Transcript 3و4
انرژی پتانسیل oانرژی به دو صورت جنبشی و پتانسیل وجود دارد . oانرژی جنبشی ،انرژی اجسام در حال حرکت است . oانرژی پتانسیل ،انرژی ذخیره شده در اجسام است . انواع انرژی پتانسیل پتانسیل گرانشی (جسمی که در ارتفاع است) انواع انرژی پتانسیل پتانسیل کشسانی (فنر فشرده شده) انواع انرژی پتانسیل پتانسیل گرمایی (لیوان چای داغ داخل محیط سرد) انواع انرژی پتانسیل پتانسیل الکتریکی (بارهای الکتریکی ذخیره شده در یک کره فلزی) (بارهای الکتریکی می توانند مثبت و یا منفی باشند) اختالف پتانسیل oهر سیستمی تمایل دارد انرژی پتانسیل خود را کاهش دهد . oاگر بین دو نقطه از سیستم اختالف انرژی پتانسیل وجود داشته باشد ،این سیستم تمایل دارد انرژی هر دو نقطه را یکسان کند . اختالف پتانسیل آبی که در منبع باالتر است (پتانسیل گرانشی بیشتری دارد) تمایل دارد به منبعی که در ارتفاع پایین تر است (پتانسیل گرانشی کمتری دارد) جریان یابد . اختالف پتانسیل کره ای که بارهای الکتریکی بیشتری دارد (پتانسیل الکتریکی بیشتر) پس از اتصال به کره ای با بارهای کمتر(پتانسیل الکتریکی کمتر) بارهای خود را تخلیه کرده و هر دو کره یکسان می شوند . جریان oبرای اینکه انرژی پتانسیل دو جسم یکی شده و دو جسم به تعادل برسند ،باید بین دو جسم جریانی بوجود آید . oبنابراین اختالف پتانسیل باعث ایجاد جریان می شود . • • اختالف پتانسیل گرانشی بین دو منبع آب باعث ایجاد جریان آب می شود . اختالف پتانسیل الکتریکی بین دو جسم باعث ایجاد جریان الکتریکی (انتقال بار الکتریکی) می شود . جریان oهرچه اختالف پتانسیل بیشتر باشد ،جریان شدید تر (سرعت بیشتر) است . • • • • هرچه فنر فشرده تر باشد با شدت بیشتری باز می شود . هرچه اختالف فشار بیشتر باشد ،آب با شدت بیشتری حرکت می کند . هرچه اختالف ارتفاع دو منبع بیشتر باشد ،آب با شدت بیشتری حرکت می کند . هرچه اختالف بارهای ذخیره شده در دو جسم بیشتر باشد ، جریان بارها شدیدتر است . مقاومت oعواملی وجود دارند که جلوی جریان را می گیرند یا آن را کند می کنند . • شیر یا سطح زبر داخل لوله باعث کندی جریان آب می شود ( .در پتانسیل گرانشی) مقاومت oعواملی وجود دارند که جلوی جریان را می گیرند یا آن را کند می کنند . • در سیم و دیگر قطعات الکتریکی عواملی وجود دارد که باعث محدود شدن جریان الکتریکی می شود ( .در پتانسیل الکتریکی) مصرف oهدف ما از ایجاد اختالف پتانسیل ،استفاده از جریان است . • ما می توانیم از جریان آب برای چرخواندن پره استفاده کنیم . • ما می توانیم از جریان بارهای الکتریکی ،برای روشن کردن المپ استفاده کنیم ( .عبور بار الکتریکی از المپ باعث روشن شدن آن می شود) مولد اختالف پتانسیل oدر قسمت های قبل جریان بین دو جسم دائمی نبود . • • پس از لحظه ای جریان آب متوقف و چرخ پره دار می ایستد . پس از لحظه ای جریان الکتریکی متوقف و المپ خاموش می شود . مولد اختالف پتانسیل oپتانسیل های مختلف دارای مولد های مختلف هستند . • • پمپ آب ،منبع اختالف پتانسیل فشار است . پمپ آب ،آب را به ارتفاع می فرستد و پتانسیل گرانشی ایجاد می کند . مولد اختالف پتانسیل oپتانسیل های مختلف دارای مولد های مختلف هستند . • • • باتری ،منبع اختالف پتانسیل الکتریکی است . باتری با انباشته کردن بارهای الکتریکی در یک مکان ، پتانسیل الکتریکی ایجاد می کند . در یک سر باتری بار های الکتریکی مثبت (پتانسیل الکتریکی بیشتر) و در سر دیگر آن بار های الکتریکی منفی (پتانسیل الکتریکی کمتر) قرار دارد . جمع بندی oبارهای الکتریکی ذخیره شده در گوی فلزی (پتانسیل الکتریکی بیشتر) تمایل دارند به گویی که بار ندارد (پتانسیل الکتریکی کمتر) جریان یابند . oاختالف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود . جمع بندی oهرچه اختالف بارهای ذخیره شده در دو جسم بیشتر باشد ،جریان بارها شدیدتر است . oبدون وجود اختالف پتانسیل الکتریکی ،جریان الکتریکی بوجود نمی آید . جمع بندی oدر سیم و دیگر قطعات الکتریکی عواملی وجود دارد که باعث محدود شدن جریان الکتریکی می شود . oمقاومت الکتریکی هر جسم جزء خواص ذاتی آن جسم به شمار می رود و ربطی به اختالف پتانسیل و جریان ندارد . جمع بندی o o o o باتری ،منبع اختالف پتانسیل الکتریکی است . همیشه سر منفی باتری به عنوان ولتاژ صفر در نظر گرفته می شود . همان طور که گفتیم ولتاژ بین دونقطه اندازه گیری می شود و معموال ولتاژ هر نقطه با سر منفی باتری اندازه گیری می شود . وقتی می گوییم ولتاژ فالن نقطه 6ولت است ، یعنی اختالف پتانسیل آن نقطه با سر منفی باتری 6ولت است . جمع بندی oنام دیگر اختالف پتانسیل الکتریکی ،ولتاژ است . oواحد اندازه گیری اختالف پتانسیل ،ولت ()V است . مثال می گوییم اختالف پتانسیل (ولتاژ) بین دو نقطه 5 V ( 5ولت) است . oاختالف پتانسیل ،در معادله با Vنشان داده می شود . oواحد اندازه گیری جریان ،آمپر ( )Aاست . جمع بندی oهمه ی قطعات رسانا دارای مقداری مقاومت هستند اما قطعات خاصی با نام مقاومت وجود دارند که مقاومت های مختلفی دارند . oواحد اندازه گیری مقاومت اهم ( )Ωاست . oمقاومت در معادله با Rنشان داده می شود . قانون اهم oاختالف پتانسیل بین دو نقطه با جریان بین آن دو نقطه ارتباط مستقیم دارد . هرچه اختالف پتانسیل بیشتر شود ،جریان نیز بیشتر می شود . مدار الکتریکی oبه مجموعه قطعات الکترونیکی که با سیم به یکدیگر اتصال دارند ،مدار گفته می شود . مدار الکتریکی oاگر الکترون ها در یک رسانا (سیم) جریان یابند ،مدار بوجود آمده است . oبا اتصال یک مصرف کننده (مثل المپ) به یک مولد اختالف پتانسیل (مثل باتری) ، ساده ترین نوع مدار بوجود می آید . oممکن است در یک مدار قطعات الکترونیکی مختلفی وجود داشته باشد . مدار الکتریکی oمی توان مدار الکتریکی را مانند یک سیستم لوله کشی آب در نظر گرفت : • باتر = پمپ • ی = شیر کلید • المپ = چرخ پره دار نقشه مدار • • • • نقشه مدار ،شکلی ساده از مدار و نحوه اتصال قطعات الکتریکی به هم است . نقشه مدار به ما نشان می دهد که نحوه کار مدار به چه صورت است . از روی نقشه مدار می توان مدار واقعی را ساخت . هر قطعه الکتریکی در مدار ،شکلی مخصوص به خود دارد . سری -موازی oقطعات الکتریکی در مدار می توانند به دو صورت نسبت به هم قرار گیرند : سری موازی قطعات موازی oمقدار آبی که در لوله اصلی جریان دارد برابر است با جمع مقدار آب تمام لوله های فرعی . oاختالف پتانسیل گرانشی دو سر تمام لوله های فرعی با یکدیگر برابر است . قطعات موازی oمجموع تعداد الکترون هایی که از تک تک سیم های موازی عبور می کنند با تعداد الکترون هایی که از سیم اصلی عبور می کند برابر است . oجریان عبوری از کل سیم ها برابر است با مجموع جریان های عبوری از تک تک سیم ها . قطعات موازی oاختالف مقدار الکترون های دو سر تمام سیم های موازی با هم برابر است . oولتاژ دو سر همه سیم با هم برابر است . قطعات سری oمقدار آب عبوری از تمام لوله ها با هم برابر است . oاختالف پتانسیل گرانشی دو سر کل لوله ها برابر است با مجموع اختالف پتانسیل گرانشی تک تک لوله ها . قطعات سری oتعداد الکترون هایی که از سیم های سری عبور می کنند با هم برابرند . oجریان عبوری از همه سیم ها با هم برابر است . قطعات سری oاختالف برابر تک تک oولتاژ ولتاژ مقدار الکترون های دو سر کل سیم ها است با مجموع اختالف تعداد الکترون های سیم های سری . دو سر کل سیم ها برابر است با مجموع دو سر تک تک سیم ها . مولد اختالف پتانسیل الکتریکی oهمان طور که گفتیم ،برای وجود جریان در مدار ،به اختالف الکتریکی نیاز داریم . oمولد اختالف پتانسیل الکتریکی ، باتری ،منبع تغذیه و یا آداپتور است . منبع اختالف پتانسیل الکتریکی oسه نوع منبع اختالف پتانسیل الکتریکی داریم : باتری : از برق شهر مستقل است . آداپتور : دارای یک ورودی و یک خروجی است . ولتاژ ورودی را تغییر می دهد . (مثال 220ولت به 12ولت) منبع تغذیه : مثل آداپتور است اما می توان ولتاژ های خروجی دلخواه را با آن وجود آورد . انواع باتری باتری غیرشارژی (معمولی) : • • ارزانترو در دسترس ترین نوع باتری است . پس از خالی شدن دیگر قابل استفاده نیست . سلول خورشیدی : • • • صفحه ای سیاه رنگ است که بر اثر تابش نور خورشید به سطح آن ،در آن ولتاژ ایجاد می شود . بسیار گران قیمت اند . انواع باتری باتری اسید سرب (: )Lead Acid • • • قابل شارژ است . با اسید سرب کار می کند . سنگین و بزرگ است . باتری لیتیوم-یون (: )Lithium-Ion • • • قابل شارژ است . گران است . در تماس با آب امکان انفجار وجود دارد . انواع باتری باتری لیتیوم-پلیمر (: )Li-Po • • • قابل شارژ است . جریان خروجی باالیی دارد . بسیار گران است . باتری نیکل کادمیم (: )NiCad • • • قابل شارژ است . عمر کوتاهی دارد . (تعداد دفعات شارژ کم است) دارای ماده سمی کادمیم است . انواع باتری باتری نیکل متال هیدرید (: )NiMH • • • قابل شارژ است . عمر طوالنی دارد . درصد دشارژ باالیی دارد . مصرف انرژی در مدار oهر مصرف کننده ای نیاز به ولتاژ خاصی دارد . • یک نوع المپ برای روشن شدن ولتاژ 12ولت نیاز دارد . oهر مصرف کننده وقتی در مدار قرار میگیرد جریان خاصی را مصرف می کند . • یک نوع المپ 12ولت وقتی روشن می شود 0/1آمپر جریان مصرف می کند . • نوع دیگری از المپ 12ولت وقتی روشن می شود 0/2آمپر جریان مصرف می کند . • همه وسایل برقی موجود در خانه با برق 220ولت کار می کنند ،اما هر کدام جریانی خاصی مصرف می کند .اتو پرمصرف و رایانه کم مصرف است . مصرف انرژی در مدار oبنابراین ما باید برای مصرف کننده ها ولتاژ و جریان مورد نیازشان را تامین کنیم . oبسته به تعداد مصرف کننده ها و نحوه قرار گرفتن آنها در مدار (سری -موازی) مقدار خاصی انرژی در مدار مصرف می شود . oما باید منبع ولتاژ مورد نیازمان را بر اساس مقدار انرژی ای که در مدار مصرف می شود انتخاب کنیم . انتخاب آداپتور oروی آداپتور ها دو مقدار ولتاژ و حد اکثر جریان نوشته شده است . مثال روی آمپر) آداپتور نوشته شده 5 A - 12 V ( 12ولت 5 - انتخاب آداپتور oبرای انتخاب آداپتور مناسب کارمان باید ببینیم در مدارمان به چه ولتاژی نیاز داریم و طبق نیاز آداپتور را انتخاب کنیم . مثال اگر می خواهیم یک المپ 12ولتی را روشن کنیم ،باید منبعی با ولتاژ 12ولت انتخاب کنیم . oحد اکثر جریان به ما می گوید که آداپتور حد اکثر چه جریانی را می تواند برای ما تأمین کند .بنابراین باید ببینیم در مدار ما چه مقدار جریان مصرف می شود . مثال اگر هر المپ 0/1آمپر جریان مصرف کند ،با وجود 10 المپ موازی ،در مجموع 1آمپر جریان مصرف می کنیم و منبع ولتاژ ما بتواند جریان 1آمپر را تامین کند یعنی حد اکثر جریان آن 1آمپر یا بیشتر باشد . تنظیم منبع تغذیه oمنبع تغذیه دستگاهی است که عملکردی شبیه به آداپتور دارد با این تفاوت که می توان ولتاژ خروجی را تنظیم کرد . مثال اگر ما 12ولت نیاز داریم ،منبع تغذیه را روی 12 ولت تنظیم می کنیم . تنظیم منبع تغذیه oمنبع تغذیه نیز مانند آداپتور حداکثر جریان دارد . مثال ممکن است حداکثر جریان خروجی یک منبع تغذیه 10 آمپر باشد . oدر بعضی از منبع تغذیه ها می توان حد اکثر جریان خروجی را نیز تنظیم کرد . مثال اگر ما حداکثر جریان 5آمپر نیاز داریم ،حداکثر جریان منبع تغذیه را روی 5آمپر تنظیم می کنیم . انتخاب باتری oبزرگترین تفاوت باتری با آداپتور و منبع تغذیه این است که آداپتور و منبع تغذیه دائمی اند (چون به برق شهر وصل اند) اما باتری تمام شدنی است (چون انرژی در آن ذخیره شده است) . oدر مورد ولتاژ همانند آداپتور و منبع تغذیه ،عمل می کنیم . oباتری حداکثر جریان ندارد .یعنی هر جریانی را می توان از باتری گرفت .اما هرچه جریان مصرفی باالتر باشد ،باتری زودتر تخلیه میشود . انتخاب باتری oروی باتری دو مقدار ولتاژ و انرژی باتری نوشته شده است . مثال روی باتری نوشته شده 12( 5 Ah - 12 Vولت 5 -آمپر ساعت ) انتخاب باتری oعدد آمپر ساعت به ما نشان می دهد که چه مقدار جریان در چه مدتی می توانیم مصرف کنیم . مثال اگر انرژی باتری ما 5آمپر ساعت باشد ،ما می توانیم 5آمپر در یک ساعت مصرف کنیم یا 10آمپر در نیم ساعت مصرف کنیم .یا 1آمپر در 5ساعت مصرف کنیم . oمعموال روی باتری های غیر شارژی مقدار آمپر ساعت آن را نمی نویسند . باتری های موازی باتری های سری