فیزیک برق

1. فیزیک برق تهیه کنندگان : ایرج فقیری استاد راهنما: آقای محمد سعید آخوند زاده چهارم ریاضی،فیزیک

2. چارچ الکتریکی (انواع چارچ ) ساحه الکتریکی و خطوط ساحه

3. نیرویالکتریکی یکی از چهار نیرویی بنیادی که سنگ بنای پیشرفت در تکنولوژی است. مبحثی از علم شیمی که به بررسی اثر متقابل الکترونهای در اتمها می پردازد. مبحثی جالب بدلیل کنکاش در مفاهیم جازبه.

4. نیروی الکتریکی • همه ما با الکتریسیته ساکن آشنا هستیم. • هنگامی که رطوبت کم باشد، اگر با کفش هایی که کف آن از چرم است بر روی فرش راه برویم،در ما یک شوک بوجود می آید. • چه دارد رخ می دهد؟ • انتقال چارچ در نوک انگشتمان

5. چارچ الکتریکی می دانیم ذرات پایه ای همانند الکترون و پروتون دارای خصوصیتی بنام چارچ الکتریکی می باشند. اجسامی که در خود چارچ ذخیره می کنند ، چارچ دریافت و یا از دست داده اند. این اجسام دارای نیرویی که دراثر چارچ دارشدن جسم می باشد بوجود آمده است هستند.

6. چارچ الکتریکی • دو نوع چارچ به مثبت و منفی در طبیعت موجود می باشد. • چارچ الکترون منفی و چارچ پروتون را مثبت تعریف می کنیم. آنچه جالب است ”جذب چارچ های هم نام و دفع چارچ های غیر هم نام از یکدیگر می باشد.“

7. چارچ الکتریکی • می دانیم که قوانین پایستگی از اهمیت زیادی برخوردار است . • پایستگی انرژی ، حرکت خطی وغیر خطی اثرات زیادی بر رفتار جهان داشته است . • چارچ های الکتریکی از این امر مستثنا نیستند و برای هر چارچ مثبت متقابلا چارچ ی منفی موجود می باشد.

8. پایستگی چارچ الکتریکی • ”در هر فرایند ،برایند میزان چارچ تولید شده برابر صفر می باشد.“ • این بدین معنی می باشد که اگر ما تمامی چارچ های مثبت ومنفی اطرافمان را با هم جمع کنیم ، چارچ کلی آنها صفر خواهد شد. • بنا بر این ما نه می توانیم چارچ ی را خلق ونه بوجود آوریم.

9. رسانا وعايق ها

10. رســانا وعــايــق ها • موادي همانند فلزات رساناي الكتريكي هستند. • يعني چارچ الكتريكي آزادانه مي تواند در آنها حركت كند.(الكترونها جابجا مي شوند ) • مواد ديگري مثل چوب وشيشه نمي توانند هادي جريان الكتريكي باشند. • در حقيقت الكترون ها نمي توانند در اين مواد حركت آزادانه داشته باشند.

11. القای چارچ الکتریکی برای انتقال چارچ به میله ی خنثی کافیست میله ی چارچ دار را به آن متصل کنبد.

12. -q2 +q1 r قانـون کـولـن • کولن با تقسیم چارچها بین اجسام توانست مقدار چارچ را به 2/1، 4/1، و... مقدار اولیه موجود در میله برساند. • بعد از آن او توانست مقدار نیروی بین دوذره چارچدار را از رابطه روبه رو بدست آورد.

13. چارچ الکتریکی (انواع چارچ ) • چارچ های الکتریکی را میتوان به دو دسته تقسیم کرد: • چارچ مثبت • چارچ منفی

14. قانـون کـولـن • بطور دقيق ،قانون اهم تنها بر روي چارچ نقطه اي حاكم مي باشد.(نه دريك مقدار فضاي محدود) • حتي براي كره ها نيز مقدار چارچ متمركز در مركز چارچ را مي توان با اين رابطه بدست آورد. • درست مثل جاذبه كه به مركز كره وارد مي شود.(شبيه زمين)

15. قانون کولن • در شکل زیر قانون کولن به تشریح نیروهای بین ذرات چارچ دار می پردازد. دراین رابطه ثابت گذر دهی خلاءبوده ومقدار آن برابر : = 8.85 × 10-12 F m-1 همچنین داریم :

16. ساحه الکتریکی • فضای الکتریکی اطراف یک جسم چارچ دار،جایی که حضور ساحه توسط یک چارچ آزمون آشکارمی شود را ساحه الکتریکی می نامیم. • منظوراز چارچ الکتریکی آزمون ، قرار دادن یک چارچ الکتریکی بسیار کوچکی است تا نیروی حاصل از آن تاثیرمحسوسی بر توزیع چارچ های بوجود آورنده ساحه نداشته باشد. حضور ساحه الکتریکی : نامعلوم

17. +q خطوط ساحه الکتریکی • خطوط ساحه الکتریکی ، متوجه جهت نیروی وارد بر چارچ آزمون قرارگرفته درآن ساحه می باشد. • جهت ساحه در هر نقطه، خط مماس وارد برهرنقطه از خطوط ساحه می باشد. • شمار خطوط ساحه الکتریکی ،متناسب است با مقدار(شدت) ساحه الکتریکی در آن ناحیه می باشد. F

18. خطوط ساحه الکتریکی یک چارچ مثبت نقطه ای. خطوط ساحه الکتریکی یک چارچ منفی نقطه ای. الگوی ساحه الکتریکی(1)

19. خطوط ساحه الکتریکی دو چارچ مخالف. خطوط ساحه الکتریکی دو چارچ هم علامت. الگوی ساحه الکتریکی(2)

20. الگوی ساحه الکتریکی(3) • خطوط ساحه الکتریکی موجود دردو صفحه موازی چارچ دار.

21. E q r Q مقدار ساحه الکتریکی چارچ نقطه ای • با استفاده از قانون کولن : • با استفاده از تعریف ساحه الکتریکی لذا داریم : دقت کنید که مقدار ساحه E تنها بهQ که مولد ساحه می باشد بستگی داشته و به چارچ آزمون بستگی نخواهد داشت.

22. E E1 E2 r1 r2 -Q2 +Q1 برداربرایند ساحه الکتریک • فرض کنید چند چارچ نقطه ای همانند Q1, Q2وQ3 داریم . • می توان با محاسبه مقادیر E1, E2و E3 وهمچنین با استفاده از جمع • بردارها، بردار برایند E = Ei را بدست آوریم

23. ميدان الكتريكي و رسانا • چارچ موجود دریک رسانا همواره درسطح آن توزیع می شود. • E همواره عمود بر سطح خارجی رسانا می باشد.(برای مثال درشکل هیچ مولفه ی ساحه موازی با سطح رسانا نمی باشد.) • ساحه E)) در داخل یک رسانا صفر می باشد. کره فلزی جامد در صورتی که چارچ ها درحال حرکت باشند( جریان داشته باشیم) موارد مذکور صادق نخواهند بود.

24. ساحه در نقاط نوک تیز بیشتر می باشد.

25. E a r ميدان الكتريكي حاصل از يك كره ي رساناي چارچ دار • ميدان الكتريكي داخل كره برابر صفر مي باشد. • ميدان الكتريكي براي raبرابر : • و براي سطح كره خواهيم داشت : •  چگالي سطحي چارچ مي باشد.

26. E a r ميدان الكتريكي حاصل از يك كره ي نارساناي چارچ دار • درون يك نارسانا كه الكترون آزاد ندارد ، يك ميدان الكتريكي مي تواند وجود داشته باشد. • ميدان الكتريكي بيرون يك رسانا الزاما بر سطح آن عمود نمي باشد.

28. محاسبه ساحه الکتریکی حاصل از میله ی چارچ داری به طولL و چگالی خطی l y dE = k dq /r2 dE dEy dEy= dE cos q dEx r  y q -x +x dq = ldx x -L/2 0 L/2 dq dEy= k l dx cos q /r2 Ey= k l q cos q /r2 for a point charge x= y tanq dx = y sec2 q dq r =y sec q r2 =y2sec2q dx/r2=dq/y

29. تعیین نیروی برایند از طریق اصل برهم نهی • نیرویی کهq1 برq2وارد می کند : • نیرویی کهq2 برq3وارد می کند : • نیروی برایند وارد بر برابر جمع برداری و می باشد.

30. داریم : در مبداء و در ساحه را در و بیابید(در نقطه p). مثالی برای پیدا کردن ساحه الکتریکی دو چارچ در صفحه P با استفاده از اصل بر هم نهی مولفه های مربوط به هر دو چارچ را پیدا کرده و با هم جمع می کنیم. X,Y

31. داریم : E2 : ساحه برایq1 f f q2 =15 nc q1=10 nc : ساحه برای q2 مولفه ها را روی Xو Y تجزیه می کنیم. حال تمام مولفه ها را با هم جمع می کنیم.

32. f q1=10 nc q2 =15 nc Enet f1 سرانجام برای ساحه کل(برآیند) خواهیم داشت : Enet برای جهت ساحه الکتریکی کل داریم : y ساحه الکتریکی با استفاده از بردارهای یکه

33. توزیع پیوسته چارچ ها بجای جمع تک تک چارچ ها می توانیم تصور کنیم که چارچ ها بطور پیوسته پراکنده شده اند وبعد ازآن انتگرال بگیریم. این انتگرالگیری می تواند بر روی یک حجم، سطح و یا حتی بر روی یک جسم خطی محاسبه شود.

34. ساحهحاصل از دوچارچ مخالف هم روی محورX ها ساحه روی محور Y چقدر می باشد؟ ساحه الکتریکی در نقطه به فاصله از چارچ هایی که به فاصله از هم می باشد، برابر جمع برداری ساحه های حاصل از می باشد( ا صل برهمنی) ساحه الکتریکی چارچ E1 E1y E2x E1x ساحه الکتریکی چارچ E2 E2y a1 a2 r : حال داریم لازم به ذکر است که ساحه هایٍٍٍ ٍE1, E2 با هم برابر می باشند. ساحه در راستای محورY برای دو چارچ با هم برابر و مخالف هم می باشد لذا ساحه دراین راستا صفر می باشد. اما ساحه در راستای X برای هر دو چارچ در یک جهت بوده پس آنها را با هم جمع می کنیم.

35. and But E1 E1y q E2x E1x Now, E2 E2y a1 a2 r But q as and Now when r>>L, the term

36. دوقطبی الکتریکی قرار گرفته دریک ساحه الکتریکی یک ساحه الکتریکی یکنواخت هیچ نیروی برایندی را به دو قطبی وارد نمی کند، اما گشتاوری به آن می دهد که دو قطبی را در جهت ساحه به چرخش حول مرکز دو قطبی متمایل می سازد. • =oکشتاور حول نقطه ی So, هنگامی که دو قطبی به اندازه می چرخد ساحه الکتریکی کار انجام می دهد. کار انجام شده برابر است با :

37. منابع : • www.aire.org.cn/colloquia/upload_files • www.hyperphysics.com • www.bartol.udel.edu • http://www.uta.edu/physics/