مقاله فارسی درباره رساناي الكتريكي

رساناي الكتريكي (هادي):
به هر ماده اي كه بتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد رساناي الكتريكي يا هادي الكتريك (هدايت كننده جريان الكتريكي ) گويند مانند فلزات و به هر ماده كه نتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد نارسانا يا غيرهادي گويند مانند پلاستيك ، چرم ، كاغذ وغيره
مقاومت چيست ؟
هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان ميدهد اين مقاومت باعث ميشود كه جريان عبوري از هادي محدود شود، مثال دو ليوان آب را به ياد بياريد وقتي بين دوليوان كه مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله اي وصل كرديم آب از طرف ليوان پرتر به طرف ليوانه نصفه در درون لوله به حركت در آمد حالا اگر يك شير سر راه اين لوله قرار دهيم چنانچه شير را به سمت بسته شدن بچرخانيم لوله ارتباطي تنگ تر ميشود در نتيجه جريان آب كاهش پيدا ميكند يعني مقاومت سر راه لوله را افزايش داده ايم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعيين كننده مقدار جريان آب عبوري از لوله است در واقع شير يك وسيله براي كنترل جريان آب است به همين صورت با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان
جريان كل مدار را كنترل كرد . مقدار مقاومت بستگي به جنس هادي و طول آن دارد كه آن را بر حسب اهم ميسنجند.
يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند .
هنگام در گيري سربازهاي سيم و سربازهاي الكتروني ، الكترونها با سلاح هاي گرم به جون سيم مي افتند و در اثر اين جنگ و آتش سوزي مقداري از انرژي سربازهاي الكتروني بصورت گرما هدر ميرود (ميدونم كه بي مزه بود شما زحمت انتقاد كردن رو نكشيد البته اگر خواننده اي باشه كه از اين خبرها نيست) پس يكي از كارهايي كه مقاومت انجام داد اين بود كه مقداري از جريان را تبديل به گرما كرد در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده ميكنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه بهش المنت هم ميگن.
در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام ميده ميگيم سيم يا دستگاه انرژي الكتريكي رو مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما رو لازم نداشته باشيم و بيخودي توليد بشه ميگيم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي رو تلف كرده (آخ آخ چه كار بدي ) مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد ميشه .
شكل ظاهري مقاومتها:
مقاومت ممكن است چندين حلقه سيم مسي نازك كه به دور هسته اي پيچيده شده است باشد، و يا از مواد نيمه رسانا مانند كربن ساخته شده باشد. مواد نيمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بيشتري در برابر عبور جريان از خود نشان ميدهند. مقاومتها به اشكال و اندازه هاي مختلفي ساخته ميشوند كه رايجترين آنها ، مقاومتهاي رنگي هستند كه از آنها در جريانهاي پايين استفاده ميشود و در جريانهاي بالا معمولا از مقاومتهاي سراميكي يا آجري استفاده ميشود كه نسبت به مقاومتهاي رنگي حجم بيشتري دارند .
سمبل مداري مقاومت به اين شكلها است
 
 
 
حالا ميخواهيم يك رابطه بين اين سه كميت پيدا كنيم:
مقاومت ، جريان ، ولتاژ
بازم مثال ليوان آب (راست ميگن كه آب مايه حياته ؟)
گفتيم اگه يه شير سر راه لوله رابط دو ليوان قرار دهيم ميتونيم جريان آب رو كنترل كنيم حالا فرض كنيد شير آب رو به اندازه اي تنظيم كرديم كه در هر ثانيه يك سي سي آب وارد ليوان نصفه ميشه حالا ميايم به جاي ليوان پر آب يه گالن پر آب وصل ميكنيم آيا بازم همون مقدار آب وارد ليوان نصفه ميشه ؟
مسلماً اينجور نيست چون فشار آب زياد شده . به ازاي يك ثانيه آب بيشتري از لوله عبور ميكنه پس هرچه فشار آب رو زياد كنيم (اختلاف سطح آبها) جريان آب بيشتر ميشه به همين صورت هم در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) رو افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر ميشود
آقاي اهم اين قانون رو كشف كرده كه به اين صورته:
مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم
خوب اين يك معادله است و به اين صورت ها هم ميشه نوشتش
جريان / ولتاژ = مقاومت
جريان × مقاومت = ولتاژ
مثال: فرض ميكنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش رو به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم ميخواهيم ببينينم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكند (جريان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان ميدهند)
I=10/5 = 2 A
پس جريان دو آمپر از مقاومت عبور ميكند حالا اگر به جاي مقاومت 5 اهمي مقاومت 4 اهمي قرار بديم جرياني كه مقاومت از منبع تغذيه دريافت ميكند 5/2 آمپر مي شود.  
   
 
 
 پس نتيجه ميگيريم كه هر مقاومت يا هر مصرف كننده
فقط به اندازه مورد نياز خود از منبع تغذيه، جريان ميكشد.
توجه داشته باشيد وقتي يك منبع به مقاومتي جريان ميدهد اين جريان از خود منبع تغذيه هم عبور ميكند.
بازم كه ليوان آب (اين ليوانها آبشون بخار نشد)
بله ليوان آب خيلي كاربردها داره دست كم نگيريدش.
گفتيم كه چون سطح آب درون ليوانها متفاوت است جريان آب برقرار ميشود اما پس از اينكه آب هر دوتا يه اندازه شد ديگه جريان آبي وجود ندارد ( بله درسته چون ديگر اختلافي وجود ندارد) ولي در منبع تغذيه اينجوري نيست چون الكترونها دائما توسط نيروي خارجي به يك سمت كشيده ميشوند .
پس براي ليوان هم مي ميتوان فرض كرد كه يك پمپ آب بالاي سر ليوانها وجود دارد كه توسط يك شيلنگ به هراندازه كه آب وارد ليوان نصفه ميشود به همان اندازه آب را برميدارد و به ليوان پر ميريزد و هيچ گاه نميگذارد كه سطح آب درون ليوانها تغيير كند همان كاري را كه نيروي خارجي
بر روي يك سيم انجام ميداد (آهنربا) پس چون هميشه اختلاف ثابت است در نتيجه هميشه جريان ثابت و پايدار است .
همان جرياني كه از لوله پاييني ليوانها ميگذرد همان جريان هم از شيلنگ و پمپ بالا ميگذرد.
اين مجموعه را ميتوان به دو قسمت كلي تقسيم كرد:
منبع تغذيه (شامل دو ليوان و پمپ و شيلنگ)
مصرف كننده (لوله پاييني و شير)
پس نتيجه ميگيريم كه در يك مدار بسته جريان بصورت حلقه اي از كل عناصر مدار عبور ميكند (حتي از خود منبع تغذيه ) كه مقدارش در تمام نقاط برابر است حالا اگر شير آب را كمي زياد كنيم كل جرياني كه در حال گردش است زياد ميشود اين بدان معناست كه اگر در يك مدار كه بصورت حلقه بسته است چنانچه يكي از عناصر آن را تغيير دهيم جريان در كل مدار تغيير ميكند .
حالا داريم كم كم به جواب بعضي سوالهامون نزديك ميشيم ميشه وقتي با ماشين ميريم مسافرت 8 تا دونه باطريه قلمي 5/1 ولتي با خودمون برداريم كه اگه باطري ماشين خالي شد يا خراب شد به جاش
از اون 8 تا باطري قلمي كه روي هم ميشن 12 ولت استفاده كنيم؟
يا مثلاً چرا يك لامپ گازي رو ميشه با باطري ماشين روشن كرد ولي با يه آدابتور 12 ولتي نميشه؟
يك باطري كه ولتاژش بيشتره بيشتر برق توليد ميكنه يا اونكه جريانش بيشتره ؟
انرژي الكتريكي چيست ؟
ميدانيم كه هر ماده از تعداد بسيار اتم تشكيل شده است كه هر اتم نيز از سه قسمت 1-نوترون 2- پروتن 3-الكترون تشكليل شده است تعداد الكترونها با تعداد پروتنها در حالت عادي (خنثي) برابر است الكترون داراي بار منفي و پروتن داراي بار مثبت ميباشند كه الكترونها به دور(( پروتن و نوترون )) (هسته اتم) با سرعت بسيار زيادي ميچرخند در اثر اين چرخش نيروي گريز از مركزي بوجود مي آيد كه مقدار اين نيرو با مقدار نيروي جاذبه بين الكترونها و هسته برابر است پس اين برابري نيرو الكترونها را در حالت تعادل نگه ميدارد و نميگذارد كه از هسته دور شوند .
يك سيم مسي هم داراي تعداد زيادي اتم و در نتيجه الكترون است هر گاه ما بتوانيم توسط يك نيرويي الكترونهاي در حال چرخش به دور هسته را از مدار خود خارج كنيم و در يك جهت معين به حركت در آوريم جريان الكتريكي برقرار ميشود.پس اين نكته را دريافتيم كه جريان برق چيزي جز حركت الكترونها نيست البته اين حركت بصورت انتقالي انجام ميشود يعني يك اتم تعدادي الكترون به اتم كناري خود ميدهد و اتم كناري نيز به همين ترتيب تعدادي الكترون به اتم بعدي ميدهد و بدين صورت جريان برقرار ميشود.
پس هر گاه كه ميگوئيم جريان برق كم يا زياد است يعني تعداد الكترونهايي كه در مسير سيم در حال حركت هستند كم يا زياد است .
نيروهايي كه باعث جدا شدن الكترون از هسته ميشوند:
نيروي مغناطيسي خارجي:
هرگاه يك سيم را در يك ميدان مغناطيسي حركت دهيم نيروي اين ميدان باعث حركت الكترونهاي سيم ميشود
ضربه:
فرض كنيد يك اتوبوس كنار خيابان ايستاده و تمام مسافران آن محكم روي صندليها نشستند بعد يك
اتومبيل ديگر با سرعت زياد به جلوي اين اتوبوس برخورد ميكند حال اتوبوس با سرعت به عقب پرتاب ميشود و مسافران كه در آنها اينرسي سكون ذخيره شده تمايل دارند كه به همان حالت سكون باقي بمانند در نتيجه اتوبوس به عقب رفته ولي مسافران در همان نقطه مكاني باقي ميمانند در نتيجه مسافران از صندليهاي خود جدا شده و از شيشه اتوبوس به بيرون پرتاب ميشوند پس اين نيروي ضربه بود كه مسافران را از اتوبوس جدا كرد به همين صورت نيز ضربه ميتواند الكترونها را از مدار خود خارج كند. نمونه اين توليد برق در فندكها
3- انرژي خورشيدي:
انرژي خورشيدي نيز داراي نيرويي است كه قادر است الكترونها را از مدار خود جدا كند
4- حرارت و …:
ميدانيم كه حرارت باعث ميشود كه جنبش ملكولي اجسام زياد شود در اثر اين جنبش تعداد زيادي ملكول به شدت با هم برخورد ميكنند كه همان نيروي ضربه را بوجود مي آوردند و باعث جدا شدن الكترون از اتم ميشوند
نكته : يك سيم مانند دالاني ميماند كه در يك دوره زماني مشخص تعداد معيني از افراد ميتوانند از آن عبور كنند يعني براي اينكه در دوره زماني مشخص مثلا در 1 دقيقه افراد بيشتري بتوانند از اين دالان عبور كنند بايد سرعت حركت آنها بيشتر شود در نتيجه در اثر برخورد با هم و با ديواره دالان باعث ايجاد اصطكاك و گرما ميشوند براي سيم نيز چنين اتفاقي مي افتد يعني اگر بخواهيم تعداد الكترونهاي در حال حركت را افزايش دهيم (جريان را افزايش دهيم ) سرعت حركت الكترونها و نيز تعداد الكترونهايي كه همراه با هم از مقطع سيم عبور ميكنند افزايش مي يابد در نتيجه اصطكاك افزايش يافته و توليد گرما ميكند كه اگر جريان بيش از حد مجاز خود از سيم عبور كند گرماي توليد شده باعث ذوب شدن سيم ميشود (سيم ميسوزد)
برداشت كلي از اين قسمت : حركت الكترونها در يك هادي (سيم) را جريان الكتريكي گويند .
تا اينجا معني جريان را فهميديم اما در مورد ولتاژ چه بايد گفت ؟آيا يك منبع كه ولتاژش بيشتر باشد برق بيشتري توليد ميكند يا منبعي كه جريانش بيشتر باشد؟هر گاه يك اتم الكترنهايش را از دست دهد بار منفي آن كم ميشود و اصطلاحاً ميگوئيم بار دار
مثبت شده است ميدانيم كه بين بار مثبت و منفي نيروي جاذبه وجود دارد و نيروي جاذبه يك عدد الكترون با نيروي جاذبه يك عدد پروتن برابر است به همين جهت است كه در اتم هر پروتن براي خود يك الكترون اختيار ميكند تا اينكه بار الكتريكي اتم خنثي شود در حالت عادي تمام اتمهاي يك سيم از نظر بار الكتريكي خنثي هستند وقتي ما توسط نيروي خارجي الكترونهاي اتمهاي سيم را جدا ميكنيم و آنها را به يك سمت هدايت ميكنيم آن طرف سيم كه الكترونها به آنجا هدايت شده اند داراي زيادي الكترون است پس بارش منفي ميشود و طرف ديگر كه كمبود الكترون دارد بارش مثبت ميشود در نتيجه بين دوسر سيم يك اختلاف بوجود مي آيد اين اختلاف بصورت انرژي پتانسيل در دو سر سيم ذخيره ميشود تا زمانيكه راهي براي خنثي شدنش پيدا كند پس در اين حالت هيچ گونه جرياني در سيم و جود ندارد و فقط يك انرژي پتانسيل دو سر سيم ذخيره شده است كه به اين نيروي پتانسيل ولتاژ الكتريكي گوييم حال چنانچه نيروي خارجي را قطع كنيم الكترونها به سرعت به جاي قبلي خود برميگردند و در يك لحظه چريان برقرار ميشود پس متوجه شديم تا زمانيكه نيروي خارجي وجود دارد نميگذارد كه الكترونها از مسير همان سيم به جاي خود برگردند پس بايد راه ديگري پيدا كنند براي همين اگر توسط يك سيم ديگر كه ميدان خارجي آن را تحت تاثير خود قرار نداده باشد دو سر سيم قبلي را به هم وصل كنيم الكترونها راهي براي
حركت به سمت مكان كمبود الكترون پيدا ميكنند در نتيجه جريان در سيم برقرار ميشود .
پس نتيجه گرفتيم كه در يك مدار الكتريكي كار اصلي را جريان انجام ميدهد و ولتاژ فقط يك نيروي ذخيره شده است كه باعث به حركت در آوردن الكترونها ميشود .حال براي اينكه بهتر متوجه شويد كه ولتاژ چگونه باعث به حركت در آوردن الكترونها (برقراري جريان ) ميشود يك مثال ميزنيم .
فرض كنيد دو ليوان داريم كه يكي پر و ديگري نصفه است ليوانها را در كنار هم قرار ميدهيم ميدانيم كه بين اين دوليوان اختلاف مقدار آب وجود دارد همانگونه كه بين دو سر سيم اختلاف مقدار الكترون وجود داشت اگر اين ليوانها چندين ساعت هم در كنار هم قرار بگيرند هيچ اتفاقي نمي افتد اما چنانچه توسط يك لوله ته دو ليوان را به هم وصل كنيم آب از طرف ليوان پر تر به سمت ليوان نصفه حركت ميكند تا زمانيكه سطح آب درون دو ليوان به يك اندازه شود .
پس در اينجا اختلاف آب است كه باعث حركت ميشود و در آنجا اختلاف الكترون (اختلاف پتانسيل) كه اين اختلاف پتانسيل خود داراي مقدار است كه به آن مقدار ولتاژ ميگوئيم .
 
 

فایل : 16 صفحه

فرمت : Word