الکتريسيته و مغناطيس

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 موازي نزديك بهم

اختلاف پتانسيل بين دو صفحه v

   d  فاصله بين آنها  

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

      q انتقال بار از زمين

     w   انرژي لازم

   v      اختلاف پتانسل

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 الكتريكي 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

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

الف- خازن خالي يا دشارژ، يعني دو صفحه خازن خنثي بوده و بدون بار باشد

ب - خازن پر بوده يعني در صفحات آن دو نوع بار مساوي ولي مخالف وجود دارد در اين وضعيت گفته مي شود كه خازن شارژ است

براي پر كردن خازن كافي است دو خوشن آن مستقيما و يا به صور غير مستقيم به دو قطب پيلي متصل شود جوشني كه به قطب مثبت وصل است داراي بار مثبت و جوشني كه به قطب منفي وصل است داراي بار منفي مي گردد

يك روش براي شارژ كردن خازن به طور غير مستقيم است

در اين حالت خازن را در مداري به  يك مولد وصل مي كنيم به محض آن كه كليد وصل مي شوددر يك لحظه مشاهده مي شود كه شدت جريان به حداكثر مي رسد كه آمپر سنج آن را نشان مي دهد سپس ملاحظه مي شود كه با گذشت زمان هر چند كيد وصل است ولي شدت جريان شروع به كم شدن مي كند تا جايي كه به صفر مي رسد(خيلي خيلي كم مي شود)

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

مقاومت الکتريکي

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

يک 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 هادي هاي غير فلزي  ونيمه هادي ها را کاهش مي دهد

ضريب ازدياد گرمايي مقاومت 

 مقاومت در صفر درجه سلسيوس   R0

  مقاومت در دماي       R

براي فلزات مثبت وبراي غير فلزات منفي است 

       نيروي محرکه

  نيروي محرکه ي مولد مقدار انرژي است که مولد به يکاي بار الکتريکي مي دهد تا بتواند در مدار شارش پيدا کند

=u/q

   u        انرژي مولد که به بار داده مي شود   

q         مقدار بار الکتريکي

          نيروي محرکه مولد 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

VA-IR +1-Ir1-2-Ir2=VA

I(R+r1 + r2 )= 1-2

I=1-2/ R+r1 + r2