سوالات متن فیزیک 3 ریاضی فصل سوم
-منظور از جريان الکتريکي چيست؟
با اعمال پتانسيل به دو سر يک رسانا , الکترونهاي آزاد در خلاف جهت ميدان شتاب ميگيرند و شروع به حرکت ميکنند و اصطلاحا ميگوييم جريان الکتريکي ايجاد شده است.
2- وضعيت الکترونهاي آزاد را در يک رسانا قبل و بعد از متصل کردن آن به باتري شرح دهيد؟
قبل از اتصال به باتري: اختلاف پتانسيل دو سر رسانا صفر ميباشد و در يک مقطع مشخص از رسانا تعداد الکترونهاي آزاد جابجا شده به صورتي است که بار خالصي که از هر مقطع ميگذرد را صفر ميکند (يعني تعداد الکترونهاي وارد شده به اين مقطع با تعداد الکترونهاي خارج شده از ان برابر است)
بعد از اتصال به باتري : توسط باتري اختلاف پتانسيلي به دو سر رسانا اعمال ميشودکه يک ميدان الکتريکي در رسانا ايجاد ميکند.
در اين ميدان الکترونهاي آزاد که منفي هستند شتاب گرفته و در جهت خاصي شروع به حرکت ميکنند و در مقطع تعادل ميان الکترونهاي وارد شده و خارج شده به هم ميخورد يعني بار خالصي که از مقطع ميگذرد صفر نخواهد بود و ميگوييم جريان الکتريکي ايجاد شده است.
3- جريان الکتريکي در چه جهتي منتشر ميشود؟
جهت جريان الکتريکي در خلاف جهت شارش الکترونها است يعني جريان الکتريکي در جهت ميدان الکتريکي انتشار ميابد زيرا پتانسيل در جهت ميدان کاهش ميابد و جهت جريان از پتانسيل بيشتر ( قطب مثبت؟) به پتانسيل کمتر (قطب منفي) است.
4- شدت جريان متوسط چيست؟
بار شارش شده در واحد زمان را شدت جريان مينامند
I = Δ q / Δ t
نکته: يکاي شدت جريان آمپر نام دارد که با A نشان ميدهند
5-جريان مستقيم چيست؟
اگر در تمام بازه هاي زماني جريان متوسط ثابت بماند در اين حالت , شدت جريان متوسط با شدت جريان لحظه اي برابر ميشود يعني:
I = q / t يا q = I.t
نکته: اگر در رابطه I = q/ t و I بر حسب آمپر و t بر حسب ساعت باشد مقدار q بر حسب آمپر ساعت بدست مي آيد.
6- مدار الکتريکي چيست؟
مسير بسته اي که بار در آن شارش ميکند را مدار الکتريکي ميناميم.
7- قانون اهم را تعريف کنيد؟
بنا به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا به شدت جرياني که از آن ميگذرد در دماي ثابت مقدار ثابتي است.
اين نسبت را مقاومت الکتريکيR مينامند و يکاي آن اهم است که با نماد Ω نشان داده ميشود.
R = V / I
8- شدت جريان و اختلاف پتانسيل يک مدار الکتريکي را با چه وسايلي و چگونه اندازه ميگيرند؟
شدت جريان را بوسيله دستگاهي بنام آمپر سنج که به صورت متوالي در مدار قرار ميگيرد اندازه ميگيرند.
اختلاف پتانسيل (ولتاژ) را به وسيله دستگاهي به نام ولت سنج که به صورت موازي در مدار قرار ميگيرد اندازه ميگيرند.
9- بهترين آمپر سنج و بهترين ولت سنج چه ويژگي بايد داشته باشد؟
بهترين آمپر سنج بايد کمترين مقدار مقاومت را داشته باشد تا تمامي جريان را به راحتي از خود عبور دهد( مقومت آمپر سنج هر چه به صفر نزديکتر باشد آمپر سنج بهتر کار ميکند)
بهترين ولت سنج بايد بيشترين و بزرگترين مقاومت را داشته باشد تا هيچ جرياني از آن عبور نکند( هر چه مقاومت ولت سنج بيشتر باشد ولت سنج بهتر کار ميکند)
10-آوومتر چيست؟
دستگاهي است که ميتواند سه کميت شدت جريان I واختلاف پتانسيل( ولتاژ) V و مقاومت R را اندازه بگيرد.
AVO metr
A → يعني شدت جريان الکتريکي
V → يعني اختلاف پتانسيل ( ولتاژ)
R → يعني مقاومت الکتريکي
11- مقاومت يک رسانا در دماي ثابت به چه عواملي بستگي دارد؟
- طول رسانا - سطح مقطع رسانا - جنس رسانا
هر چه طول رسانا مثل سيم بيشتر باشد مقاومت هم افزايش ميابد
هر چه سطح مقطع رسانا بيشتر باشد مقاومت کاهش ميابد
هر چه ماده رساناي بهتري باشد مقاومت ويژه رسانا بيشتر خواهد بود
R= ρ L / A
12- قطعات يکساني از ( نقره و مس) و( تنگستن و آهن) در اختيار داريم کدام قطعه مقاومت الکتريکي بيشتري دارد؟ چرا؟
مقاومت تنگستن و آهن بيشتر است زيرا مقاومت ويژه آنها نسبت به نقره و مس بيشتر مي باشد.
13-آزمايشي براي اندازه گيري مقاومت ويژه فلز طراحي کنيد و توضيح دهيد که چگونه ميتوانيد دقت اندازه گيري را افزايش بدهيد؟
يک تکه سيم به طول مشخص L و به سطح مقطع معين A تهيه ميکنيم . سپس توسط آوو متر مقاومت سيم را اندازه ميگيريم
حال با استفاده از فرمول R = ρ L / A و با داشتن مقادير L , A , R ميتوانيم مقاومت ويزه ρ را محاسبه کنيم
نکته: براي اندازه گيري مقاومت , جريان رسانا را قطع ميکنيم و سپس به دو سر رسانا به صورت موازي دستگاه آوومتر را متصل کرده و آنرا براي مقاومت تنظيم ميکنيم. تا عددي که نشاندهنده مقاومت است بر صفحه آن ظاهر شود.
نکته: ميتوانيم مقدار مقاومت را از فرمول قانون اهم و با وصل کردن دو سر رسانا به ولتاژ مشخص و اندازه گيري جريان بدست بياوريم و سپس از آن براي رسيدن به مقاومت ويزه استفاده کنيم.
14- مقاومت کربني چيست؟
مقاومتهايي که در ساخت آنها از کربن استفاده شده را مقاومت کربني مينامند.
15- چگونه از روي نوارهاي رنگي اندازه مقاومت را بدست مي آوريم؟
در روي مقاومت کربني چهار حلقه رنگي ديده ميشود که يکي از آنها حتما نقره اي يا طلايي است که از روي آن در صد خطا مشخص ميشود.
شيوه کار:
مقاومت را طوري در دست ميگيريم که حلقه طلايي يا نقره اي آن در سمت راست قرار بگيرد. حال به ترتيب از چپ به راست شماره نوار هاي رنگي را به شکل زير مي نويسيم( هررنگ نشان دهنده يک عدد است)
{((شماره حلقه اول) × 10 ) + ( شماره حلقه دوم) } × 10(شماره حلقه سوم) = مقاومت
16-رئوستا چيست؟
رئوستا يک مقاومت متغير است که جهت تنظيم و کنترل جريان مدار به کار ميرود.
اين وسيله شامل يه استوانه نا رسانا است که سيم بلندي با مقاومت ويزه زياد روي آن پيچيده شده است اين دستگاه يک ورودي ثابت و يک لغزنده متحرک روي سيم پيچ دارد. با حرکت دادن لغزنده روي سيم پيچ طول سيمي که جريان از آن ميگذرد تغيير ميکند و هر چه طول بيشتر باشد مقاومت ايجاد شده نيز بيشتر خواهد شد.
به شکل زير دقت کنيد : قسمتهاي پر رنگ نشان دهنده قسمتي از سيم پيچ است که جريان از ان ميگذرد.
17-جعبه مقاومت چيست؟
نمونه ديگري از مقاومتهاي متغير است که شامل جعبه اي است با مقداري مقاومت مشخص که ميتوان آنها را به دو روش متوالي يا موازي طوري به هم بست که مقاومت دلخواه را ايجاد کند
18- آيا گرما بر مقاومت تاثير ميگذارد؟ چرا؟
بله- اگر رسانا گرم شود جنبش مولکولي آن افزايش ميابد و در نتيجه حرکت الکترونها سخت ميگردد.مانند آن است که از شخصي بخواهند از يک راهرو که همگي در حال دويدن به جهت هاي مختلف هستند عبور کند. مطمئنا بر خوردهاي زيادي با ديگران خواهد داشت و به راحتي نميتواند به سمت ديگر راهرو برسد
پس گرم شدن رسانا باعث بالا رفتن مقاومت ويزه آن و کم شدن جريان عبوري از آن ميشود.
ρ2 =ρ1 (1+ α Δθ) R2 = R1 .(1+ α Δθ)
نکته: α ضريب دمايي مقاومت ويژه است و واحد اندازه گيري آن 1/K ميباشد
19- آزمايشي طراحي کنيد که نشان دهد با افزايش گرما مقاومت رسانا افزايش ميابد؟
تکه سيم ضخيمي با قطر مشخص را به ولتاژ V وصل کنيد سپس توسط آمپر سنج جريان را اندازه بگيريد با استفاده از قانون اهم مقدار مقاومت آن را در دماي اتاق بدست اوريد.
حال سيم را گرم کنيد و به همان ولتاز قبلي متصل نماييد . با آمپر سنج جريان جديد را اندازه بگيريد مشاهده ميشود که نسبت به جريان اوليه مقدار کمتري خواهد داشت I2< I1 با استفاده از قانون اهم ميتوانيد مقاومت دوم را بدست آوريد مشاهده ميشود که مقاومت جديد بزرگتر از مقاومت سيم در دماي اتاق ميباشد
نتيجه ميگيريم افزايش دما موجب افزايش مقاومت رسانا ميشود.
20- آيا در مقاومتها , افت پتانسيل مشاهده ميشود؟ مقدار آنرا محاسبه کنيد؟
وجود مقاومت باعث کند تر شدن حرکت الکترونها ميشود يعني الکترونها در گذر از يک مقاومت رسانا مقداري از انرژي جنبشي خود را در اثر برخورد با ساير اتمها از دست ميدهند و اين يعني افت انرژي پتانسيل در مقاومت . ميدانيم که افت پتانسيل در جهت ميدان الکتريکي اعمال شده براي ذره مثبت صورت ميگيرد يعني از قطب مثبت به سمت قطب منفي.
اين مقدار از رابطه زير بدست مي آيد:
ΔV= VB – VA = -IR
21- علائم زير نشاندهنده چه اجزايي هستند؟
الف-
ب-
ج-
د-
پ-
ت_
و-
ي-
جواب:
الف- آمپر سنج ب- ولت سنج ج- لامپ ( مصرف کننده) د- کليد پ- باتري( مولد) ت_ مقاومت و- رئوستا ي- اتصال به زمين
22- انرژي الکتريکي چگونه در رسانا مصرف ميشود؟
در يک رسانا با اعمال اختلاف پتانسيل , ميدان الکتريکي ايجاد ميشود و اگر بار مثبت q در جهت اين ميدان حرکت کند بر طبق فرمول
ΔV = ΔU /q مقدار انرزي ان به اندازه q. Δv کاهش ميابد به همين ترتيب اين انرزي گرفته شده صرف افزايش انرژي جنبشي بارها ميشود و با برخورد بارها به اتمهاي مقاومت, انرژي رسانا افزايش ميابد و رسانا شروع به گرم شدن ميکند . مقدار انرزي الکتريکي يک مقاومت رسانا از راه زير بدست مي ايد.:
U = q.V و q = I. t و v = I.R
U = (I.t).V = ( I.t).(I.R) = I2 R.t
23- توان الکتريکي در يک مقاومت رسانا چگونه به دست مي آيد؟
P = U/t = IV = I2.R = V2/R
24- ازمايشي طراحي کنيد که به کمک ان بتوان درستي رابطه U = I2.R.tرا تحقيق کرد؟
يک مقاومت رسانا را در جرم مشخصي آب در يک محفظه عايق قرار ميدهيم. و دماي اوليه اب را اندازه ميگيريم. سپس مقاومت را به ولتاز مشخصي وصل ميکنيم. و توسط آمپر سنج شدت جريان را اندازه ميگيريم.
بعد از مدتي آب شروع به گرم شدن ميکند. آب انرژي گرمايي خود را از مقاومت دريافت کرده است که همان u انرژي الکتريکي ميباشد.. زمان را يادداشت کرده و توسط دما سنج دماي ثانويه را نيز اندازه ميگيريم. حال با محاسبات زير ميتوانيم درستي رابطه را تحقيق کنيم.:
Q = MCΔθ , U = I2.R.t Q = U تمام انرژي الکتريکي صرف گرم کردن آب ميشود.
نکته: امکان دارد به دليل انرژي هاي هدر رفته مقدار به دست امده براي گرما کمي با مقدار انرژي الکتريکي تفاوت داشته باشد.. اين ازمايش در حقيقت بيان علمي چگونگي کارکرد کتري هاي برقي ميباشد
25-مولد و نيروي محرکه را تعريف کنيد؟
مولد : دستگاهي که انرژي لازم را براي حرکت بارهاي الکتريکي فراهم ميکند و عامل اصلي ايجاد ميدان در مدار الکتريکي است.
نيروي محرکه: مقدار انرژي که مولد به يک کولن بار الکتريکي ميدهد تا در مدار شارش کند را نيروي محرکه ميگويند و در حقيقت بيشترين اختلاف پتانسيلي که مولد ميتواند ايجاد کند همان نيروي محرکه ε است.
ε = U / q
نکته: يکاي نيروي محرکه زول بر کولن است که به آن ولت ميگويند..
26- مقاومت دروني مولد چيست؟
هر مولدي در درون خود مقاومت ناچيزي دارد که آنرا با r نشان ميدهند و به آن مقاومت دروني مولد ميگويند.
وجود اين مقاومت باعث ميشود که اختلاف پتانسيلي که مولد به مدار ميدهد کمتر از نيروي محرکه مولد ( ولتاژي که توليد ميکند). باشد. يعني:
V = ε – I r
مقدار Ir را افت پتانسيل مولد مينامند که توسط مقاومت دروني ايجاد شده است.
V هم اختلاف پتانسيل دو سر مولد است _ اختلاف پتانسيل داده شده به کل مدار توسط مولد_
نکته: هر گاه جريان نداشته باشيم مقدار Ir = 0 خواهد بود و يعني اختلاف پتانسيل دو سر مولد همان نيروي محرکه مولد ميشود.
27- با استفاده از قانون پايستگي بار توضيح دهيد چرا در مدار تک حلقه شدت جريان در همه قسمتهاي مدار يکسان است؟
بر اساس قانون پايستگی بار , بار الکتريکي از بين نميرود و خود به خود ايجاد نميشود. پس چون مدار تک حلقه است بايد مقدار کل بار اين مدار ثابت باشد. يعني در بازه هاي زماني برابر مقدار مشخص و يکساني بار از يک مقطع عبور ميکند يعني شدت جريان عبوري از مقاطع مختلف سيم با هم برابر است.
29- تغييرات پتانسيل را براي يک مولد در مدار الکتريکي بنويسيد؟
اگر در يک مدار الکتريکي( بدون توجه به جهت جريان) بخواهيم از پايانه منفي مولد به پايانه مثبت مولد حرکت کنيم. پتانسيل به اندازه نيروي محرکه ε افزايش ميابد ولي اگر از پايانه مثبت به سمت پايانه منفي برويم پتانسيل به اندازه ε کاهش ميابد.
30- چگونه اختلاف پتانسيل بين دو نقطه از مدار را محاسبه کنيم؟
دو نقطه فرضي AوB را روي مدار مشخص ميکنيم وبراي هر نقطه پتانسيل VAو VB را در نظر ميگيريم.
از سمت نقطه A به سمت نقطه B حرکت کرده و با توجه به جهت جريان و پايانه هاي باتري ها با رسيدن به هر قطعه از مدار تغييرات پتانسيل آنرا مينويسيم تا سر انجام به نقطه B برسيم. با قرار دادن مقادير در اين معادله براحتي ميتوانيم اختلاف پتانسيل VB-VA را محاسبه کنيد به مدار فرضي در شکل زير دقت کنيد؟
با توجه به سواالات 28 و 29 اگر در جهت جريان از A به B حرکت کنيم مينويسيم:
VA _ IR1 _ ε 2 _ IR2 = VB
VB _ VA = - ( I (R1 +R2 ) + ε 2 )
31- وقتي باتري اتومبيل فرسوده ميشود. مقاومت دروني آن افزايش ميابد چرا اين باتري نميتواند اتومبيل را روشن کند؟
هر قدر مقاومت دروني r افزايش يابد افت پتانسيل در باتري بيشتر ميشود و باتري اختلاف پتانسيل کمتري را ميتواند در دو سر مدار ايجاد کند در نتيجه با بزرگتر شدن r , اختلاف پتانسيل ايجاد شده کم ميشود و نميتواند اتومبيل را روشن کند
32-نيرو محرکه يک باترياتومبيل 12 ولت است آيا با به هم پيوستن متوالي 8 باتري قلمي 1.5 ولتي ميتوان اتومبيل را روشن کرد؟
خير زيرا هر باتري قلمي داراي يک مقاومت دروني r ميباشد که باعث افت پتانسيل در باتري ميشود حال اگر 8 باتري قلمي را به طور متوالي به هم متصل کنيم افت پتانسيل در دو سر مجموعه 8 برابر افت پتانسيل يک باتري قلمي ميشود. با زياد بودن افت پتانسيل , اختلاف پتانسيلي که مجموعه توليد ميکند کاهش يافته و قادر به روشن کردن اتومبيل نميباشد( به بيان ديگر توان مفيد مجموعه کمتر از مقدار لازم ميشود)
33- توان توليدي مولد و توان مصرفي را تعريف کرده و فرمول آنها را ارائه کنيد؟
توان توليدي: مقدار انرژي که در واحد زمان توسط مولد توليد ميشود.
Pتوليدي = ε.I
توان مصرفي: مقدار انرژي که در واحد زمان به علت وجود مقاومت دروني در مولد مصرف ميشود(هدر ميرود).
P مصرفي = I2. R
توان دو سر مولد که به توان مفيد معروف است عبارت است از
Pتوان مفيد مولد = Pتوليدي - P مصرفي = ε.I - I2. R
34- مقاومتها را به چند روش ميتوانيم در مدار قرار بدهيم؟
به سه روش: -متوالي -موازي - مرکب (ترکيبي از متوالي وموازي)
35-ويژگي متوالي بستن مقاومتها را بيان کنيد:
در بستن متوالي مقاومتها, جرياني که از هر مقاومت ميگذرد يکسان و همجهت است( بر اساس قانون پايستگي بار الکتريکي). يعني دايم:
IT = I1 =I2=I3
اما اختلاف پتانسيل معادل مجموعه برابر حاصل جمع اختلاف پتانسيلهاي دو سر مقاومت ها است يعني:
VT = V1 +V2+ V3
در نتيجه مقاومت معادل از راه زير بدست مي آيد؟
R = V/ I V = IR
VT = V1 +V2+ V3 ITRT = I1R1 + I2R2 + I3 R3
و چون I ها برابرند از دو طرف ساده شده و داريم:
RT = R1 + R2 + R3
36- ويزگي موازي بستن مقاومتها را بيان کنيد:
در موازي بستن مقاومتها, اختلاف پتانسيل ها برابرند ولي جريانها برابر نيستند يعني:
IT = I1 + I2 + I3 , VT = V1 = V2 = V3
R = V/ I à I = V/ R à , VT /RT = V1/R1 + V2/R2 + V3/R3
با حذف اختلاف پتانسيلها از دو سمت تساوي داريم :
1/RT = 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3
37- آزمايشي طراحي کنيد که درستي رابطه IT = I1 + I2 + I3 را نشان دهد:
به کمک مقاومتهاي کربني مطابق زير مداري موازي ميبنديم و دو سر مجموعه را به مولدي با ولتاژ معين وصل ميکنيم
حال با استفاده از 4 عدد آمپرسنج که بصورت موازي در هر حلقه مدار قرار ميدهيم مطابق شکل ). اعدادي که آمپرسنجها مشخص کرده اند را يادداشت کرده و درستي فرمول فوق را ثابت ميکنيم. به شکل توجه کنيد.
38- نشان دهيد که وقتي دو مقاومت را به طور موازي به يکديگر وصل کنيم نسبت شدت جريانهاي آنها به نسبت وارون مقاومت ها است؟
در حالت موازي داريم:
IT = I1 + I2 , VT = V1 = V2
V1 = I1 R1
V2 = I2 R2 I1 R1 =I2 R 2 I1 / I2 = R2 / R1
39- قوانين کيرشهف را نام برده و تعريف کنيد:
الف- قانون اختلاف پتانسيلها
ب- قانون شدت جريانها
الف----قانون ولتاژها بيان ميکند که جمع جبري اختلاف پتانسيل ها در هر مدار بسته برابر صفر ميباشد.
ب---- قانون شدت جريانها بيان ميکند که در هر مدار در نقاطي بنام گره , مجموع جبري جريانهاي ورودي به گره و خروجي از گره برابر صفر خواهد بود
نکته : در اينجا با توجه به ورود يا خروج جريان الکتريکي به گره , ممکن است جريان منفي هم داشته باشيم.
40- بنا بر قانون اهم R = V / I است. توضيح دهيد با افزايش ولتاژ V , مقاومت R چه تغييري ميکند؟
مقاومت تغيير نميکند زيرا تغييرات ولتاژ و جريان به گونه اي ميباشد که همواره نسبت V /I ثابت باقي مي ماند.
41- منظور از مدار کوتاه چيست؟
در مدارهايي با مسيرهاي موازي همواره جريان بزرگتر از مسيري حرکت ميکند که مقاومت کمتري دارد.
حال اگر نسبت مقاومت ها خيلي زياد باشد يعني در يک مسير مقاومت بسيار بزرگ RB و در مسير ديگر مقاومت بسيار ناچيز( و نزديک به صفر ) RS را داشته باشيم به طوري که تمام جريان از مسير RS عبور کند در اين حالت ميگوييم مسير RS يک مدار کوتاه است
.نکته: در مورد پرندگاني که روي سيم برق مينشينند هم مدار کوتاه باعث عدم برق گرفتگي پرندگان ميشود. زيرا بدن پرنده مقاومت بزرگ و سيم برق مقاومت ناچيزي دارند پس تمامي جريان از سيم عبور ميکند نه از بدن پرنده ._ ببينيد معلومات فيزيکی پرنده ها چقدر زياده.-
42- با توجه به سوال 40 چگونه ميتوانيم مقاومت را تغيير بدهيم؟
مقاومت به طول و سطح مقطع و دما وابسته است. با تغيير در هر يک از اين کميتها در رسانا , مقدار مقاومت تغيير ميکند.
43- نمودار I – V را براي دو نوع رسانا نشان داده ايم مقاومت کدام يک بيشتر است؟
مقاومت A بيشتر است زيرا با رسم يک خط عمودي نمودار A و B را در نقاطي با ولتاژ برابر قطع ميکنيم با توجه به اينکه R = V /I است. پس هر نموداري که داراي I بزرگتري باشد ( روي خط عمودي) با توجه به برابري ولتاژها داراي مقاومت کمتري خواهد بود.
نکته: در نمودار مشابه V-I خط عمودي نشان دهنده I هاي برابر است پس هر نموداري که ولتاژ بيشتري داشته باشد مفاومت بيشتري نيز خواهد داشت.
___در حل اينگونه مسائل حتما به نوع نمودار توجه کنيد____ در شکل بالا مقاومت A بيشتر است و در شکل مشابه پايين مقاومت B بيشتر ميباشد زيرا نمودارها متفاوتند.
__________________
-منظور از جريان الکتريکي چيست؟
با اعمال پتانسيل به دو سر يک رسانا , الکترونهاي آزاد در خلاف جهت ميدان شتاب ميگيرند و شروع به حرکت ميکنند و اصطلاحا ميگوييم جريان الکتريکي ايجاد شده است.
2- وضعيت الکترونهاي آزاد را در يک رسانا قبل و بعد از متصل کردن آن به باتري شرح دهيد؟
قبل از اتصال به باتري: اختلاف پتانسيل دو سر رسانا صفر ميباشد و در يک مقطع مشخص از رسانا تعداد الکترونهاي آزاد جابجا شده به صورتي است که بار خالصي که از هر مقطع ميگذرد را صفر ميکند (يعني تعداد الکترونهاي وارد شده به اين مقطع با تعداد الکترونهاي خارج شده از ان برابر است)
بعد از اتصال به باتري : توسط باتري اختلاف پتانسيلي به دو سر رسانا اعمال ميشودکه يک ميدان الکتريکي در رسانا ايجاد ميکند.
در اين ميدان الکترونهاي آزاد که منفي هستند شتاب گرفته و در جهت خاصي شروع به حرکت ميکنند و در مقطع تعادل ميان الکترونهاي وارد شده و خارج شده به هم ميخورد يعني بار خالصي که از مقطع ميگذرد صفر نخواهد بود و ميگوييم جريان الکتريکي ايجاد شده است.
جهت جريان الکتريکي در خلاف جهت شارش الکترونها است يعني جريان الکتريکي در جهت ميدان الکتريکي انتشار ميابد زيرا پتانسيل در جهت ميدان کاهش ميابد و جهت جريان از پتانسيل بيشتر ( قطب مثبت؟) به پتانسيل کمتر (قطب منفي) است.
4- شدت جريان متوسط چيست؟
بار شارش شده در واحد زمان را شدت جريان مينامند
I = Δ q / Δ t
نکته: يکاي شدت جريان آمپر نام دارد که با A نشان ميدهند
5-جريان مستقيم چيست؟
اگر در تمام بازه هاي زماني جريان متوسط ثابت بماند در اين حالت , شدت جريان متوسط با شدت جريان لحظه اي برابر ميشود يعني:
I = q / t يا q = I.t
نکته: اگر در رابطه I = q/ t و I بر حسب آمپر و t بر حسب ساعت باشد مقدار q بر حسب آمپر ساعت بدست مي آيد.
6- مدار الکتريکي چيست؟
مسير بسته اي که بار در آن شارش ميکند را مدار الکتريکي ميناميم.
7- قانون اهم را تعريف کنيد؟
بنا به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا به شدت جرياني که از آن ميگذرد در دماي ثابت مقدار ثابتي است.
اين نسبت را مقاومت الکتريکيR مينامند و يکاي آن اهم است که با نماد Ω نشان داده ميشود.
R = V / I
8- شدت جريان و اختلاف پتانسيل يک مدار الکتريکي را با چه وسايلي و چگونه اندازه ميگيرند؟
شدت جريان را بوسيله دستگاهي بنام آمپر سنج که به صورت متوالي در مدار قرار ميگيرد اندازه ميگيرند.
اختلاف پتانسيل (ولتاژ) را به وسيله دستگاهي به نام ولت سنج که به صورت موازي در مدار قرار ميگيرد اندازه ميگيرند.
9- بهترين آمپر سنج و بهترين ولت سنج چه ويژگي بايد داشته باشد؟
بهترين آمپر سنج بايد کمترين مقدار مقاومت را داشته باشد تا تمامي جريان را به راحتي از خود عبور دهد( مقومت آمپر سنج هر چه به صفر نزديکتر باشد آمپر سنج بهتر کار ميکند)
بهترين ولت سنج بايد بيشترين و بزرگترين مقاومت را داشته باشد تا هيچ جرياني از آن عبور نکند( هر چه مقاومت ولت سنج بيشتر باشد ولت سنج بهتر کار ميکند)
10-آوومتر چيست؟
دستگاهي است که ميتواند سه کميت شدت جريان I واختلاف پتانسيل( ولتاژ) V و مقاومت R را اندازه بگيرد.
AVO metr
A → يعني شدت جريان الکتريکي
V → يعني اختلاف پتانسيل ( ولتاژ)
R → يعني مقاومت الکتريکي
11- مقاومت يک رسانا در دماي ثابت به چه عواملي بستگي دارد؟
- طول رسانا - سطح مقطع رسانا - جنس رسانا
هر چه طول رسانا مثل سيم بيشتر باشد مقاومت هم افزايش ميابد
هر چه سطح مقطع رسانا بيشتر باشد مقاومت کاهش ميابد
هر چه ماده رساناي بهتري باشد مقاومت ويژه رسانا بيشتر خواهد بود
R= ρ L / A
12- قطعات يکساني از ( نقره و مس) و( تنگستن و آهن) در اختيار داريم کدام قطعه مقاومت الکتريکي بيشتري دارد؟ چرا؟
مقاومت تنگستن و آهن بيشتر است زيرا مقاومت ويژه آنها نسبت به نقره و مس بيشتر مي باشد.
13-آزمايشي براي اندازه گيري مقاومت ويژه فلز طراحي کنيد و توضيح دهيد که چگونه ميتوانيد دقت اندازه گيري را افزايش بدهيد؟
يک تکه سيم به طول مشخص L و به سطح مقطع معين A تهيه ميکنيم . سپس توسط آوو متر مقاومت سيم را اندازه ميگيريم
حال با استفاده از فرمول R = ρ L / A و با داشتن مقادير L , A , R ميتوانيم مقاومت ويزه ρ را محاسبه کنيم
نکته: براي اندازه گيري مقاومت , جريان رسانا را قطع ميکنيم و سپس به دو سر رسانا به صورت موازي دستگاه آوومتر را متصل کرده و آنرا براي مقاومت تنظيم ميکنيم. تا عددي که نشاندهنده مقاومت است بر صفحه آن ظاهر شود.
نکته: ميتوانيم مقدار مقاومت را از فرمول قانون اهم و با وصل کردن دو سر رسانا به ولتاژ مشخص و اندازه گيري جريان بدست بياوريم و سپس از آن براي رسيدن به مقاومت ويزه استفاده کنيم.
14- مقاومت کربني چيست؟
مقاومتهايي که در ساخت آنها از کربن استفاده شده را مقاومت کربني مينامند.
15- چگونه از روي نوارهاي رنگي اندازه مقاومت را بدست مي آوريم؟
در روي مقاومت کربني چهار حلقه رنگي ديده ميشود که يکي از آنها حتما نقره اي يا طلايي است که از روي آن در صد خطا مشخص ميشود.
شيوه کار:
{((شماره حلقه اول) × 10 ) + ( شماره حلقه دوم) } × 10(شماره حلقه سوم) = مقاومت
16-رئوستا چيست؟
رئوستا يک مقاومت متغير است که جهت تنظيم و کنترل جريان مدار به کار ميرود.
اين وسيله شامل يه استوانه نا رسانا است که سيم بلندي با مقاومت ويزه زياد روي آن پيچيده شده است اين دستگاه يک ورودي ثابت و يک لغزنده متحرک روي سيم پيچ دارد. با حرکت دادن لغزنده روي سيم پيچ طول سيمي که جريان از آن ميگذرد تغيير ميکند و هر چه طول بيشتر باشد مقاومت ايجاد شده نيز بيشتر خواهد شد.
به شکل زير دقت کنيد : قسمتهاي پر رنگ نشان دهنده قسمتي از سيم پيچ است که جريان از ان ميگذرد.
نمونه ديگري از مقاومتهاي متغير است که شامل جعبه اي است با مقداري مقاومت مشخص که ميتوان آنها را به دو روش متوالي يا موازي طوري به هم بست که مقاومت دلخواه را ايجاد کند
18- آيا گرما بر مقاومت تاثير ميگذارد؟ چرا؟
بله- اگر رسانا گرم شود جنبش مولکولي آن افزايش ميابد و در نتيجه حرکت الکترونها سخت ميگردد.مانند آن است که از شخصي بخواهند از يک راهرو که همگي در حال دويدن به جهت هاي مختلف هستند عبور کند. مطمئنا بر خوردهاي زيادي با ديگران خواهد داشت و به راحتي نميتواند به سمت ديگر راهرو برسد
پس گرم شدن رسانا باعث بالا رفتن مقاومت ويزه آن و کم شدن جريان عبوري از آن ميشود.
ρ2 =ρ1 (1+ α Δθ) R2 = R1 .(1+ α Δθ)
نکته: α ضريب دمايي مقاومت ويژه است و واحد اندازه گيري آن 1/K ميباشد
19- آزمايشي طراحي کنيد که نشان دهد با افزايش گرما مقاومت رسانا افزايش ميابد؟
تکه سيم ضخيمي با قطر مشخص را به ولتاژ V وصل کنيد سپس توسط آمپر سنج جريان را اندازه بگيريد با استفاده از قانون اهم مقدار مقاومت آن را در دماي اتاق بدست اوريد.
حال سيم را گرم کنيد و به همان ولتاز قبلي متصل نماييد . با آمپر سنج جريان جديد را اندازه بگيريد مشاهده ميشود که نسبت به جريان اوليه مقدار کمتري خواهد داشت I2< I1 با استفاده از قانون اهم ميتوانيد مقاومت دوم را بدست آوريد مشاهده ميشود که مقاومت جديد بزرگتر از مقاومت سيم در دماي اتاق ميباشد
نتيجه ميگيريم افزايش دما موجب افزايش مقاومت رسانا ميشود.
20- آيا در مقاومتها , افت پتانسيل مشاهده ميشود؟ مقدار آنرا محاسبه کنيد؟
وجود مقاومت باعث کند تر شدن حرکت الکترونها ميشود يعني الکترونها در گذر از يک مقاومت رسانا مقداري از انرژي جنبشي خود را در اثر برخورد با ساير اتمها از دست ميدهند و اين يعني افت انرژي پتانسيل در مقاومت . ميدانيم که افت پتانسيل در جهت ميدان الکتريکي اعمال شده براي ذره مثبت صورت ميگيرد يعني از قطب مثبت به سمت قطب منفي.
ΔV= VB – VA = -IR
21- علائم زير نشاندهنده چه اجزايي هستند؟
الف-
ب-
ج-
د-
پ-
ت_
و-
ي- جواب:
الف- آمپر سنج ب- ولت سنج ج- لامپ ( مصرف کننده) د- کليد پ- باتري( مولد) ت_ مقاومت و- رئوستا ي- اتصال به زمين
22- انرژي الکتريکي چگونه در رسانا مصرف ميشود؟
در يک رسانا با اعمال اختلاف پتانسيل , ميدان الکتريکي ايجاد ميشود و اگر بار مثبت q در جهت اين ميدان حرکت کند بر طبق فرمول
ΔV = ΔU /q مقدار انرزي ان به اندازه q. Δv کاهش ميابد به همين ترتيب اين انرزي گرفته شده صرف افزايش انرژي جنبشي بارها ميشود و با برخورد بارها به اتمهاي مقاومت, انرژي رسانا افزايش ميابد و رسانا شروع به گرم شدن ميکند . مقدار انرزي الکتريکي يک مقاومت رسانا از راه زير بدست مي ايد.:
U = q.V و q = I. t و v = I.R
U = (I.t).V = ( I.t).(I.R) = I2 R.t
23- توان الکتريکي در يک مقاومت رسانا چگونه به دست مي آيد؟
P = U/t = IV = I2.R = V2/R
24- ازمايشي طراحي کنيد که به کمک ان بتوان درستي رابطه U = I2.R.tرا تحقيق کرد؟
يک مقاومت رسانا را در جرم مشخصي آب در يک محفظه عايق قرار ميدهيم. و دماي اوليه اب را اندازه ميگيريم. سپس مقاومت را به ولتاز مشخصي وصل ميکنيم. و توسط آمپر سنج شدت جريان را اندازه ميگيريم.
بعد از مدتي آب شروع به گرم شدن ميکند. آب انرژي گرمايي خود را از مقاومت دريافت کرده است که همان u انرژي الکتريکي ميباشد.. زمان را يادداشت کرده و توسط دما سنج دماي ثانويه را نيز اندازه ميگيريم. حال با محاسبات زير ميتوانيم درستي رابطه را تحقيق کنيم.:
Q = MCΔθ , U = I2.R.t Q = U تمام انرژي الکتريکي صرف گرم کردن آب ميشود.
نکته: امکان دارد به دليل انرژي هاي هدر رفته مقدار به دست امده براي گرما کمي با مقدار انرژي الکتريکي تفاوت داشته باشد.. اين ازمايش در حقيقت بيان علمي چگونگي کارکرد کتري هاي برقي ميباشد
25-مولد و نيروي محرکه را تعريف کنيد؟
مولد : دستگاهي که انرژي لازم را براي حرکت بارهاي الکتريکي فراهم ميکند و عامل اصلي ايجاد ميدان در مدار الکتريکي است.
نيروي محرکه: مقدار انرژي که مولد به يک کولن بار الکتريکي ميدهد تا در مدار شارش کند را نيروي محرکه ميگويند و در حقيقت بيشترين اختلاف پتانسيلي که مولد ميتواند ايجاد کند همان نيروي محرکه ε است.
ε = U / q
نکته: يکاي نيروي محرکه زول بر کولن است که به آن ولت ميگويند..
26- مقاومت دروني مولد چيست؟
هر مولدي در درون خود مقاومت ناچيزي دارد که آنرا با r نشان ميدهند و به آن مقاومت دروني مولد ميگويند.
وجود اين مقاومت باعث ميشود که اختلاف پتانسيلي که مولد به مدار ميدهد کمتر از نيروي محرکه مولد ( ولتاژي که توليد ميکند). باشد. يعني:
V = ε – I r
مقدار Ir را افت پتانسيل مولد مينامند که توسط مقاومت دروني ايجاد شده است.
V هم اختلاف پتانسيل دو سر مولد است _ اختلاف پتانسيل داده شده به کل مدار توسط مولد_
نکته: هر گاه جريان نداشته باشيم مقدار Ir = 0 خواهد بود و يعني اختلاف پتانسيل دو سر مولد همان نيروي محرکه مولد ميشود.
27- با استفاده از قانون پايستگي بار توضيح دهيد چرا در مدار تک حلقه شدت جريان در همه قسمتهاي مدار يکسان است؟
بر اساس قانون پايستگی بار , بار الکتريکي از بين نميرود و خود به خود ايجاد نميشود. پس چون مدار تک حلقه است بايد مقدار کل بار اين مدار ثابت باشد. يعني در بازه هاي زماني برابر مقدار مشخص و يکساني بار از يک مقطع عبور ميکند يعني شدت جريان عبوري از مقاطع مختلف سيم با هم برابر است.
29- تغييرات پتانسيل را براي يک مولد در مدار الکتريکي بنويسيد؟
اگر در يک مدار الکتريکي( بدون توجه به جهت جريان) بخواهيم از پايانه منفي مولد به پايانه مثبت مولد حرکت کنيم. پتانسيل به اندازه نيروي محرکه ε افزايش ميابد ولي اگر از پايانه مثبت به سمت پايانه منفي برويم پتانسيل به اندازه ε کاهش ميابد.
30- چگونه اختلاف پتانسيل بين دو نقطه از مدار را محاسبه کنيم؟
دو نقطه فرضي AوB را روي مدار مشخص ميکنيم وبراي هر نقطه پتانسيل VAو VB را در نظر ميگيريم.
از سمت نقطه A به سمت نقطه B حرکت کرده و با توجه به جهت جريان و پايانه هاي باتري ها با رسيدن به هر قطعه از مدار تغييرات پتانسيل آنرا مينويسيم تا سر انجام به نقطه B برسيم. با قرار دادن مقادير در اين معادله براحتي ميتوانيم اختلاف پتانسيل VB-VA را محاسبه کنيد به مدار فرضي در شکل زير دقت کنيد؟
VA _ IR1 _ ε 2 _ IR2 = VB
VB _ VA = - ( I (R1 +R2 ) + ε 2 )
31- وقتي باتري اتومبيل فرسوده ميشود. مقاومت دروني آن افزايش ميابد چرا اين باتري نميتواند اتومبيل را روشن کند؟
هر قدر مقاومت دروني r افزايش يابد افت پتانسيل در باتري بيشتر ميشود و باتري اختلاف پتانسيل کمتري را ميتواند در دو سر مدار ايجاد کند در نتيجه با بزرگتر شدن r , اختلاف پتانسيل ايجاد شده کم ميشود و نميتواند اتومبيل را روشن کند
32-نيرو محرکه يک باترياتومبيل 12 ولت است آيا با به هم پيوستن متوالي 8 باتري قلمي 1.5 ولتي ميتوان اتومبيل را روشن کرد؟
خير زيرا هر باتري قلمي داراي يک مقاومت دروني r ميباشد که باعث افت پتانسيل در باتري ميشود حال اگر 8 باتري قلمي را به طور متوالي به هم متصل کنيم افت پتانسيل در دو سر مجموعه 8 برابر افت پتانسيل يک باتري قلمي ميشود. با زياد بودن افت پتانسيل , اختلاف پتانسيلي که مجموعه توليد ميکند کاهش يافته و قادر به روشن کردن اتومبيل نميباشد( به بيان ديگر توان مفيد مجموعه کمتر از مقدار لازم ميشود)
33- توان توليدي مولد و توان مصرفي را تعريف کرده و فرمول آنها را ارائه کنيد؟
توان توليدي: مقدار انرژي که در واحد زمان توسط مولد توليد ميشود.
Pتوليدي = ε.I
توان مصرفي: مقدار انرژي که در واحد زمان به علت وجود مقاومت دروني در مولد مصرف ميشود(هدر ميرود).
P مصرفي = I2. R
توان دو سر مولد که به توان مفيد معروف است عبارت است از
Pتوان مفيد مولد = Pتوليدي - P مصرفي = ε.I - I2. R
34- مقاومتها را به چند روش ميتوانيم در مدار قرار بدهيم؟
به سه روش: -متوالي -موازي - مرکب (ترکيبي از متوالي وموازي)
35-ويژگي متوالي بستن مقاومتها را بيان کنيد:
IT = I1 =I2=I3
اما اختلاف پتانسيل معادل مجموعه برابر حاصل جمع اختلاف پتانسيلهاي دو سر مقاومت ها است يعني:
VT = V1 +V2+ V3
در نتيجه مقاومت معادل از راه زير بدست مي آيد؟
R = V/ I V = IR
VT = V1 +V2+ V3 ITRT = I1R1 + I2R2 + I3 R3
و چون I ها برابرند از دو طرف ساده شده و داريم:
RT = R1 + R2 + R3
36- ويزگي موازي بستن مقاومتها را بيان کنيد:
IT = I1 + I2 + I3 , VT = V1 = V2 = V3
R = V/ I à I = V/ R à , VT /RT = V1/R1 + V2/R2 + V3/R3
با حذف اختلاف پتانسيلها از دو سمت تساوي داريم :
1/RT = 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3
37- آزمايشي طراحي کنيد که درستي رابطه IT = I1 + I2 + I3 را نشان دهد:
به کمک مقاومتهاي کربني مطابق زير مداري موازي ميبنديم و دو سر مجموعه را به مولدي با ولتاژ معين وصل ميکنيم
حال با استفاده از 4 عدد آمپرسنج که بصورت موازي در هر حلقه مدار قرار ميدهيم مطابق شکل ). اعدادي که آمپرسنجها مشخص کرده اند را يادداشت کرده و درستي فرمول فوق را ثابت ميکنيم. به شکل توجه کنيد.
در حالت موازي داريم:
IT = I1 + I2 , VT = V1 = V2
V1 = I1 R1
V2 = I2 R2 I1 R1 =I2 R 2 I1 / I2 = R2 / R1
39- قوانين کيرشهف را نام برده و تعريف کنيد:
الف- قانون اختلاف پتانسيلها
ب- قانون شدت جريانها
الف----قانون ولتاژها بيان ميکند که جمع جبري اختلاف پتانسيل ها در هر مدار بسته برابر صفر ميباشد.
ب---- قانون شدت جريانها بيان ميکند که در هر مدار در نقاطي بنام گره , مجموع جبري جريانهاي ورودي به گره و خروجي از گره برابر صفر خواهد بود
نکته : در اينجا با توجه به ورود يا خروج جريان الکتريکي به گره , ممکن است جريان منفي هم داشته باشيم.
40- بنا بر قانون اهم R = V / I است. توضيح دهيد با افزايش ولتاژ V , مقاومت R چه تغييري ميکند؟
مقاومت تغيير نميکند زيرا تغييرات ولتاژ و جريان به گونه اي ميباشد که همواره نسبت V /I ثابت باقي مي ماند.
41- منظور از مدار کوتاه چيست؟
در مدارهايي با مسيرهاي موازي همواره جريان بزرگتر از مسيري حرکت ميکند که مقاومت کمتري دارد.
حال اگر نسبت مقاومت ها خيلي زياد باشد يعني در يک مسير مقاومت بسيار بزرگ RB و در مسير ديگر مقاومت بسيار ناچيز( و نزديک به صفر ) RS را داشته باشيم به طوري که تمام جريان از مسير RS عبور کند در اين حالت ميگوييم مسير RS يک مدار کوتاه است
42- با توجه به سوال 40 چگونه ميتوانيم مقاومت را تغيير بدهيم؟
مقاومت به طول و سطح مقطع و دما وابسته است. با تغيير در هر يک از اين کميتها در رسانا , مقدار مقاومت تغيير ميکند.
43- نمودار I – V را براي دو نوع رسانا نشان داده ايم مقاومت کدام يک بيشتر است؟
___در حل اينگونه مسائل حتما به نوع نمودار توجه کنيد____ در شکل بالا مقاومت A بيشتر است و در شکل مشابه پايين مقاومت B بيشتر ميباشد زيرا نمودارها متفاوتند.
__________________