آموزش فصل سوم

3-14 - بهای انرژی الکتریکی مصرفی : در تمام مکانهای مسکونی 3-14 - بهای انرژی الکتریکی مصرفی : در تمام مکانهای مسکونی و تجاری شماره گری (کنتور) نصب شده است که انرژی الکتریکی مصرفی را به کمک آن تعیین می کنند.حاصل ضرب توان مصرفی در مدت زمان استفاده از دستگاه برقی را انرژی الکتریکی مصرفی می گویند. Pتوان مصرفی بر حسب وات، t مدت زمان بر حسب ثانیه ، w انرژی مصرفی بر حسب ژول: w = pt اگر توان مصرفی بر حسب کیلو و زمان بر حسب ساعت باشد، انرژی الکتریکی بر حسب کیلو وات ساعت بدست می آید. (kwh) W=pt 1(kwh) =1(kw)× 1(h) اگر بهای هر کیلو وات ساعت مصرف انرژی الکتریکی مشخص باشد می توان مقدار بهای برق مصرفی را تعیین کرد. مثال : روی یک لامپ عددهای 100w و 220 V نوشته شده است . الف) اگر اختلاف پتانسیل 220 ولت به دو سر این لامپ اعمال شود ، شدت جریان عبوری از آن چند آمپرمی شود ؟ P = VI => I = P/V => I =100/220 => I =0/45 A بهای برق مصرفی لامپ در یک ماه ریال ب) اگر این لامپ در هر شبانه روز 8 ساعت با اختلاف پتانسیل 220 ولت ، روشن باشد ، بهای برق مصرفی آن در یک ماه چقدر می شود؟ بهای هر کیلو وات ساعت انرژی مصرفی را 100 ریال فرض کنید . W=p.t => W = (100 /1000 )× 8 W=0/8 kwhانرژی مصرفی در یک شبانه روز 0/8 ×30 ×100 =2400 بهای برق مصرفی لامپ در یک ماه ریال صرفه جویی در انرژی مصرفی : 1 – از مصرف بی رویه انرژی الکتریکی خودداری شود. 2 – استفاده بهینه از وسایل برقی، منظور به جا مصرف کردن است 3 – روشنایی اتاقها به تناسب نوع کار تنظیم و از لامپ مناسب استفاده شود 4 – جلوگیری از تلف شدن گرما و سرما در زمستان و تابستان که برای جبران آن برق بیشتری مصرف می شود. 5 – از وسایل الکتریکی در زمانهای مناسب استفاده شود. واژه ها و فرمول های کلیدی : 1 – هر گاه جسمی الکترون دریافت کند، دارای بار منفی و اگر الکترون از دست بدهد، بار مثبت پیدا می کند. 2 – بار الکتریکی خاصیتی از ماده است که وابسته به الکترون ها و پروتون ها می باشد. 3 – بار الکتریکی یک جسم مضرب درتسی از بار الکتریکی الکترون و یا پروتون است. 4 – اجسامی را که بار الکتریکی در آنها به سادگی جابه جا می شود. اجسام رسانا می گویند و اجسامی که بار الکتریکی در آنها جابه جا نمی شود، نارسانا گویند. 5 – بار الکتریکی بوجود نمی آید و از بین همه نمی رود و فقط از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود. 6 – ایجاد بار در رساناها بدون تماس با یکدیگر را القای الکتریکی گویند. 7 – تخلیه ی الکتریکی بین یک ابر یا ابر دیگر یا بین ابر و زمین را آذرخش می گویند. 8 – عامل شارش بار الکتریکی از یک جسم به جسم دیگر را اختلاف پتانسیل بین آن دو جسم می گویند. 9 – مولد وسیله ای است که انرژی لازم برای ایجاد اختلاف پتانسیل در یک واحد را تأمین می کند. 10 – نسبت بار الکتریکی شارش شده در هر مقطع مدار به زمان شارش بار را جریان الکتریکی می گویند. 11 – نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریانی که از آن می گذرد و مقدار ثابتی است که به آن مقاومت الکتریکی رسانا می گویند. 12 – انرژی الکتریکی مصرفی در یک مقاومت به مقاومت مدار، مجذور شدت جریان و زمان بستگی دارد. 13 – مقدار انرژی مصرف شده بر واحد زمان را توان الکتریکی می گویند. 14 – انرژی الکتریکی مصرفی بر حسب کیلو وات ساعت محاسبه می شود. فرمول های کلیدی : (مقدار بار الکتریکی) q = ± ne (مقدار جریان الکتریکی) I = q/t (توان الکتریکی مصرفی) p = RI2 = V2/R = VI (مقاومت الکتریکی) R = V/I (انرژی الکتریکی مصرفی) w = RI 2t = (V2 / R ) t = VIt پاسخ دهید وتمرین های پایانی فصل 3 : 1 – با یک پارچه خشک ،صفحه تلویزیون را تمیز کنید. چرا پرزهای پارچه به صفحه ی تلویزیون می چسبند؟ صفحه ی تلویزیون از جنس شیشه است و وقتی آن را به وسیله پارچه پشمی مالش می دهیم.، صفحه ی شیشه ای بار مثبت و پارچه به همراه پرزهای آن بار منفی پیدا می کنند و چون بر هم کنش بارهای غیرهم نام ربایشی است پرزها به شیشه می چسبند. 2 – در تاریکی لباس خود را درآورید، چرا جرقه می زند؟ زیرا در لباس ها الکتریسته ساکن ایجاد می گردد و در تاریکی به هنگام بیرون آوردن لباس ها تخلیه ی الکتریکی انجام می شود و ما جرقه مشاهده می کنیم. 3 – چرا آزمایش های الکتریسیته ساکن در روزهای سرد و خشک نتیجه ی بهتری می دهد؟ زیرا رطوبت هوا رسانای جریان الکتریکی است و باعث تخلیه ی الکتریکی اجسامی می شود که در آنها الکتریسیته ساکن ایجاد شده است. 4 – جمله های زیر را کامل کنید: 1 – وقتی دو جسم به یکدیگر مالش داده می شود ، بین آنها الکترون مبادله می شود. 2 – با جابه جا شدن الکترون های آزاد، بار الکتریکی درون جسم رسانا شارش می کند. 3 – در یک جسم نارسانا بار الکتریکی در محل ایجاد شده باقی می ماند . 4 – نیرویی که بارهای الکتریکی هم نوع بر یکدیگر وارد می کنند رانشی و نیرویی که بارهای الکتریکی غیر هم نوع بر یکدیگر وارد می کنند ربایشی است. 5 – چرا در بعضی از مواد مانند پلاستیک یانایلون بهتر از سایر مواد می تان بار الکتریکی تولید کرد؟ زیرا این مواد نارسانا هستند و وقتی بارالکتریکی ساکن در آنها ایجاد شده، بار الکتریکی در آنها نمی تواند جابه جا شود. 6 – توضیح دهید با الکتروسکوپ چگونه می توان تعیین کرد که : الف – جسمی باردار است؟ ب – جسم چه نوع باری دارد؟ پ – جسمی رساناست یا نارسانا است؟ 2- آیا با الکتروسکوپ می توان بار دو کره ی هم اندازه ، رسانا و باردار را با یکدیگر مقایسه کرد؟ الف – هرگاه جسمی را که دارای الکتریکی است به کلاهک الکتروسکوپ باردار نزدیک کنیم. بدلیل القای الکتریکی زاویه ی دو ورق طلا تغییر می کند و اگر جسم دارای بارالکتریکی نباشد تغییری در فاصله ای بین ورقه های طلا ایجاد نمی شود. ب: اگر الکتروسکوپ دارای بار الکتریکی باشد، وقتی میله ای با بار الکتریکی غیر هم نام به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک کنیم، زاویه ی دو ورق طلا کم می شود و اگر میله ای با بارالکتریکی هم نام به کلاهک الکتروسکوپ نزدیک کنیم، زاویه ی دو ورق طلا زیاد می شود. پ : برای اینکه یقین کنیم جسم رسانا است یا نارسانا، هر گاه آن را به کلاهک باردار تماس دهیم، اگر جسم رسانا باشد، قسمتی از بارهای الکتریکی الکتروسکوپ به جسم منتقل شده و فاصله ، دو ورق طلا از هم کم می شود و اگر جسم نارسانا باشد، بار الکتریکی به جسم منتقل نشده و فاصله ی ورقه ها از هم تغییر نمی کند. 2 – پاسخ مثبت است، زیرا وقتی بارالکتریکی از کوه ها بیشتر از کره ی دوم باشد، با نزدیک کردن آن به کلاهک الکتروسکوپ زاویه ی دو ورق طلا بیشتر تغییر می کند، زیرا بار الکتریکی بیشتری القا می شود. 7 – چرا زیر تانکرهای مخصوص حمل سوخت، زنجیر آویزان می کنند؟ حرکت کامیون حامل تانکر سوخت در هوای خشک باعث می شود تا در آن الکتریسته ی ساکن ایجاد گردد. برای تخلیه الکتریسیته ساکن ایجاد شده در تانکر از غیررسانا و زیر تانکر استفاده می شود که دائماً الکتریسته ساکن را به زمین منتقل می کند. 8 – آیا می توانید با توجه به آنچه که در مورد مقاومت الکتریکی رسانا فرا گرفته اید توضیح دهید که چگونه شارش بارالکتریکی در یک رسانا باعث افزایش دمای رسانا می شود؟ جریان الکتریکی در یک رسانا در واقع حرکت الکترون ها در رسانا می باشد که به هنگام عبور از رسانا در برخورد بار اتم های رسانا انرژی جنبشی و سرعت آن ها کاهش یافته و تبدیل به انرژی درونی می گردد و دمای رسانا را بالا می برد و اثر گرمایی مقاومت الکتریکی رسانا ظاهر می گردد. تمرین های پایانی فصل 3 : 1 – میله ی نارسانایی با بار منفی و کره ای رسانا و بدون بار روی پایه ی نارسانا در اختیار دارید. توضیح دهید چگونه می توان کره را : الف: دارای بار مثبت کرد ؟ ب : دارای بار منفی کرد؟ الف - ابتدا میله ی نارسانا با بار منفی را به کره ی رسانا که بدون بار است نزدیک می کنیم. در اثر القای الکتریکی بارهای مثبت در مجاورت میله و بارهای منفی در دورترین نقطه جمع می شوند. هرگاه برای یک لحظه کره ی رسانا را به زمین وصل می کنیم، بارهای منفی آن به زمین منتقل می شوند. سپس با دور کردن میله، کره ی رسانا دارای بار الکتریکی ساکن مثبت می گردد. ب - برای اینکه کره ی رسانا دارای بارالکتریکی منفی گردد، کافی است میله ی نارسانا با بار منفی را با آن تماس دهیم تا قسمتی از بارهای الکتریکی منفی میله به کره منتقل شود. در این صورت کره ی رسانا دارای بارالکتریکی منفی می گردد. 2 – در کدامیک از وسیله های منزل لازم است بار الکتریکی ایجاد شده را کاهش دهیم و یا کنترل کنیم؟ همه وسایلی که با برق کار می کنند، ممکن است در اثر القای الکتریکی بدنه ی آنها دارای الکتریسیته ساکن گردد. برای کنترل الکتریسیته ساکن ایجاد شده در این وسایل بدنه ی آن ها را به زمین متصل می کنند، مانند کولر، ماشین لباسشویی ، یخچال و ... 3 – مقاومت لامپی 200 اهم و جریان 2/0 آمپر از آن می گذرد. الف – بار الکتریکی که در مدت 5/2 دقیقه از لامپ می گذرد چند کولن است؟ الف) ب – اختلاف پتانسیل دو سر لامپ چند ولت است ؟ ب 4- روی لامپی دو عدد 100 ولت و 220 ولت نوشته شده است. اختلاف پتانسیل 220 ولت را به لامپ وصل می کنیم. الف) مقاومت لامپ را محاسبه کنید. الف) ب) چه جریانی از آن می گذرد؟ ب) پ) در مدت یک دقیقه چند ژول انرژی الکتریکی توسط لامپ مصرف می شود؟ پ) 5- اگر در شهر شما هر خانه یک لامپ 100 وات اضافی را به مدت 3 ساعت در شب روشن کند، در طول یک ماه چند کیلووات ساعت انرژی اضافی مصرف می شود؟ بهای آن چند ریال می شود؟ هر لامپ در یک ماه 9 کیلو وات ساعت انرژی الکتریکی مصرف می کند و اگر در منطقه مورد نظر 10000 خانواده زندگی می کند، جمعاً 90000 کیلو وات ساعت انرژی الکتریکی در ماه مصرف می شود که به بهای آن به صورت زیر است: 90000×100=9×106 بهای برق مصرفی اضافه برای شهریه ریال 6 – در رابطه های 2 P=V2/R , P = VI , P = RI الف – نمادهای P.R.V و I هر کدام نماینده ی چه کمیتی هستند و یکای آنها چیست؟ الف) V اختلاف پتانسیل دو سر رسانا بر حسب ولت R مقاومت رسانا بر حسب اهم P توان مصرفی بر حسب وات I شدت جریان عبوری از رسانا بر حسب آمپر ب) کاربرد هر یک از رابطه ها را شرح دهید: برای بدست آوردن توان مصرفی هرگاه اختلاف پتانسیل و مقاومتمدار را داشته باشیم ، از رابطه (P=V2/R) توان را محاسبه می کنیم و هر گاه اختلاف پتانسیل دو سر رسانا را نداشته باشیم، از رابطه( 2 P = RI) توان مصرفی را محاسبه می کنیم. 7 – روی یک آسیاب برقی دو عدد 800W و 220V نوشته شده است. این آسیاب برقی را به اختلاف پتانسیل 220V وصل می کنیم حساب کنید : 1 – جریانی که ازآن می گذرد. انرژی الکتریکی مصرفی ماهانه این دستگاه، در صورتی که هفته ای یک بار و هر بار به مدت 20 دقیقه مورد استفاده قرار گیرد. انرژی مصرفی دستگاه در 20 دقیقه برابر30/8 کیلو وات ساعت است. اگر دستگاه هفته ای دو بار کار کند جمعاً در ماه 8 بار کار می کند. پس انرژی مصرفی دستگاه در یک ماه برابر است با : W = 8/30 ×8 = 64/30 KWh 8 – اختلاف پتانسیل دو سر باتری اتومبیل های سواری برابر 12 ولت است. اگر 8 باتری قلمی 5/1 ولتی به طور متوالی به یکدیگر وصل کنیم. اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه ی آنها نیز برابر 12 ولت می شود؟ بگوئید که چرا در خودروها به جای باتری خودرو از 8 باتری قلمی استفاده نمی شود؟ باتری اتومبیل از نوع تر با انبارهای سربی است و مقدار انرژی الکتریکی ذخیره شده در ان بسیار بیشتر از انرژی الکتریکی می باشد که در 8 باتری قلمی ذخیره شده است. تمرین های تکمیلی و پرسشهای چهار گزینه ای فصل 3 1 – آیا بار الکتریکی یک کره ی فلزی توپر بیشتر از یک کره تو خالی هم قطر آن است؟ بار در هر حالت در کجاها جمع می شود؟ درهردوحالت بار بر روی سطح آن ها جمع می شود. چون هر دو ی آنها مقدار بار یکسانی را نگهداری خواهند کرد. 2 – آیا شاره ها (مایع ها و گازها) همه در اثر مالش باردار می شوند؟ در این مورد مثالی بزنید: مایع ها و گازها نیز در اثر مالش دارای بارالکتریکی می گویند. به طور مثال تکان و حرکت بنزین در روغن در تانک ها در هنگام حمل و نقل بار الکتریکی بوجود می آورد. باید توجه داشت در مایع ها و گازهای رسانا تجمع بارالکتریکی در یک نقطه امکان پذیر است. به طور مثال بار الکتریکی ایجاد شده در هوا از طریق رطوبت هوا تخلیه می گردد. 3 – روی جسمی مقداری بار مثبت توزیع شده است. برای آنکه جسم دارای بار منفی شود، چه باید کرد؟ توضیح دهید. ابتدا به اندازه ی بار مثبت به آن بار منفی می دهیم تا خنث گردد. سپس باران بار الکتریکی منفی جسم دارای بار الکتریکی منفی می گردد. 4 – اگر مقاومت مدار ثابت باشد، برای آنکه از مدار فوق جریانی ضعیف عبور کند، چه تغییراتی باید به آن داده شود؟ با توجه به رابطه ی( V/I = R) با ثابت بودن مقاومت در مدار همواره نسبت اختلاف پتانسیل به جریان مقدار ثابتی است. در این صورت برای اینکه جریان مدار کاهش یابد ، لازم است اختلاف پتانسیل دو سر مدار کاهش یابد و به همان نسبت جریان مدار کاهش می یابد. 5 – در یک سیم برق در هر دقیقه 36 کولن الکتریسیته عبور می کند.شدت جریان الکتریکی را بدست آورید. 6 – یک باتری اتومبیل 12 ولتی باید جریان 240 آمپر را از یک استارت موتور بگذراند تا موتور را راه بیندازد. مقاومت کل مدار شامل استارت و چقدر است؟ 7 – اگر از یک لامپ جریانی به شدت 6 آمپر عبور کند، چنانچه مقاومت این لامپ را دو برابر کنیم، توان مصرفی آن نسبت به حالت اول چند برابر می شود؟ 8- توان یک سماور الکتریکی 1100w(وات) است و با برق 220 ولت کار می کند. اولاً شدت جریان و مقاومت قسمت گرما ده سماور را پیدا کنید. ثانیاً : اگر جرم سماور 5/1 کیلوگرم و گنجایش 5 لیتر آن را داشته باشد. بعد از 10 دقیقه دمای سماور چقدر بالا می رود؟ از گرمای تلف شده صرفنظر شود (ظرفیت گرمایی ویژه آب و ظرف به ترتیب 4200 و 2000 ژول بر کیلوگرم درجه سانتی گراد می باشد). I) p=Iv= I = P/V V=220 ولت I = 1100/220 => 5A m1=1/5 kg V=IR M2=5kg R =V/I => R =220/5 =>R =42 Ω T=10×60s II) P = Q /T => Q =P.T (رابطه 1) C1=4200 j/kg °c Q=m1c1 ∆θ + m2c2 ∆θ(رابطه 2) با مقایسه ی رابطه ی 1 و 2 می توان نوشت C2=2000 J/Kg°c