فصل 8 – بار الكتريكي

  فصل 9 – بارالكتريكي 
رسانا، نارسانا

آيا تاكنون به سيم هايي كه مخصوص سيم كشي برق است ،‌توجه كرده ايد؟ اين سيم ها را از دو قسمت درست كرده اند. يك قسمت رشته هاي باريكي هستند كه در داخل قرارگرفته اند و قسمت ديگر، روكش آن است.
قسمت مركزي از يك نوع فلز (معمولاًمس) تشكيل شده است و قسمت خارجي آن پلاستيكي است. به موادي كه جريان برق را از خود عبور مي دهند رسانا و به مواديكه عبور نمي دهند نارسانا گفته مي شود.تمامي فلزات از جمله مس كه سيم برق از آن ساخته مي شود رسانا هستند. روكش پلاستيكي سيم در بيشتر فلزات نارسانا هستند.
در اتم بعضي عنصرها، الكتروني كه به دورترين فاصله از هسته واقع است. براحتي از اتم به اتم ديگر جهش مي كند. به اينگونه الكترونها «الكترون آزاد» گفته مي شود. در مواد رسانا تعداد بي شماري الكترون آزاد وجود دارد. الكترون هاي آزاد با جابه جا شدن در داخل رسانا، باعث جابجايي بارالكتريكي ازداخل رسانا مي شود.
در جسم نارسانا، به تعداد كافي الكترون آزاد براي جابه جايي وجود ندارد، در نتيجه وقتي به يك جسم نارسانا الكترون اضافه يا كاسته شود جسم داراي بارالكتريكي مي گردد و بارالكتريكي در همان محل، ساكن باقي مي ماند و جابه جا نمي شود.
اكنون كه با چگونگي عبور بارالكتريكي در داخل جسم رسانا آشنا شديد.

  اختلاف پتانسيل:

در مدار الكتريكي در صورتي كه مدار به درستي بسته شده باشد جريان الكتريكي بوجود مي آيد و لامپ روشن مي شود. براي بوجود آمدن جريان الكتريكي وجود قوه يا باتري است.هر قوه با باتري داراي دو پايانه است كه يكي را پايانه ي مثبت و ديگري را پايانه ي منفي مي نامند. علاوه بر آن درون قوه و باتري اجزاي ديگري نيز وجود دارند. 
باتري اتومبيل نيز مانند قوه از سه قسمت اساسي تشكيل شده است، هر خانه باتري داراي دو صفحه است كه يكي پايانه مثبت و ديگري منفي است. قسمت سوم، مايع درون باتري است كه به آن «الكتروليت» مي گوئيم . الكتروليت باتري، محلول رقيق سولفوريك اسيد است. به قوه باتري مولد جريان الكتريكي گفته مي شود.
هر مولد جريان الكتريكي داراي يك مشخصه به نام ولتاژ يا اختلاف پتانسيل الكتريكي است. اختلاف پتانسيل الكتريكي را با يكايي به نام ولت اندازه مي گيرند. اختلاف پتانسيل بين پايانه هاي قوه معمولي برابر با 5/1 ولت است. باتري ماشين هاي معمولي 12 ولت و باتري كاميون ها 24 ولت يا بيشتر است. اختلاف پتانسيل الكتريكي ،‌عامل ايجاد جريان الكتريكي در مدار است. يعني براي ايجاد جريان در يك مدار، بايد توسط يك مولد، بين دو سر مدار، اختلاف پتانسيل برقرار كنيم. اختلاف پتانسيل الكتريكي بين دو نقطه را با وسيله اي به نام «ولت سنج» اندازه مي گيريم. براي اين كار، دو سر ولت سنج را مانند شكل صفحه قبل، به دو سر قسمتي كه مي خواهيم اختلاف پتانسيل بين آنها را اندازه بگيريم، وصل مي كنيم.

  شدت جريان :

تجربه نشان ميدهد كه اگر ولتاژ مولد جريان الكتريكي در يك مدار افزايش يابد. مقدار جريان الكتريكي در مدار به همان نسبت افزايش مي يابد، مثلاً‌ اگر در يك مدار به جاي يك قوه ي 5/1 ولتي از دو قوه ي 5/1 ولتي كه بطور سري به هم وصل شده اند (يعني قطب مثبت اولي به قطب منفي دومي و صل شده است) استفاده كنيم، در مجموع اختلاف پتانسيل قوه ها برابر 3 ولت مي شود.
در اين حالت مقدار جريان الكتريكي مواد نيز دو برابر مي شود. مقدار جريان الكتريكي كه در يك مدار جاري است را شدت جريان الكتريكي يا آمپراژ مي نامند. شدت جريان هر مواد با وسيله اي به نام آمپرسنج يكاي آمپراندازه گيري مي شود. آمپرسنج هميشه در مدار به شكل سري (متوالي) با بقيه ي اجزاي مدار، قرار مي گيرد.  

  مقاومت الكتريكي:

وقتي انسان از يك محل شلوغ و پررفت و آمد عبور مي كند، با كسانيك ه در جهت هاي مختلف در رفت و آمد هستند، برخورد مي كند. اين برخوردها مانع حركت انسان مي شود و انرژي را تلف مي كند. از اين رو تعدادي از انرژي انسان به گرما تبديل مي شود. وقتي جريان الكتريكي از يك رسانا،‌مانند رشته ي درون لامپ مي گذرد. مقداري از انرژي الكتريكي به انرژي گرمايي تبديل شده و باعث گرم شدن لامپ مي شود. وقتي دو سر يك رسانا را به يك مولد وصل مي كنيم. اختلاف پتانسيل الكتريكي مولد باعث مي شود كه الكترون هاي آزاد، در مدار حركت مي كنند. در واقع مولد به الكترون هاي آزاد موجود در رسانا انرژي مي دهد، با تبديل انرژي پتانسيل به انرژي جنبشي (حركتي) الكترون ها در رسانا به حركت درمي آيند . الكترون ها ضمن حركت در رسانا با ذره هاي سازنده آن، برخورد كرده و آن را به حركت درمي آورند و به اين ترتيب انرژي آنها به انرژي گرمايي تبديل مي شود و در نتيجه رسانا گرم مي شود. اين عمل مرتباً تكرار مي شود. يعني مولد به الكترون ها انرژي مي دهد و انرژي الكترون ها در برخورد با ذره هاي مرتعش رسانا به گرما تبديل مي شود.
به همين دليل،‌بعد از مدتي كه از مولد استفاده مي شود. انرژي آن تمام خواهد شد. در واقع، الكترون ها در هنگام حركت در رسانا، هميشه با نوعي مقاومت رو به رو هستند كه به اين مقاومت الكتريكي گفته مي شود. مقاومت الكتريكي رسانا را با وسيله اي به نام «اهم متر» اندازه مي گيرند. يگاي اندازه گيري مقاومت الكتريكي ... را هم دانشمند آلماني اهم ناميده مي شود.
انجام آزمايشها نشان مي دهد هر چه تعداد مقاومت الكتريكي يك مدار بيشتر باشد. شدت جريان ا لكتريكي در آن مدار كم تر است. از اين رو مي توان نتيجه گرفت كه در يك مدار الكتريكي بين شدت جريان مدار، ولتاژ مقاومت الكتريكي آن رابطه ي زير برقرار است:

  آهن ربا :

از زمان هاي قديم به كمك آهن ربا جهت يابي مي كردند و مسير خود را در دريا و اقيانوس تشخيص ميدادند. وقتي در يخچال را مي بنديم، آهن رباهايي كه در درون نوار پلاستيكي دور در گذاشته اند. در يخچال را به بدنه ي آن مي چسباند، در طبيعت نيز سنگ هايي يافت مي شود كه به آن سنگ ها مغناطيسي آهن مي گويند، قطعه هاي كوچك آهن را به خود جذب مي كند.  

  قطب هاي آهن ربا:

يك آهن ربا كه به هر شكلي كه ساخته شده باشد، داراي دو قطب است. براي آن كه به خاصيت قطب هاي آهن ربايي پي ببريد، كافي است يك آهن ربا را درون ظرفي كه پر از ميخ هاي كوچك است فرو ببريد و سپس بيرون بياوريد.
به ناحيه هايي كه از آهن ربا كه ميخ بيشتري جذب مي كند و خاصيت آهن ربايي در آن نواحي بيشتر است :‌قطب هاي آهن ربا مي گويند. هر آهن ربا داراي دو قطب است. اگر آهن ربا را به دور از چيزهاي آهني، آزادانه بياويزيم، هميشه در راستاي شمال جنوب قرار مي گيرند، از اين رو قطب هاي آهن ربا را به قطب N يا شمال ياب و قطب S يا جنوب نامگذاري مي كنند.
در آهن رباهاي فعلي شكل يكي از شاخه هاي آهن ربا با قطب N و شاخه ي ديگر قطب S است. در آهن رباها حلقه اي معمولاً دو سمت بالا و پائين آهن ربا قطب ها را تشكيل مي دهند.

  اثر قطب هاي آهن ربا بر يكديگر :

ديديم كه بارهاي الكتريكي بر يكديگر نيرو وارد مي كنند. بارهاي همنام يكديگر را مي رانند و بارهاي غيرهمنام يكديگر را مي ربايند. آيا قطب هاي آهن ربا بر يكديگر نيرو وارد مي كنند؟ اگر بر يكديگر نيرو وارد مي كنند، نحوه ي اثر آن ها بريكديگر چگونه است؟ از آزمايش هايي نطير فعاليت بالا نتيجه مي شود كه «قطب هاي همنام يكديگر را مي رانند و قطب هاي غيرهمنام يكديگر را مي ربايند».  

  ساختن آهن ربا :

آهن ربا معمولاً به سه روش مالش، القا و الكتريكي ساخته مي شود.  

  القاي مغناطيسي :

اگر آهن رباي قويتري داشته باشيد مي توانيد با كمك زنجير اول،‌رنجيرهاي بلندتري بسازيد و اگر صفحه اي كاغذ يا يك مقوا يا يك شيشه را مطابق شكل بين آهن ربا و اولين سنجاق قرار دهيد،‌باز هم مي توانيد زنجير مغناطيسي بسازيد. يعني بدون تماس آهن ربا با سنجاق، آهن ربا با خاصيت مغناطيسي را در سنجاق ايجاد مي كند. اين پديده ، يعني ايجاد خاصيت مغناطيسي در يك آهن توسط يك آهن ربا حتي بدون تماس با آن، را القاي مغناطيسي مي نامند.

اكنون مي توانيم بفهميم كه يك آهن ربا چگونه ميخ آهني را جذب مي كند. آهن ربا ابتدا سنجاق يا يك ماده ي مغناطيسي را طوري به آهن ربا تبديل مي كند كه قطب هاي ناهمنام آهن ربا و سنجاق در مجاورت يكديگر واقع شوند. در اين حالت نيروي جاذبه ي مغناطيسي بين قطب هاي ناهمنام، باعث جذب سنجاق توسط آهن ربا مي شود. 
 

  آهن رباي الكتريكي:

تاكنون با دو روش براي تبديل آهن به آهن ربا آشنا شديد. آيا روش ديگري وجود دارد كه به كمك آن بتوان يك قطعه آهن را به آهن ربا تبديل كرد؟  

  فكر كنيد . فصل 9 – ص 94

ديديم كه برق و نيز صاعقه ، تخليه ي الكتريكي بين دو ابر يا ابر و زمين است، با توجه به آن چه تاكنون آموخته ايد پاسخ دهيد كه «تخليه الكتريكي چه روي مي دهد؟» 

  مشاهده كنيد : ص 98 :
يك لامپ را روشن و پس از مدت كوتاهي خاموش كنيد. سپس آن را لمس كنيد، چه تغييري كرده است؟

لامپ پس از روشن و خاموش شدن گرم مي شود و اين نشان ميدهد كه در لامپ بدليل مقاومت الكتريكي قسمتي از انرژي الكتريكي به انرژي گرمايي تبديل شده است.  

  اندازه گيري كنيد:
به كمك يك لامپ 3 ولتي در قوه ي 5/1 ولتي يك ولت سنج دو آمپرسنج و يك كليد مداري مطابق شكل ص 99 بسازيد. وقتي كليد را مي بنديد، لامپ روشن مي شود. آمپرسنج ها (A1 و A2) جريان الكتريكي در مدار و ولت سنج (V) ،‌اختلاف پتانسيل دو سر لامپ را نشان مي دهند. پاسخ پرسشهاي زير را بنويسيد.
1 – آمپرسنج هاي A1 و A2 انازه هايي را نشان ميدهند. آيا اين اندازه ها يكسان هستند يا خير؟ از مقايسه ي آنها چه نتيجه اي مي گيريد؟

آمپر سنج A1‌و A2 اندازه هايي يكسان را تشكيل مي دهند. از مقايسه ي مقادير A1‌و A2 نتيجه گرفته مي شود كه در مدار الكتريكي ساده،‌جريان الكتريكي در همه نقاط مقدار ثابتي را دارد.  

  محاسبه كنيد مقاومت الكتريكي لامپ چه اندازه است؟

اختلاف پتانسيل = 1/5×2=3
جريان الكتريكي = 0/5 آمپر