علم الکتریسیته

اختصاصی از کوشا فایل علم الکتریسیته دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 35

مقدمه

مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاغذ را می‌رباید. از طرف دیگر مبدأ علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت برمی‌گردد که بعضی از سنگها (یعنی سنگهای ماگنتیت) بطور طبیعی آهن را جذب می‌کند. این دو علم تا سال 1199 - 1820 به موازات هم تکامل می‌یافتند.

در سال 1199-1820 هانس کریستان اورستد (1777 - 1851) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم می‌تواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فارادی بود تکامل بیشتری یافت.

جیمز کلرک ماکسول قوانین الکترومغناطیس را به شکلی که امروزه می‌شناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده می‌شوند، همان نقشی را در الکترومغناطیس دارند که قوانین حرکت و گرانش در مکانیک دارا هستند.

پیشگامان علم الکترومغناطیس

اگر چه تنفیق الکتریسیته و مغناطیس توسط ماکسول بیشتر مبتنی بر کار پیشینیانش بود. اما خود او نیز سهم عمده ای در آن داشت. ماکسول نتیجه گرفت که ماهیت نور ، الکترومغناطیسی است و سرعت آن را میتوان با اندازه گیریهای صرفا الکتریکی و مغناطیس تایین کرد. از اینرو اپتیک و الکترومغناطیس رابطه نزدیکی پیدا کردند. اما تکامل الکترومغناطیس کلاسیک به ماکسول ختم نشد. بلکه فیزیکدان انگلیسی الیور هوی ساید (Oliver Heaviside) و بویژه فیزیکدان هلندی اچ . آ . لورنتس (H.A.Lorentz) در پالایش نظریه ماکسول مشارکت اساسی داشتند. هاینریش هرتز (Heinrich Hertz) بیست سال و اندی پس از آنکه ماکسول نظریه خود را مطرح کرد، گام موثری به جلو برداشت. وی امواج ماکسولی الکترومغناطیسی را ، از نوعی که اکنون امواج کوتاه رادیویی می‌نامیم، در آزمایشگاه تولید کرد. مارکونی و دیگران کاربرد عملی امواج الکترومغناطیسی ماکسول و هرتز را مورد استفاده قرار دادند.

امواج الکترومغناطیسی

امواج مکانیکی بر اثر ارتعاش ذره های ماده به وجود می آیند و در محیطی که ذره های ماده موجود باشند منتشر می شود. بنابراین پیدایش و انتشار آنها به وجود ماده وابسته است. به سخن دیگر، در فضای خلا امواج مکانیکی نه به وجود می آیند و نه منتشر می شوند.

امواج الکترومغناطیسی را بارهای الکتریکی شتابدار به وجود می آورند و برای انتشار به هیچ ماده مرتعشی نیاز ندارند و می توانند در فضای خالی از ماده هم حرکت کنند. ارتعاش این امواج مربوط به وجود اتم ها و مولکولهای مادی دیگر نیست بلکه ترکیبی از میدان نوسانی الکتریکی E و مغناطیسی B است که بر هم عمودند .

اورستد در سال 1890/1199 نشان داد که در اطراف سیم حامل جریان الکتریکی میدان مغناطیسی به وجود می آید و عقربه قطب نما در این میدان همواره عمود بر راستای جریان می ایستد. آمپر مشخص کرد که جهت میدان مغناطیسی به جهت جریان مربوط است. سپس معلوم شد که بزرگی میدان مغناطیسی به مقدار جریان بستگی دارد و چنانچه جریان متناوب باشد، میدان نیز متناوب است.

فارادی در سال1831/1210 به دنبال آزمایش های متعدد دریافت که اگر آهنربایی را در برابر سیم پیچی حرکت دهیم، در آن سیم پیچ الکتریسیته تولید می شود. پیش از فارادی و اورستد ، کولن دانشمند فرانسوی اثر دو بار الکتریکی برهم و نیز اثر مغناطیسی دو بار مغناطیس بر یکدیگر را شناخته بود و به وجود میدان الکتریکی در اطراف هر باری پی برده بود. فارادی اثر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی را مربوط به وجود خطهای نیرو در اطراف هر بار الکتریکی و هر آهنربا می دانست. او فضای اطراف هر بار الکتریکی را که در آن جا اثر الکتریکی می تواند ظاهر شود میدان الکتریکی نامید.

فارادی معتقد بود که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی متغیر به یکدیگر مربوط اند و به صورت موج منتشر می شوند. او این موج را موج الکترومغناطیس نامید. فارادی به دنبال آن بود که ارتباطی میان نور و الکتریسیته و مغناطیس به وجود آورد ولی نتوانست این ارتباط را به طور دقیق مشخص کند تا اینکه ماکسول فیزیکدان اسکاتلندی در موضوع امواج به نتایج جالبی رسید و نظریه ماکسول حاکی از از حرکت بارهای الکتریکی و آثار حاصل از حرکت آنهاست. این نظریه از قانون هایی مایه گرفته شده که به وسیله اورستد،آمپر،کولن،فارادی و گاوس بیان شده بود. ماکسول این قانون ها را عمومیت داد و نظریه خپود را به صورت معادلا- دتی ریاضی که روابط میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را آشکار می کنند ارائه داد و این روابط چهارگانه به معادلات ماکسول معروف اند.

معادلات ماکسول

ماکسول با مطالعه دقیق قانون های کولن ، آمپر ،فارادی و گاوس به بررسی خطوط نیرو پرداخت و سرانجام چهار معادله ساده را بیان کرد و با همه پدیده های الکتریکی و مغناطیسی را توضیح دادو معادلات ماکسول نشان می دهند که پدیده های الکتریکی

دانلود تحقیق کامل درباره الکتریسنه و مغناطیس

اختصاصی از کوشا فایل دانلود تحقیق کامل درباره الکتریسنه و مغناطیس دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

موضوع تحقیق: الکتریسیته و مغناطیس

برگرفته شده از:

کتاب فیزیک پایه

و

الکتریسیته

مدار جاری و لامپ روشن میشود. لازم نیست که چند دقیقه، یا حتی چند ثانیه صبر کنیم تا آثار جریان را در مدار مشاهده کنیم. ضمناُ به نظر میرسد که فاصلة بین کلید و لامپ، که معمولاً خیلی بیشتر از cm10 است، بر زمان بروز آثار الکتریکی تأثیر محسوسی ندارد.

نکته آن است که برای اینکه فیلامان به جریان پاسخ دهد، لازم نیست صبر کنید تا یک الکترون معین از سر باتری به لامپ برسد. وقتی که کلید را میبندیم، همة توزیع بار درون رسانات، تقریباً بلافاصله، به حرکت درمیآید؛ این موضوع شبیه ان است که آب درون یک لولة دراز بلافاصله پس از بازکردن شیر جاری میشود.

20-3 مقاومت و مقاومت ویژه

اگر سیمی بین دو قطب باتری ببندیم، بارهای مثبت از داخل این مدار خارجی جاری میشوند و از قطب مثبت به قطب منفی، یعنی، مطابق شکل20-7، از نقطة با پتانسیل بیشتر به نقطة با پتانسیل کمتر میروند. در داخل باتری جریانبارهای مثبت از قطب منفی به قطب مثبت، یعنی در خلاف جهت میدان الکتریکی، است؛ در داخل باتری، عامل حرکت بارها میدان الکترواستاتیکی نیست بلکه واکنش شیمیایی باتری است. در مدار خارجی، عامل حرکت بارها مبدان E است. به عنوان نمونهای مشابه با جریان بار در مدارهای الکتریکی میتوان از جریان آب در سیستمهای هیدرولیکی نام برد. آب در میدان گرانشی همیشه به پایین جاری میشود؛ اما ابزارهایی – مثل تلمبه – وجود دارد که با گرفتن انرژی از سایر منبعها، آب را به بالا میرانند.

اگر سیم بین قطبهای باتری، یک رسانای کامل و ایدهآل باشد که بر بارهای متحرک آن هیچ نیرویی جز نیروی الکتروستاتیکی خارج وارد نمیآید، این بارها بر اثر میدان E به طور یکنواخت شتاب میگیرند. درنتیجه، سرعت متوسط حاملهای بار در طول زمان به طور پیوسته زیاد میشود، و به همین ترتیب، جریان نیز افزایش مییابد. اما عملاً چنین نیست. جریان به سرعت به مقداری ثابت میرسد که متناسب با اختلاف پتانسیل دو سر سیم است. علت این امر آن است که سیم در برابر حرکت حاملهای بار مقاومت میکند و درنتیجه حالت پایا دست میدهد.

بنابر تعریف، مقاومت سیم عبارت است از نسبت ولتاژ به جریان؛ یعنی:

(20-5)

که R مقاومت، I جریانی که از این مقاومت میگذرد، و V افت پتانسیل در طول این مقاومت است؛ یعنی V اختلاف پتانسیل دو سر عنصر مقاومتی در شرایطی است که جریان I از آن میگذرد. واحد مقاومت اهم ، به نام گئورک سیمون اهم (1787-1854) است. هر اهم برابر است با یک ولت بر آمپر. هر عنصر مداری را که فقط مقاومت وارد مدار کند، مقاومت (خالص) مینامند.

در اکثر موارد، مقاومت عناصر مداری، دست کم در گسترهای وسیع از جریان، از جریان داخل آن مستقل است. معادلة (20-5) یا رابطة معادل آن.

(20-6)

را که R ثابت فرض میشود، قانون اهم مینامند.

مثال 20-2 یک مقاومت را به قطبهای یک باتری V10 بستهاند. جریان در این مقاومت چه قدر است؟

حل: از معادلة تعریف کنندة R، یعنی معادلة (20-5)، داریم

بدینسان:

قانوه اهم، برخلاف قوانین حرکت نیوتون، قانون دوم ترمودینامیک، یا قوانین پایستگی انرژی و اندازة حرکت، از جملة قوانین بنیادی طبعت محسوب نمیشود. بسیاری از سیستمهای مقاومتی از قانون اهم پیروی نمیکنند. این سیستمها در الکترونیک حالت جامد نقشی کلیدی بازی میکنند. اما قانون اهم برای اکثر عناصر سادة مداری، مانند سیم، گرمکن برقی و مانند آن، یا صادق است، یا دست کم تقریبی خوب به شمار میاید.

مقاومت رساناها به طول، l ، مساحت سطح مقطع، A، و یک خاصیت ذاتی مادة رسانا، یعنی مقاومت ویژه، بستگی دارد. رابطة بین مقاومت، R، و مقاومت ویژه، l، به این قرار است

(20-7)

واحد مقاومت ویژه اهم متر است.

گسترة مقدار مقاومت ویژة مواد در دمای اتاق وسیع است؛ از مقادیر کم برای فلزات بسیار خالص، مثل مس و نقره، گرفته تا مقادیر بسیار بزرگ برای نارساناهای خوب، مانند شیشه، تفلون، و میلار. مقاومت ویژة چند فلز خالص، آلیاژ، نیمرسانا و نارسانا در دمای ، در جدول 20-1 درج شدهاند. گسترة این مقادیر 25 دهه (مرتبه بزرگی) است.

تحقیق و بررسی در مورد فیزیک الکتریسیته و مغناطیس 15 ص

اختصاصی از کوشا فایل تحقیق و بررسی در مورد فیزیک الکتریسیته و مغناطیس 15 ص دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 11

فیزیک الکتریسیته و مغناطیس

محقق : فاطمه پایمرد

رشته کنترل صنعتی

یا حق

الکتریسیته و مغناطیس

الکتریسیته و مغناطیس تاریخی طولانی و درازی دارند. الکتریسیته و مغناطیس ابتدا در قرن هشتم قبل از میلاد مورد توجه یونانیان باستان قرار گرفتند. مهمترین عاملی که موجب جذب و توجه مردم به الکتریسیته ومغناطیس شد، دو ماده طبیعی کهربا و کانی مگنتیت(سنگ مغناطیس) بود. کهربا، شیره برخی از درختانی است که چوب نرمی دارند؛ هنگامی که این شیره از درخت بیرون می آید، پس از مدتی سفت می شود. این جامد سفت که رنگی بین قهوه ای و زرد دارد، کهرباست. و اگر کهربا را به پارچه ای بمالیم، باردار شده و می تواند تکه های برگ یا کاغذ را جذب کند.

سنگ مغناطیس، همان اکسید آهن است؛ که براده های آهن را جذب می کند. سنگ های مغناطیسی می توانند یکدیگر را جذب کنند. و علت این نامگذاری آنست که این سنگ در منطقه ای به نام “مگنزیا” یا “مغناطیس” برای نخستین بار کشف شد. که به ماهیت این سنگ، مغناطیس گفته می شود. اگر یک تکه از این سنگ ها را بر روی آب شناور کنیم، جهت آن در راستای شمال-جنوب قرار می گیرد. همین خاصیت سنگ مغناطیسی سبب شد که در قرون گذشته دریانوردان از آن بعنوان جهت یاب استفاده کنند.

دموکریتوس، که یکی از فلاسفه بزرگ باستان و بنیانگذار تئوری اتمی است، معتقد است که میان سنگ مغناطیسی جریانی از ذرات بسیار ریز به نام اتم وجود دارد. و در این جریان هنگامی که اتم به آهن یا سنگ مغناطیسی دیگر برخورد می کند، در برگشت به سوی سنگ مناطیس، سبب می شود که آهن را به دنبال خود بکشاند. ویلیام گیلبرت یکی از نخستین دانشمندانی است که در زمینه مغناطیس دست به آزمایش ها و بررسی های اساسی کرد. او مشاهده کرد که براده های آهن در اطراف سنگ مغناطیس در راستای منظمی قرار می گیرند. و همچنین سنگ مغناطیس در حالت آویزان یا حتی سوزن های آهنی در حالت شناور در راستای شمال-جنوب قرار می گیرند.

او چنین پنداشت که علت این امر آنست که زمین یک سنگ مغناطیس بسیار بزرگیست که اینگونه عمل می کند. او برای اثبات نظریه خود، یک سنگ مغناطیس را به صورت یک کره بزرگ در آورد و سپس در اطراف و بر روی سطح این کره، سنگ های مغناطیسی کوچک و براده های آهنی قرار داد و مشاهده کرد که این براده ها در راستای شمال-جنوب قرار می گیرند.

قبل از اینکه به بحث در مورد خطوط و میدان مغناطیسی آهنربا و زمین بپردازیم، لازم است که به قطب های مغناطیسی و خاصیت آن اشاره ای کنیم.

در آهنربا یا همان سنگ مغناطیسی، دو ناحیه وجود دارد که نسبت به سایر نقاط دیگر آهنربا، خاصیت جذب براده های آهن بیشتر و راستای این براده ها به سمت این نواحی است. که به این دو ناحیه، قطب های مغناطیسی می گویند. اگر آهنربا را شناور قرار دهیم، قطبی که به سمت شمال است را قطب شمال یا شمال یاب، و قطب مقابل آن را قطب جنوب یا جنوب یاب می گویند. پس هر ماده مغناطیسی از دو قطب شمال وجنوب تشکیل شده است. در مغناطیس مانند الکتریسیته، قطب های ناهمنام یکدیگر را جذب و قطب های همنام یکدیگر را دفع می کنند. پس در خاصیت مغناطیسی، نیروی دفع وجذب نیز وجود دارد.

آزمایش ها نشان می دهد که اگر در اطراف یک آهنربا، قطب نما یا سنگ های مغناطیسی کوچک قرار دهیم، نیروی حاصله از مغناطیس بر قطب های آن ها اثر گذاشته، به طوری که قطب شمال قطب نما به سمت قطب جنوب آهنربا و بلعکس قرار می گیرد. و این نشان می دهد، که در نقاط اطراف آهنربا، نیرویی وجود دارد که بر قطب های قطب نما وارد می شود و آن را در راستای مشخصی قرار می دهد. که به مجموعه ای از این نیروها یا نقاط، میدان مغناطیسی می گویند. میدان مغناطیسی اطراف آهنربا را توسط خطوطی نشان می دهند که این خطوط قطب جنوب(s) را به قطب شمال(n) وصل می کند. و جهت این خطوط از شمال(n) به جنوب(s) است. خطوط میدان مغناطیسی ویژگی هایی دارند که عبارتند از: ۱) خطوط همانطور که قبلا گفته شد راستاو جهتشان از شمال به جنوب است. ۲) خطوط یکدیگر را قطع نمی کنند. ۳) تراکم خطوط در نزدیکی قطب ها بیشتر از نواحی دیگر است و این نشان دهنده آن است که نیروی مغناطیسی در این نواحی زیاد است. ۴) برآیند نیروهای مماس بر خطوط میدان در یک نقطه برابر با نیروی مغناطیسی در آن نقطه است.

اکنون به سراغ علت تاثیر نیروی مغناطیسی بر براده های آهن می رویم. می دانیم که الکترون در ساختار تمام اجسام وجود دارد که الکترون ها دارای دو قطب مغناطیسی می باشند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که تمام اجسام از ذراتی تشکیل شده اند که دارای دو قطب مغناطیسی هستند که به این ذرات، دو قطبی مغناطیسی می گویند و به موادی که دارای دوقطبی مغناطیسی هستند، مواد مغناطیسی می گویند.

البته لزومی ندارد که بگوییم این دوقطبی ها همان الکترون ها هستند بلکه این دوقطبی ها ذرات بنیادی مغناطیس هستند همانطور که از الکترون بعنوان بار بنیادی در الکتریسیته یاد می کنیم. این دوقطبی های مغناطیسی مانند یک آهنرباعمل می کنند و در اطراف خود میدان مغناطیسی تولید می کنند.

آهن نیز دارای این دوقطبی های مغناطیسی است اما در آهن دو قطبی های مغناطیسی به گونه ای رفتار می کنند، که خاصیت مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند. و هنگامی که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند، بر این دوقطبی ها نیروی مغناطیسی وارد می شود، به طوری که قطب شمال تمام این دوقطبی ها در جهت خطوط میدان قرار می گیرند. و آهن ساختار ساختمانی منظمی پیدا می کند و به یک آهنربا تبدیل می شود. که از آن می توان بعنوان یک قطب نما استفاده کرد. اگر این آهنربا را به دوقسمت تقسیم کنیم، این آهنربا باز هم خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند، زیرا دوقطبی های مغناطیسی در یک جهت قرار دارند و این دو قطبی ها عامل ایجاد خاصیت مغناطیسی در آهنربا هستند. سوالی که پیش می آید این است که آیا فقط آهن تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد؟ برای پاسخ به این سوال برمی گردیم به مواد مغناطیسی که از دو قطبی های مغناطیسی تشکیل شده اند در مواد مغناطیسی، حرکت و رفتار دوقطبی ها به گونه ای است که اثر میدان مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند.

مواد مغناطیسی از نظر رفتار دوقطبی های مغناطیسی به سه دسته تقسیم می کنند:

1- مواد پارامغناطیس:

موادی هستند که حرکت و جنبش دوقطبی هایشان راحت و آسان تر است. هنگامی که این مواد را در میدان مغناطیسی قرار دهیم، بر دوقطبی های آن نیرو وارد شده و تعداد زیادی از آن ها در خطوط میدان به طوری که قطب های شمال در جهت خطوط قرار می گیرند. و این امر سبب می شود که این مواد به یک آهنربای قوی تبدیل شود. اما چون حرکت وجنبش این دو قطبی ها سریع است، با برداشتن این مواد از میدان مغناطیسی، این دوقطبی ها به سرعت از مسیر خطوط خارج و به حالت کاتوره ای قبلی برمی گردند و این مواد در خارج از خطوط میدان به سرعت خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند. مانند آلومینیوم.

2- مواد دیامغناطیس : مواد دیامغناطیس موادی هستند که اگر در میدان مغناطیسی قرار بگیرند از آهنربا دفع می شوند. در این مواد برآیند گشتاور دو قطبی مغناطیسی صفر است و در

تحقیق و بررسی در مورد الکتریسیته ساکن 7 ص

اختصاصی از کوشا فایل تحقیق و بررسی در مورد الکتریسیته ساکن 7 ص دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

انرژی پتانسیل الکتریکی

با صرف انرژی و انجام کار، می‌توان جسمی به جرم m را از سطح زمین تا ارتفاع h بالا برد.

انرژی‌ای که صرف بالا بردن جسم ( با سرعت ثابت ) شده است، به صورت انرژی پتانسیل گرانشی ( u = mgh ) در آن ذخیره می‌شود.

انرژی پتانسیل کشسانی نیز در شناخت انرژی پتانسیل الکتریکی ما را یاری می‌کند، وقتی فنری را به آرامش فشرده می‌کنیم یا می‌کشیم، کار انجام شده به صورت انرژی پتانسیل کشسانی در فنر ذخیره می شود. در این جا می‌خواهیم با انرژی پتانسیل الکتریکی بیشتر آشنا شویم.

دو ذره ی باردار بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند و وقتی دو ذره ی باردار را که بار هم نام دارند با سرعت ثابت به یکدیگر نزدیک می‌کنیم برای غلبه بر نیروی رانشی آن ها باید کار را انجام دهیم و یا اگر بخواهیم دو ذره‌ی باردار را که بار غیر هم نام دارند با سرعت ثابت از هم دور کنیم، باز هم باید کار را انجام دهیم.

کار انجام شده به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی دربارهای الکتریکی ذخیره می‌شود.

در این جا، کاری که ما انجام می‌دهیم مثبت است و انرژی مصرفی ما به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی در بار الکتریکی q ذخیره می شود. هر چه اندازه ی جابجایی بیشتر باشد کار و انرژی مصرفی ما بیشتر می شود و درنتیجه افزایش انرژی پتانسیل الکتریکی بار q بیشتر می‌شود درست مانند وفتی که یک جسم را روی زمین، از یک نقطه به نقطه ی بالاتری می‌بریم و انرژی پتانسیل گرانشی آن افزایش می‌یابد. اگر بار الکتریکی q را در نقطه‌ای رها کنیم، در جهت خط‌های میدان به حرکت در می‌اید و انرژی پتانسیل الکتریکی آن به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. مانند : وقتی که یک جسم را از نقطه‌ی بالای زمین رها می‌کنیم و جسم به پایین حرکت می‌کند.

در این حالت انرژی پتنانسیل گرانشی آن کاهش می یابد و به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. بنابراین تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی یک بار الکتریکی وقتی آن را در یک میدان الکتریکی جابه‌جا می‌کنیم، برابر انرژی‌ای است که برای جابجایی آن بار الکتریکی مصرف می شود.

( u = w )

اگر کاری که ما برای جابجایی بار الکتریکی ( با سرعت ثابت ) انجام می‌دهیم مثبت باشد (0w > ) انرژی پتانسیل بار افزایش می‌یابد یعنی 0 > u و u > u می‌شود.

در صورتی که کار انجام شده توسط ما منفی می شود. (0w > ) انرژی پتانسیل بار الکتریکی کاهش می‌یابد. یعنی : 0 < u و u < u است.

اختلاف پتانسیل الکتریکی

بار الکتریکی در میدان الکتریکی دارای انرژی پتانسیل الکتریکی است. در یک نقطه ی میدان، اندازه ی انرژی پتانسیل الکتریکی بار یواقع در آن نقطه، به اندازه ی بار الکتریکی بستگی دارد.

هر چه اندازه‌ی بار الکتریکی بیشتر باشد، انرژی پتانسیل الکتریکی ان نیز بیشتر می‌شود.

در مبحث الکتریسیته معمولا به غیر از انرژی پتانسیل مفهوم دیگری نیز تعریف می‌شود که کاربرد علمی آن بیشتر است و به آن پتانسیل الکتریکی می‌گویند. اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه‌ی واقع در میدان الکتریکی، عامل شارش بار الکتریکی بین آن دو نقطه است.

اگر دو ظرف آب به یکدیگر مربوط شوند آب از ظرفی که انرژی پتانسیل گرانشی یکای جرم آن بیشتر است، به ظرف دیگر شارش می‌کند، در الکتریسیته نیز عامل شارش بار الکتریکی به کمک اختلاف پتانسیل الکتریکی یکای بار در دو نقطه به صورت زیر تعریف می‌شود :

اختلاف پتانسیل الکتریکی دو نقطه، برابر تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی یکای بار الکتریکی مثبت است، وقتی یکای بار الکتریکی بار از نقطه‌ی اول تا نقطه دوم جابجا می شود.

بنابراین اگر انرژی پتانسیل الکتریکی بار مثبت q در یک نقطه‌ی میدان برابر u باشد، اختلاف پتانسیل الکتریکی بین این دو نقطه، که با نماد v نشان داده می‌شود. اگر بار الکتریکی مثبت در جهت میدان الکتریکی حرکت کند، انرژی پتانسیل الکتریکی آن کاهش می‌یابد. تغییر پتانسیل الکتریکی به تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی بستگی دارد. بنابراین نتیجه می‌گیریم که هرگاه بار الکتریکی مثبت در جهت میدان الکتریکی جابجا

دانلود تحقیق کامل درباره برق و الکتریسیته 58 ص

اختصاصی از کوشا فایل دانلود تحقیق کامل درباره برق و الکتریسیته 58 ص دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 59

توان الکتریکی که اغلب به عنوان برق یا الکتریسیته شناخته می شود، شامل تولید و ارایه انرژی الکتریکی به میزان کافی برای راه اندازی لوازم خانگی، تجهیزات اداری، دستگاه های صنعتی و فراهم آوردن انرژی کافی برای روشنایی، پخت و پز، گرمای خانگی و صنعتی و فرایندهای صنعتی بکار می رود.

تاریخچه اگرچه که الکتریسته به عنوان نتیجه واکنش شیمیایی ای که در یک پیل الکترولیک از زمانی که الساندرو ولتا در سال1800م این آزمایش را انجام داد، شناخته می شده است، اما تولید آن به این روش گران بوده و هست. در سال 1831م، میشل فارادی ماشینی ابداع کرد که از حرکت چرخشی تولید الکتریسته می کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشید تا این فن آوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس ادیسون جایگزین عملی تجاری ای را برای روشنایی های گازی و سیستم های حرارتی ایجاد کرد و به فروش رساند که از الکتریسته جریان مستقیمی استفاده می کرد که بطور منطقه ای تولید و توزیع شده بود، استفاده می کرد. در سیستم جریان مستقیم ادیسون، ایستگاه های تولید توان اضافی می بایست نصب می شدند. بدلیل اینکه ادیسون قادر نبود سیستمی را تولید کند که به ژنراتورهای چندگانه اجازه بدهد که به یکدیگر متصل شوند، گسترش سیستم او نیاز داشت که تمامی ایستگاه های تولید جدید مورد نیاز ساخته شوند. نیاز به نیروگاه های اضافی ابتدا توسط قانون اهم بیان شده است: بدلیل اینکه تلفات با مربع جریان یا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل های طولانی در سیستم ادیسون به مفهوم داشتن ولتاژهای خطرناک در برخی نقاط یا کابل های بزرگ و گران قیمت و یا هر دوی اینها بود.

نیکولا تسلا که مدت کوتاهی برای ادیسون کار می کرد و تئوری الکتریسته را بگونه ای درک کرده بود که ادیسون درک نکرده بود، سیستم جایگزینی را ابداع کرد که از جریان متناوب استفاده می کرد. تسلا بیان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جریان را نصف می کند و منجر به کاهش تلفات به میزان 4/3 می شود و تنها یک سیستم جریان متناوب اجازه انتقال بین سطوح ولتاژ را در قسمت های مختلف آن سیستم ممکن می سازد. او به توسعه و تکمیل تئوری کلی سیستم اش ادامه داد و جایگزین تئوری و عملی ای را برای تمامی ابزارهای جریان مستقیم آن زمان ابداع کرد و ایده های بدیعش را در سال 1887م در 30 حق انحصاری اختراع به ثبت رساند.

در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستینگهاوس که حق انحصاری اختراع یک ترانسفورماتور را در اختیار داشت و یک کارخانه روشنایی را از سال 1886م در گریت بارینگتون، ماساچوست راه اندازی کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سیستم وستینگهاوس می توانست از روشنایی های ادیسون استفاده کند و دارای گرم کننده نیز بود، اما این سیستم دارای موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستینگهاوس یک سیستم قدرت برای یک معدن طلا در تلورید، کلورادو در سال 1891 ساخت که دارای یک ژنراتور آبی 100 اسب بخار(75 کیلو وات) بود که یک موتور 100 اسب بخار (75 کیلو وات) را در آنسوی خط انتقالی به فاصله 5/2 مایل (4 کیلومتر) تغذیه می کرد. سپس در یک قرارداد با جنرال الکتریک که ادیسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت یک نیرگاه در نیاگارا فالس کرد که دارای سه ژنراتور تسلای 5000 اسب بخار بود که الکتریسته را به یک کوره ذوب آلومینیوم در نیاگارا ، نیویورک و به شهر بوفالو، نیویورک به فاصله 22 مایل (35 کیلومتر) انتقال می داد. نیروگاه نیاگارا در 20 آوریل 1895م شروع به کار کرد.

انرژی الکتریکی در حال حاضر

امروزه سیستم انرژی الکتریکی جریان متناوب تسلا کماکان مهمترین ابزار ارایه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای ارسال مقادیر عظیم الکتریسته در طول فواصل بلند بکار می رود، اما قسمت اعظم تولید الکتریسته، انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسته و داد و ستد الکتریسته با استفاده از جریان متناوب محقق می شود.

در بسیاری از کشورها شرکت های توان الکتریکی کلیه زیرساخت ها را از نیروگاه ها تا زیرساخت های انتقال و توزیع در اختیار دارند. به همین علت، توان الکتریکی به عنوان یک حق انحصاری طبیعی در نظر گرفته می شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قیمت ها کنترل می شود و معمولا مالکیت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخی کشورها بازارهای الکتریسته وسیع با تولید کننده ها و فروشندگان الکتریسته، الکتریسته را مانند پول نقد و سهام معامله می کنند.

انتقال توان الکتریکی دومین فرایند ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. الکتریسیته توسط نیروگاه های برق تولید می شود و سپس توسط فروشنده ها به مصرف کنندگان نهایی به عنوان یک کالا فروخته می شود. انتقال توان الکتریکی و شبکه توزیع الکتریسیته اجازه ارائه الکتریسیته تولید شده را به مصرف کننده ها می دهد. فرایند صنعتی شدن سریع قرن 20 ام خطوط و شبکه های انتقال را تبدیل به بخش مهمی از زیر ساخت های اقتصادی در کشورهای صنعتی، کرد. شبکه های برق امکانات تولید زیادی را ممکن می سازند، نظیر سدهای هیدرو الکتریک، نیروگاه های سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای و ... که توسط سازمان های بهره برداری خصوصی و عمومی، برای تولید مقادیر بزرگی از انرژی و ارائه آن به شبکه های توزیع برای تحویل به مصرف کننده های خریدار، گردانده می شوند. معمولاً الکتریسیته را در طول فواصل بلند از طریق ترکیبی از خطوط انتقال توان هوایی (مانند آنچه در شکل مشاهده می شود) یا کابل های زیر زمینی ارسال می کنند. اولین ژنراتور هیدروالکتریک بزرگ در آبشار نیاگارای ایالات متحده (که تحت دیدگاه فنی نیکلا تسلا ساخته و نصب شده بود) نصب شد و از طریق خطوط انتقال، الکتریسیته را برای بوفالو، نیویورک فراهم ساخت.

ورودی شبکه

یک شبکه انتقال از: نیروگاه های برق، پست های برق و مدارات انتقال ساخته شده است. معمولاً برق از طریق یک جریان متناوب سه فاز انتقال می یابد. در نیروگاه ها، برق را در سطح ولتاژی نسبتاً پایین در حدود 10 تا 15 کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (220 تا 440 کیلو ولت) جریان متناوب می رسانند تا آن را به یک پست برق که نقطه خروجی شبکه است و در فواصل دور قرار دارد، انتقال دهند.

تلفات

به منظور کاهش درصد تلفات توان لازم است که الکتریسیته را در ولتاژهای بالا انتقال دهیم. هرچه که ولتاژ بالاتر باشد جریان کمتر خواهد بود که این امر اندازه ی کابل مورد نیاز و میزان انرژی تلف شده را کاهش می دهد. انتقال در طول خطوط بلند معمولاً در ولتاژهای 100 کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال 2003م 2/7 و در انگلستان در سال 1998م 4/7 درصد تخمین زده شده است.

وقتی لازم است که توان را در طول خطوط بسیار بلند انتقال دهیم، استفاده از جریان مستقیم برای انتقال، به جای جریان