علوم پایه هشتم

جريان الكتريكي در واقع همان حركت بارهاي الكتريكي است.

مزایای انرژی الکتریکی

1- اين انرژي به آساني به انرژي هاي ديگر مانند گرما، انرژي مكانيكي، صوت و نور تبديل مي شود.
2- انرژي الكتريكي را به سهولت مي توان قطع يا برقرار كرد.

شدت جريان الكتريكي

 نسبت بار الكتريكي شارش شده از هر مقطع مدار به زمان شارش بار، يعني آهنگ شارش بارالكتريكي را شدت جريان الكتريكي مي گويند. شدت جريان الكتريكي را با نماد I نشان مي دهند و يكاي آن آمپر است.

q= مقدار بار الكتريكي عبوري از مدار بر حسب كولن (C)

t = مدت زمان شارش بار الكتريكي برحسب ثانيه (S)

I = شدت جريان برحسب آمپر (A)

شدت جريان هر مدار با وسيله اي به نام آمپرسنج بر حسب يكاي آمپر اندازه گيري مي شود. آمپر سنج هميشه در مدار به شكل سري (متوالي) با بقيه اجزاي مدار قرار مي گيرد.تجربه نشان مي دهد كه اگر ولتاژ مولد جريان الكتريكي در يك مدار افزايش يابد، مقدار جريان الكتريكي در مدار به همان نسبت افزايش مي يابد.

انواع جريان الكتريسيته:

1- جريان مستقيم (DC):جريان مستقيم هميشه در يك جهت حركت مي كند.

2-جريان متناوب(AC):جهت جريان متناوب در هر ثانيه بارها تغيير مي كند(برای مثال جهت جریان برق شهری 50 بار در ثانیه تغییر می کند).

مدار الکتریکی :

براي آنكه جريان الكتريكي برقرار بماند، بار به يك مسير بسته نياز دارد تا در آن شارش كند. مسيري كه بارها در آن حركت مي كنند. «مدار الكتريكي» ناميده مي شود.

** براي نمايش قطعه هاي متداولي كه در مدارهاي الكتريكي به كار مي روند، از نمادهاي ويژه اي استفاده مي شود.

 هر مدار الكتريكي ساده، شامل يك مولد،لامپ، كليد و سيم هاي رابط است. هرگاه در مدار كليد بسته شود جريان الكتريكي برقرار مي شود و لامپ روشن مي شود.

اختلاف پتانسيل الكتريكي (فشار الکتریکی)

مقدار کاری که باید انجام شود تا مقداری بار به حرکت در آید. 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، جريان الكتريكي همواره از جسمي كه پتانسيل الكتريكي بيش تري دارد به جسمي كه پتانسيل كمتري دارد مي باشد. اختلاف پتانسيل الكتريكي را با علامت V نشان مي دهند و واحد آن ولت (V) است. اختلاف پتانسيل الكتريكي بين دو نقطه را با وسيله اي به نام "ولت سنج" اندازه مي گيريم. ولت سنج همواره در مدار به شكل موازي با بقيه اجزاي مدار قرار مي گيرد.

اختلاف پتانسیل = کار ÷ بار الکتریکی

مولد 

در يك مدار الكتريكي، در صورتي كه مدار به درستي بسته شده باشد؛ جريان الكتريكي به وجود مي آيد و لامپ روشن مي شود. براي به وجود آمدن جريان الكتريكي وجود قوه يا باتري ضروري است. به قوه و باتري مولد جريان الكتريكي گفته مي شود. در يك مولد صورتي از انرژي به انرژی الكتريكي تبديل مي شود. مولدها انواع متفاوتي دارند:

1- پيل شيميايي: در پيل هاي شيميايي، انرژي حاصل از يك واكنش شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل مي شود. هر پيل ساده از دو ميله غير هم جنس رسانا تشكيل يافته كه در محدوده اي از اسيد يا باز يا نمك كه به آن الكتروليت مي گويند فرو برده شده است. يك پيل ساده از دو تيغه رسانا (الكترودهاي) متفاوت مس و روي ساخته شده است كه در درون آن محلول رقيق سولفوريك اسيد قرار دارد. وقتي دو تيغه بايك رشته سيم به هم متصل شوند روي در اسيد حل مي شود و جريان الكترون ها در سيم از روي به طرف سيم برقرار مي شود.در شکل زیر تيغه ي روي را كه داراي بار منفي است قطب منفي يا الكترود منفي و تيغه مس را كه بارالكتريكي مثبت است قطب مثبت يا الكترود مثبت مي نامند.

2- پيل خشك:پيل هايي كه در چراغ قوه مورد استفاده قرار مي گيرند، پيل خشك مي نامند. ظرف محتوي الكتروليت از روي ساخته شده است كه خود قطب منفي پيل را تشكيل مي دهد. قطب مثبت آن ميله اي از جنس كربن است. الكتروليت آن خميري از آمونيوم كلريد (نشادر) و يك ماده ژلاتيني است. براي جلوگيري از خشك شدن خمير قسمت بالاي پيل را با يك ورقه فيبر توسط قير كاملا مسدود مي كنند. 

** بیشترین اختلاف پتانسیلی که توسط یک مولد ایجاد می شود نیروی محرکه مولد (e) نامیده می شود.

مقاومت الكتريكي:

وقتي يك رسانا را به 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 الكترون ها در رسانا به حركت در مي آيند الكترون ها ضمن حركت در رسانا با اتم های سیم برخورد كرده و در نتيجه رسانا گرم مي شود. اين عمل مرتبا 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. مقاومت رسانا در مقابل حركت الكترونها را "مقاومت الكتريكي" رسانا مي گويند. مقاومت يك رساناي فلزي در دماي ثابت به عوامل زير بستگي دارد:

1- طول رسانا:
هر چه طول سيم بلند تر باشد مقاومت الكتريكي آن بيش تر است. به عبارت ديگر مقاومت الكتريكي باطول سيم رابطه مستقيم دارد. طول سيم را با L نمايش مي دهند و يكاي اندازه گيري آن متر است.

2- سطح مقطع رسانا:
مقاومت الكتريكي سيم هاي نازك بيش تر از سيم هاي كلفت است. به عبارت ديگر مقاومت الكتريكي با سطح مقطع سيم رابطه عكس دارد. سطح مقطع سيم را با A نمايش مي دهند و يكاي اندازه گيري آن مترمربع است.

3- جنس رسانا (مقاومت ويژه):
مقاومت ويژه را با ρ نمايش مي دهند و يكاي اندازه گيري آن اهم متر (Ω .m)است.
                                                                  

R مقاومت الكتريكي است. واحد مقاومت به افتخار خدمات علمي (گئورك زيمون اهم) نامگذاري شده است و نماد آن Ω (امگا) مي باشد.
مقاومت الكتريكي رسانا را با وسيله اي به نام "اهم متر" اندازه مي گيرند.

قانون اهم

طبق قانون اهم برای یک رسانا نسبت اختلاف پتانسیل(V) به شدت جریان (I) در دمای ثابت همواره مقداری ثابت و برابر مقاومت آن ماده است.

** مقاومت الكتريكي يك رسانا با تغيير دما تغيير مي كند. در رساناهاي فلزي افزايش دما سبب افزايش مقاومت ويژه و در نتيجه افزايش مقاومت رسانا مي شود.

مثال: به دو سر يك لامپ اختلاف پتانسيل 220 ولت وصل است. اگر شدت جريان در لامپ برابر 5/0 آمپر باشد مقاومت الكتريكي لامپ چند اهم است؟

اتصال پيل ها

1- اتصال سري (متوالی) :اگر قطب مثبت هر پيل به قطب منفي مجاورش متصل شود اتصال را سري همسو مي نامند و جهت جريان هايي كه پیل ها به مدار می فرستند همسو است.

 ...+v= v₁+v₂

**در صورتي كه يك يا چند پیل در خلاف جهت ساير پيل ها قرار داشته باشند، نيروي محركه آن هارا از بقيه كم مي كنيم.

2-اتصال موازي : در اين اتصال قطب هاي همنام پيل ها دوبه دو به هم وصل شده اند و ولتاژ دو سر همه پيل ها مساوي است.

... = v = v₁ =v2 

به هم بستن مقاومت ها
1- مقاومت هاي متوالي: hگر چند مقاومت مانند R1و R2و R3يكي به دنبال ديگري بسته شود به طوريكه از همه آن ها شدت جريان I بگذرد، مي گوييم كه مقاومت ها به طور متوالي به هم بسته شده اند، در اين صورت مقاومت معادل از مجموع اين مقاومت ها به دست مي آيد.

R=R1+R2+R3

در مقاوت هاي سري شدت جريان در طول مسير يكسان است. پس I1=I2=I3
اما ولتاژ معادل برابر است با: V=V1+V2+V3

2- مقاومت هاي موازي:مقاومت ها را در صورتي موازي مي گويند كه هر يك از آنها بين دو نقطه از يك مدار بسته شود.
اختلاف پتانسيل دو سر همه مقاومت هاي موازي يكي است ولي جريان كل مدار بين آنها تقسيم مي شود.

مقاومت معادل از رابطه ي زير به دست مي آيد:

اختلاف پتانسيل دو سر همه مقاومت هاي موازي يكسان است پس V1=V2=V3
در مقاومت هاي موازي جريان بين مقاومت ها تقسيم مي شود پس I=I1+I2+I3