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.

 ماهيت الكتريسيته

 ماهيت الكتريسيته به دليل 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.

س: الكتريسيته ساكن چگونه است؟

ج: هر گاه الكتريسيته توليد شده در محل توليد باقي بماند آنرا الكتريسيته ساكن مي نامند.

س: الكتريسيته جاري چگونه است؟

ج: از حركت الكترونها، الكتريسيته جاري به وجود مي آيد.

س: بار الكتريكي چيست؟

ج: چرخش الكترون به دور هسته 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.

Eتذكر: ماهيت بار الكتريكي تا كنون شناخته نشده است.

    وسيله هاي آزمايش : دو تيغه ي شيشه اي - دو تيغه ي پلاستيکي - پارچه پشمي و ابريشمي - نخ - پايه دو عدد براي آويزان کردن تيغه ها .
    ١- تيغه ي شيشه اي را با پارچه ي ابريشمي مالش دهيد و به خرده هاي کاغذ نزديک کنيد  . چه اتفاقي رخ مي دهد ؟
    ٢- همين آزمايش را با تيغه ي پلاستيکي انجام دهيد و مشاهده هاي خود را بيان کنيد .

    ٣- تيغه ي شيشه اي را با پارچه ي ابريشمي مالش دهيد و آن را از گرانيگاه به وسيله ي نخ خشک آويزان کنيد .
سپس تيغه ي شيشه اي ديگري را با پارچه ي ابريشمي مالش داده و به تيغه ي شيشه اي آويخته شده نزديک کنيد ، چه اتفاقي رخ مي دهد ؟  

 

    ٤- همين آزمايش را با دو تيغه ي پلاستيکي که با پارچه ي پشمي مالش داده ايد تکرار کنيد و مشاهده هاي خود را بيان کنيد. 

    ٥- آزمايش را با يک تيغه ي شيشه اي و يک تيغه ي پلاستيکي انجام دهيد .
نتيجه هاي تجربه ها ي انجام شده را بنويسيد و ربايشي يا رانشي بودن نيرو ها را مشخص کنيد .

جواب :

1: تيغه شيشه اي خرده هاي كاغذ را مي ربايد و اندكي بعد آنها را رها مي سازد.

2- تيغه پلاستيكي نيز ابتدا خرده هاي كاغذ را مي ربايد و بعد از مدتي آنها را رها مي سازد.

3- بعلت هم نوع بودن بار تيغه هاي شيشه اي( هر دو مثبت) تيغه آويخته توسط تيغه ديگر رانده مي شود.

4- مثل حالت قبل تيغه هاي پلاستيكي كه هر دو بار منفي دارند يكديگر را مي رانند.

5- در اين حالت به دليل غير هم نوع بودن بارهاي تيغه ها، يكديگر را مي ربايند.

 

 

 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.

س: چند نوع بار الكتريكي وجود دارد؟

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

س: بارهاي الكتريكي الكترون و پروتون چه فرقي با هم دارند؟

ج: 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.

              

س: كمترين مقدار بار الكتريكي در طبيعت چقدر است؟ ج: 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 و مقدار آن برابر است با: به اين ترتيب هر بار الكتريكي( مثل q) مضرب صحيحي از اين بار پايه خواهد بود يعني: n يك عدد صحيح و مثبت است. س: از رابطه q=n e چه نتيجه اساسي در فيزيك حاصل مي شود؟ ج: 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.  يكاي بار الكتريكي در سيستم SI  يكاي بار الكتريكي در SI كولن است كه با حرف C نشان مي دهند. س: بار الكتريكي خالص يعني چه؟ ج: 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. Eتذكر: توجه كنيد 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. س: نيروي الكتريكي چگونه است؟ ج: نيرويي را كه اجسام داراي بار الكتريكي به يكديگر وارد ميكنند، نيروي الكتريكي مي نامند. س: قانون بنيادي الكتريسيته ساكن چگونه است؟ ج: 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.                    س: روشهاي توليد الكتريسيته ساكن كدامند؟   ج: به دو روش مي توان الكتريسيته ساكن توليد كرد: روش مالش و روش القاء. س: توليد الكتريسيته ساكن يا باردار كردن به طريقه مالش چگونه است؟ ج: 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.             پاسخ به سوال شما چرا وقتي كه ميله شيشه اي را به پارچه ابريشمي مالش ميدهيم شيشه داراي بار مثبت ولي وقتي ميله پلاستيكي را به پارچه پشمي مالش ميدهيم ميله پلاستيكي داراي بار منفي ميشود؟ جواب:  ميدانيم که: جسمي که انرژي يونيزاسيون آن کمتر است ، الکترون  از دست مي دهد و بار الکتريکي آن مثبت مي شود. لذا ،ميله شيشه اي در اثر مالش با پارچه ابريشمي بار مثبت مي گيرد ، زيرا انرژي يونيزاسيون ميله شيشه اي کمتراز پارچه ابريشمي است. ميله پلاستيکي نيز در اثر مالش با پارچه پشمي بار منفي ميگيرد ؛ چون انرژي يونيزاسيون آن از پارچه پشمي بيشتر است.   در شكل مقابل بجاي ميله ابونيتي از ورقه PVC كه همان خاصيت را دارد استفاده شده است .   نتيجه هاي 5 آزمايش شماره 1  را تفسير كنيد و چگونگي باردار شدن تيغه ها و رانده شدن تيغه هاي همنوع را از يكديگر و ربايش تيغه هاي غير همنوع را توضيح دهيد. پاسخ: هنگام مالش تيغه ها به پارچه، الكترونها از تيغه شيشه اي به پارچه و از پارچه به تيغه پلاستيكي منتقل مي شوند. در نتيجه تيغه شيشه اي بار مثبت و تيغه پلاستيكي بار منفي پيدا مي كنند. به اين ترتيب وقتي دو تيغه شيشه اي  يا دو تيغه پلاستيكي را به هم نزديك مي كنيم يكديگر را مي رانند، اما تيغه هاي غير همنوع يعني شيشه اي و پلاستيكي يكديگر را مي ربايند.  وسيله هاي آزمايش : بادکنک - شانه ي پلاستيکي - نخ - پارچه ي پشمي .     ١- چگونه مي توانيد بادکنکي را بدون استفاده از هر نوع چسبي به ديوار بچسبانيد ؟  براي آنکه بادکنک زمان بيشتري به ديوار بچسبد چه مي کنيد ؟      ٢- يک شانه ي پلاستيکي را با يک پارچه ي پشمي مالش دهيد و نزديک شير آبي که آب با فشار کم از آن خارج مي شود نگه داريد .چه مشاهده مي کنيد ؟ مشاهدهاي فوق را بنويسيد و به کلاس گزارش کنيد .                                  جواب: 1: بادكنك را كه از جنس پلاستيك است به پارچه پشمي مالش مي دهيم تا باردار شود و سپس آنرا به ديوار مي چسبانيم در اثر القاي الكتريكي بادكنك به ديوار مي چسبد. براي اينكه بادكنك مدت بيشتري بر روي ديوار بماند بايد آنرا به دفعات بيشتري به پارچه پشمي مالش دهيم. 2- در اثر مالش شانه با پارچه پشمي در آن بار الكتريكي منفي ايجاد مي شود. در اين حالت اگر شانه را به باريكه آب نزديك كنيم در اثر القاي الكتريكي آنرا بطرف خود مي كشد.     الف- موهاي تميز و خشك خود را با يك شانه پلاستيكي خشك شانه كنيد چرا موهاي شما مرتب نمي شوند و به دنبال شانه بلند مي شوند؟ ب- با يك پارچه خشك، صفحه تلويزيون را تميز كنيد. چرا پرزهاي پارچه به صفحه تلويزيون مي چسبند؟ پ- در تاريكي لباس خود را از تن بيرون آوريد، چرا جرقه زده مي شود؟   پاسخ الف: در اثر تماس شانه با مو، شانه بار منفي و مو بار مثبت پيدا مي كنند.  به اين علت موها به طرف شانه كشيده شده و از حالت مرتب خارج مي شوند. پاسخ ب:  صفحه تلويزيون از جنس شيشه است. هنگام تميز كردن، الكترونها از پارچه به صفحه تلويزيون منتقل مي شوند. در نتيجه به علت غير همنوع بودن بار اين دو، پرزهاي پارچه به صفحه تلويزيون مي چسبند. پاسخ پ: هنگام درآوردن لباس در اثر مالش لباس هاي رويي با لباسهاي زيري، الكترونها رد و بدل شده و موجب زدن جرقه مي شوند.   س: اجسام رسانا و نارساناي الكتريكي چگونه اند؟ ج: 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.     وسيله هاي آزمايش : ميله ي مسي - پارچه - الکترو سکوپ .     يک ميله ي مسي کوچک را گرفته و تلاش کنيد که با مالش دادن آن توسط يک پارچه ، در آن بار الکتريکي ايجاد کنيد . آيا بار الکتريکي در آن ايجاد مي شود ؟ چرا ؟ براي اطمينان ، ميله ي مسي را پس از مالش ، به کلاهک الکتروسکوپ بدون باري تماس دهيد و مشاهده ي خود را بنويسيد . جواب: در اثر مالش ميله مسي با پارچه در آن بار الكتريكي ايجاد مي شود. اما به دليل رسانا بودن ميله و نيز دست ما، بارهاي آن از طريق دست و بدن ما به زمين منتقل مي شوند. در اين حالت اگر ميله را به كلاهك الكتروسكوپ بدون باري تماس دهيم ورقه هاي آن حركت نمي كنند.  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.   1- چرا آزمايش هاي الكتريسيته ساكن در روزهاي سرد و خشك، نتيجه بهتري مي دهد؟ 2- چرا در بعضي مواد مانند پلاستيك و نايلون بهتر از ساير مواد مي توان بار الكتريكي ايجاد كرد؟ جواب 1: آب اندكي خاصيت رسانايي دارد و به اين علت هواي مرطوب نيز كمي خاصيت رسانايي پيدا مي كند. در هواي گرم، رطوبت هوا زياد مي شود. در اين حالت الكتريسيته اي كه در اثر مالش در يك جسم ايجاد شده است، از طريق هواي مرطوب به اجسام ديگر منتقل مي شود و مانع از انجام مطلوب آزمايش ها مي گردد. در هواي سرد از رطوبت هوا كاسته مي شود و رسانايي هوا ناچيز مي گردد. در اين حال آزمايش هاي مربوط به الكتريسيته ساكم را بهتر مي توان انجام داد. جواب 2: موادي مثل پلاستيك و نايلون نارساناي الكتريكي هستند. بنابراين هنگامي كه در اثر مالش در آنها بار الكتريكي ايجاد مي شود، اين بار را در خود نگه داشته و به اجسام ديگر منتقل نميكنند.       جمله هاي زير را كامل كنيد: 1- وقتي دو جسم به يكديگر ............ داده مي شود. بين آنها الكترون مبادله مي شود. 2- با جا به جا شدن الكترونهاي آزاد، بار الكتريكي درون ............... شارش مي كند. 3- در يك جسم.............بار الكتريكي در محل ايجاد شده باقي مي ماند. 4- نيرويي كه بارهاي الكتريكي همنوع بر يكديگر وارد مي كنند .............. و نيرويي كه بارهاي الكتريكي غير همنوع بر يكديگر وارد مي كنند..............است. پاسخ 1: وقتي دو جسم به يكديگر مالش داده مي شود. بين آنها الكترون مبادله مي شود. پاسخ 2:  با جا به جا شدن الكترونهاي آزاد، بار الكتريكي درون جسم از يك نقطه به نقطه ديگر آن شارش مي كند. پاسخ 3:  در يك جسم نارسانا بار الكتريكي در محل ايجاد شده باقي مي ماند. پاسخ 4: نيرويي كه بارهاي الكتريكي همنوع بر يكديگر وارد مي كنند رانشي و بارهاي الكتريكي غير همنوع  يكديگر را مي ربايند ١- مي دانيم که تعداد الکترون هاي آزاد موجود در رسانا ها بسيار زياد است . به عنوان مثال در يک سانتيمتر مکعب مس درحدود ٢٢ ١٠ الکترون آزاد وجود دارد .  آيا بزرگي اين عدد را مي توانيد تصور کنيد ؟ براي آنکه به بزرگي اين عدد پي ببريد ، فرض کنيد بخواهيد اين تعداد الکترون را بشماريد . شما در هر ثانيه قادر به شمارش چه تعداد الکترون هستيد ؟ ٢، ١٠، ١٠٠، ١٠٠٠٠،… فرض کنيد که در هر ثانيه بتوانيد يک تريليون يعني ١٢ ١٠ الکترون را بشماريد . چه مدت طول مي کشد تا تمام الکترون هاي آزاد موجود در يک سانتيمتر مکعب مس را بشماريد ؟ براي محاسبه يک سال را تقريبا" برابر ٧ ١٠ *  ٣ ثانيه در نظر بگيريد . ٢- براي آنکه در جسم بدون باري ، بار الکتريکي  ( C ٦- ١٠ * ٤/٦ + ) ايجاد شود ، چه تعداد الکترون بايد از آن گرفته شود ؟  ٣- به تعداد پروتون هاي موجود در هسته ي اتم ، عدد اتمي گفته مي شود و آن را با z نشان مي دهند . عدد اتمي مس برابر ٢٩ است . بار الکتريکي هسته اتم مس چه اندازه است ؟  اتم مس چه اندازه بار الکتريکي منفي دارد ؟ بار الکتريکي اتم مس چه اندازه است ؟ جواب الف:                                                                    سال ب: بار يك الكترون است. نتيجه مي شود: الكترون پ: بار يك پروتون برابر است با:   .نتيجه مي شود: بار هسته    در اتم مس تعداد الكترونها با تعداد پروتونها برابر است. الكترونها نيز به همان اندازه پروتونها بار الكتريكي دارند اما با علامتمنفي. بنابراين بار الكتريكي منفي اتم مس برابر   است. از طرفي چون در اتم مس مقدار بار الكتريكي مثبت پروتونها با مقدار بار الكتريكي منفي الكترونها برابر است، پس اتم مس از نظر بار الكتريكي خنثي خواهد بود.   س: القاء بار الكتريكي چگونه است؟ ج: تعريف: ايجاد بار در رساناها بدون تماس به يكديگر، القاء بار ناميده مي شود.    وسيله هاي آزمايش : دو کره ي فلزي - پايه هاي عايق - تيغه ي پلاستيکي - تيغه ي شيشه اي .     ١- دو کره ي فلزي را که روي پايه هاي نارسانا ( چوبي ) قرار دارند مطابق شکل ( ٣-٢ الف ) در تماس با يک ديگر قرار دهيد . اگر اين وسيله ها را در اختيار نداريد مي توانيد دو تيغه ي فلزي کوچک را انتخاب و آن ها را توسط دو نخ خشک آويزان کنيد و يا دو کاسه زنگ دوچرخه را روي پايه هاي نارسانا (مثلا" چوبي) نصب کنيد . با تماس دست به آن ها مطمئن شويد که بدون بار الکتريکي اند .     ٢- يک تيغه ي پلاستيکي را با پارچه ي پشمي مالش دهيد . چه نوع بار الکتريکي پيدا مي کند ، منفي يا مثبت ؟      ٣- مطابق شکل ( ٣-٢ ب ) تيغه ي پلاستيکي را به کره ي A نزديک کنيد .    شکل ٣-٢- بار دار کردن به روش القا  ٤- بدون آنکه مکان تيغه ي پلاستيکي را تغيير دهيد ، پايه ي چوبي کره ها را گرفته و دو را از هم جدا کنيد .      ٥- تيغه ي شيشه اي را با پارچه مالش دهيد و از گرانيگاه به وسيله ي نخ خشکي آويزان کنيد . تيغه ي شيشه اي داراي چه نوع بار الکتريکي است ؟      ٦- هر يک از دو کره ي A و B را به طور جداگانه به تيغه ي شيشه اي نزديک کنيد .آنچه را که مشاهده مي کنيد ياد داشت کنيد .  جواب 1و2و3و4: در اثر مالش تيغه پلاستيكي با پارچه پشمي در آن بار منفي ايجاد مي شود. وقتي اين تيغه را كنار كره هاي فلزي بهم چسبيده قرار دهيم،در اثر القاي الكتريكي، بارهاي منفي كره A رانده شده و به سطح دورتر كره B مي روند و در عوض بارهاي مثبت در كره A و در سطح مقابل تيغه جمع مي شوند. اگر در اين حالت كره ها را از هم جدا كنيم، در كرهA بار خالص مثبت و در كره B بار خالص منفي ايجاد مي شوند. 5و6: در اثر مالش تيغه شيشه اي با پارچه پشمي در آن بار مثبت ايجاد مي شود. اگر آنرا آويزان كنيم و كره ها را به ترتيب به تيغه نزديك نماييم مشاهده مي كنيم كره A تيغه را مي راند و كره B تيغه را مي ربايد. اين امر تأييد مي كند كه كره A بار مثبت و كره B بار منفي دارد. س: توليد الكتريسيته ساكن به طريقه القاء چگونه است؟ ج: مطابق شكل روبرو، ميله باردار( S ) را به كره فلزي با پايه عايق نزديك مي كنيم. دراثر نيروي الكتريكي بارهاي مثبت و منفي آن از هم جدا مي شوند.سپس با تماس كره به زمين توسط انگشت، بارهاي منفي آن را تخليه مي كنيم. بعد تماس كره با زمين را قطع كرده و ميله ( S )  را از آن دور مي نماييم. در كره بار خالص مثبت باقي مي ماند. (در صورتي كهبار ميله مثبت باشد، بار ايجاد شده در كره منفي خواهد بود).       روش قبل را با دو كره فلزي نيز مي توان انجام داد. در اشكال زير مراحل انجام اين عمل نشان داده شده است: با نزديك شدن ميله باردار( با بار منفي) به كره ها، به علت نيروي الكتريكي، بارهاي مثبت و منفي كره ها  از هم دور مي شوند. سپس كره ها را از هم جدا مي كنيم و بعد ميله را نيز دور مي كنيم. ملاحظه مي شود در كره A بار خالص منفي و در كره B بار خالص مثبت ايجاد مي شود. س: الكتروسكوپ يا برق نما چيست؟ ج: 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. فعاليت 2: الف-  هرگاه جسمي را كه داراي بارالكتريكي است به كلاهك يك الكتروسكوپ بدون بار تماس دهيد، چه اتفاقي مي افتد؟ آيا ورقه طلا از تيغه فلزي دور مي شود؟ چرا؟ علت را توضيح دهيد. ب- مي خواهيم در يك جسم رساناي بدون بار الكتريكي ( يك الكتروسكوپ يا يك كره رسانا) بار الكتريكي القا كنيم. براي انجام اين كار يك تيغه پلاستيكي كه داراي بار الكتريكي منفي است در اختيار شما است. مراحل مختلف كار را شرح دهيد. اگر به جاي تيغه پلاستيكي، تيغه شيشه اي را كه داراي بار مثبت است بكار بريد، نوع بار الكتريكي القا شده چه تغييري مي كند؟ جواب الف:  هر گاه جسمي مثل يك ميله ابونيتي با بار منفي را به كلاهك الكتروسكوپ تماس دهيم، در اثر القاء الكتريكي، بارهاي مثبت جذب ميله شده و در روي كلاهك جمع مي شوند و نيز بارهاي منفي از ميله رانده شده و به روي ورقه طلا و تيغه فلزي مي روند. در اين حالت تيغه فلزي ورقه طلا را به علت داشتن بارهاي همنوع رانده و از خود دور مي كند. جواب ب: ابتدا تيغه پلاستيكي را كه بار منفي دارد به كلاهك الكتروسكوپ نزديك مي كنيم تا ورقه طلا به اندازه دلخواه از تيغه فلزي دور شود. در همين حال الكتروسكوپ را به وسيله تماس با انگشت در مدت كوتاهي به زمين وصل مي كنيم. سپس انگشت را برداشته و تيغ پلاستيكي را از الكتروسكوپ دور مي كنيم. ملاحظه مي شود ورقه طلا همچنان در حال انحراف باقي مي ماند زيرا در الكتروسكوپ بار خالص مثبت ايجاد شدهاست. اگر همين آزمايش را با تيغه شيشه اي كه بار مثبت دارد انجام دهيم، بار ايجاد شده در الكتروسكوپ منفي خواهد بود.        چگونه با يك الكتروسكوپ كه از قبل بارالكتريكي دارد مي توانيد پي ببريد جسمي كه در اختيار شماست: الف- بار الكتريكي دارد يا خير؟ ب- رساناست يا نارسانا. جواب الف- جسم را به كلاهك الكتروسكوپ نزديك مي كنيم( يا به آن تماس مي دهيم) . اگر ورقه طلا انحراف پيدا كند، جسم بار الكتريكي دارد. در اين حالت ميزان انحراف ورقه طلا متناسب با بارالكتريكي جسم است. جواب ب-  ابتدا جسم را به پارچه پشمي مي ماليم. سپس آن را با دست گرفته و به كلاهك نزديك مي كنيم. اگر ورقه طلا دور شود، جسم نا رسانا است. زيرا بار الكتريكي ايجاد شده در خود را حفظ كرده است. اما اگر انحرافي در ورقه طلا مشاهده نشد، جسم رسانا است، زيرا بارالكتريكي خود را از طريق دست به زمين منتقل كرده است و ديگر باري ندارد تا در الكتروسكوپ القا بار كند.     1- با دم پايي پلاستيكي تميز روي فرش راه برويد و سعي كنيد دم پايي روي فرش مالش داده شود. سپس با نوك انگشت خود، گوش و يا نوك بيني يك نفر را كه در اتاق است، لمس كنيد، چه اتفاقي مي افتد؟علت را توضيح دهيد. 2- با چه پديده هاي مشابه ديگري آشنا هستيد؟ آيا ممكن است اين پديده ها خطرناك باشند؟ 3- چرا زير تانكرهاي مخصوص حمل سوخت، زنجير آويزان مي كنند؟ 4- آيا اين پديده در مورد هواپيما در هنگام پرواز ايجاد مي شود؟ در مورد هواپيما چه تدبيري به كار برده مي شود؟ جواب1: در اثر راه رفتن و مالش دم پايي پلاستيكي با فرش، بار الكتريكي منفي در كفش و بدن ايجاد مي شود. هنگام تماس نوك انگشت با گوش يك نفر، با زدن يك جرقه كوچك، اين بار الكتريكي به بدن او منتقل مي شود. جواب 2: اگر با لباس پشمي در داخل اتومبيل بنشينيد و مدتي حركت كنيد، هنگام پايين آمدن و گرفتن دستگيره براي بستن اتومبيل، بين دست شما و دستگيره جرقه زده مي شود. در محل هاي مسدودي مثل اتاق عمل بيمارستان و يا تعميرگاه هاي اتومبيل كه گازهاي اشتعال زا مثل اتر جمع مي شود، وقوع يك جرقه كوچك مي تواند به آتش سوزي و سانحه منجر شود. جواب 3: هنگام حركت تانكر، در اثر مالش بدنه آن با هوا مقدار زيادي بار الكتريكي در آن جمع مي شود. تجمع اين بار و انتقال آن به زمين يا اجسام مجاور ديگر مي تواند همراه با جرقه باشد و سوخت تانكر را منفجر كند. وجود زنجير باعث مي شود تا بارهاي الكتريكي ايجاد شده به طور مداوم به زمين منتقل شوند و در بدنه تانكر جمع نگردند به اين ترتيب از ايجاد جرقه جلوگيري مي شود. جواب 4: هنگام پرواز هواپيما نيز در اثر مالش بدنه آن با هوا مقدار زيادي بار الكتريكي در آن ايجاد مي شود. اين بار مي تواند براي سوخت هواپيما بسيار خطرناك باشد. براي رفع اين مشكل باتري هاي مخصوصي در هواپيما قرار مي دهند تا بارهاي ايجاد شده در اثر مالش را جمع و در خود ذخيره نمايد. ضمناً مقداري از اين بار نيز خودبخود از محل نوك تيز هواپيما دوباره به هوا منتقل مي شود. 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. بنابراين بار الكتريكي مي تواند خودبخود از نقطه اي با پتانسيل الكتريكي بيشتر به نقطه اي با پتانسيل الكتريكي كمتر شارش نمايد. اما براي شارش بار الكتريكي از پتانسيل كمتر به پتانسيل بيشتر بايد كار انجام داد( مثل شارش آب بين دو نقطه كه با هم اختلاف ارتفاع دارند). اختلاف پتانسيل الكتريكي را با نمادV نشان مي دهند. و يكاي آن ولت است. تذكر: انرژي پتانسيل واحد جرم را پتانسيل گرانشي مي نامند و مقدار آن برابر است با:  تعريف پتانسيل الكتريكي  انرژي پتانسيل واحد بار را پتانسيل الكتريكي مي نامند. س: وسيله اندازه گيري اختلاف پتانسيل چيست و چگونه در مدار قرار مي گيرد؟ ج: 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.         س: مولد يا باتري چيست؟ ج: 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.)   س: تعريف نيروي محركه مولد؟ ج: بيشترين اختلاف پتانسيلي كه مولد مي تواند به وجود آورد نيروي محركه آن ناميده مي شود. مولد الكتريكي بسازيد. جواب: اگر مطابق دستور عمل كنيم مولدي حاصل مي شود كه نيروي محركه آن حداكثر يك ولت است.   توان الكتريكي  انرژي الكتريكي را كه توسط يك دستگاه در يك ثانيه به مصرف مي رسد، توان الكتريكي آن دستگاه مي نامند و با نماد P نشان مي دهند. س: توان مصرفي از چه رابطه اي محاسبه مي شود؟   نكته : اگر دو لامپ 60 واتي و 100 واتي را يك بار بطور متوالي و يك با بطور موازي به ولتاژ يكسان وصل نماييم ، در حالت موازي نور لامپ 100 واتي بيشتر مي باشد . ولي در حالت متوالي نور لامپ 60 واتي. زيرا در حالت متوالي چون جريانها يكسان است ، لامپ 60 واتي ، ولتاژ بيشتري را از مولد دريافت مي دارد . بنابراين نورش بيشتر است . P=VI    مقاومت الكتريكي يك رسانا  است. اگر شدت جريان 0.5A   از آن عبور كند، توان مصرفي رسانا چقدر خواهد بود؟     اختلاف پتانسيل 220 ولت در دو سر يك لامپ برقرار است و شدت جريان 0.25A از آن مي گذرد. توان لامپ را تعيين كنيد.     در دو سر يك رسانا با مقاومت الكتريكي اختلاف پتانسيل 100V برقرار است، توان مصرفي رسانا را حساب كنيد.         P=V2/R=1002/20=500 W                  الف- با كار كردن مداوم يك باتري، از انرژي آن كاسته مي شود يا خير؟ آيا مي توان به طريقي انرژي از دست رفته را تأمين كرد؟ ب- در چه نوع باتري هايي( مولدها) اين عمل امكان پذير است؟ ج- درون باتري( مولد) چه اتفاقي رخ مي دهد كه بار الكتريكي ظاهر مي شود؟ جواب الف-با كار كردن مداوم يك باتري از انرژي آن كاسته مي شود. در برخي از باتري ها توسط شارژ كننده مي توان انرژي كاسته شده را دوباره به باتري برگرداند. جواب ب- در باتري هاي سربي خودروها و نيز باتري هاي خشك از نوع (نيكل- كادميم) امكان شارژ مجدد وجود دارد. جواب ج- هر باتري داراي دو قطب مثبت و منفي است. در اثر تغييرات شيميايي مواد داخل باتري، مقداري الكترون در قطب منفي و به همان اندازه يون مثبت در قطب مثبت باتري جمع مي شوند. هنگامي كه باتري در مدار قرار مي گيرد، اكترون هاي قطب منفي از طريق مدار به طرف يونهاي مثبت قطب مثبت به حركت در مي آيند.     براي محاسبه توان، كدام يك از رابطه هاي P=RI2  يا P=VI را بكار مي بريم؟ آيا مي توانيد رابطه ديگري براي توان الكتريكي بنويسيد؟ جواب: با توجه به داده هاي مسئله مي توان هر دو رابطه را بكار برد. اگر طرف دوم رابطه P=RI2  را در كسر ضرب كنيم خواهيم داشت: از برابري R2I2=V2 نتيجه مي شود:   بهاي انرژي الكتريكي مصرفي: بهاي انرژي الكتريكي مصرفي را كه بايد براي مصرف انرژي الكتريكي بپردازيم از حاصلضرب توان مصرفي در مدت زمان استفاده شده از دستگاه بستگي دارد. W=Pt اگر توان مصرفي بر حسب وات باشد انرژي مصرفي بر حسب وات ثانيه خواهد بود. اگر توان مصرفي بر حسب كيلووات باشد انرژي مصرفي بر حسب كيلووات ساعت خواهد بود. (kwh) كه معمولاً از حالت دوم استفاده مي‎شود. (قيمت هر كيلو وات ساعت) *  30 * زمان *  توان  = بهاي انرژي الكتريكي مصرفي ماهيانه (بر حسب ريال)  (تعداد روز) (بر حسب ساعت) (برحسب وات) بر حسب ريال مسئله: يك باتري 12 ولتي جرياني حدود 210 آمپر از آن مي‎گذرد. در هر 10 ثانيه چه مقدار انرژي مصرف مي شود ؟ W=VIt W=10*210*12 =25200 Jol مسئله: يك سماور برقي داراي توان مصرفي 2 كيلووات مي‎باشد اگر به ولتاژ 220 ولت وصل شود چه جرياني از آن مي‏گذرد. P=VI 1000*2=220 I ==> I =100/11 A مسئله : اگر يك لامپ 100 واتي در يك شبانه ‎روز 8 ساعت روشن باشد بهاي برق مصرفي ماهيانه چقدر مي‎شود (بهاي هر كيلو وات ساعت 100 ريال فرض كنيد) توجه وات را به كيلو وات تبديل مي‎كنيم : ( قيمت به ريال)* (30 ) *  p *t = بهاي برق مصرفي ماهيانه ريال 2400 = 100* 30 * (1000/100) * 8  = بهاي برق Eتذكر: در مراكز مسكوني يا صنعتي كه مصرف انرژي الكتريكي زياد است، براي محاسبه هزينه لازم، زمان مصرف را بر حسب ساعت( h ) و توان مصرفي را بر حسب كيلو وات( kw ) در نظر مي گيرند. در اين صورت با توجه به رابطه W=Pt ، انرژي مصرفي بر حسب كيلو وات ساعت ( kwh ) بوده و شمارنده ها( كنتورها) انرژي الكتريكي را بر حسب كيلووات ساعت مشخص مي كنند كه برابر است با: يك كتري الكتريكي با توان 2kw كه با ولتاژ 220v كار مي كند، اگر از آب سرد پر شود 12 دقيقه طول مي كشد تا به جوش آيد. الف) مقاومت الكتريكي قسمت گرماده آن چند اهم است؟ ب) اگر كتري به طور متوسط روزي سه بار براي جوش آوردن آب سرد بكار رود، قيمت مصرف متوسط برق ماهيانه آن از قرار هر كيلووات ساعت 40 ريال چقدر خواهد شد؟ جواب الف) ب) مصرف انرژي براي يك بار جوشيدن آب برابر است با: و براي سه بار جوشيدن: و براي يك ماه برابر خواهد شد با: با در نظر گرفتن مبلغ 40 ريال براي هر كيلووات ساعت نتيجه مي شود: س: براي صرفه جويي در مصرف انرژي الكتريكي چه بايد كرد؟ ج: به طور كلي بايد در مصرف كليه وسايلي كه با انرژي الكتريكي كار مي كنند، مثل تلويزيون، لامپ روشنايي، اتو، يخچال، لباسشويي و غيره استفاده بهينه كرد. يعني ازمصرف غير ضروري آنها خودداري نمود. به خصوص هنگام اوايل شب كه مصرف برق زياد است، نبايد از وسايل پر مصرفي چون اتو و لباسشويي و كولر استفاده كرد. و همچنين مي توان براي روشنايي، لامپ هاي مخصوص كم مصرف گازي يا مهتابي را به كار برد.      خلاصه فصل سوم 1- ماهيت الكتريسيته به دليل وجود بارهاي الكتريكي در اتمهاي ماده است. در اتم دو ذره با بار الكتريكي وجود دارد. پروتون با بار مثبت كه در داخل هسته قرار دارد و الكترون كه بار منفي دارد و به دور هسته مي چرخد. مقدار بار الكتريكي پروتون و الكترون با هم برابر اما از نظر علامت مخالف هم هستند. به اين علت هسته يك اتم در حالت عادي از نظر بار الكتريكي خنثي مي باشد مقدار بار يك پروتون يا يك الكترون برابر است با:                                                   2- هر مقدار بار الكتريكي مثل( q ) را مي توان مضرب صحيحي از بار يك الكترون( يا يك پروتون) در نظر گرفت. يعني: n عدد صحيح و مثبت است. 3-الكتريسيته بر دو نوع است: الكتريسيته ساكن و الكتريسيته جاري. هرگاه الكتريسيته توليد شده در محل توليد باقي بماند آنرا الكتريسيته ساكن مي نامند و اگر بارهاي توليدشده شارش نمايند، الكتريسيته جاري مي گويند. 4-بنا به 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. 5- يكاي بار الكتريكي كولن است و آنرا با نماد C نشان مي دهند. 6- بارهاي الكتريكي خنثي نشده يك جسم را بار الكتريكي خالص مي نامند. بطوريكه اگر اتمي الكترون اضافي دريافت كند، بار خالص منفي بدست مي آورد و اگر الكترون از دست بدهد بار خالص مثبت پيدا مي كند. 7- بنا به قانون الكتريسيته ساكن، بارهاي همنوع يكديگر را مي رانند و بارهاي غير همنوع يكديگر را مي ربايند. 8- به دو روش مالش و القا مي توان الكتريسيته ساكن به وجود آورد. 9- در روش مالش با ماليدن دو جسم نارسا بر هم بارهاي الكتريكي از يك جسم به جسم ديگر منتقل مي شوند و در آنها بارهايي مساوي اما با علامت مخالف ايجاد مي شود. مثلاً در اثر مالش ميله لاكي به پارچه پشمي، الكترون از پارچه به روي ميله منتقل مي شوند و در اين عمل ميله بار خالص منفي و پارچه بار خالص مثبت پيدا مي كنند. 10- در روش القا با نزديك كردن يك جسم باردار به يك جسم رساناي بدون بار درآن بار الكتريكي ايجاد مي شود. مثلاًاگر يك ميله لاكي باردار( با بار منفي) را به يك كره فلزي كه بر روي پايه عايقي قرار دارد نزديك كنيم، بارهاي منفي كره از ميله رانده مي شوند. اگر كره را به زمين اتصال دهيم تا بارهاي منفي به زمين بروند و سپس ميله را دور كنيم، در كره بار خالص مثبت باقي مي ماند. 11- اجسامي كه به راحتي الكتريسيته را از خود عبور مي دهند رساناي الكتريكي و اجسامي كه الكتريسيته را از خود عبور نمي دهند، نارساناي الكتريكي مي نامند. 12- در رساناهاي فلزي، الكترونها مي توانند به راحتي از اتمهاي خود جدا شده و با حركت در درون جسم موجي رسانش شوند. اين الكترون ها را الكترون هاي آزاد مي نامند. 13- الكتروسكوپ يا برقنما وسيله اي است كه بر اساس القا بار الكتريكي عمل ميكند و كاربرد آن عبارتند از: الف- پي بردن به وجود بارهاي الكتريكي كم و ضعيف در يك جسم. ب-  تعيين نوع بار الكتريكي در يك جسم. پ- تعيين رسانايي يا نارسانايي الكتريكي 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. 14- اختلاف پتانسيل الكتريكي عامل جريان يا شارش بارهاي الكتريكي از يك نقطه به نقطه ديگر است.اختلاف پتانسيل را نماد V نشان مي دهند و يكاي آن ولت است. 15- وسايلي مثل باتري، دينامو، ژنراتور مي توانند با ايجاد اختلاف پتانسيل بين دو نقطه موجب جريان الكتريكي بين آن دو نقطه شوند. در باتري هاي خشك معمولي انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل مي شود. 16- مدار الكتريكي، مسير بسته اي است كه جريان الكتريكي را برقرار مي كند. يك مدار الكتريكي ساده، تشكيل شده است از يك مولد اختلاف پتاسيل ( مثل يك باتري) يك مصرف كننده الكتريسيته( مثل يك لامپ) كه با سيم هاي نازكي به هم وصل شده اند. 17- بيشترين اختلاف پتانسيلي كه يك مولد يا باتري مي تواند به وجود آورد، نيروي محركه آن ناميده مي شود. 18- وسيله اندازه گيري اختلاف پتانسيل در مدار ولت سنج است و اين وسيله با قسمتي از مدار كه مي خواهيم اختلاف پتانسيل دو سر آن را اندازه بگيريم، به صورت موازي قرار مي گيرد. 19- جهت قراردادي جريان الكتريكي در يك مدار از قطب مثبت به  طرف قطب منفي باتري در نظر گرفته مي شود. 20 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. 21- مقدار شدت جريان در يك مدار از نسبت بار الكتريكي شارش شده به زمان شارش به دست مي آيد:                                        22- از رابطه بالا نتيجه مي شود بار الكتريكي شارش شده توسط شدت جريان I در زمان t برابر است با:                                                 23- 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. 24- مقاومت اجسام و مواد مختلف در مقابل عبور جريان الكتريكي از خود را مقاومت الكتريكي مي گويند. مقاومت الكتريكي را با نماد R نشان ميدهند و يكاي آن اهم  است. 25- بنا به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل دو سر يك رسانا (V ) به شدت جرياني كه از آن مي گذرد(I ) ، مقدار ثابتي است. اين مقدار ثابت برابر مقاومت الكتريكي رسانا است . يعني: 26- انرژي الكتريكي نسبت به ساير انرژي ها سالم تر بوده و انتقال و تبديل آن آسان تر است. 27- انرژي الكتريكي تبديل شده( يا مصرف شده) در يك وسيله الكتريكي با عامل هاي زير متناسب است: الف- مقاومت الكتريكي رسانا(R). ب- زمان عبور جريان الكتريكي( t). پ- مجذور شدت جريان الكتريكي2(I) . 28- با توجه به عامل هاي بند قبل مصرف انرژي الكتريكي( W) در يك وسيله الكتريكي از رابطه زير محاسبه مي شود:     W=RI2t 29- انرژي الكتريكي را كه توسط يك دستگاه در يك ثانيه به مصرف مي رسد توان الكتريكي آن دستگاه مي نامند و بانماد P نشان مي دهند و يكاي آن وات است. توان مصرفي از رابطه زير محاسبه مي شود:                                                        P=RI2 با توجه به رابطه اهم يعني V=RI براي توان مصرفي رابطه هاي زير را نيز مي توان به دست آورد: P=VI          و           P= V2/R 30- با توجه به تعريف توان مصرفي، انرژي الكتريكي مصرف شده(W) در يك وسيله الكتريكي در زمان(t ) از رابطه زير بدست مي آيد: W=Pt 31-براي محاسبه انرژي الكتريكي مصرف شده در مراكز مسكوني يا صنعتي و تجاري، مقدار انرژي الكتريكي مصرف شده در يك ساعت بر حسب كيلووات ساعت را به عنوان يكا يا مبناي محاسبه در نظر مي گيرند و آن را با نماد kwh نشان مي دهند. پاسخ هاي تمرين هاي فصل سوم 1- ميله نارسانايي با بار  منفي و كره اي رسانا و بدون بار روي پايه اي نا رسانا در اختيار داريد . با رسم شكل نشان دهيد چگونه مي توان كره را : الف ) داراي بار مثبت كرد ؟ جواب :         ب) داراي بار منفي كرد؟ جواب : براي اين منظور لازم است ميله را با كره تماس دهيم كه در آن صورت تعدادي از بارهاي ميله وارد كره مي شوند. 2- دو جسم بدون بار را چگونه مي توان بار دار كرد؟ آيا در اين روش لازم است به جنس اجسام توجه كرد ؟ جواب : به روش مالش . يعني با مالش پارچه پشمي به ميله پلاستيكي يا پارچه ابريشمي به ميله شيشه اي. بله ، چون نوع بارها به جنس پارچه ها بستگي دارد . 3- آزمايش زير را انجام دهيد: 1-1- شير آب سرد را كمي باز كنيد تا باريكه اي از آب تشكيل شود. 1-2- با يك شانه پلاستيكي چند بار سر خود را شانه بزنيد. 1-3- شانه را به باريكه آب نزديك كنيد. آيا مسير آب منحرف مي شود؟ علت را بنويسيد. جواب: مولكول هاي آب از نظرتوزيع بار الكتريكي متقارن يعني يكنواخت نيستند و به صورت دو قطبي مي باشند به طوري كه يك طرف آنها بيشتر خاصيت مثبت و طرف ديگر آنها بيشتر خاصيت منفي دارد. هنگامي كه شانه باردار( با بار منفي) را به باريكه آب نزديك مي كنيم به علت نيروي ربايشي كه بين بارهاي منفي شانه و جهت مثبت مولكولهاي دو قطبي آب ظاهر مي شود، باريكه آب از مسير مستقيم خود خارج شده و به سمت شانه كشيده مي شود. 4- آزمايش زير را انجام دهيد: 3-1- يك حباب صابون درست كنيد و روي پتوي پشمي قرار دهيد. 3-2- با شانه پلاستيكي چند بار سر خود را شانه كنيد. 3-3- شانه را به حباب صابون نزديك كنيد. مشاهده مي كنيد كه شانه، حباب صابون را به طرف خود مي كشد. دليل خود را بنويسيد. جواب: حباب صابون مخلوطي از آب و صابون است. به همان دليلي كه در پاسخ سؤال قبل گفته شد، در اثر نيروي ربايشي بين طرف مثبت مولكولهاي آب در حباي و بارهاي منفي شانه، حباب به طرف شانه كشيده مي شود. 5- در كداميك از وسيله هاي منزل لازم است بار الكتريكي ايجاد شده را كاهش دهيم ( و يا كنترل كنيم ) ؟ جواب : شانه سر ( زيرا اگر با ر آن تخليه نشود يا از جنس مناسب انتخاب نشود ، موها بطور مناسب حالت نمي گيرند .) شمعك اجاق گاز ( زيرا چنانچه اختلاف پتاسيل مورد نظر كنترل نشود ، سبب آتش سوزي يا برق گرفته گي مي شود . برق گير منزل ( جهت انتقال رعد و برق به زمين ) ماشين لباس شويي ( بايد سيم انتقال بار به زمين داشته باشد .) و ........ 6- با توجه به شكل ( 3-17) كتاب درسي ،چند مورد از مشاهده هاي خود كه با الكتريسيته ء ساكن ارتباط دارد را بنويسيد . جواب : بدن بيمار به زمين وصل مي شود - كفش هاي نا رسانا -  چرخ هاي ارابه رسانا هستند. 7- بحث كنيد : اگر دو سر باطري مشابه را بطور مخالف به هم ببنديم ( پايانه هاي مثبت به هم و يا پايانه هاي منفي به هم وصل باشد ) و دو سر مجموعه را به يك لامپ ببنديم چه اتفاقي مي افتد ؟ جواب :  لامپ روشن نمي شود . زيرا با اينكار اختلاف پتانسيل لازم براي جاري شدن الكترونها  را ازبين برده ايم . 8- مقاومت لامپي 200 اهم است و جريان   0/2A از آن مي گذرد. الف- بار الكتريكي كه در مدت 5/2 دقيقه از لامپ مي گذرد چند كولن است؟ ب- اختلاف پتانسيل دو سر لامپ چند ولت است؟     الف)                                               ب(    9- روي لامپي دو عدد 50 وات و 110 ولت نوشته شده است. اختلاف پتانسيل 110 ولت را به لامپ وصل مي كنيم. الف- مقاومت لامپ را حساب كنيد. ب- چه جرياني از آن عبور مي كند؟ پ- در مدت يك دقيقه چند ژول انرژي الكتريكي توسط لامپ مصرف مي شود؟  الف)           (ب                                                   (پ                                  10- تحقيق كنيد: الف- مصرف ماهانه راديو- تلويزيون و يكي از لامپ هاي اتاق را حساب كنيد.( فرض كنيد كه هر كدام روزانه 8 ساعت با اختلاف پتانسيل 220 ولت روشن باشند). ب- بهاي برق مصرفي هر يك از وسيله هاي بالا از قرار هر كيلووات ساعت 100 ريال چقدر مي شود؟ پ- اگر در شهر شما هر يك از خانه ها در هر شب يك لامپ 100 وات اضافي را به مدت 3 ساعت روشن كنند، در يك ماه چند كيلووات ساعت انرژي اضافي مصرف مي شود؟ بهاي آن چند ريال مي شود؟ اگر اين مبلغ صرفه جويي شود براب مردم شهر چه كارهاي مفيدي مي توان انجام داد؟ جواب الف- فرض كنيم توان مصرفي وسايل مورد نظربه ترتيب زير باشند: P1=5W راديو P2=80W تلويزيون P3=100W لامپ زمان مصرف ماهانه هر كدام از وسايل فوق برابر است با: در اين صورت خواهيم داشت: ب)                                                               بهاي مصرفي راديو بهاي مصرفي تلويزيون بهاي مصرفي لامپ پ) فرض كنيم تعداد خانه هاي يك شهر با بزرگي متوسط   باب باشد. بنابراين تعداد لامپ هايي كه اضافه روشن مي شوند به همان تعداد خواهد بود. زمان مصرف اضافي ماهانه هر لامپ برابر مي شود با: مصزف اضافي انرژي ماهانه يك لامپ برابر است با: در اين صورت مصرف اضافي انرژي ماهانه تمام لامپ ها برابر خواهد بود با: در نتيجه : ريال بهاي مصرف اضافي تمام لامپ ها اين مبلغ معادل 5/4 ميليون تومان است و با آن مي توان تقريباً 4 كيلومتر خيابان را آسفالت كرد. 11- تفسير كنيد : 11-1- نمودار شكل زيرمربوط به لامپي است كه در يك مدار قرار دارد. الف- چه رابطه اي بين شرت جريان و اختلاف پتانسيل مي توانيد پيدا كنيد؟ ب- به كمك نمودار، مقاومت لامپ را پيدا كنيد. پ- هرگاه جريان عبوري از لامپ 5/2 آمپر باشد، اختلاف پتانسيل دو سر لامپ چند ولت مي شود؟ جواب الف: در نمودار فوق به ازاي يك مقدار اختلاف پتانسيل معين يك شدت جريان متناظر با آن وجود دارد. مثلاً براي اختلاف پتانسيل 50 ولت شدت جريان متناظر با آن 5 آمپر است. نسبت اين دو برابر مي شود با: اگر از مقادير ديگر اختلاف پتانسيل و شدت جريان هاي متناظر با آنها نيز استفاده كنيم، همين مقدار ثابت يعني 10 به دست خواهد آمد. بنابراين رابطه بين اختلاف پتانسيل و شدت جريان به صورت زير خواهد بود: ب) با توجه به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل بين دو نقطه از مدار به شدت جريان مقدار ثابتي است و اين مقدار مقاومت الكتريكي آن قسمت از مدار است. بنابراين مقاومت الكتريكي لامپ برابر است. پ)                                                                        11-2- در رابطه هاي الف- نمادهاي V وR و P و I هر كدام نماينده چه كميتي هستند و يكاي آنها چيست؟ ب- كاربرد هر يك از رابطه ها را شرح دهيد. جواب الف- نماد V نماينده اختلاف پتانسيل و يكاي آن ولت است. R نماينده مقاومت الكتريكي و يكاي آن اهم است. P نماينده توان مصرفي و يكاي آن وات است. I نماينده شدت جريان و يكاي آن آمپر  است. ب- اين رابطه ها براي محاسبه توان مصرفي وسايل الكتريكي كختلف بكار مي روند. به طوري كه اگر ولتاژ مصرفي يك وسيله و مقاومت الكتريكي آن معلوم باشد رابطه     و اگر ولتاژ مصرفي با شدت جريان در دست باشد رابطه P=VI و اگر مقاومت الكتريكي و شدت جريان معلوم باشند رابطه P=RI2  مورد استفاده قرار مي گيرد. 11-3- در مدار شكل مقابل (شكل كتاب ) به تدريج دماي مقاومت( R ) را بالا مي بريم. در اين صورت: الف- مقاومت، افزايش مي يابد، كاهش مي يابد و يا تغيير نمي كند؟ ب- شدت جريان در مدار، افزايش مي يابد، كاهش مي يابد و يا تغيير نمي كند؟ پاسخ خود را در هر مورد با دليل بنويسيد. جواب الف: با افزايش دما مقاومت الكتريكي R افزايش مي يابد زيرا در دماي بيشتر انرژي دروني و در نتيجه انرژي جنبشي بارهاي شارش شد بيشتر شده و به تعداد دفعات بيشتري با هم برخورد مي كنند. در نتيجه عبور بارها مشكل تر مي شود و مقاومت الكتريكي افزايش مي يابد. جواب ب: با توجه به توضيح بند( الف) با افزايش دما و مقاومت R ، شدت جريان كاهش پيدا مي كند. زيرا شدت جريان با مقاومت الكتريكي نسبت وارون دارد. Eتذكر: در بعضي از رساناها مثل كربن با افزايش دما، مقاومت كاهش مي يابد و در بعضي نيز مثل آلياژهاي كنيتانتان و مانگانين افزايش دما تأثير چنداني بر مقاومت الكتريكي جسم ندارد. 12- روي يك آسياب برقي دو عدد 700W و 220V نوشته شده است. اين آسياب برقي را به اختلاف پتانسيل 220V وصل مي كنيم حساب كنيد: 12-1- شدت جرياني كه از آن مي گذرد. 12-2- انرژي الكتريكي مصرفي ماهانه ي اين دستگاه را در صورتي كه هفته اي يك بار و هر بار به مدت 20 دقيقه مورد استفاده قرار مي گيرد. جواب 1:                                                    2)                                                         13- اختلاف پتانسيل دو سر باتري اتومبيل هاي سواري برابر 12V است. اگر 8 باتري قلمي 5/1 ولتي به طور متوالي به يكديگر وصل كنيم، اختلاف پتانسيل دو سر مجموعه آنها نيز برابر 12V مي شود. تحقيق كنيد كه چرا در اتومبيل ها به جاي باتري اتومبيل از 8 باتري قلمي استفاده نمي شود؟ جواب: ميزان بار الكتريكي ذخيره شده در باتري هاي قلمي بسياركمتر از انرژي الكتريكي ذخيره شده در باتري اتومبيل است. لذا باتري هاي قلمي شدت جريان لازم براي راه اندازي موتور و ساير وسايل الكتريكي اتومبيل را نمي توانند تأمين كنند.