دانلود مقاله قانون کلون - میدان الکتریکی - خازن - میدان مغناطیسی

عنوان فصل : قانون کلون بارالکتریکی وماده هرگاهاوجسم غیر هم جنس به یکدیگر مالش دهیم این دوجسم خاصیت جدیدی پیدا می کنند و ان خاصیت ، خاصیت جذب ذرات ریزی مانند کاغذ است لذا گفته می شود این اجسام در اثر مالش باردار شده اند یا دارای بار الکتریکی شده اند که یکی از انها دارای بار مثبت و دیگری دارای بار منفی می شود علت باردار شدن اجسام در اثر مالش چیست؟

می دانیم که اجسام از مولکول و مولکول از اتم واتم ها نیز از ذرات ریزی به نام الکترون تشکیل شده اند .

نترون ها بار ندارند ولی الکترون دارای بار منفی و پرتون ها دارای بار مثبت هستند که اندازه بار انها یکسان هستند ولی با علامت مخالف وازمایش نشان داده است که: +e = +1/6 × c بار پروتن -e = +1/6 × c بار الکترون یک جسم در حالت عادی دارای تعداد الکترون وپرتون مساوی هستند مثلا اتم هیدروژن یک الکترون ویک پرتون دارد لذا خنثی است یا اتم سیسیم یازده الکترون ویازده پرتون دارد لذا خنثی است پس اجسام در حالت عادی خنثی می باشند یعنی بتر خالص ندارند وهنگام مالش از یک جسم به جسم دیگر تعدادی الکترون منتقل می شود ودر نتیجه جسمی که الکترون از دست داده دارای بار مثبت وجسمی که الکترون گرفته دارای بار منفی می شود مثلا چنانچه مطابق شکل از جسم به جسم، الکترون منتقل شود انگاه بار هر یک از او جسم عبارت خواهد بود از: بار جسم A - + بار جسم B (n = 1,2,3,…) - + ( تعداد الکترون منتقل شده = n ) - + جسم B جسم A اصل پایستگی بار الکتریکی : بار مجدد دوجسم و قبل از مالش صفر بوده است زیرا که همه اوخنثی بوده است پس از مالش بار مجموعه دوجسم باز هم صفر است زیرا که: نتیجه می گیریم که بار خالص مجموعه قبل و بعد از مالش فرقی نکرده است یعنی پایسته مانده است واین بیان گر اصل پایستگی بار است که طبق ان بارالکتریکی به وجود نمی اید واز بین نمی رود بلکه فقط می تواند از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود.

بارالکتریکی کوانتیزه است (غیر پیوسته یا گسسته است): همان گونه که دو رابطه ی نشان می دهد.

بار یک جسم همواره مخرب درستی از بار یک الکترون یا بار یک پروتون است به عبارت دیگر باخاصیت گسسته دارد نه پیوسته.

مثلا بار جسمی نمی تواند برابر -4/75 e , باشد این موضوع راکوانتیزه بودن بار می گویند.

رساناها ونارساناها: همه گاه یک میله مسی با پارچه مالش دهیم میله پس از مالش ذرات کاغذ را جذب نمی کند وممکن است که میله باردار نشده است.

ولی واقعیت ان است که میله بادار شده منتهی چون رسانا می باشد بارهای ان از طریق دست بهزمی نمنتقل شده اند.

رساناها اجسامی هستند که الکترون های مدارهای اخر اتم های انها وابستگی ضعیفی به اتم داشته وبه راحتی از اتم جدا می شود که انها را الکترون ازاد میگویند در این اجسام بارالکتریکی به راحتی جابه جا میشود ولی نارسانا هااجسامی هستند که وابستگی الکترون ها به اتم ها بسیار قوی است.

لذا این اجسام الکترون ازاد ندارند و بارالکتریکی در انها قابلیت تحرک ندارد به این خاطر است که مثلا یکمیله شیشه ای در اثر مالش بار خود را حفظ می کند.

رساناها را به روش القا می توان القا کرد.که در این روش هیچ گونه تماس یا مالش مطرح نیست بلکه صرفا نزدیکی ومجاورت یک جسم بی بار مطرح می شود به عنوان نمونه مطابق شکل های زیر ابتدا یک کرهی رسانا و سپس دو کرهی رسانا با یک میله با یک میله با بار منفی با این روش باردار می کنیم.

جلسه دوم قانون کوین: همان گونه که می دانیم هرگاه دو جسم بقادار در مجاورت یکدیگر قرار گیرند بر همدیگر نیرووارد می کنند که این نیرو ممکن است جاذبه ویا دافعه باشد هرگاه بارها هم علامت باشند نیرو دافعه واگر به غیر هم علامت باشند نیرو جاذبه است .

شخصی به نام کولننیروی بین بارهای الکتریکی کوچک موسوم به بارهای نقطه ای شخصی به نام کولننیروی بین بارهای الکتریکی کوچک موسوم به بارهای نقطه ای را اندازه گیری نمود و نشان وارد که بین نیرو در امتدادخط واصل دوبار بوده واندازهی ان با حاصل ضرب مقدار بارها نسبت مستقیم وبا مجذور فاصله ی دوبار نسبت معکوس دارد که در ان ضریب ثابتی است که مقدار انبستگی به جنس محیط دارد کهبارها در ان واقع شده اند وهمچنین بستگی به دستگاه واحدهای انتخاب شده برای در دستگاه وهمچنین برای بارهای موجود در خلائ یا هوا انگاه مقدار برابر خواهد بود با معمولا در قانون کولنبه جای ضریب ثابت 12 عبارت زیر را قرار می دهند.

مثال :دوبار الکتریکی در فاصله ی 30زئ از یکدیگر قرار گرفته اند اندازهای نیروی بین انها را حساب کنید؟

8/85 قابلیت گذردهی خلاء نیروی جاذبه: چنانچه تعداد بارها بیشتر از دو تا باشد بر همه یک از بارها بیش از یک نیرووارد می شود ونیروی کل واروارد بر ان برابر جمع برواری نیروی هایی است کههمه یک از بارها به ان بار وارد می کند مثلا اگر m بار و ...

و داشته باشیم نیروی بر اینه وارد بر بار مثلا عبارت خواهد بود از : هرگاه نیروها در امتداد یک خط راست باشند بر دار بر اینه نیز درهمان راسته بوده ودر رابطه ی فرق می توان تبدیل به یک رابطه ی جدید کرد ولی چنانچه نیروها در صفحه ی می باشند با تجزیه هر یک از نیروها بر اینه را بصورت زیر نوشت: مثال سه بار بار نقطه ای مطابق شکل داده شده اند نیروی بر اینه وارد بر بار را حساب کنید؟

- - - = 1/44 n -1/44 = 5/13N در جهت - - - مثال:دو بار نقطه ای و نه فاصلع2 سانتی متر از یکدیگر قرار گرفته اند بار سوم را در چه نقطه ای قرار دهیم تا نیروی بر اینه وارد بر ان صفر شود؟

m - - حل: نقطه ی مورد نظر نمی تواند از خارج از خط و اصل دو بار باشد از طرفی اگر دوبار هم علامت باشند این نقطه باید در فاصله ی دو بار ونزدیک بار کوچه باشد ندارد مساله داده شده چون دوبار غیر هم علامتند و بار کوچکتر است لذا این نقطه باید در سمت چپ باشد: جواب منفی قبول نیست زیرا کهاین نقطه در سمت راست واقعی می شود که در انها هیچگاه نیرو صفر نمی شود.

مثال:در شکل زیر نیروی بر اینه وارد بر بار را بیابند = 1+cosθ=2cos2 = 6/912 مثال:در شکل مقابل نیروی بر آینه وارد بر بار را بیایند؟

4 cm فصل دوم:میدان الکتریکی: میدان الکتریکی چیست؟

+ میدان الکتریکی بار تر ست از فضای اطراف یک بار الکتریکی که در ان فضا بر بارهای دیگر نیروی الکتریکی وارد می شود (فرمول در فایل اصلی موجود است) شدت میدان الکتریکی: شدت میدان الکتریکی در هر نقطه از هر میدان عبارت است از:نیرویی که در ان نقطه بر واحد بار وارد می شود حال چنانچه بارq در نقطه ای از یک میدان الکتریکی واقع شود و نیروی وارد ه بر ان می باشد شدت میدان در ان نقطه بار رابطه زیر تهردین می شود ( (C) ((N بر اساس فرمول فوق نیروی بر بار مثبتهمجهت با شدت میدان است ونیروی وارد بر بار منفی مخلاف جهت شدت میدان است لذا در اطراف یکبار مثبت شدت میدان در جهت دور شدن از بار است و در اطراف یک بار منفی شدت میدان سمت بار است.

مثال:یک ذرهی بار داری به جرم 4گرم در یک میدان الکتریکی به شدت E=5 به طرف پایین بهقرار گرفته است مقدار وعلامت بار ذره بیابند؟

چون ذره معلق است پس نیروی الکتریکی بایستی به طرف بالا باشد تاثیر وزن را خنثی کند لذا نیروی الکتریکی بایسته خلاف جهت میدان باشد.

در نتیجه بار باید منفی می باشد محاسبه شدت میدان الکتریکیحاصل از یک بار معلوم: الف)بار نقطه ای 1)بار نقطه ای مثبت + Em m r q 2)بار نقطه ای منفی: - m r Em q ب)چند بار نقطه ای: هرگاه دو یا چند بار نقطه ای داده شده باشند شدت میدان در هر نقطه برابر جمع برداری شدت میدان های هر یک از بارها در ان نقطه خواهد بود.

مثلا برای سه بار و و شدت میدان در نقطه ای مانند m عبارت است از: + + مثال:در شکل مقابل شدت میدان بر اینه را از نقطه ای M بیابند؟

مثال:سه بار نقطه ای مطابق شکل داده شده اند.

شدت میدان الکتریکی را در مبده مختصات حساب کنید؟

مثال :مطابق شکل دو بار نقطه ای +q و –q به فاصله ی (3a) از یگدیگر قرار گرفته از شدت میدان الکتریکی بر اینه را در نقطه m به فاصله ی x از مبدا به دست می اید Y Y +q X -q دوقطبی الکتریکی:دو قطبی الکتریکی مجموعه ای است متشکل از دوبار نقطه ای مساوی ومختلف از علامت که در فاصله معینی از یکدیگر قرار گرفته اند (همانند بارهای مثال فوق)برای هر دوقطبی یک کمیت برداری فیزیکی به نام گشاورد دو قطبی تعریف می شود که در امتداد خط و اصل دو بار بوده و از بار منفی به طرف بار مثبت است واندازه ان برابر مقدار یکی از بارهای در فاصله میان ودو بار و با علامت p نشان داده می شود -q p بنابراین در مثال فوق که یک قطبی است گشاورد دوقطبی برابر است با:لذا را می توان بر حسب نوشت : p = 2aq هرگاه شدت میدان در مبدا مختصات مورد نظر باشد: خطوط میدان الکتریکی: گاهی اوقات برا ی نشان دادن وضعیت یکمیدان الکتریکی از خطوط منحنی های جهت دار استفاده می شود که این خطوط میدان الکتریکی می نامند ودارای ونیژگی های زیر می باشند 1)خاص بر همه از این خطوط در هر نقطهجهت وراستای میدان را رد ان نقطه نشان می دهد 2)میدان تراکم خطوط هر قسمت نشان گر شدت و ضعف میدان در ان قسمت است وبه واردی هر جا قرار گرفته خطوط زیاد می شود میدان قوی و هر جا تراکم خطوط کم باشد میدان ضعیف است.

3)این خطوط یکدیگر را قطع نمی کنند وبلکه از بار مثبت خارج وبهبار منفی قطع می شود میدان الکتریکی یکنواخت: به میدان گفته می شود که در ان خطوط میدان با یکدیگر موازی وجهت و شدت میدان در تمام نقاط یکسان می باشد (یکنواخت) E دوقطبی الکتریکی در میدان یکنواخت: مطابق شکل زیر یکدو قطبی الکتریکی یکنواخت E در نظر بگیرید به طوری که در راستای دو قطبی با میدان الکتریکی زاویه بسازد E چون دونیروی F و F مساوی ودر خلاف جهت هستند بنابر این بر آینه نیروها صفر است ومجموعه دو قطبی شتاب نخواهد داشت ولی شدت میدان باعث چرخش دوقطبی می شود که این چرخش طبق شکل در جهت عقربه های باعث خواهد بود تا اینکه زاویه صفر شود گشاورد نیروی وارد دو قطبی با رابطه زیر داده می شود گشاورد نیرو اگر یا باشد : اگر = باشد : وضعیت تعادل پایدار و وضعیت تعادل ناپیدار دو قطبی است.

مثال:در یک دو قطبی الکتریکی از دو بار که در فاصله 20 سانتی متر از هم قرار دار ند در میدان الکتریکی یکنواخت قرار گرفته است .

الف)ماکزیمم گشاورد نیروی وارد بر ان را بیابید؟

ب)در چه وضعیتی گشاورد و نیروی وارد بر ان نصف گشتاورد ماکزیم است.

(ب PE sin انرژی دوقطبی در میدان الکتریکی : هرگاه یک دو قطبی الکتریکی در میدان الکتریکی یک نواخت قرار گیرد این دوقطبی دارای انرژی پتاسیل الکتریکی خواهد بود که بار رابطه ی زیر داده می شود: P=qd گشاورد دو قطبی الکتریکی براساس این رابطه :اگر e=0 می باشد در این این صورت : =1 cos U = -PE و اگر در این صورت : a=0 در این صورت می باشد مثال: یک دو قطبی الکتریکی شامل دو بار نقطه ای که به فاصله 40cm از یکدیگر قرار گرفته اند این دو قطبی در میدان در میدان الکتریکی یکنواخت E=50 دارای قرار گرفته است که در راستای با میدان زاویه53 می سازد انرژی دو قطبی را حساب کنید؟

-9/6 j بار نقطه ای در میدان الکتریکی یکنواخت: هرگاه یک بار الکتریکی در میدان الکتریکی قرار می گیرند از طرف میدان بر ان بار نیرو وارد می شود که این نیرو طبق قانون دوم نیرتون باعث ایجاد شتاب می شود ودر نتیجه ذرهی باردار دارای سرعت ومسافت لمس شده خواهد بود هرگاه بادار(q) وجرم آن (m) باشد آنگاه می توان نوشت: هرگاه میدان الکتریکی یکنواخت باشد شتاب ذره ها ثابت خواهد بود ودر نتیجه می توان سرعت و مسافت طی