فاصله r
تعيين جهت ميدان الكتريكي در هر نقطه
در هر نقطه از ميدان الكتريكي براي تعيين جهت ميدان مي توان بار مثبت آزمون را در آن نقطه فرض كرده جهت نيروي وارد بر آن را تعيين كرد كه همان جهت ميدان است
خطوط ميدان
خطوطي فرضي هستند كه در هر نقطه مماس بر بردار شدت ميدان آن نقطه مي باشد و جهت آن جهت ميدان را در هر نقطه نشان مي دهد
ميدان حاصل از چند بار نقطه اي
ميدان حاصل از دو يا چند بار نقطه اي عبارتست از بر آيند ميدانهاي حاصل از بارها در هر نقطه

شدت ميدان در يك جسم هادي باردار
در يك جسم هادي باردار شدت ميدان در تمام نقاط داخلي و سطح خارجي هادي برابر صفر است ولي در نقاط خارج از جسم ميدان وجود دارد

ميدان الكتريكي يكنواخت
ميداني است كه در آن شدت ميدان چه از لحاظ مقدار وچه از لحاظ امتداد و جهت ثابت باشد مانند ميدان الكتريكي دو صفحه موازی نزديك بهم اختلاف پتانسيل بين دو صفحه v
فاصله بين آنهاd
اختلاف پتانسيل
اختلاف پتانسيل الكتريكي عامل برقراري جريان از نقطه اي به نقطه ديگر است كه همواره جريان از پتانسيل زياد به پتانسيل كم برقرار است
پتانسيل صفر
در هر ميدان الكتريكي نقطه اي بعنوان پتانسيل صفر يا زمين الكتريكي تعريف مي شود كه پتانسيل نقاط ديگر نسبت به آن نقطه سنجيده مي شود
تعريف پتانسيل يك جسم بار دار
پتانسيل هر نقطه عبارتست از مقدار انرژي لازم براي ابتقال واحد بار مثبت از زمين (پتانسيل صفر)به آن نقطه
انتقال بار از زمينq

انرژي لازمw
اختلاف پتانسلv
پتانسيل مثبت ومنفي
با وصل نقطه بارداري به زمين بار مثبت از نقطه به زمين منتقل شود پتانسيل آن مثبت است و اگر از زمين به جسم منتقل شود پتانسيل آن منفي است بعبارت ديگر اگر براي انتقال واحد بار مثبت از زمين به جسمي كار مثبت انجام شود(انرژي بدهيم)پتانسيل آن جسم مثبت است و اگر كار منفي انجام شود (انرژي بگيريم) پتانسيل جسم منفي است
تغييرات انرژي پتانسيل
اگر در يك ميدان پتانسيل تغييري در جهت خواسته ميدان انجام شود انرژي توسط ميدان آزرد مي شود يعني انرژي داخلي آن كاهش مي يابد ولي اگر در خلاف جهت خواسته ميدان تغييري صورت گيرد انرژي داخلي آن افزايش مي يابد
پتانسيل نقاط اطراف بار نقطه اي
بر حسب تعريف، پتانسيل نقاط واقع در بي نهايت دور از بار نقطه اي را صفر فرض مي كنيم و پتانسيل هر نقطه از فرمول زير بدست مي آيد
توجه :پتانسيل بر خلا ف شدت ميدان الكتري

كي كميتي اسكالر و داراي مقدار مثبت، منفي و يا صفر است
پتانسيل يك جسم هادي باردار
در تمام نقاط داخلي و سطح خارجي يك جسم هادي باردار پتانسيل يكسان است
R شعاع کره بار دار

و در نقاط خارج کره باردار پتانسيل از رابطه زير به دست ميآيد

پتانسيل يك جسم هادي باردار
در تمام نقاط داخلي و سطح خارجي يك جسم هادي باردار پتانسيل يكسان است
شعاع کره بار دار R
و در نقاط خارج کره باردار پتانسيل از رابطه زير به دست ميآيد
خازن
وسيله اي است برا ذخيره بار الكتريكي كه تشكيل شده است از دو صفحه رسانا كه به موازات هم قرار گرفته ودر فضاي بين دو صفحه عايق و يا دي الكتريك مناسب قرار مي دهند تا دو صفحه با هم تماس نداشته باشند خازن در دو وضعيت مي تواند وجود داشته باشد
دليل آن اين است؟
خازن خالي مقاومت الكتريكي اش ناچيز است به محض آن كه كليد وصل مي شود خازن شروع به پر شدن مي كند كه در ضمن پر شدن مقاومت آن نيز افزايش مي يابد تا جايي كه وقتي خازن شارژ مي شود مقاومت الكتريكي اش خيلي زياد مي شود و چون طبق قانون اهم شدت جريان با مقاومت رابطه عكس دارد بنا براين با زياد شدن مقاومت

شدت جريان كاهش مي يابد

سطح محصور بين نمودار شدت جريان –زمان
به هنگام شارژ خازن مقدار بار الكتريكي است كه در خازن ذخيره مي‌شود بين ظرفيت خازن و اختلاف پتانسيل دو سر خازن و بار ذخيره شده در خازن رابطه زير برقرار است
c=q/v
با توجه به اين رابطه يكاي سنجش ظرفيت خازن (ولت/كولن )است كه فاراد مي ناميم

فاراد
فاراد ظرفيت خازني است كه اگر اختلاف پتانسيل يك ولت در دو سر آن بر قرار شود آن گاه بار الكتريكي 1 كولن در آن ذخيره ميشود
عوامل موثر در ظرفيت خازن مسطح
الف - سطح مقطع جوشن هاي خازن ،كه ظرفيت خازن باآن رابطه مستقيم داد يعني هر چه جوشن ها وسيع تر باشد بار الكتريكي بيشتري در آنها ذخيره مي شود
ب - فاصله بين دو جوشن كه ظرفيت خازن با آن رابطه عكس دارد يعني هر چه دو جوشن به هم نزديكتر شوند به علت نيروي جاذبه بين آنها باعث قرار گرفتن بار بيشتر بر روي جوشن ها ميشود
ج - قابليت گذر دهي الكتريكي دي الكتريك (عايق) كه با ظرفيت آن نسبت مستقيم دارد

به هم بستن خازن ها
خازنها به دو طريق ساده مي توانند نسبت به يكديگر وصل شوند كه عبارتند از
الف - به هم بستن سري

ب - به هم بستن موازي
به هم بستن سري
الف - بار ذخيره شده در خازنها سري با هم برابر بوده و با بار ذخيره شده در خازن معادل هم برابر است
ب - مجموع اختلاف پتانسيل دو سر خازن هاي سري برابر با اختلاف پتانسيل دو سر خازن معادل است

اثبات رابطه

به هم بستن موازی
الف - اختلاف پتانسيل در سر خازنها ي موازي با همچنين با اختلاف پتانسيل دو سر خازن هم با هم برابر است
ب - مجموع بار الكتريكي جمع شده در خازنهاي موازي برابر است با باز ذخيره شده در خازن معادل

اثبات رابطه

نكته
اگر خازني توسط مولدي شارژ گردد و پس از شارژ از دو سر مولد جدا شود و بعد فاصله جوشن هاي آن از هم دور يا به هم نزديك شوند بار الكتريكي در آن ثابت مي ماند ظرفيت آن تغيير مي كند اختلاف پتانسيل دو سر آن و انرژي تغيير مي كند
شدت جريان
مقدار الکتريسيته اي که در واحد زمان از مداري مي گذرد شدت جريان ناميده مي شود و واحد آن آمپر است
تعريف آمپر
يک آمپر بزرگي جريان الکتريکي در مداري است که در يک ثانيه يک کولن بار الکتريکي از مقطع مدار شارش مي کند
مقدار الکتريسيته

شدت جريان i
در زمان t
مقاومت الکتریکی
در دماي ثابت نسبت اختلاف پتانسيل دو سر سيم به جرياني که از آن عبور مي کند مقاومت الکتريکي سيم مي نامند ( قانون اهم)

یک اهم
يک اهم مقاومت سيمي است که اگر اختلاف پتانسيل 1 ولت در دو سر آن بر قرار شود جريان 1 آمپر از آن عبور مي کند
اثر دما بر مقاومت الکتريکي
افزايش دما مقاومت الکتريکي هادي هاي فلزي را افزايش و مقاومت هادي‌هاي غير فلزي ونيمه هادي ها را کاهش مي دهد
ضريب ازدياد گرمايي مقاومت a
مقاومت در صفر درجه سلسيوس Ro

مقاومت در دماي R
براي فلزات مثبت وبراي غير فلزات منفي است a
نيروي محرکه
نيروي محرکه ي مولد مقدار انرژي است که مولد به يکاي بار الکتريکي مي دهد تابتواند در مدار شارش پيدا کند
=u/q
انرژي مولد که به بار داده مي شودu
مقدار بار الکتريکي q

نیروی محرکه بر حسب ولت

مولد انرژي را به بار مي دهد تا از پايانه منفي به پايانه مثبت منتقل مي شود مولد مانند يک پمپ آب است که آب را در مدار از پايين دست به بالا دست جا بجا مي نمايد عمل مي کند
هر مولد داراي مقاومت دروني است که در واقع مقاومت مولد در مقابل جريان است و آن را با r نشان مي دهند
قانون اهم در مدار جريان پيوسته
اختلاف پتانسيل دو سر يک مقاومت از رابطه v=RI بدست مي آيد اختلاف پتانسيل دو سر يک مولد از رابطه v=E-rI بدست مي آيد که rI را افت پتانسيل داخلي مولد مي نامند
محاسبه اختلاف پتانسيل بين دو قطعه از مدار
در يک مدار الکتريکي اختلاف پتانسيل بين دو نقطه از مدار بر اساس اجزاي تشکيل دهنده ي مدار محاسبه مي گردد براي محاسبه از يک نقطه از مدار در يک جهت روي مدار حرکت مي کنيم به ازاي هر جزء از مدار تغيير پتانسيل را محاسبه مي کنيم تا نقطه دوم سپس اختلاف پتانسيل بين دو نقطه را به دست مي آوريم
VB+ -Ir1-IR1=VA

VAB= -I(r1-R1)

محاسبه شدت جريان در مدار تک حلقه
براي محاسبه ي شدت جريان در يک مدار تک حلقه از يک نقطه ي دلخواه شروع مي کنيم و در جهت جريان به ازاي اجزاء مدار تغييرات پتانسيل را محاسبه مي کنيم تا دو باره به نقطه شروع برسيم با به دست آوردن معادله تغييرات پتانسيل در مدار جريان الکتريکي مدار را محاسبه مي کنيم
توان مولد
اگر اختلاف پتانسيل دو سر مولد v و نيروي محرکه ي آن e باشد توان مفيد مولد از رابطه زير به دست مي آيد
U= It
P=U/t= I
با توجه به توان مصرفي مي توان چنين نوشت
P=VI
V= -Ir P=( -Ir)I

P= I-I r
راندمان مولد نسبت توان مصدفي مدار به کل توان مولد را راندمان يا بازده مولد مي نامند
Ra=P/P0 Ra=V/
Ra=( -Ir)/ I
راندمان مولد
نسبت توان مصدفي مدار به کل توان مولد را راندمان يا بازده مولد مي نامند
به هم بستن مقاومت ها

الف ) به هم بستن مقاومت ها به صورت متوالي يا سري
هر گاه چند مقاومت را به صورت سري به هم ببنديم و مجموعه را به اختلاف پتانسيل v وصل کنيم اتصال مقاومت ها به صورت متوالي است مقاومت معادل به صورت زير است

به هم بستن مقاومت ها به صورت موازي
هرگاه دو يا چند مقاومت را به طوري به هم اتصال دهيم يک سر همه مقاومت ها به نقطه a و سر ديگر آن ها به نقطه b وصل شود اتصال مقاومت ها به صورت موازي است اگر مجموعه به اختلتف پتانسيل v وصل شود مقاومت معادل به صورت زير محاسبه مي شود

مدارهاي خازن ومقاومت
الف ) اگر يک خازن همراه يک مقاومت در مداري به صورت متوالي به دنبال هم بسته شوند و مجموعه را به اختلاف پتانسيلv وصل کنيم پس از شارر خازن جريان الکتريکي در مدار صفر و اختلاف پتانسيل دو سر مقاومت صفر و اختلاف پتانسيل دو سر خازن برابر اختلاف پتانسيل دو سر پيل خواهد بود

ب ) اگر يک خازن را با يک مقاومت موازي ببنديم و مجموعه را به اختلاف پتانسيل v وصل نماييم در مدار جريان الکتريکي بر قرار مي شود و اختلاف پتانسيل دو سر خازن برابر اختلاف پتانسيل دو سر مقاومت خواهد بود و اگر کليد مدار را باز کنيم تا جريان قطع شود در اين صورت خازن از طريق مقاومت تخليه شده و اختلاف پتانسيل دو سر مخموعه صفر مي شود

قوانين کير شهف در مدارهاي انشعابي
قانون اول : مجموع شدت جريان ورودي به يک گره برابر مجموع شدت جريانهاي خروجي از آن گره مي باشد يعني مجموع جبري شدت جريانها در هر گره برابر صفر است که پايستگي بار الکتريکي در گره را نشان مي دهد

قانون دوم
در يک حلقه بسته مجموع اختلاف پتانسيل برابر صفر است کاربرد اين قانون در مدار هاي الکتريکي به منظور تعيين اختلاف پتانسيل بين دو مدار است
اتصال مولد ها
اتصال سري يا متوالي

اگر n عدد پيل مشابه به نيروي محرکه E و مقاومت دروني r را به دنبال هم ببنديم نيروي محرکه پيل معادل nE و مقاومت دروني معادل nr ميباشد پس جريان از رابطه زير به دست مي آيد
nE=I(R+nr) I=nE/R+nr

اتصال موازي يا انشعابي
اگر n عدد پيل مشابه را به صورت موازي ببنديم نيروي محرکه پيل معادل E و مقاومت دروني پيل معادل r/n ميباشد

E = I(R+r/n) I=E/R+r/n

مغناطيس
محور مغناطيس
محوري است كه محوردو قطب آهن ربا را به گونه اي به هم وصل مي كند خاصيت مغناطيسي در اطراف آن كاملا متقارن است
مغناطيس
منشا توليد مغناطيس حركت الكترونها است به عبارتي اگر الكتروني از نقطه اي به نقطه ديگر جابجا شود در اطراف آن خاصيت مغناطيس ايجاد مي شود

دو قطبي مغناطيسي
ميدان مغناطيسي حاصل از حركت يك عدد الكترون را اصطلاحا دو قطبي مغناطيسي مي گويند
در داخل يك ميله دو قطبي هاي مغناطيسي فراواني وجود دارد كه هر كدام در جهت ها و راستاهاي مختلفي در حال چرخش هستند كه آنها ميتوانند دو به دو اثر مغناطيسي يكديگر را خنثي كنند