درس نهم علوم هشتم: الکتریسیته

کلمه‌ی الکتریسیته از واژه‌ی یونانی الکترا به معنی کهربا گرفته شده‌است. استفادهٔ گسترده از وسیله های الکتریکی در زندگی امروزی، بسیار عادی است.

لامپ، تلویزیون، تلفن همراه، جاروبرقی، لباس شویی، اتو، رایانه، ماشین حساب، لپ تاپ و… . تنها تعداد اندکی از وسایل الکتریکی اند که ما با آنها سروکار داریم.

سال‌ها پیش مشاهده شده‌ بود که کهربا (شیره‌ی نوعی درخت) اشیای سبک مثل پرزهای پارچه و گرد و غبار را جذب می‌کند.

بعدها که ساختار اتم شناخته شد،معلوم گردید درون اتم ذراتی به نام الکترون و پروتون به ترتیب با بار الکتریکی منفی­ و مثبت وجود دارد.

چون در حالت عادی تعداد این دو ذره برابر است، اتم خنثی است. اما، اختلاف در تعداد این دو ذره اتم را دارای بار الکتریکی می‌کند.

بنابراین،هرگاه اتم‌های­ جسمی،الکترون از­دست بدهند ویا الکترون اضافی بدست آورند، می‌گوییم ­جسم دارای بار الکتریکی شده‌است.

بار الکتریکی به روش مالش، القا و یا تماس می‌تواند در جسمی ایجاد شود.

معمولاً اجسام نارسانا به روش مالش و اجسام رسانا به روش القا باردار می‌شوند.

تماس یک جسم باردار و خنثی منجر به انتقال مقداری بار به جسم خنثی خواهد شد.

روش مالش در علوم هشتم فصل 9 :

در این روش، وقتی دوجسم نارسانای غیرهمجنس (میله‌ی پلاستیکی با پارچه‌ی پشمی یا میله‌ی شیشه‌ای با پارچه‌ی ابریشمی) مالش داده می‌شوند، تعدادی الکترون از یکی جدا شده وبه دیگری می‌چسبد.

درنتیجه، یکی دارای بارمثبت و دیگری همان اندازه بار منفی پیدا می‌کند.

درمالش میله پلاستیکی با پارچه‌ی پشمی، پلاستیک منفی وپشم مثبت می‌شود ودر مالش میله‌ی شیشه‌ای با پارچه‌ی ابریشمی، شیشه مثبت وابریشم منفی می‌شود.

قانون الکترواستاتیک در علوم هشتم فصل 9 :

همواره دوجسم که دارای بار الکتریکی همنام هستند یکدیگر رامی‌رانند و دو جسم که بار الکتریکی ناهم نام دارند یکدیگر را می‌ربایند.

القا‌ی بارالکتریکی در علوم هشتم فصل 9 :

ایجاد بارالکتریکی در اجسام رسانا بدون تماس آنها با جسم باردار را القای بارالکتریکی می‌گویند.

همواره بارالکتریکی القا شده مخالف جسم بارداری است که برای القا مورد استفاده قرار گرفته‌است.

الکتروسکوپ:

وسیله‌ی ساده‌ای می‌باشد که می‌تواند وجود بار، نوع بار، رسانا یا عایق بودن جسم را نشان دهد. در ضمن توسط الکتروسکوپ می‌توان مقدار بار دو جسم را با هم مقایسه کرد.

تخلیه‌ی الکتریکیدر علوم هشتم فصل 9 :

به معنای خنثی شدن یک جسم باردار با گرفتن و یا ازدست دادن الکترون است.

اگر این عمل بدون تماس انجام شود، الکترون‌ها ضمن جهش از جسم با بار منفی به جسم با بار مثبت، جرقه‌ای با نور و صدا تولید می‌کند.

انجام این پدیده در ابرها رعد و برق یا صاعقه نامیده می‌شود.

جریان الکتریکی:

جابه‌جا شدن الکترون‌ها در یک رسانا به دلیل وجود اختلاف پتانسیل، جریان الکتریکی نامیده می‌شود.

اجسام از لحاظ الکتریکی به دو دسته‌ی رسانا و نارسانا (عایق) وجود دارند

 رسانا:

جسمی است که به دلیل داشتن الکترون‌های آزاد، جریان الکتریکی راازخود عبور می‌دهد مثل فلزات.

نارسانا:

مثل پلاستیک، شیشه وچوب چون الکترون آزاد ندارند جریان الکتریکی را از خود عبور نمی‌دهند.

الکترون ­آزاد:

الکترون‌های­آخرین اتم که به دلیل وابستگی کم به هسته،از اتم جدا شده و درون جسم آزادانه جابه‌جا می‌شوند.

مدار الکتریکی:

مسیر کاملی است که الکترون‌ها در آن حرکت می‌کنند.

هر مدار ساده دارای مولد، مصرف‌کننده، کلید و سیم می‌باشد که به طور متوالی مطابق شکل 1 قرار می‌گیرند.

مولد الکتریکی:

وسیله‌ای است که در مدار با صرف انرژی، اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کند.

مولد بر اساس نوع انرژی که مصرف می‌کند در انواع مختلفی ساخته شده‌است. پیل و باتری با مصرف انرژی شیمیایی،

ژنراتور و دینام با انرژی جنبشی و باتری خورشیدی به وسیله‌ی نور الکتریسیته تولید می‌کنند.

ساختار پیل الکتریکی :

هر پیل شامل سه قسمت است.

پایانه‌ی مثبت (آند)

پایانه‌ی منفی (کاتد)

الکترولیت

واکنش الکترولیت با ‌پایانه‌ی منفی تولید جریان الکتریکی می کند.

در جدول 1 اجزای برخی از انواع پیل مشخص گردیده است.

کمیت‌های الکتریکی

اختلاف پتانسیل الکتریکی:

عامل حرکت الکترون‌ها در یک مدار که توسط یک مولد ایجاد می‌شود. یکای آن ولت (V) است و با وسیله‌ای به نام ولت سنج اندازه‌گیری می‌شود، این وسیله به صورت موازی در مدار قرار می‌گیرد.

شدت جریان الکتریکی:

مقدار بار الکتریکی جابه‌جا شده در واحد زمان، یکای آن آمپر (A) است وبا وسیله‌ای به نام آمپرسنج اندازه‌گیری می‌شود. این وسیله به صورت متوالی در مدار قرار می‌گیرد.

مقاومت الکتریکی:

مقاومت الکتریکینوعی اصطکاک است که مانع حرکت الکترون‌ها در مدارمی‌شود. یکای آن اهم (Ω) است وبا اهم‌متراندازه‌گیری می‌شود.

قانون اهم:

دردمای ثابت نسبت اختلاف پتانسیل الکتریکی به شدت جریان در یک مدار همواره مقدار ثابتی است که برابر مقاومت مدار می‌باشد.  

شکل 2- نمودار ولت بر حسب آمپر بر طبق قانون اهم

پتانسیل الکتریکی:

انرژی پتانسیل الکتریکی که در یک جسم رسانا ذخیره شده است.

مقدار پتانسیل الکتریکی یک جسم با نوع بار، مقدار بار، شکل هندسی و اندازه‌ی جسم متناسب است.

هرچه جسمی ازنظر الکتریکی مثبت تر باشد می‌گوییم پتانسیل بیشتر دارد.

همواره بارهای الکتریکی منفی ازجایی که پتانسیل کمتر است به جایی که پتانسیل بیشتر است منتقل می‌شود.

نکته:

درتماس دوکره‌ی رسانای باردار، بارالکتریکی بعد ازتماس درصورتی که کره ها هم اندازه باشند میانگین بار دو کره قبل از تماس آنهاست.

هرگاه کره ها هم اندازه نباشند مجموع بارقبل از تماس آنها به نسبت شعاع دوکره بین آنها تقسیم می‌شود.

نکته:

وقتی جسم رسانایی دارای بار الکتریکی می‌شود، بار الکتریکی روی سطح خارجی آن پخش می‌شود ودرنقاط نوک تیز جسم تراکم بیشتری دارد.

نکته:

نیروی ربایش یارانش بین دوجسم باردار را نیروی الکتریکی می‌گوییم.

مقدار این نیرو با حاصل ضرب بار دوجسم تناسب مستقیم وبا مجذور فاصله‌ی آنها تناسب معکوس دارد.

مولد های مغناطیسی:

این نوع مولد ها مثل ژنراتور و دینام با صرف انرژی جنبشی وبا استفاده ازخاصیت مغناطیسی جریان الکتریسیته تولید می‌کنند.

هرژنراتور از دو بخش آرمیچر (سیم پیچ) وآهنربا ساخته شده، وقتی آرمیچر درون میدان مغناطیسی آهنربا حرکت می‌کند،

الکترون ها درون سیم پیچ به حرکت در‌می آیند وجریان الکتریکی ایجاد می‌شود.

هرچه آهن ربا قوی تر، سیم پیچ دور بیشتر وحرکت آنها سریع‌تر باشد جریان الکتریسیته قوی‌تری ایجاد می‌شود.

مولد‌های نوری:

این نوع مولدها که باتری خورشیدی هم نامیده می‌شوند،صفحاتی هستند که ازعناصر سیلیسیوم وسلنیوم ساخته شده‌اند.

وقتی نوربه این صفحه ها برخورد می کند الکترون ها تحریک شده وسبب تولید جریان الکتریسیته می‌شوند.

نکته:

مقاومت الکتریکی

یک رسانا با طول سیم تناسب مستقیم وباضخامت آن تناسب معکوس دارد. جنس رسانا نیز درمقاومت الکتریکی آن موثر است.

نکته:

هرگاه یک رسانا گرم شود مقاومت الکتریکی آن افزایش می‌یابد.

البته مقاومت های کربنی استثنا هستند یعنی، با گرم شدن کاهش مقاومت نشان می‌دهند.

وسایل الکتریکی به دو شکل متوالی و موازی در مدار قرار می‌گیرند:

روش متوالی:

در این روش مقاومت‌ها به‌شکلی در مدار قرار می‌گیرند که جریان الکتریسیته به‌صورت یکسان از همه‌ی آن‌ها عبور می‌کند.

اختلاف پتانسیل مولد به نسبت اندازه‌ی مقاومت‌ها بین آن‌ها تقسیم می‌شود.

روش موازی:

در این روش مقاومت‌ها به شکلی در مدار قرار می‌گیرند که از هر کدام قسمتی از جریان  الکتریسیته می‌گذرد و اختلاف پتانسیل هر مقاومت برابر اختلاف پتانسیل مولد است.