آيزاك نيوتون

سِر آیزاک نیوتن (۲۵ دسامبر ۱۶۴۲ – ۳۱ مارس ۱۷۲۷) فیزیک‌دان، ریاضی‌دان، فیلسوف و کیمیاگر شهروند انگلستان بوده است. وی در سال ۱۶۸۷ میلادی شاهکار خود «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» را به نگارش درآورد. در این کتاب او مفهوم گرانش عمومی را مطرح ساخت و با تشریح قوانین حرکت اجسام، علم مکانیک کلاسیک را پایه گذاشت. از دیگر کارهای مهم او بنیان‌گذاری حساب دیفرانسیل و انتگرال است.

نام نیوتن با انقلاب علمی در اروپا و ارتقاء تئوری خورشید-مرکزی پیوند خورده‎ است. او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قوانین حرکت سیارات کپلر برهان‎های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی مانند ستارگان دنباله دار، لزوماً بیضوی نیست بلکه می‌تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد. افزون بر اینها، نیوتن پس از آزمایش‎های دقیق دریافت که نور سفید ترکیبی از تمام رنگ‌های موجود در رنگین‌کمان است. او فرضیه موجی هویگنس را دربارهٔ نور رد کرد. از دیدگاه نیوتن نور جریانی از ذرات است که از چشمه نور به بیرون فرستاده می‎شوند.

 توجه!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!توجه

سوالات تمام فصل ها ي كتاب سوم دبيرستان در اين وبلاگ موجود است و مطالب جداد و خواندني و سرگرمي هاي زيادي نيز در آينده به آن اضافه خواهد شد.

علاوه بر اين شما مي توانيد در قسمت ارسال نظر پست الكترونيك(ايميل) خود و نمونه سوالي كه مي خواهيد را وارد كرده و روز بعد نمونه سوال را دريافت كنيد.

اميدوارم از اين وبلاگ استفاده لازم را برده باشيد.

1-منظور از جريان الکتريکي چيست؟

با اعمال پتانسيل به دو سر يک رسانا , الکترونهاي آزاد در خلاف جهت ميدان شتاب ميگيرند و شروع به حرکت ميکنند و اصطلاحا ميگوييم جريان الکتريکي ايجاد شده است.

2- وضعيت الکترونهاي آزاد را در يک رسانا قبل و بعد از متصل کردن آن به باتري شرح دهيد؟

قبل از اتصال به باتري:  اختلاف پتانسيل دو سر رسانا صفر ميباشد و در يک مقطع مشخص از رسانا تعداد الکترونهاي آزاد جابجا شده به صورتي است که بار خالصي که از هر مقطع ميگذرد را صفر ميکند (يعني تعداد الکترونهاي وارد شده به اين مقطع با تعداد الکترونهاي خارج شده از ان برابر است)

بعد از اتصال به باتري  : توسط باتري اختلاف پتانسيلي به دو سر رسانا اعمال ميشودکه يک ميدان الکتريکي در رسانا ايجاد ميکند.

در اين ميدان الکترونهاي آزاد که منفي هستند شتاب گرفته و در جهت خاصي شروع به حرکت ميکنند و در مقطع تعادل ميان الکترونهاي وارد شده و خارج شده به هم ميخورد يعني بار خالصي که از مقطع ميگذرد صفر نخواهد بود  و ميگوييم جريان الکتريکي ايجاد شده است.

3- جريان الکتريکي در چه جهتي منتشر ميشود؟

جهت جريان الکتريکي در خلاف جهت شارش الکترونها است يعني جريان الکتريکي در جهت ميدان الکتريکي انتشار ميابد  زيرا پتانسيل در جهت ميدان کاهش ميابد و جهت جريان از پتانسيل بيشتر ( قطب مثبت؟) به پتانسيل کمتر (قطب منفي)  است.

4- شدت جريان متوسط چيست؟

بار شارش شده در واحد زمان را شدت جريان مينامند

I = Δ q / Δ t

نکته: يکاي شدت جريان آمپر نام دارد که با A نشان ميدهند

5-جريان مستقيم چيست؟

اگر در تمام  بازه هاي زماني جريان متوسط ثابت بماند در اين حالت , شدت جريان متوسط با شدت جريان لحظه اي برابر ميشود يعني:

I = q / t   يا         q = I.t

نکته: اگر در رابطه I = q/ t    و  I      بر حسب آمپر و t  بر حسب ساعت باشد مقدار q بر حسب آمپر ساعت  بدست مي آيد.

6- مدار الکتريکي چيست؟

مسير بسته اي که بار در آن شارش ميکند را مدار الکتريکي ميناميم.

7- قانون اهم را تعريف کنيد؟

بنا به قانون اهم نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا به شدت جرياني که از آن ميگذرد در دماي ثابت مقدار ثابتي است.

اين نسبت را مقاومت الکتريکيR     مينامند و يکاي آن اهم است که با نماد Ω  نشان داده ميشود.

R = V / I

8- شدت جريان و اختلاف پتانسيل يک مدار الکتريکي را با چه وسايلي و چگونه اندازه ميگيرند؟

 شدت جريان را بوسيله دستگاهي بنام آمپر سنج  که به صورت متوالي  در مدار قرار ميگيرد اندازه ميگيرند.

اختلاف پتانسيل (ولتاژ) را به وسيله دستگاهي به نام  ولت سنج  که به صورت موازي در مدار قرار ميگيرد اندازه ميگيرند.

9- بهترين آمپر سنج و بهترين ولت سنج چه ويژگي  بايد داشته باشد؟

بهترين آمپر سنج بايد کمترين مقدار مقاومت را داشته باشد تا تمامي جريان را به راحتي از خود عبور دهد( مقومت آمپر سنج هر چه به صفر نزديکتر باشد آمپر سنج بهتر کار ميکند)

بهترين ولت سنج بايد بيشترين و بزرگترين مقاومت را داشته باشد تا هيچ جرياني از آن عبور نکند( هر چه مقاومت ولت سنج بيشتر باشد   ولت سنج بهتر کار ميکند)

10-آوومتر چيست؟

دستگاهي است که ميتواند سه کميت شدت جريان I  واختلاف پتانسيل( ولتاژ) V و مقاومت R  را اندازه بگيرد.

AVO  metr

A  →    يعني شدت جريان الکتريکي

V   →   يعني اختلاف پتانسيل ( ولتاژ)

R   →    يعني مقاومت الکتريکي

11- مقاومت يک رسانا در دماي ثابت به چه عواملي بستگي دارد؟

-         طول رسانا       - سطح مقطع رسانا     - جنس رسانا

هر چه طول رسانا مثل سيم  بيشتر باشد  مقاومت هم افزايش ميابد

هر چه سطح مقطع رسانا بيشتر باشد   مقاومت کاهش ميابد

 هر چه ماده رساناي بهتري باشد   مقاومت ويژه رسانا بيشتر خواهد بود

 R= ρ L / A                                                                    

 12- قطعات يکساني از ( نقره و مس) و( تنگستن و آهن)  در اختيار داريم کدام قطعه مقاومت الکتريکي بيشتري دارد؟ چرا؟

مقاومت تنگستن و آهن بيشتر است زيرا مقاومت ويژه آنها نسبت به نقره و مس  بيشتر مي باشد.

13-آزمايشي براي اندازه گيري مقاومت ويژه فلز طراحي کنيد و توضيح دهيد که چگونه ميتوانيد دقت اندازه گيري را افزايش بدهيد؟

يک تکه سيم به طول مشخص L و به سطح مقطع معين A تهيه ميکنيم .  سپس توسط آوو متر مقاومت سيم را اندازه ميگيريم

حال با استفاده از فرمول        R = ρ     L / A     و با داشتن مقادير L  ,  A , R    ميتوانيم مقاومت ويزه   ρ   را محاسبه کنيم

نکته: براي اندازه گيري مقاومت  ,   جريان رسانا را قطع ميکنيم و سپس به دو سر رسانا به صورت موازي دستگاه آوومتر را متصل کرده و آنرا براي مقاومت تنظيم ميکنيم. تا عددي که نشاندهنده مقاومت است بر صفحه آن ظاهر شود.

نکته: ميتوانيم مقدار مقاومت را از فرمول قانون اهم و با وصل کردن دو سر رسانا به ولتاژ مشخص و اندازه گيري جريان  بدست بياوريم و سپس از آن براي رسيدن به مقاومت ويزه  استفاده کنيم.

14- مقاومت کربني چيست؟

مقاومتهايي  که در ساخت آنها از کربن استفاده شده را مقاومت کربني مينامند.

15- چگونه از روي نوارهاي رنگي اندازه مقاومت را بدست مي آوريم؟

در روي مقاومت کربني چهار حلقه رنگي ديده ميشود که يکي از آنها حتما نقره اي يا طلايي است که از روي آن در صد خطا مشخص ميشود.

شيوه کار:

مقاومت را طوري در دست ميگيريم که حلقه طلايي يا نقره اي آن در سمت راست قرار بگيرد. حال به ترتيب از چپ به راست شماره نوار هاي رنگي را به شکل زير مي نويسيم( هررنگ  نشان دهنده يک عدد است)

{((شماره حلقه اول) × 10 ) + ( شماره حلقه دوم) }   ×    10^{(شماره حلقه سوم)}  = مقاومت

16-رئوستا چيست؟

رئوستا  يک مقاومت متغير است که جهت تنظيم  و کنترل جريان مدار به کار ميرود.

اين وسيله شامل يه استوانه نا رسانا است که سيم بلندي با مقاومت ويزه زياد روي آن پيچيده شده است اين دستگاه يک ورودي ثابت و يک لغزنده متحرک روي سيم پيچ دارد.  با حرکت دادن لغزنده روي سيم پيچ طول سيمي که جريان از آن ميگذرد تغيير ميکند و هر چه طول بيشتر باشد مقاومت ايجاد شده نيز بيشتر خواهد شد.

به شکل زير دقت کنيد : قسمتهاي پر رنگ نشان دهنده قسمتي از سيم پيچ است که جريان از ان ميگذرد.

17-جعبه مقاومت چيست؟

 نمونه ديگري از مقاومتهاي متغير است که شامل جعبه اي است با مقداري مقاومت مشخص که ميتوان آنها را به دو روش متوالي يا موازي طوري به هم بست که مقاومت دلخواه را ايجاد کند

18- آيا گرما بر مقاومت تاثير ميگذارد؟ چرا؟

بله- اگر رسانا گرم شود جنبش مولکولي آن افزايش ميابد و در نتيجه حرکت الکترونها سخت ميگردد.مانند آن است که از شخصي بخواهند از يک راهرو که همگي در حال دويدن به جهت هاي مختلف هستند عبور کند. مطمئنا بر خوردهاي زيادي با ديگران خواهد داشت و به راحتي نميتواند به سمت ديگر راهرو برسد

پس گرم شدن رسانا باعث بالا رفتن مقاومت ويزه آن و کم شدن  جريان عبوري از آن ميشود.

ρ₂  =ρ₁  (1+ α Δθ)             R₂ = R₁ .(1+ α Δθ)

نکته:    α  ضريب دمايي مقاومت ويژه است و واحد اندازه گيري آن 1/K    ميباشد

19- آزمايشي طراحي کنيد که نشان دهد با افزايش گرما مقاومت رسانا افزايش ميابد؟

تکه سيم ضخيمي با  قطر مشخص را به ولتاژ V   وصل کنيد سپس توسط آمپر سنج جريان را اندازه بگيريد با استفاده از قانون اهم مقدار مقاومت آن را در دماي اتاق بدست اوريد.

حال سيم را گرم کنيد و به همان ولتاز قبلي متصل نماييد . با آمپر سنج جريان جديد را اندازه بگيريد مشاهده ميشود که نسبت به جريان اوليه مقدار کمتري خواهد داشت I₂< I₁       با استفاده از قانون اهم ميتوانيد مقاومت دوم را بدست آوريد مشاهده ميشود که مقاومت جديد بزرگتر از مقاومت سيم در دماي اتاق ميباشد

نتيجه ميگيريم افزايش دما موجب افزايش مقاومت رسانا ميشود.

20- آيا در مقاومتها  ,  افت پتانسيل مشاهده ميشود؟ مقدار آنرا محاسبه کنيد؟

 وجود مقاومت  باعث کند تر شدن حرکت الکترونها ميشود يعني الکترونها در گذر از يک مقاومت رسانا  مقداري از انرژي جنبشي خود را در اثر برخورد با ساير اتمها از دست ميدهند و اين يعني افت انرژي  پتانسيل در مقاومت  . ميدانيم که افت پتانسيل در جهت ميدان الکتريکي اعمال شده براي ذره مثبت  صورت ميگيرد يعني از قطب مثبت به سمت قطب منفي.

اين مقدار از رابطه زير بدست مي آيد:

ΔV= V_B – V_A  = -IR

21- علائم زير نشاندهنده چه اجزايي هستند؟

الف)            ب)                  ج)            د)

ه)                  و)                   ز)

جواب:

الف- آمپر سنج    ب- ولت سنج     ج-  لامپ ( مصرف کننده)    د- کليد    ه- باتري( مولد)    و- مقاومت     ز-  رئوستا

22- انرژي الکتريکي چگونه در رسانا مصرف ميشود؟

در يک  رسانا با اعمال اختلاف پتانسيل , ميدان الکتريکي ايجاد ميشود و اگر بار مثبت q در جهت اين ميدان حرکت کند بر طبق فرمول

ΔV = ΔU /q  مقدار انرزي ان به اندازه  q. Δv  کاهش ميابد به همين ترتيب اين انرزي گرفته شده صرف افزايش انرژي جنبشي بارها ميشود و با برخورد بارها به اتمهاي مقاومت, انرژي رسانا افزايش ميابد  و رسانا شروع به گرم شدن  ميکند . مقدار انرزي الکتريکي يک مقاومت رسانا از راه زير بدست مي ايد.:

U = q.V   و         q = I. t    و     v = I.R

U = (I.t).V     = ( I.t).(I.R)   = I² R.t

23- توان الکتريکي در يک مقاومت رسانا چگونه به دست مي آيد؟

P = U/t  = IV = I².R = V²/R

24- ازمايشي طراحي کنيد که به کمک ان بتوان درستي رابطه   U = I².R.tرا تحقيق کرد؟

يک مقاومت رسانا را در جرم مشخصي آب در يک محفظه عايق  قرار ميدهيم. و دماي اوليه اب را اندازه ميگيريم. سپس مقاومت را به ولتاز مشخصي وصل ميکنيم. و توسط آمپر سنج شدت جريان را اندازه ميگيريم.

بعد از مدتي آب شروع به گرم شدن ميکند. آب انرژي گرمايي خود را از مقاومت دريافت کرده است که همان u انرژي الکتريکي ميباشد.. زمان را يادداشت کرده و توسط دما سنج دماي ثانويه را نيز اندازه ميگيريم. حال با محاسبات زير ميتوانيم درستي رابطه را تحقيق کنيم.:

Q = MCΔθ          ,       U = I².R.t             Q = U تمام انرژي الکتريکي صرف گرم کردن آب ميشود.      

نکته: امکان دارد به دليل انرژي هاي هدر رفته مقدار به دست امده براي  گرما کمي با مقدار انرژي الکتريکي تفاوت داشته باشد.. اين ازمايش  در حقيقت بيان علمي چگونگي کارکرد کتري هاي برقي ميباشد

25-مولد و نيروي محرکه را تعريف کنيد؟

مولد : دستگاهي که انرژي لازم را براي حرکت بارهاي الکتريکي فراهم ميکند و عامل اصلي ايجاد ميدان در مدار الکتريکي است.

نيروي محرکه: مقدار انرژي که مولد به يک کولن بار الکتريکي ميدهد تا در مدار شارش کند را نيروي محرکه ميگويند و در حقيقت بيشترين اختلاف پتانسيلي که مولد ميتواند ايجاد کند همان نيروي محرکه ε است.

ε = U / q 

نکته: يکاي نيروي محرکه زول بر کولن است که به آن ولت ميگويند..

26- مقاومت دروني مولد چيست؟

هر مولدي در درون خود مقاومت ناچيزي دارد که آنرا با r      نشان ميدهند و به آن مقاومت دروني مولد ميگويند.

وجود اين مقاومت باعث ميشود که اختلاف پتانسيلي که مولد به مدار ميدهد کمتر از نيروي محرکه مولد ( ولتاژي که توليد ميکند). باشد. يعني:

V = ε – I r  

مقدار Ir را افت پتانسيل مولد مينامند که توسط مقاومت دروني ايجاد شده است.

V  هم اختلاف پتانسيل دو سر مولد  است _ اختلاف پتانسيل داده شده به کل مدار توسط مولد_

نکته: هر گاه جريان نداشته باشيم مقدار Ir = 0   خواهد بود و يعني اختلاف پتانسيل دو سر مولد همان نيروي محرکه مولد ميشود.

27- با استفاده از قانون پايستگي بار توضيح دهيد چرا در مدار تک حلقه شدت جريان در همه قسمتهاي مدار يکسان است؟

بر اساس قانون پايستگی  بار , بار الکتريکي از بين  نميرود و خود به خود ايجاد نميشود. پس چون مدار تک حلقه است بايد مقدار کل بار اين مدار ثابت  باشد. يعني در بازه هاي زماني برابر مقدار مشخص و يکساني بار  از يک مقطع عبور ميکند يعني شدت جريان  عبوري از مقاطع مختلف سيم با هم برابر است.

29- تغييرات پتانسيل را براي يک مولد در مدار الکتريکي بنويسيد؟

اگر در يک مدار الکتريکي( بدون توجه به جهت جريان) بخواهيم از پايانه منفي مولد به پايانه مثبت مولد حرکت کنيم. پتانسيل به اندازه نيروي محرکه ε   افزايش ميابد ولي اگر از پايانه مثبت به سمت پايانه منفي برويم پتانسيل به اندازه ε کاهش ميابد.

30- چگونه اختلاف پتانسيل بين دو نقطه از مدار را محاسبه کنيم؟

دو نقطه فرضي AوB را روي مدار مشخص ميکنيم وبراي هر نقطه پتانسيل V_Aو  V_B را در نظر ميگيريم.

از سمت نقطه A به سمت نقطه B  حرکت کرده و با توجه به جهت جريان و پايانه هاي باتري ها با رسيدن به هر قطعه از مدار تغييرات پتانسيل آنرا مينويسيم تا سر انجام به نقطه B   برسيم. با قرار دادن مقادير در اين معادله براحتي ميتوانيم اختلاف پتانسيل V_B-V_A       را محاسبه کنيد به مدار فرضي در شکل زير دقت کنيد؟

با توجه به سواالات 28 و 29 اگر در جهت جريان از A  به B  حرکت کنيم مينويسيم:

V_A  _  IR₁  _  ε ₂ _ IR₂  = V_B

V_B _ V_A   =  - ( I (R₁ +R₂ ) + ε ₂ )

31- وقتي باتري اتومبيل فرسوده ميشود. مقاومت دروني آن افزايش ميابد چرا اين باتري نميتواند اتومبيل را روشن کند؟

هر قدر مقاومت دروني r افزايش يابد افت پتانسيل در باتري بيشتر ميشود و باتري اختلاف پتانسيل کمتري را ميتواند در دو سر مدار ايجاد کند در نتيجه با  بزرگتر شدن r , اختلاف پتانسيل ايجاد شده کم ميشود و نميتواند اتومبيل را روشن کند

32-نيرو محرکه يک باترياتومبيل 12 ولت  است آيا با به هم پيوستن متوالي 8 باتري قلمي 1.5 ولتي ميتوان اتومبيل را  روشن کرد؟

  خير   زيرا هر باتري قلمي داراي يک مقاومت دروني r ميباشد که باعث افت پتانسيل در باتري ميشود حال اگر 8 باتري قلمي را به طور متوالي به هم متصل کنيم افت پتانسيل در دو سر مجموعه 8 برابر افت پتانسيل يک باتري قلمي ميشود. با زياد بودن افت پتانسيل , اختلاف پتانسيلي که مجموعه توليد ميکند کاهش يافته و قادر به روشن کردن اتومبيل نميباشد( به بيان ديگر توان مفيد  مجموعه کمتر از مقدار لازم ميشود)

33- توان توليدي  مولد و توان مصرفي را تعريف کرده و فرمول آنها را ارائه کنيد؟

  توان توليدي: مقدار انرژي که در واحد زمان توسط مولد توليد ميشود.

P_توليدي  = ε.I

توان مصرفي: مقدار انرژي که در واحد زمان به علت وجود مقاومت دروني در مولد مصرف ميشود(هدر ميرود).

P _مصرفي  = I². R

توان دو سر مولد  که به توان مفيد معروف است عبارت است از

P_{توان مفيد مولد}  = P_توليدي - P _مصرفي = ε.I -  I². R 

34- مقاومتها را به چند روش ميتوانيم در مدار قرار بدهيم؟

به سه روش:   -متوالي   -موازي     - مرکب (ترکيبي از متوالي وموازي)

35-ويژگي متوالي بستن مقاومتها را بيان کنيد:

در بستن متوالي مقاومتها,  جرياني که از هر مقاومت ميگذرد يکسان و همجهت است( بر اساس قانون پايستگي بار الکتريکي). يعني دايم:

I_T = I₁ =I₂=I₃

اما اختلاف پتانسيل معادل مجموعه برابر حاصل جمع اختلاف پتانسيلهاي دو سر مقاومت ها است يعني:

V_T = V₁ +V₂+ V₃

در نتيجه مقاومت معادل از راه زير بدست مي آيد؟

R = V/ I             V = IR

V_T = V₁ +V₂+ V₃         I_TR_T =  I₁R₁ +  I₂R₂  +  I₃ R₃

  و چون I ها برابرند از دو طرف ساده شده و داريم:

R_T =  R₁ +  R₂  +  R₃

36- ويزگي موازي بستن مقاومتها را بيان کنيد:

در موازي بستن مقاومتها,  اختلاف پتانسيل ها برابرند ولي جريانها برابر نيستند يعني:

I_T = I₁ + I₂ + I₃    ,   V_T = V₁ = V₂ = V₃

R = V/ I      à  I = V/ R   à    ,   V_T /R_T = V₁/R₁  + V₂/R₂  + V₃/R₃

با حذف اختلاف پتانسيلها از دو سمت تساوي داريم :

1/R_T  = 1/  R₁ + 1/  R₂  + 1/ R₃

37- آزمايشي طراحي کنيد که درستي رابطه I_T = I₁ + I₂ + I₃           را نشان دهد:

به کمک مقاومتهاي کربني مطابق زير مداري موازي ميبنديم و دو سر مجموعه را به مولدي با ولتاژ معين وصل ميکنيم

حال با استفاده از 4 عدد آمپرسنج که بصورت موازي در هر حلقه  مدار قرار ميدهيم مطابق شکل ). اعدادي که آمپرسنجها مشخص کرده اند را يادداشت کرده و درستي فرمول فوق را ثابت ميکنيم. به شکل توجه کنيد.

38- نشان دهيد که وقتي دو مقاومت را به طور موازي به يکديگر وصل کنيم نسبت شدت جريانهاي آنها به نسبت وارون مقاومت ها است؟

   در حالت موازي داريم:

I_T = I₁ + I₂         ,   V_T = V₁ = V₂       

  V₁ = I₁ R₁

  V₂ = I₂ R₂               I₁ R₁ =I₂ R ₂               I₁ / I₂  = R₂ / R₁

39- قوانين کيرشهف را نام برده و تعريف کنيد:

الف- قانون اختلاف پتانسيلها

ب- قانون شدت جريانها

الف----قانون  ولتاژها بيان ميکند که جمع جبري اختلاف پتانسيل ها در هر مدار بسته برابر صفر ميباشد.

ب---- قانون شدت جريانها بيان ميکند که در هر مدار در نقاطي بنام گره , مجموع جبري جريانهاي ورودي به گره و خروجي از گره  برابر صفر خواهد بود

نکته  : در اينجا با توجه به ورود يا خروج جريان الکتريکي به گره , ممکن است جريان منفي هم داشته باشيم.

40- بنا بر قانون اهم R = V / I است. توضيح دهيد با افزايش ولتاژ V  , مقاومت R چه تغييري ميکند؟

مقاومت تغيير نميکند زيرا تغييرات ولتاژ و جريان به گونه اي ميباشد که همواره نسبت V /I   ثابت باقي مي ماند.

41- منظور از مدار کوتاه چيست؟

در مدارهايي با مسيرهاي موازي همواره جريان بزرگتر از مسيري حرکت ميکند که مقاومت کمتري دارد.

حال اگر نسبت مقاومت ها خيلي زياد باشد يعني در يک مسير مقاومت بسيار بزرگ R_B   و در مسير ديگر مقاومت بسيار ناچيز( و نزديک به صفر )  R_S     را داشته باشيم به طوري که تمام جريان از مسير R_S  عبور کند در اين حالت ميگوييم مسير   R_S  يک مدار کوتاه است.

نکته: در مورد پرندگاني که روي سيم برق مينشينند هم مدار کوتاه باعث عدم برق  گرفتگي پرندگان ميشود. زيرا بدن پرنده مقاومت بزرگ و سيم برق مقاومت ناچيزي دارند پس تمامي جريان از سيم عبور ميکند نه از بدن پرنده          ._ ببينيد معلومات فيزيکی  پرنده ها چقدر زياده.-

42- با توجه به سوال 40  چگونه ميتوانيم مقاومت را تغيير بدهيم؟

مقاومت به طول و سطح مقطع و دما وابسته است. با تغيير در هر يک از اين کميتها در رسانا , مقدار مقاومت تغيير ميکند.

43- نمودار I – V    را براي دو نوع رسانا نشان داده ايم مقاومت کدام يک بيشتر است؟

نکته: در نمودار مشابه V-I  خط عمودي نشان دهنده  I  هاي برابر است  پس هر نموداري که ولتاژ بيشتري داشته باشد مفاومت بيشتري نيز خواهد داشت.

___در حل اينگونه مسائل حتما به نوع نمودار توجه کنيد____ در شکل بالا مقاومت A  بيشتر است و در شکل مشابه پايين مقاومت B  بيشتر ميباشد زيرا نمودارها متفاوتند.

سوالات فیزیک سال سوم فصل الکتریسیته ساکن

1- نیروی الکتریکی چیست؟

نیرویی که دو جسم باردار بر هم وارد میکنند را نیروی الکتریکی مینامند. این نیرو میتواند دافعه یا جاذبه باشد

2-تفاوت نیروی الکتریکی و گرانشی در چیست؟

نیروی الکتریکی بین اجسام باردار ایجاد میشود و دافعه یا جاذبه میتواند باشد    ولی نیروی گرانشی بین دو جرم بدون بار هم ایجاد میشود و فقط از نوع جاذبه است.

3-قانون پایستگی بار الکتریکی را شرح دهید؟

بر اساس این قانون بار الکتریکی اجسام هیچ گاه از بین نرفته و به خودی خود نیز تولید نمیشود ولی میتواند بین اجسام جابجا و منتقل شود در کل مقدار بار الکتریکی موجود در هستی همواره ثابت خواهد بود.

4-نیروی الکتریکی به چه عواملی بستگی دارد؟

مقدار بار های موجود روی دو جسم q         فاصله میان دو جسم باردار

5-قانون کولن را بنویسید؟

این قانون بیان میکند که  :  نیروی ربایشی یا رانشی بین دو ذره باردار که در فاصله مشخصی از هم قرار گرفته اند با حاصل ضرب بارها نسبت مستقیم و بامجذور  فاصله بار ها از هم نسبت عکس دارد.

 F = k  (q₁q₂) / r²

6-قانون سوم نیوتن را در مورد نیروی الکتریکی بیان کنید:

نیروی الکتریکی که ذره اول به ذره دوم وارد میکند با نیرویی که ذره دوم به ذره اول وارد میکند . از نظر اندازه برابر است اما  از لحاظ جهت مخالف همدیگرند و این یعنی همان قانون سوم نیوتن

7-آزمایشی طراحی کنید که وجود نیروی الکتریکی را نشان دهد؟

یک باد کنک را  با پارچه پشمی مالش داده و آنرا توسط نخ آویزان میکنیم. سپس یک میله شیشه ای را توسط پارچه ابریشمی مالش داده و به بادکنک نزدیک میکنیم  مشاهده میشود که بادکنک از حالت عمودی خارج شده و منحرف میشود یعنی با نزدیک کردن میله باردار به بادکنک نیرویی وارد میشود که انرا در جهت خاصی به حرکت در می آورد  این نیرو همان نیروی الکتریکی است. این آزمایش را میتوان با گوی آلمینیومی و میله پلاستیکی هم انجام داد.(آزمایش 1 فصل الکتریسیته ساکن)               

8- آزمایش طراحی کنید که رابطه میان نیروی الکتریکی و اندازه بارها را مشخص کند؟

یک کره باردار را به صورت همزمان به دو آونگ سبک تماس میدهیم و سپس آنرا دور میسازیم. مشاهده میشود که آونگها از هم فاصله گرفته اند یعنی بر هم نیروی دافعه الکتریکی وارد میکنند.

فاصله میان دو آونگ را اندازه گرفته و یادداشت میکنیم

حال کره بدون باری را به کره باردار اولی تماس میدهیم تا مقدار بار کره اول کم و تقسیم شود(اگر کره ها هم اندازه باشند مقدار بار به صورت 50 و 50 تقسیم خواهد شدیعنی نصف مقدار اولیه)

دو آونگ را خنثی کرده ( با اتصال به زمین  یا با تماس دست به انها) سپس گوی اول را که بار کمتری پیدا کرده به دو آونگ تماس میدهیم مشاهده میشود که آونگها  مجددا ازهم دور میشون اما فاصله کمتری نسبت به حالت قبلی خواهند داشت. این یعنی  با کم شدن  مقدار بار اونگها  نیروی الکتریکی میان انها نیز کم خواهد شد.

یعنی نیروی اکتریکی با مقدار بار اونگها نسبت مستقیم دارد.

نکته: اگر تعداد ذرات باردار کنار هم در فضا بیشتر از دو تا باشد  نیروی الکتریکی وارد بر هر ذره  برایند نیروهایی است که هر یک از ذرات دیگر در غیاب سایر ذره ها بر آن ذره وارد میکنند. یعنی ذره مورد نظر را به صورت دو به دو با تک تک ذرات موجود در نظر گرفته نیروی الکتریکی انها را محاسبه کرده سپس با توجه به جهت نیروها برایند میگیریم

9-دو بار الکتریکی همنام را در دو سر یک پاره خط تصور کنید بار سومی را (چه همنام و چه ناهمنام) کجا قرار بدهیم که برایند نیروها الکتریکی وارد بر ان صفر شود؟

چون دو بار همنام هستند باید بار سوم را روی پاره خط و در محلی بین دو بار قرار داد که از بار بزرگتر فاصله بیشتر و از بار کوچکتر فاصله کمتری داشته باشد.در این حالت برایند نیروهای وارد بر بار سوم  صفر خواهد شد.

10-دوبار الکتریکی ناهمنام را در دو سمت یک پاره خط فرض کنید بار سوم را کجا قرار بدهیم تا برا یند نیروهای وارد بر آن صفر شود؟

چون دو بار ناهمنامند باید بار سوم را در امتداد پاره خط و در خارج از پاره خط قرار داد به صورتی که به بار کوچکتر نزدیکتر باشد.

نکته  مهم: برای آنکه را حتتر مسایل نیروهای الکتریکی را حل کنید حتما حتما درس بردارها را در ریاضیات مرور کنید. با اینکار 75درصد مشکلات شما در این زمینه حل خواهد شد.

11-مربعی داریم که در 4 راس آن بار های مساوی و همنام  قرار داده ایم اگر بار پنجمی را در مرکز این مربع قرار بدهیم . برایند نیروهای وارد بر بار پنجم چقدر خواهد بود؟

چون بارهای رئوس برابر و همنامند و فاصله هرکدام از آنها تا بار پنجم نیز مساوی است پس نیروهای وارد بر بار پنجم دو به دو برابر و مخالف الجهت هستند و دو به دو همدیگر را خنثی میکنند. در نتیجه نیروی وارد بر بار پنجم در این حالت صفر خواهد بود

12-اگر  در سوال 12  بارها مساوی نباشند آیا برایند نیروی وارد بر بار پنجم صفر خواهد شد؟

خیر زیرا مقدار نیروها ی اعمال شده متفاوت بوده و همدیگر را خنثی نمیکند مگر در یک حالت خاص( راسهای متقابل و نه مجاور دارای مقادیر برابر باشند).

13- آیا اگر بارهای مساوی و برابر را در 4 راس یک لوزی قرار بدهیم برایند نیروی وارد بر باری که در مرکز لوزی قرار گرفته صفر خواهد شد؟

بله زیرا نیروهایی که بر یک قطر قرار گرفته اند همدیگر را دو به دو خنثی میکنند

14- آیا میتوان با داشتن تنها یک بار الکتریکی مقدار ی برای نیروی الکتریکی بدست اورد؟

خیر  زیرا نیروی الکتریکی از طرف یک جسم بار دار به دیگری وارد میشود و حتما نیاز به دو با ر الکتریکی برای ایجاد نیرو میباشد

15-میدان الکتریکی چیست؟

هر بار الکتریکی در هر نقطه از فضا در اطراف خود خاصیتی ایجاد میکند که به آن میدان الکتریکی میگویند.وجود این میدان عامل اصلی ایجاد نیروی الکتریکی بر بارهای دیگر است.

16-واحد میدان الکتریکی چیست؟

بنا به تعریف کمی میدان الکتریکی برابر است با نیروی الکتریکی وارد بر یکای بار مثبت در نتیجه  واحد آن نیوتن بر کولن خواهد بود    N/C       نیوتن واحد نیرو    و کولن واحد بار الکتریکی است.

17-جهت میدان الکتریکی در هر نقطه از فضا چگونه مشخص میشود؟

بنا به تعریف جهت میدان  در هر نقطه هم جهت با نیروی الکتریکی وارد بر بار مثبت فرضی در همان نقطه است.

18-خطوط میدان الکتریکی یعنی چه؟ ( به سبک برره ای بخوانید)

 میدان الکتریکی اطراف هر بار توسط خطوطی نشان داده میشوند که خطوط میدان نام دارند

19- ویژگیهای خطوط میدان الکتریکی را بیان کنید؟

الف-جهت خطوط میدان با نیروی وارد بر بار مثبت فرضی واقع بر آن  هم جهت است.یعنی جهت این خطها از بار مثبت مانند شعا عهایی به سمت خارج است و برای بار منفی به صورت شعا عهایی به سمت داخل بار است.

ب-بردار میدان الکتریکی بر خط میدان همواره مماس است و جهت خطوط میدان همان جهت بردار میدان الکتریکی است.

پ- هر قسمتی که میدان قویتر باشد خطوط به هم نزدیکتر و فشرده تر خواهند بود  و بالعکس.

ت- هیچ گاه خطوط میدان  همدیگر را قطع نمیکنند یا به بیان هندسی  از هر نقطه فضا فقط و فقط یک خط میدان میگذرد.( یعنی فقط یک مقدار برای میدان الکتریکی در آن نقطه وجود دارد و بس)

20- میدان الکتریکی یکنواخت را تعریف کنید؟

میدان الکتریکی که خطوط آن با هم موازی و هم جهت و بزرگی آن در هر نقطه یکسان باشد را میدان الکتریکی یکنواخت میگوییم.

21- اگر بار الکتریکی q   در میدان الکتریکی قرار بگیرد بر ان نیروی الکتریکی وارد میشود حال با توجه به نوع بار جهت میدان و نیرو الکتریکی را با هم مقایسه کنید؟

اگر بار مثبت باشد  آنگاه نیرو و میدان هم جهت خواهند بود

اگر بار منفی باشد نیرو در خلاف جهت میدان  اعمال خواهد شد.

22-جسم رسانا و جسم نا رسانای الکتریکی را تعریف کنید؟

رسانا : جسمی که بار الکتریکی از آن عبور میکند و دارای الکترونهای ازاد میباشد مثل فلزات

نارسانا: جسمی که بار الکتریکی را عبور نمیدهد و الکترن ازاد ندارد مثل چوب  پلاستیک  شیشه

23- نحوه توزیع بار در اجسام رسانا و نا رسانا را شرح دهید؟

در جسم نارسانا  :   بار الکتریکی اجازه عبور ندارد و در محل خود باقی میماند  بار الکتریک میتواند در سطح داخلی ویا خارجی ان توزیع شود.

در جسم  رسانا  :  بر خلاف نارساناها بارها قابلیت جابجایی دارند و همواره طوری جابجا میشوند که در سطح خارجی (بیرونی) جسم رسانا قرار بگیرند بر این اساس در سطح داخلی جسم رسانا هیچ باری وجود نخواهد داشت.

24-آزمایشی طراحی کنید که  توزیع بار الکتریکی در سطح خارجی رسانا را نشان دهد؟

قوطی  فلزی در بسته سوراخ شده ای را روی پایه عایق قرار داده و آنرا بار دار میکنیم سپس یک مهره فلزی بدون بار را از نخ آویزان کرده و  از سوراخ  قوطی رد کرده ( بدون تماس با لبه سوراخ) و در داخل قوطی آنرا تکان داده تا به سطح داخلی قوطی بر خورد کند سپس آنرا خارج میکنیم و با الکتروسکوپ تماس میدهیم

مشاهده میشود که مهره فلزی همچنان بدون بار است. زیرا سطح داخلی اجسام رسانا بار الکتریکی ندارند.

اگر مهره را با سطح خارجی قوطی تماس بدهیم و مجددا به الکتروسکوپ بزنیم مشاهده میشود که مهره بار دار شده است.یعنی بارها در  سطح خارجی قوطی (جسم رسانا) توزیع میشوند.

25- آیا بارهای الکتریکی مثبت قادر به جابجا شدن در اجسام رسانا هستند؟

خیر  بارهای الکتریکی مثبت یعنی پروتونها جابجا نمیشوند زیرا اگر جابجا شوند یهنی هسته باید از هم بپاشد و یا اتم حرکت کند که در هر صورت ساختار ماده به هم میریزد. پس بارهای مثبت قادر به جابجایی نیستند.

26- با توجه به عدم جابجایی بارهای مثبت  توضیح دهید وقتی به یک رسانا بار الکتریکی مثبت یا منفی داده میشود این بارها چگونه در سطح خارجی آن توزیع و پخش میشوند؟

وقتی جسمی دارای بار الکتریکی منفی میشود یعنی الکترون گرفته است و وقتی دارای بار مثبت میشود یعنی الکترون از دست داده است برای فهم این مطلب میتوانیم گرما و سرما را مثال بزنیم

سرما یعنی نبود گرما یعنی از دست دادن انرژی گرمایی  ولی انرژی سرمایی معنایی ندارد.

توزیع  بار الکتریکی در یک رسانا فقط و فقط بر اساس حرکت الکترونها (بارهای منفی) میباشد. پس وقتی جسم رسانا دارای بار مثبت میشود یهنی در سطح خارجی آن میزان الکترونها کم شده است

و وقتی دارای بار منفی میشود یعنی میزان الکترونها در سطح خارجی آن افزایش یافته است.

27- مولد واندو گراف چیست؟

دستگاهی که بار الکتریکی را در اثر مالش تسمه ها  روی کلاهک خود ایجاد میکند

مولد واندوگراف، دستگاهي است كه مي‌تواند بارها و ولتاژهاي خيلي بالايي را توليد كند.
در اين مولد، يك تسمه لاستيكي كه به سرعت حركت مي‌كند، بارهاي منفي را به داخل يك پوسته فلزي كروي مي‌برد.
اين پوسته بر روي يك پايه عايق نصب شده است تا بار روي آن نتواند منتقل شود.
اگر اين پوسته را باردار كرده و و يك كره متصل به زمين در نزديك آن قرار دهيد، جرقه‌هاي بزرگي مانند جرقه‌هاي كوچك آذرخش (برق آسمان)، در ميان دو كره توليد مي‌شود.
بار الكتريكي منفي بر روي پوسته كروي به اندازه‌اي زياد است كه هوا (كه در حالت عادي عايق است) را براي لحظه‌اي به رسانا تبديل مي‌كند.
جرقه و بار الكتريكي، به طرف كره متصل به زمين (يا اگر شما خيلي نزديك آن باشيد به طرف شما) حركت مي‌كند.

28-در مود واندو گراف اگر غلطکي که از جنس پرسپکس است را در بالا قرار بدهيم بار ايجاد شده بر روي کلاهک مثبت است يا منفي؟

بار مثبت خواهد بود اما اگر غلطک پلي تني را بالا بگذاريم بار منفي ميشود.

29-رسوب دهنده الکتروستاتيکي چيست؟

رسوب دهنده الکتروستاتيکي يا الکترو فيلتر ها دستگاههايي هستند که با استفاده از قانونهاي الکتريکي اجازه خروج  دود و ذرات غبار را از دودکش کارخانه ها و نيرو گاهها نميدهند تا از آلودگي بيشتر هوا جلو گيري شود اين رسوب دهنده ها به شرح زير عمل ميکنند:

الکترو فيلتر از يک توري سيمي و تيغه هاي فلزي متصل به زمين ساخته ميشود اگر توري سيمي را باردار کنند(توسط جريان الکتريکي) توري و تيغه ها داراي بارهاي متفاوت خواهند شد و ذرات گرد و غبار و دود از فضاي ميان توري و تيغه ميگذرند و تحت يک ميددان قوي الکتريکي باردار ميشوند . چون فضاي بين توري و تيغه پر از يون ميشود جرقه هاي پي در پي زده خواهد شد در اثر اين جرقه ها ذرات باردار به طرف تيغه ها جذب ميشوند(يعني گرد و غبارها و دود ها) در نتيجه هوايي که از ميان الکترو فيلتر عبور ميکند بدون گرد و غبار و آلودگي خارج ميشود.

لازم به ذکر است که نمونه هاي جديد الکترو فيلتر ها با طرز کاري متفاوت در کولر هاي جديد و انواع وسايل پاکسازي هوا به کار ميروند.

 30- منظور از چگالي سطحي بار چيست؟

بار الکتريکي موجود در واحد سطح خارجي جسم رسانا  را چگالي سطحي بار  مينامند.  و نشان ميدهد که در مساحت مشخصي از يک جسم رسانا چه ميزان بار الکتريکي وجود دارد واحد چگالي سطحي بار  کولن بر متر مربع است و از فرمول زير محاسبه ميگردد:

σ = q / A

31-شکل جسم رسانا در ميزان چگالي چه نقشي دارد؟

در اجسام متقارن مانند کره  چگالي سطحي بار در همه جا يکسان است  اما در اجسام نا متقارن ، چگالي در همه قسمتهاي جسم يکسان نيست بلکه در قسمتهاي نوک تيز  و بر جسته و گوشه ها  ميزان چگالي بيشتر از نقاط صاف و مسطح ميباشد. يعني در نقاط نوک تيز بارها فشرده تر و فاصله ميان آنها کمتر خواهد بود و در نقاط صاف بارها پراکنده تر و فاصله ميان آنها بيششتر خواهد بود

براي فهم راحتتر تصور کنيد تمام دانش آموزان کلاس را در يک اتاق نگه دارند( نوک تيز   جاي کمتر تراکم بيشتر) افزايش چگالي 

 و يا همان تعداد دانش آموز را در حياط بزرگ مدرسه بفرستند( مسطح جاي بيشتر   پراکندگي بيشتر)  کاهش چگالي

32-انرژي پتانسيل الکتريکي چيست؟

وقتي و بار نا همنام را با سرعت ثابت از هم دور ميکنيم و يا دو بار همنام را با سرعت ثابت به هم نزديک ميکنيم کار انجام ميدهيم اين کار انجام شده به صورت انرژي پتانسيل در بارها ي الکتريکي ذخيره ميشود.

33-اين انرژي الکتريکي به چه عواملي وابسته است؟

هر قدر اندازه جابجايي بيشتر باشد انرزي الکتريکي بيشتر ميشود

هر قدر مقدار بار الکتريکي افزايش يابد  انرژي هم افزايش ميابد

هر قدر ميدان الکتريکي که بار در آن حرکت ميکند بيشتر باشد انرژي الکتريکي بيشتر ميشود

34- فرمول محاسبه کار انجام شده بر بار  الکتريکي را بنويسيد؟

W = f.d.cosα  = q .E. d. cosα

35- تغييرات انرزي را از چه فرمولي محاسبه کنيم؟

تغيير انرژي باري که در يک ميدان حرکت ميکند برابر همان کاري است که براي جابجايي آن بار انجام ميگيرد پس:

ΔU = w

پس اگر کار انجام شده مثبت باشد  يعني افزايش انرژي الکتريکي و اگر کار منفي باشد يعني کاهش انرژي الکتريکي

36-منظور از اختلاف پتانسيل الکتريکي چيست؟

از فيزيک سال اول فهميديم که علت اصلي حرکت بارها بين دو نقطه همان اختلاف پتانسيل بين دو نقطه است مانند اختلاف ارتفاع دو ظرف که باعث جاري شدن آب از بالايي به پاييني ميشود

اختلاف پتانسيل الکتريکي بين دو نقطه برابر تغيير انرژي پتانسيل الکتريکي يکاي بار مثبت است

ΔV = ΔU/q

و واحد اندازه گيري آن ولت ميباشد.

37- رابطه ميان علامت بار الکتريکي و انرژي پتانسيل و اختلاف پتانسيل الکتريکي را بيان کنيد؟

هر گاه بار الکتريکي مثبت در جهت ميدان جابجا شود انرژي پتانسيل کاهش يافته و علامت انرژي و اختلاف پتانسيل  همنام خواهد بود

هر گاه بار منفي در جهت ميدان الکتريکي حرکت کند علامت انرژي و اختلاف پتانسيل ناهمنام خواهد بود زيرا اختلاف پتانسيل کاهش و انرژي پتانسيل افزايش ميابد

38-پتانسيل جسمي که به زمين متصل شده است چقدر است؟

هر جسمي که به زمين متصل شود پتانسيل آن صفر خواهد بود

39- اگر پايانه مثبت يک باتري12 ولتي را به زمين وصل کنيم پتانسيل پايانه منفي آن چند ولت خواهد شد؟

ΔV = V₊ - V_- = 12                0 – V_- =12               V_- = -12

پتانسيل پايانه مثبت آن صفر است زيرا به زمين وصل شده و پتانسيل پايانه منفي آن  12-  خواهد شد.

40- خازن چيست؟

يک قطعه الکتريکي که از دو رسانا ي بدون اتصال الکتريکي تشکيل شده و ميتواند بار الکتريکي و انرژي الکتريکي را در خود ذخيره کند

41- خازن مسطح چيست؟

به خازنهايي که از دو صفحه رساناي موازي و تخت ساخته شده اند خازن مسطح يا تخت يا خازن با صفحه هاي موازي ميگويند

42- مختصرا توضيح دهيد بار الکتريکي چگونه روي خازن ذخيره ميشود؟

قبل از اتصال باتري (نبود اختلاف پتانسيل) مقدار بار روي هر صفحه خنثي است يعني تعداد بارهاي مثبت و منفي باهم برابرند

بعد از اتصال باتري (اعمال اختلاف پتانسيل) الکترونهاي آزاد از قطب منفي باتري خارج شده و بر صفحه  B که به اين قطب متصل است مينشينند. بر اثر نيروي دافعه ميان بارهاي منفي در صفحه B  و  A  الکترونهاي صفحه A به سمت قطب مثبت باتري رانده ميشوند. در نتيجه ميزان الکترونها روي صفحه B  افزايش يافته و ميزان الکترونها روي صفحه A  کاهش ميابد و صفحات به ترتيب داراي بار منفي و  مثبت ميشوند

اين انتقال بارها آنقدر ادامه ميابد تا اختلاف پتانسيل دو صفحه با اختلاف پتانسيل دو سر باتري يکسان شود.

بر اساس ظرفيت خازن ميتوانيم بگوييم هر خازن بر اساس ولتاژ خارجي داده شده چه مقدار بار الکتريکي ميتواند در خود ذخيره کند يا به عبارت دقيق تر :

ظرفيت خازن برابر نسبت بار ذخيره شده در آن به اختلاف پتانسيل بين دو صفحه است

نکته:   واحد ظرفيت را فاراد مينامند اما چون فاراد يک واحد بزرگ به شمار ميرود معمولا در مسائل از واحد کوچکتر ان يعني ميکرو فاراد استفاده ميشود

44- عوامل موثر بر ظرفيت خازنها چيست؟

 الف- مساحت صفحه هاي رسانا   (A بر حسب متر مربع) با افزايش سطح ظرفيت نيز افزايش ميابد

ب-  فاصله دو صفحه رسانا (d  بر حسب متر) با دور شدن صفحه ها از هم ظر فيت کاهش ميابد

ج- قرار دادن دي الکتريک(k ) با قرار دادن دي الکتريک ظرفيت افزايش ميابد

C = K ε₀ A / d 

نکته:  ثابت دي الکتريک k به جنس دي الکتريک بستگي دارد اين ضريب براي هوا و خلاء تقريبا يک است و براي ساير عايقها از يک بيشتر ميباشد.

45-پديده فرو شکست چيست؟

اگر اختلاف پتانسيل دو سر خازن را افزايش بدهيم بار ذخيره شده در صفحات افزايش ميابد  و چون اين بارها رو ي دو صفحه نا همنامند سر انجام ميدان مغناطيس بسيار قوي ايجاد ميکنند که با عث ميشود  دي الکتريک بين دو صفحه به صورت موقت رسانا ميشود و با يک جرقه ( مانند اذرخش) بار موجود روي دو صفحه تخليه و خنثي ميگردد. به اين پديده فرو شکست دي الکتريک ميگوييم

نکته: معمولا در فرو شکست خازن ها دي الکتريک ذوب و يا سوراخ ميشود و خازن اصطلاحا ميسوزد

46- پديده فرو شکست را از ديدگاه اتمي( ميکروسکوپيک) بررسي کنيد؟

با افزايش ولتاژ بين دو صفحه رسانا , بار ذخيره شده و ميدان الکتريکي بين صفحات افزايش ميابد و در اثر اين ميدان قوي , اتمهاي دي الکتريک تغيير شکل ميدهند. يعني هسته اتم که مثبت است به سمت صفحه منفي و ابر الکتروني که منفي است به سمت  صفحه مثبت کشيده ميشود و اتم از حالت کروي به حالت دوکي شکل در مي آيد يا بهتر بگوييم تبديل به دو قطبي الکتريکي ميشود اين دو قطبي ها در درون دي الکتريک همديگر را خنثي ميکنند اما در لبه هاي دي الکتريک و در نزديکي صفحه ها بار هاي الکتريکي باقي مي مانند  نيروي ربايشي ميان بارهاي دي الکتريک و بار صفحات خازن باعث بالا رفتن ظرفيت خازن ميشود.

47-انرژي ذخيره شده در خازنها از چه راهي محاسبه ميشود؟

U =  1/2  .qv  =  1/2 . cv²   =   q²/ 2c

48- منظور از ظرفيت معادل خازن چيست؟

 ظرفيت معادل چند خازن در حقيقت ظرفيت خازني است که اگر به جاي آن خازنها در مدار قرار گيرد به همان ولتاژي که به دو سر مجموعه وصل است متصل شود و انرژي الکتريکي ذخيره شده در ان برابر انرژي باشد که در مجموعه خازنها ذخيره شده است.

49- خازنها را به چند روش ميتوان در مدار بست؟

به سه رو ش                     -موازي              - متوالي                  -مرکب(ترکيبي از موازي و متوالي)

50- ويژگيهاي بستن موازي خازنها را بنويسيد؟

در بستن موازي ولتاژهاي دو سر خازنها با هم برابر است اما نقدار بار ذخيره شده در خازنها متفاوت ميباشددر اينحالت ظرفيت معادل برابر است با مجموع ظرفيت هر کدام از خازنها    و بار معادل برابر است با جمع جبري بارهاي ذخيره شده در هر کدام از خازنها يعني:

V_T = V₁= V₂=V₃    →   q₁/v₁  +  q₂/v₂  +  q₃/v₃  =  q_t/v_t     

→C₁ + C₂  +c₃= C t                  

q _t =q₁+q₂+q₃

51- ويژگي متوالي بستن خازنها را بيان کنيد؟

در  روش متوالي خازنها روي يک سيم و به صورت واگنهاي قطار (به دنبال هم) قرار ميگيرند در اينحالت بار ذخيره شده بر خازنها يکسان خواهد بود ولي ولتاژ ها ي خازنها با هم متفاوت هستند و ولتاژ معادل برابر حاصلجمع ولتاژهاي هرکدام از خازنها ميباشد( منظور از ولتاژ همان اختلاف پتانسيل است)

 در نتيجه معکوس ظر فيت معادل برابر است با مجموع معکوس ظرفيت هر کدام از خازنها يعني:

V_T = V₁+ V₂+V₃     →     V₁/q₁ +  V₂/q₂ + V₃/q₃  =  V_t/q_t           →1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ =  1/C_T                

q _t =q₁=q₂=q₃

52- خازنها را چگونه به هم ببنديم تا ظرفيت معادل آن حتما  کمتر از ظرفيت هر کدام از خازنها گردد؟

با توجه به فرمول 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ =  1/C_T                               بايد خازنها را به صورت متوالي ببنديم

53-خازنها را جگونه به هم ببنديم تا ظرفيت معادل آن حتما  از ظرفيت هر کدام از خازنها بيشتر گردد؟

با توجه به فرمول  C₁+C₂+C₃=C_T                   بايد حتما خازنها را به صورت موازي ببنديم

54*-  دو خازن را با باتريهاي متفاوتي پر ميکنيم سپس آنها را از باتريها جدا کرده و صفحات نا همنام آنها را به هم ميبنديم چه اتفاقي رخ ميدهد؟

يک جريان الکتريکي بين آنها بر قرار ميشود  تا جايي که ولتازهاي دو سر آنها با هم برابر شود. اين ولتاژ جديد را از را بطه زير محاسبه ميکنيم:

{c₁     v₁     q₁   خازن 1                         قبل از اتصال>>>>>

{c₂  v₂   q₂   خازن 2          

       بعد از اتصال>>>>>>>>     q'₁ = c₁v'₁      ,    q'₂ = c₂v'₂      ,

                          ---->  q₁'  +q'₂ =  lq₁- q₂ l        >>>        v' = lq₁ – q₂ l  /  ( c₁+c₂)

55- اگر خازني را به ولتاز متفاوتي متصل کنيم آيا ظرفيت آن تغيير ميکند؟

خير ميزان بار ذخيره شده روي ان تغيير ميکند ولي ظرفيت هر خازن منحصر بفرد بوده و تغيير نميکند مگر آنکه در ساختار خازن تغييراتي داده شود مثل تغيير در مساحت صفحه ها يا فاصله ميان آنها و يا قرار دادن دي الکتريک.

56- اگر دو خازن را به طور جداگانه پر کنيم سپس آنها را از باتريهايشان جدا کرده و به يکديگر طوري وصل کنيم که صفحات همنام انها به هم وصل شوند چه تغييراتي در وضعيت بار و ولتاز انها ايجاد ميشود؟

در اين حالت جرياني بين دو خازن ايجاد ميشود تا زماني که ولتاژ دو سر آنها با هم برابر شود

{c₁     v₁     q₁   خازن 1                         قبل از اتصال>>>>>

{c₂  v₂   q₂   خازن 2          

بعد از اتصال>>>>>>>>     q'₁ = c₁v'₁      ,    q'₂ = c₂v'₂       

و چون ولتاژهاي جديد با هم برابرند و بر اساس قانون پايستگي بار خواهيم داشت:

V'₁= v'₂ = v'

q'₁  +q'₂  = q₁ + q₂           v' =  (q'₁  +q'₂  ) / (c₁+c₂)  = (q₁ + q₂) / (c₁+c₂) 

57- يک کره فلزي بدون بار را که روي پايه نا رسانايي قرار دارد به اونگ الکتريکي بار دار مثبتي  نزديک ميکنيم. چه اتفااقي ميافتد؟

58- چرا خطوط ميدان الکتريکي يکنواخت به صورت خطهاي راست و موازي با فاصله هاي مساوي از يکديگرند؟

همانگونه که در مبحث ميدان الکتريکي آمده است تراکم خطوط نشان دهنده ميدان قوي تر و پراکندگي خطوط نشان دهنده ميدان ضعيف ميباشد در نتيجه فاصله بين خطوط اين ميدان يکنواخت بايد برابر و يکسان باشد تا نشان دهد مقدار ميدان در همه جا يکسان و برابر است

خطوط نيز بايد با هم موازي باشد زيرا هيچ گاه خطوط ميدان نبايد همديگر را قطع کنند.

رسم خطوط ميدان الکتريکي براي بارهاي مثبت و منفي و جفت بارها:

سوالات متن از فیزیک سال سوم ریاضی فصل اول(ترمودینامیک)

1-ماشینهای گرمایی چیستند؟

وسایلی که گرمارا به انرژی مکانیکی تبدیل میکنند ماشین گرمایی گفته میشود مانند ماشین نیو کامن

2- کمیتهای ماکروسکوپیک را تعریف کنید؟

 کمیتهایی که به وضعیت ماده در مقیاس بزرگ بستگی دارند و به جزئیات رفتار تک تک مولکولها وابسته نیستند کمیت ماکروسکوپیک می گویند مانند  فشار  دما  حجم  گرما  گرمای ویژه و ....

3-.منظ.ور از    دستگاه     در علم ترمو دینامیک چیست؟

ماده ای خاص  را که معمولا به صورت گاز یا مایع است و تحولات آن مورد بررسی قرار میگیرد را دستگاه مینامیم مانند هوای محبوس شده در یک تلمبه

4-. منظور از    محیط    در علم ترمو دینامیک چیست؟

هر چه که در اطراف دستگاه و در تماس با آن باشد و بتواند با دستگاه تبادل انرژی کند محیط نامیده میشود

5-. حالت تعادل دستگاه یعنی چه؟

اگر دستگاه (گاز یا مایع) برای مدت طولانی حجم ثابتی داشته باشد و دما و فشار آن در تمام نقاط یکسان باشد در اینحالت دستگاه در حالت تعادل خواهد بود

6-. اگر دما و فشار در داخل گازی باحجم ثابت در نقاط مختلف متفاوت باشند چه رخ میدهد؟

وقتی دما و فشار گاز در نقاط مختلف متفاوت باشد یعنی انرژی مولکولهای گاز در نقاط متفاوت باهم فرق میکنند. بعد از گذشت مدت زمان لازم این انرژی مولکولها به صورت یکسان در تمام گاز پخش  خواهد شد یعنی دما و فشار در تمام نقاط یکسان میشود (اما مقدار آن با مقادیر قبل متفاوت خواهد بود) و گاز به حالت تعادل جدیدی میرسد.

7-. منظور از متغییر های ترمودینامیکی چیست؟

کمیتهای فشار – دما- حجم را که با حروف V-T-P مشخص میشوند متغیرهای ترمودینامیکی میگویند این کمیتها از یکدیگر مستقل نیستند و با هم در ارتباطند.( تغییر در یکی از انها باعث ایجاد تغییر در دو کمیت دیگر میشود)

8-.معادله حالت چیست؟

رابطه ای ریاضی بین متغیرهای ترمودینامیکی را معادله حالت میگوییم.

PV=  nRT

9-. منظور از  گاز کامل چیست؟

گاز ی که بسیار رقیق باشد را میتوان به عنوان گاز کامل در نظر گرفت در گاز کامل معادله حالت ساده و مستقل از نوع گاز خواهد بود

10-. عدد آووگادرو چیست؟

تعداد مولکولهای موجود در هر مول از یک ماده برابر عدد آووگادرو است

11-.ثابت گازها چیست و مقدار آن چقدر است؟

ثابت گازها را باحرف  R نشان میدهند و    R = 8.314    ( J/ MOL.K)         است

12-در معادله حالت گاز کامل نام و واحد حروف را مشخص کنید:

PV = nRT

P -   - فشار گاز بر حسب پاسکال

- V – حجم گاز بر حسب متر مکعب

- n  -  تعداد مول های گاز  بر حسب مول

- R – ثابت عمومی گازها برحسب ژول بر مول  کلوین

-  T- دمای گاز برحسب درجه کلوین

 -13منظور از فرایند ترمودینامیکی چیست؟

اگر تغییری در هریک از متغییرهای ترمودینامیکی (حجم  فشار  دما) ایجاد شود حالت گاز نیز تغییر میکند یعنی دستگاه از یک حالت به حالت دیگر میرود تا به مقادیر جدیدی از  (حجم فشار و دما) برسد میگوییم یک فرایند ترمودینامیکی رخ داده است

14- چند فرایند ترمو دینامیکی را که در اطراف شما رخ میدهند را بنویسید؟

الف  دیگ زود پز که در حجم ثابت , فشار و دمای آن دائما در حال افزایش است

ب   در موتور یخچال گاز گردشی به وسیله سیلندر و پیستون متراکم و تزریق میشود

15- تبادل انرژی بین محیط و دستگاه از چند طریق صورت میگیرد؟

دو طریق   گرما  و کار 

16-  منظور از گرما در فرایند ترمودینامیکی چیست؟

گرما انرژی است که به دلیل اختلاف دما بین  دستگاه  و   محیط   مبادله میشود.و بنا به قرارداد گرمایی را که دستگاه میگیرد  مثبت  و گرمایی را که دستگاه از دست میدهد  منفی  خواهد بود

17-اگر  محیط گرما از دست بدهد این گرما مثبت است یا منفی؟

با توجه به اینکه در این حالت گرما توسط دستگاه دریافت میشود پس مقدار آنرا  طبق قرارداد مثبت فرض میکنند

18-منبع گرمایی چیست؟

جسمی که اگر گرما از دست بدهد یا بگیرد دمای آن به طور قابل ملاحظه ای تغییر نکند منبع گرما میگوییم مانند  هوای یک اتاق برای یک استکان چایی داغ میتواند به عنوان منبع گرما در نظر گرفته شود

19-آیا مخلوط آب و یخ را میتوان به عنوان یک منبع گرما استفاده کرد؟

بله   تا زمانی که آب و یخ داشته باشیم اگر به آن گرما بدهیم یا از آن گرما بگیریم دمای مخلوط تغییری نمیکند و همواره صفر درجه سلسیوس خواهد بود پس میتواند به عنوان یک منبع گرما به کار رود

20- اگر گازی را درون یک استوانه پیستون دار حبس کرده باشیم سپس پیستون را بکشیم و حجم گاز را زیاد کنیم کار انجام شده روی گاز و محیط (پیستون) را شرح دهید؟

در این حالت کار انجام شده بر روی دستگاه و کار انجام شده بر روی محیط یکسان است زیرا نیروهای وارده بر هر کدام برابر و کنش و واکنش خواهد بود فقط در علامت متفاوتند یعنی کار انجام شده بر دستگاه منفی و کار انجام شده بر محیط مثبت خواهد بود

21-در فرایندتراکم و انبساط علامت کار ( منظور کار محیط بر دستگاه) را تعیین کنید

در فرایند تراکم حجم کاهش میابد و در این حالت نیروی وارده بر دستگاه(گاز) و جهت جابجایی همسو خواهند بود در نتیجه کار مثبت است

W = FD COS0 = +FD         W> 0

در فرایند انبساط حجم افزایش میابد و در این حالت نیروی وارده بر دستگاه در خلاف جهت جابجایی خواهد بود در نتیجه کار منفی میشود

W = FDCOS 180 = -FD            W<0

22- فرایندهای خاص ترمودینامیکی را نام ببرید؟

فرایند هم حجم- حجم دستگاه همواره ثابت است و کار انجام شده همواره صفر خواهد بود. با افزایش دما فشار نیز افزایش میابد و بالعکس

فرایند هم فشار- فشار دستگاه همواره ثابت است و با افزایش دما حجم افزایش میابد و بالعکس

فرایند همدما-  دمای دستگاه همواره ثابت است و با افزایش حجم فشار کاهش میابد و دستگاه انرژی میگیردو بالعکس

فرایند بی در رو- گرمایی بین دستگاه و محیط مبادله نمیشود یعنی دستگاه عایق بندی شده است با افزایش حجم فشار و دما کاهش میابد

23-C_V علامت چیست؟

 گرمای ویژه یک گاز در حجم ثابت است و بنا به تعریف برابر است با مقدار گرمایی که در حجم ثابت به یکای جرم گاز داده میشود تا دمای گاز یک درجه کلوین افزایش یابد.

C_V = Q/( m ΔT)             

واحد اندازه گیری آن ژول بر  کیلوگرم درجه کلوین است

24-C_MV نشاندهنده چیست؟

ظرفیت گرمایی مولی در حجم ثابت است و بنا به تعریف مقدار گرمایی است که در حجم ثابت به یک مول از گاز داده میشود تا دمای آن یک کلوین افزایش یابد.

C_MV = Q/(nΔt) = MC_V           

واحد اندازه گیری آن ژول بر مول کلوین است

نکته: ظرفیت گرمایی در حجم ثابت به جنس گاز بستگی ندارد و برای گازهای تک اتمی C_MV= 3/2 R و برای گازهای دو اتمی C_MV= 5/2 R   میباشد

25-در فرایند همفشار کار چگونه محاسبه میشود؟

در انبساط کار دستگاه بر محیط W’    و                کار محیط بر دستگاه W   میباشد

W’ = -W          

W’= f .Δd. cos 0 = f .Δd = PA. Δd=  P. ΔV           

P فشار بر حسب پاسکال

. ΔV  تغییرات حجم بر حسب متر مکعب

W ‘ = -W   →   W = - P. ΔV          

 در ترمو دینامیک منظور از کار همان کار انجام شده بر دستگاه یا W  میباشد.

پس:                  W = - P. ΔV

نکته: در فرایند همفشار با افزایش حجم دستگاه (انبساط) علامت کار منفی میشود  و با کاهش حجم دستگاه(تراکم) علامت کار مثبت میشود.

26-نشان دهید که W در تراکم مثبت و در انبساط منفی است(فرایند همفشار)

در انبساط  :

V₂>V₁  → ΔV>0                        

W= - P ΔV  →  W< 0                          کار منفی

در تراکم  :

                           V₂₁  → ΔV<0  

                   W= - P ΔV  →  W> 0      کار مثبت

27-علامت W ‘ در تراکم و انبساط گاز در فشار ثابت چیست؟

در تراکم   کار روی محیط منفی   و در انبساط کار روی محیط مثبت است  در ست بر عکس کار روی دستگاه زیرا W و W ‘ در یک منفی متفاوتند

28- با توجه به نمودار فشار – حجم چگونه میتوان در فرایند هم فشار کار را محاسبه کرد؟

چون از لحاظ مقداری      W= PΔV   در نتیجه میتوانیم از مساحت زیر نمودار جهت محاسبه اندازه کار بدون در نظر گرفتن علامت آن استفاده کنیم .

29 -   C_P  نشان دهنده چیست؟

گرمای ویژه یک گاز در فشار ثابت استو عبارتست از مقدار گرمایی که در فشار ثابت  باید به یک کیلوگرم از گاز داده شود تا دمای آن یک درجه کلوین افزایش یابد

C_P = Q/( m ΔT)          

واحد اندازه گیری آن ژول بر کیلوگرم کلوین است

30-   C_MP      نشان دهنده چیست؟

ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت که عبارتست از مقدار گرمای لازم که در فشار ثابت به یک مول از گاز داده میشود تا دمای آن یک کلوین افزایش یابد    

C_MP = Q/(nΔt) = MC_P         

واحد اندازه گیری آن ژول بر مول کلوین است.

نکته: ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت به جنس گاز بستگی ندارد و برای گازهای تک اتمی

 C_MP = 5/2 R   و برای گازهای دواتمی  C_MP = 7/2 R       میباشد .

-31-  در کدام فرایند مقدار کار انجام شده همواره صفر است؟

در فرایند هم حجم هیچ کاری بر دستگاه یا محیط انجام نمیشود یعنی              W = 0     

32- در فرایند هم حجم انتقال انرژی از چه راهی صورت میگیرد؟

در فرایند هم حجم چون کار صفر است پس انرژی فقط به صورت گرما   Q  منتقل میشود

33-  آیا در فرایند همدما انتقال گرما نیز صورت میگیرد؟

 بله . اگر انتقال گرما Q بین محیط و دستگاه صورت نگیرد دمای دستگاه متغییر خواهد بود .

34-تراکم را در فرایند هم دما شرح دهید؟

قبل از تراکم گاز و منبع در حالت تعدل هستند.در نتیجه ی تراکم (کاهش حجم و افزایش فشار) دمای گاز اندکی بالا میرد و چون فرایند باید همدما باشد پس گاز (دستگاه) مقداری از گرمای خود را به محیط میدهد تا دمای آن ثابت بماند.

35-درفرایند تراکم همدما علامتQ وWرا مشخص کنید؟

درتراکم همدما گاز گرما از دست میدهد پس گرما منفی است           Q < 0     و حجم کاهش میابد پس کار مثبت است یعنی  W> 0    

36-در انبساط همدما علامت  Q و W  را مشخص کنید؟

در انبساط حجم گاز  افزایش میابد پس کا رمنفی است W< 0    

در انبساط گاز گرما میگیرد پس گرما  مثبت است یعنی Q > 0    

37-انتهای یک سرنگ را مسدود کرده  و انرا وارد مخلوط آب و یخ کنید .پس از مدتی گاز  را به ارامی متراکم کنید آیا این فرایند را میتوان همدما در نظر گرفت؟

بله . چون مخلوط آب و یخ همواره دمای ثابتی داردپس میتواند به عنوان منبع گرمایی استفاده شود و اگر تراکم را به اهستگی انجام بدهیم گرمای گاز درون سرنگ به مخلوط ابو یخ منتقل شده و دمای دستگاه ثابت باقی میماند.

38-در فرایند هم دما رابطه بین دما و فشار را ذکر کنید؟

هر چه فرایند هم دما در دمای بالاتری انجام بگیرد. محدوده فشار ان نیز بیشتر خواهد بو د و نمودار p-v  آن در فشار بالاتری رسم خواهد شد به نمودار دقت کنید که سه فرایند همدما را در دماهای مختلف نشان میدهد T₁ <   T₂ <  T₃  

39-تراکم بی در رو را شرح دهید؟

در فرایند بی در رو گرمایی مبادله نمیشود Q=0       با توجه به تراکم( یعنی کاهش حجم) فشار افزایش یافته و دما نیز افزایش میابد در این حالت کار بر دستگاه انجام شده و مثبت است W> 0     

40-انبساط بی در رو را شرح دهید؟

در فرایند بیدر رو گرمایی مبادله نمیشود Q=0   با توجه به انبساط  فشار و دما کاهش میابد کار در اینحالت بر محیط انجام شده و منفی است   W<0      

41-چرا در نمودار انبساط یک گاز نمودار مربوط به فرایند همدما کاهش فشار کمتری نسبت به فرایند بی در رو دارد؟

در فرایند هم دما  گاز در حین انبساط از محیط گرما میگیرد ولی در فرایند بیدر رو هیچ گرمایی از محیط دریافت نمیشود در نتیجه کاهش فشار در انبساط بی در رو بیشتر از کاهش فشار در انبساط هم دما میباشد.

42-آیا متراکم یا منبسط کردن یک گاز با سرعت زیاد میتواند به عنوان یک فرایند بی در رو تلقی شود؟

بله  اگر گاز را با سرعت متراکم  یا منبسط کنیم .فرصت تبادل گرما با محیط  را پیدا نمیکند در نتیجه میتوانیم بگوییم  فرایند بی در رو صورت گرفته است.

43-چگونه میتوان تراکم گاز را در یک پیستون به صورت بی در رو انجام داد؟

هرگاه سرنگ را به وسیله مواد عایق به طور کامل عایق بندی گرمایی کنیم و هوای داخل سرنگ با محیط بیرون هیچ گرمایی مبادله نکند در این صورت اگر گاز را متراکم  یا منبسط کنیم فرایند به صورت بی در رو انجام میشود

44-دو پیستون با حجم برابر و فشار مشابه را ااز یک نوع گاز  پر کرده ایم اگر یکی در شرایط همدما و دیگری در شرایط بی در رو  منبسط کنیم.الف) افت فشار در کدام پیستون بیشتر خواهد بود؟    ب) اندازه کار انجام شده در کدام فرایند بیشتر خواهد بود    ج) نمودا ر انرا رسم کنید؟

الف-در فرایند بی دررو افت فشار بیشتر و کار انجام شده کمتر است

ب- در فرایند انبساط همدما کار انجام شده بیشتر و افت فشار کمتر است

ج-

45-نمودار P-V   مربوط به تراکم همدما و تراکم بی در رو یک گاز رکامل را از فشار و حجم اولیه P₁  و  V₁  را رسم کنید:

46-چرخه را تعریف کنید؟

فرایندی که در طول آن دستگاه پس از طی چند  فرایند به حالت اولیه خود بر میگردد چرخه میگویند.

47- کار کل انجام شده در یک چرخه را چگونه از روی نمودار حساب میکنند؟

اگر مساحت داخل نمودار P-V چرخه را حساب کنیم در حقیقت کار کل انجام شده را محاسبه کرده ایم

48-چرخه کار نو چیست؟

چرخه کار نو از چها ر فرایند انبساط همدما,  انبساط بی در رو  ,  تراکم همدما ,  تراکم بی در رو تشکیل شده است

49- در گاز کامل انرژی درونی گاز U  به چه عاملی وابسته است؟

این انرژی فقط تابع دمای مطلق گاز است ولی تغییرات این انرژی ΔU   به مقدار کار و گرمای مبادله شده بین محیط و دستگاه بستگی دارد

50-تغییر انرژی درونی یک دستگاه در یک چرخه چقدر است؟

 چون در طی یک چرخه گاز دوباره به حالتت اولیه خود  یعنی P₁  V₁   T₁    بر میگردد و از آنجاییکه انرژی درونی به دمای مطلق بستگی دارد نتیجه میگیریم که انرژی دستگاه در یک چرخه تغییری نمیکند و

 0 =ΔU

 است

51- قانون اول ترمودینامیک ماشینهای گرمایی چیست؟

این قانون رابطه میان تغییرات انرژی درونی ΔU  و کار انجام شده W  و گرمای مبادله شده Q   را مشخص میکند بنا بر این قانون  اگر دستگاه در طی فرایندی گرمای Q  را بگیرد و کار W   بر روی آن انجام شود تغییر انرژی درونی آن برابر مجموع کار و گرما است.( البته با در نظر گرفتن علامتها)

ΔU= Q+ W

نکته: اگر دستگاه گرما بگیرد Q > 0     و اگر گرما از دست بدهد  Q < 0      خواهد بود

نکته:  اگر محیط بر دستگاه کار انجام بدهد ( تراکم)  W> 0        و   اگر دستگاه روی محیط کار انجام بدهد

W<0         خواهد بود

52- ماشین گرمایی درون سوز و برون سوز را تعریف کرده و از هر کدام یک مثال بزنید؟

* برون سوز:  ماشینهایی که گرما توسط محیط و از بیرون به دستگاه داده میشود ماشین برون سوز میگویند مثل ماشین بخار

* درون سوز: ماشینهایی که گرما توسط دستگاه به محیط بیرون داده میشود ماشین درون سوز میگویند مثل موتورها ی پیستونی  اتومبیلها و کشتی ها

53- اجزائ  اصلی ماشین بخار را نام ببرید:

دیگ بخار       اتاقک انبساط      چگالنده      تلمبه     شیر های ورودی و خروجی     لوله های رابط

54- چهار مرحله اصلی کار ماشین بخار را مختصرا بیان کنید:

 مرحله اول-  آب درون دیگ بخار  با در یافت گرما از کوره به  بخار تبدیل شده و حجم و دمای ان افزایش میابد

مرحله دوم-   با باز شدن شیر ورودی  بخار آب  وارد اتاقک انبساط میشود و پیستون را به حرکت در می آورد در نتیجه فشار و دمای آن کاهش میابد  چون انبساط سریع انجام میشود میتوانیم آنرا انبساط بی در رو در نظر بگیریم این انبساط باعث حرکت پیستون شده و کار انجام شده بر محیط منفی خواهد بود

مرحله سوم-شیر ورودی بسته شده و شیر خروجی باز میگر دد با برگشت پیستون  بخار آب به سوی چگالنده که لوله های آب سرد آنرا خنک میکند هدایت میشود در چگالنده بخار آب در فشار ثابت گرما از دست میدهد Q < 0       و به مایع تبدیل میشود و حجم آن کاهش میابد

مرحله چهارم-مایع از چگالندهتوسط تلمبه به سمت دیگ بخار بر گردانده میشود در اینحالت مایع با حجم ثابت افزایش فشار پیدا میکند تا به فشار اولیه برسد

نکته: در این چرخه منابع گرمایی  کوره و چگالنده   هستند کوره که دمای بالاتری دارد را منبع گرم و چگالنده که دمای کمتری دارد منبع سرد نامیده میشوند

55- نمودار چرخه ماشین بخار را رسم کنید:

A→B  در دیگ بخار افزایش حجم و دما فرایند همفشار

B→C   در اتاقک انبساط  افزایش حجم و کاهش فشار فرایند بی در رو

C→D  در چگالنده کاهش حجم و دما فرایند همفشار

D→A    در تلمبه  افزایش فشار و دما فرایند هم حجم

56- مراحل کار ماشینهای گرمایی درون سوز را شرح دهید؟

الف-مرحله مکش: با پایین آمدن پیستونمقداری بنزین و هوا وارد استوانه میشود

ب-مرحله تراکم: با بسته شدن دریچه ها پیستون بالا میرود و مخلوط را متراکم میکند و به حجم اولیه میرساند در این وضعیت دمای مخلوط بسیار بالاست

پ- مرحله آتش گرفتن: با جرقه زدن شمع مخلوط آتش میگیرد و با سرعت دما و فشار آن بالا میرود(هم حجم)

ت- مرحله انجام کار: در اثر فشار زیاد دستگاه منبسط شده و پیستون را به پایین می راند و کار انجام شده بر پیستون(محیط) منفی است

ث- مرحله تخلیه: با باز شدن دریچه خروج و بالا آمدن پیستون دود خارج شده و گرمای زیادی به بیرون میدهد و مراحل فوق دوباره تکرار میشود

57-نمودار چرخه اتو ماشینهای گرمایی درون سوز را رسم کنید:

A→B  مرحله اتش گرفتن در حجم ثابت افزایش فشار و دما

B→C   مرحله انجام کار   به صورت انبساط بی در رو

C→D  مرحله تخلیه در حجم ثابت کاهش فشار و دما

D→A   دستگاه متراکم میشود و فشار و حجم آن به

            وضعیت اولیه بر گردانده میشود(تراکم بی در رو)

58-قانون اول ترمودینا میک را برای ماشینهای گرمایی در یک چرخه کامل بنویسید؟

بر اساس این قانون ΔU= Q+ W   که در یک چرخه ماشین گرمایی  0     Q_H>     گرمای گرفته شده از منبع گرم و Q_C < 0         گرمای داده شده به منبع سرد است در نتیجه گرمای استفاده شده در این چرخه و  کار انجام شده بر پیستون منفی است یعنی و چون در یک چرخه ΔU=0      است پس خواهیم داشت :

  59-بازده چیست؟

بازده نشان میدهد که چه کسری از گرمای حاصل از سوخت به کار تبدیل میشود . به بیان ساده تر میزان کارایی ماشین را نشان میدهد

نکته : بازده هیچ ماشینی نمیتواند بیشتر از یک باشد و البته هنوز ماشینی که بازده ان یک باشد نیز ساخته نشده است.

60-بازده ماشینهای گرمایی از چه فرمولی محاسبه میشود؟

چون در فرمول بازده دو کمیت کار w و گرمای منبع گرم Q هر دو از جنس انرژی و واحد انها زول میباشد پس بازده یکا ندارد.

62-چگونه میتوان بازده ماشین گرمایی را افزایش داد؟

با توجه به فرمول بازده اگر کار بیشتری انجام شود و گرمای کمتری به منبع سرد داده شود بازده افزایش میابد.

63- اگر ماشینی همه گرمای در یافتی را به کار تبدیل کند آیا قانون اول ترمودینامیک ماشینهای گرمایی نقض میشود؟

خیر زیرا  بر طبق قانون اول ترمودینامیک      ΔU= Q+ W     و همچنین   پس اگر Q_C = 0    باشدآنگاه

 W = Q_H  خواهد بود. که این امر ناقض قانون اول نیست.

64- قانون دوم ترمودینامیک را برای ماشینهای گرمایی  بنویسید؟

طبق این قانون ممکن نیست دستگاه چرخه ای را بپیماید که در حین آن مقداری گرما از منبع گرم جذب و تمام آنرا به کار تبدیل کند یعنی  همواره

Q_H ≠W    و یا اینکه  Q _C ≠ 0   خواهد بود

65- بازده ماشین گرمایی کارنو را بنویسید:

 چون ماشین گرمایی کارنو بیشترین بازده را دارد  پس

یخچال وسیله ای است که گرما را از جسم سرد (محتویات یخچال)  به جسم گرم (هوای بیرون یخچال) منتقل میکند. در حقیقت میتوان گفت یخچال یک ماشین گرمایی است که در جهت عکس  فرایندها را طی میکند.

نکته : در یخچالها گرمای گرفته شده از منبع سرد مثبت است0    Q_H>    و گرمای داده شده به منبع گرم منفی است    Q_C <0  است

نکته : در یخچالها کار انجام شده بر دستگاه مثبت است یعنی محیط بر دستگاه کار انجام میدهد.

67- قانون اول ترمو دینامیک را برای یخچالها بنویسید؟

                                                              ΔU= Q+ W  

68- به صورت خلاصه طرز کار  یخچال را شرح دهید :

در محفظه تبخیر مایع  درون لوله های یخچال (دستگاه) گرمای نهان تبخیر Q_C  را از منبع سرد ( مواد غذایی) میگیرد و حجم و دمای آن بالا میرود تبدیل به گاز میشود

. سپس وارد کمپرسور شده و کمپرسور روی دستگاه کار انجام میدهد و با فشار زیاد آنرا وارد چگالنده میکند

 در چگالنده گاز گرمای      Q_H     را به منبع گرم ( هوای بیرون یخچال ) میدهد و مایع میشود

 و بعد از گذشتن از شیر انبساط دوباره وارد محفظه تبخیر شده و چرخه تکرار میشود     

69-ضریب عملکرد یخچال چیست؟

این ضریب نشان دهنده کارایی یخچال است و نشان میدهد که نسبت گرمای گرفته شده از منبع سرد به کار انجام شده بر دستگاه چقدر است. هر قدر ضریب عملکرد یخچال بیشتر باشد یخچال  بهتر کار میکند و با صرفه تر است 

 70- قانون دوم ترمو دینامیک را به بیان یخچالی بنویسید؟

براساس این قانون گرما به خودی خود از جسم سرد به جسم گرم منتقل نمیشود  یا به بیان ساده تر کار انجام شده بر دستگاه هیچ گاه  صفر نمیگردد                           _, Q_H ≠ Q_C   

            و یعنی  W ≠ 0   

 71- رابطه میان قانون دوم یخچالها و قانون دوم  ماشینهای گرمایی را بیان کنید؟

این  دو قانون معادل همدیگرند یعنی اگر  قانون دوم یخچالها نقض شود  یعنی گرما به خودی خود از جسم سرد به جسم گرم منتقل شود آنگاه  قانون دوم   ماشینهای گرمایی هم نقض میشود یعنی میتوان ماشینی ساخت که در یک چرخه تمام گرمای گرفته شده را به کار تبدیل کند و   بر عکس.

 72- در فرایند هم حجم چگونه میتوان فشار گاز را افزایش داد؟

کافیست کمی گرما به دستگاه بدهیم تا دمای آن بالا برود.

 73- نشان دهید در انبساط همفشار گاز کامل باید به آن گرما داد؟

اگر حجم گاز محبوس شده را افزایش دهیم ( انبساط) فشار گاز کم خواهد شد در فرایند همفشار  انبساط به آهستگی انجام میشود و برای آنکه فشار کاهش نیابد باید به گاز گرما بدهیم تا کاهش فشار را جبران کند و فشار دستگاه ثابت بماند.

 74-آیا با باز گذاشتن در یخچال میتوان اتاق را خنک کرد؟

 خیر   زیرا با باز کردن در یخچال در حقیقت منبع سرد و گرم را به طور مستقیم به هم ارتباط داده ایم و عملا انتقال انرژی از چشمه سرد به چشمه گرم  بی معنی است.  علاوه بر این کار کردن موتور یخچال (ایجاد گرمای موتور  ) با عث گرمتر شدن  اتاق میشود.

 75- وجود برفک در یخچال چه اثری  بر عملکرد دستگاه دارد؟

 وجود برفک باعث میشود گرما به سختی از مواد غذایی در یافت گردد( زیرا برفک مانند یک عایق گرمایی عمل میکند)  و برای پایین نگه داشتن دمای یخچال موتور یخچال باید مدت زمان بیشتری کار کند و عمر یخچال کوتاهتر و کارایی آن کمتر میشود

 76-چرا بازده واقعی ماشینهای گرمایی از بازده بدست آمده توسط فرمول  بسیار کمتر است؟