نور صورتي از انرژي است كه مي تواند به انرژي هاي ديگر تبديل شود، مانند تبديل انرژي نوراني به گرمايي و يا در عمل فتوسنتز كه انرژي نوراني به انرژي شيميايي تبديل مي شود و يا در پيل خورشيدي كه انرژي نوراني به انرژي الكتريكي تبديل مي شود.

بيشترين اطلاعاتي كه از محيط اطراف به ما مي رسد، از طريق حس بينايي است . نوري كه وارد چشم مي شود تصويري بر روي لكه ي زرد تشكيل مي دهد و سلول هاي بينايي تأثير نور را به صورت يك جريان عصبي به مركز بينايي مي برد.

نور در خلاء با سرعت 8 10 * 3 متر بر ثانيه حركت مي كند و مي تواند فاصله هاي بسيار زياد را در فضا آزادانه سير كند، مانند نور خورشيد كه از فاصله 11 10 * 5/ 1متري تقريباً در مدت 8 دقيقه به زمين مي رسد و يا نور ستارگان كه از فاصله هاي بسيار دورتر از خورشيد به زمين مي رسند.

1 – اجسامي كه نور را به راحتي از خود عبور مي دهند اجسام شفاف ناميده مي شوند، مانند شيشه يا هوا كه نور به سادگي از آنها عبور مي كند.

2 – اجسامي كه نور از آنها به راحتي عبور نمي كند و پس از عبور پرتوهاي نوردر مسيرهاي مختلف منحرف مي شوند را اجسام نيمه شفاف گويند، مانند شيشه ي مات .

3 – اجسامي كه نور از آنها نمي تواند عبور كند را اجسام كدر گويند، مانند ورق آهن و يا تخته.

چشمه ي نور گسترده و نقطه اي :

چشمه نقطه اي نور:

اگر صفحه اي از مقوا را كه روي آن وزنه ي كوچكي ايجاد شده است در مقابل چراغ روشني قرار دهيم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر مي شود و روزنه مانند يك چشمه ي نور كوچك عمل مي كند كه آن را چشمه ي نور نقطه اي مي ناميم.

چشمه نور گسترده : يك شيء نوراني نظير خورشيد، چراغ روشن، شعله ي شمع و ... را چشمه ي نور گسترده مي ناميم.

نور با پهناي كم را پرتو نور مي گويند كه بي نهايت نازك است.

مجموعه اي از پرتوهاي نور كه باريك مي باشند را بازيكه نور گويند. هر گاه در فاصله ي مناسب از يك چشمه ي نقطه اي صفحه كدري با روزنه كوچگ قرار دهيم، پرتو نوري كه از روزنه خارج مي شود باريكه ي نور گويند.

هر باريكه نور دسته اي از پرتوهاي نور است. با مشاهده ي باريكه ي نور مي توانيم مسير انتشار نور را تشخيص دهيم.

4-3 – انتشار نور به خط راست :
همانطور كه آموخته ايد ، نور در يك محيط شفاف به خط است منتشر مي شود. انتشار نور بر خط راست است ، شكل سايه ي اجسام در يك روز آفتابي شبيه خون آن هاست . هر پرتو نور را با يك خط راست و پيكاني بر روي آن كه جهت انتشار نور را مشخص مي كند نشان مي دهند.
در يك آزمايش مي توان با قراردادن جسم كه در مقابل چشمه ي نقطه اي سايه جسم را بر روي پرداه مشاهده كرد. مشخصات سايه نشان مي دهد كه شكل سايه شبيه جسم است و نور را بر خط راست منتشر مي شود.

انواع دسته پرتوها :
1 – دسته پرتوهاي موازي : پرتوهايي كه تمام شعاع هاي نور با همه موازي هستند را دسته پرتوهاي موازي مي گويند و هر گاه تحت زاويه تابش معين به سطح آينه تخت برخورد كنند، تحت همان زاويه به طور موازي بازتاب مي كنند.

2 – دسته پرتوهاي همگرا : پرتوهايي هستند كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار به همه نزديك مي شوند و در نقطه اي به يكديگر مي رسند . در شكل زير پرتوهاي نور پس از عبور از عدسي محدب به صورت همگرا باشند و در كانون عدسي به يكديگر مي رسند.

3 – دسته پرتوهاي واگرا : پرتوهايي هستند كه در آن شعاع هاي نور در دو جهت انتشار از هم دور مي شوند. در شكل زير پرتوهاي نور پس از عبور از عدسي مقعر به صورت واگرا از يكديگر دور مي شوند.

سايه و نيم سايه :
سايه : هر گاه جسم كدري مقابل يك چشمه ي نقطه اي نور قرار گيرد، بر روي پرده پشت جسم سايه ايجاد مي گردد. اين نوع سايه كه به وسيله چشمه ي نقطه اي نور ايجاد شده كامل و يكنواخت است‌، به طوري كه مرز سايه با قسمت روشن مشخص مي باشد و نشان مي دهد كه نور بر خط راست منتشر مي شود.

نيم سايه : هر گاه جسم كدري مقابل يك چشمه نور گسترده قرار گيرد، بر روي پرده پشت جسم سايه و نيم سايه ايجاد مي گردد، به طوري در قسمت مركزي سايه ي كامل با تاريكي يكنواخت و اطراف آن نيم سايه تشكيل مي گردد و هر چه از سايه ي كامل دور مي شويم، مقدار روشنايي در نيم سايه بيشتر مي شود. شكل (4-4) چگونگي تشكيل سايه و نيم سايه را به وسيله يك چشمه ي نور گسترده نشان مي دهد.

خورشيد گرفتگي (كسوف):
در گردش ماه به دور زمين و گردش انتقالي زمين به دور خورشيد گاه اتفاق مي افتد كره ماه بين زمين و خورشيد در يك راستا قرار گيرد و در اثر سايه ي ماه به روي زمين قسمت كوچكي از سطح زمين در سايه ي كامل قرار مي گيرد، و اطراف آن نيم سايه تشكيل مي شود اين پديده را گرفتگي خورشيد يا كسوف مي گويند.
هر گاه شخص ناظر بر خورشيد گرفتگي بر روي زمين باشد، ممكن است اين پديده را به سه حالت :
خورشيد گرفتگي كامل، خورشيد گرفتگي جزئي، خورشيد گرفتگي حلقه اي .

بازتاب نور:
4-4 – بازتاب نور :
ديده شدن اشياي درون اتاق، هنگامي كه چراغ روشن مي شود، به سبب انتشار نور در اتاق و بازگشت نور از سطح اشيا و رسيدن آن به چشم است. در شكل (4-7) بازگشت نور از روي اشيا نشان داده شده است. روشن ديده شدن ماه نيز مانند روشن ديده شدن اشياي درون اتاق زير نور چراغ است. تابش نور خورشيد بر سطح ماه و بازگشت نور از سطح آن سبب ديده شدن ماه مي شود.

به طور كلي بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور گويند.
پرتو نوري كه به سطح جسم مي تابد پرتو تابش و پرتو بازگشته از سطح را پرتو بازتاب مي نامند. نقطه اي را كه نور به آن مي تابد نقطه ي تابش ، زاويه ي بين پرتو تابش و خط عمود را زاويه تابش (i) و زاويه ي بين خط عمود و پرتو بازتاب را زاويه بازتاب را زاويه ي بازتاب (r) مي ناميم. در شكل (4-6) پرتوهاي تابش و بازتاب ، خط عمود بر سطح و زاويه هاي تابش و بازتاب نشان داده شده است. توجه كنيد كه زاويه ي تابش متمم زاويه ي بين پرتو تابش و سطح آينه است و با توجه شكل داريم :

i + a = 90°

قانون هاي بازتاب :
الف- پرتو تابش‌، پرتو بازتاب و خط عمود بر سطح آينه در نقطه تابش، هر سه در يك صفحه اند
ب – زاويه تابش و زاويه بازتاب با هم برابرند

i = r

در تابش و بازتاب پرتو از سطح آينه بايد توجه داشت هر گاه زاويه تابش (i) برابر صفر باشد: پرتو نور منطبق بر خط عمود بر نقطه ي تابش است و بازتاب نور بر خودش خواهد بود.


4- 5 – تصوير درآينه هاي تخت :
آينه هايي معمولي را كه سطح آن ها سطح است آينه ي تخت مي نامند. مشاهده ي منظره اطراف در سطح آب يك استخر ، ديده شدن اشياي مقابل آينه در آن به سبب بازتاب نور از سطح آينه و رسيدن پرتوهاي بازتاب به چشم است. آنچه در آينه ديده مي شود و تصوير شيء مقابل آينه است. شكل (4-10)چگونگي ديده شدن تصوير يك شي ء را در آينه تخت نشان مي دهد.

ويژگيهاي تصوير در آينه ي تخت :
در آينه هاي تخت تصوير را روي ويژه گيهاي زير مي باشد :
1 – فاصله شي تا آينه برابر فاصله تصوير تا اينه است
2 – طول شي برابر طول تصوير در اينه است
3 – تصوير پشت در آينه، مجازي و مستقيم است
4 – تصوير نسبت به شي واروني جانبي دارد ( قسمت راست و چپ قرار مي گيرد)

تصوير حقيقي :
پرتوهاي تابش و بازتابش از سطح آينه كه به چشم مي رسند را پرتوهاي حقيقي مي گويند و تصوير حاصل از اين پرتوها بر روي پرده تصوير حقيقي مي باشد. مانند پرتوهايي كه پس از برخورد به آينه و بازتابش در نقطه اي به هم مي رسند
( تلسكوپ بازتاب)
تصوير مجازي :

از امتداد پرتوهاي واگرايي كه از سطح آينه بازتابش مي شود ( پرتوهاي مجازي) تصويري مجازي در پشت آينه تشكيل مي گردد كه نمي توان آن را روي پرده تشكيل داد .مانند تصوير مجازي در پشت آينه.

آينه ها ي كروي :
سطح آينه هاي كروي بخشي از سطح يك كوه است ، يعني تمام نقاط آن از يك نقطه به نام مركز آينه ( مركز كره اي كه آينه بخشي از آن است) به يك فاصله اند. قسمت كوچكي از سطح يك كره ي تو خالي كه يك سطح آن نقره اندود شده باشد را آينه كروي گويند. آينه هاي كروي دو دسته اند،
الف) آينه محدب يا كوژ
ب ) آينه ي مقعر يا كاو

الف) اگر سطح برآمده هاي كوه صيقلي باشد، آن را آينه ي كوژ يا محدب مي نامند.
ب) اگر سطح دروني كره صيقلي باشد، آن را آينه ي كاو يا مقعر مي نامند
در آينه ي مقعر سطح بيروني نقره اندود شده و سطح گودبازتاب كننده مي باشد، در آينه ي محدب يا كوژ، سطح گود نقره اندود شده و سطح بيروني بازتاب كننده مي باشد.

مركز آينه (محور اصلي ) :
مركزكره اي را كه آينه قسمتي از آن است. مركز آينه (نقطه C) مي نامند. خطي كه از مركز آينه و وسط آينه (نقطه ي S) مي گذرد، محور اصلي آينه ناميده مي شود، قانون هاي بازتاب نور در مورد آينه هاي كروي هم بكار مي رود. مركز آينه در آينه هاي مقعر در جلوي آينه و در آينه هاي محدب در پشت آينه واقع مي شود.

رأس آينه : (P) نقطه اي مياني آينه كه مركز سطح بازتابنده ي آينه مي باشد.

محور آينه : هر خطي كه از مركز آينه به آينه وصل شود، محور آينه، ناميده مي شود(محورفرعي)

محور اصلي : خط راستي است كه مركز آينه را به رأس ، آينه متصل مي كند.

شعاع انحناي آينه (R) فاصله ي مركز تا رأس آينه است كه همان شعاع آينه مي باشد.


كانون آينه (F) : هر گاه دسته پرتوي موازي محور اصلي برسطح آينه ي كروي بتابد، بازتابش پرتوها در آينه مقعر و امتداد بازتابش پرتوها در آينه محدب در نقطه اي بر روي محور اصلي به هم مي رسند كه به آن كانون آينه مي گويند در اينه مقعر كانون حقيقي و در آينه ي محدب كانون مجازي مي باشد.

فاصله كانون تا آينه را فاصله كانوني آينه مي ناميم. در آينه هاي مقعر، كانون آينه ي حقيقي است . با اندازه گيري فاصله كانوني معلوم شده است كه اين فاصله نصف فاصله ي مركز تا آينه است. يعني فاصله هاي كانوني نصف شعاع آينه است. اگر فاصله ي كانوني f و شعاع آينه r باشد داريم :
f = r/2

هر گاه در آينه ي محدب نگاه كنيم، تصوير جسم كوچك تر و مستقيم ديده مي شود.
هر گاه در آينه مقعر نگاه كنيم تصوير جسم بزرگتر و مستقيم ديده مي شود.


رسم پرتوهاي بازتاب در آينه هاي مقعر :
الف : هر پرتوي كه از مركز آينه ي مقعر گذشته و به آينه بتابد يا طوري به آينه بتابد كه امتداد آن از مركز آينه بگذرد، روي خودش باز مي تابد. زيرا اين پرتو آينه عمود است. i=r=0 ( هر خطي كه از مركز كره بگذرد بر كره عمود است) در شكل (4-14) الف و ب اينگونه پرتوها در آينه ي مقعر نشان داده شده است (نقطه c مركز آينه است).

ب : هر گاه دسته پرتوهاي موازي محور اصلي به آينه مقعر بتابدف پرتوهاي بازتاب آنها از يك نقطه روي محور اصلي به نام كانون اصلي آينه خواهند گذشت (شكل 4-15) دسته پرتوهاي بازتابش و بازتاب آنها را در آينه مقعر نشان مي دهد. به اين ترتيب هر پرتوي كه موازي محور اصلي به آينه ي مقعر بتابد پرتو بازتاب آن از كانون آينه مي گذرد.
در شكل (4-16) پرتو تابش موازي محور اصلي و پرتو بازتاب آن نشان داده شده است . در اين آينه ها هم ، قانون هاي بازتاب همان است كه قبلاً بيان شد. هر گاه در نقطه ي تابش I خط عمودي بر سطح آينه (IC) رسم شود، زاويه ي تابش و زاويه بازتاب با هم برابرند.

پ : اگر پرتو تابش از كانون گذشته و به آينه بتابد و يا طوري بتابد كه امتداد آن از كانون بگذرد، پرتو بازتاب آن موازي محور اصلي خواهد بود. در شكل (4-17) اين پرتوها نشان داده شده اند.

تشكيل تصوير در آينه هاي مقعر :
يك شيء مثلاً شمع روشن را در فاصله اي دورتر از مركز، در مقابل آينه يك كاو عمود بر محور اصلي آن مطابق شكل (4-19) در نظر بگيريد.

از هر نقطه ي شمع، مانند نقطه A، پرتوهاي زيادي به آينه مي تابند، بازتاب دو پرتو تابش AI (موازي محور اصلي ) و' AI (پرتو تابشي كه از كانون گذشته) را به روشي كه گفته شد رسم مي كنيم، پرتوهاي بازتاب يكديگر را در نقطه' A قطع مي كنند. اگر پرتوهاي ديگري هم از نقطه ي A به آينه بتابد، بازتاب آنها از نقطه' A مي گذرد. بنابراين براي بدست آوردن نقطه' Aرسم دو پرتو كافي است.' A تصوير نقطه اي A ‌است. اگر براي ساير نقطه هاي شمع هم به همين روش عمل مي كنيم. تصوير كامل شمع بدست مي آيد.
عملاً بازتاب پرتوهاي تابش از همه نقطه هاي شمع را رسم نمي كنيم زيرا آزمايش نشان مي دهد كه اگر شيء بر محور اصلي عمود باشد، تصوير هم بر محور اصلي عمود است. بعد از بدست آوردن نقطه A' (تصوير نقطه A) مي توان تصوير شيء را عمود بر محور اصلي رسم كرد. تصويري را كه به اين ترتيب حاصل شده است تصوير حقيقي مي ناميم. اگر يك صفحه ي كاغذ را در مقابل آينه جابه جا كنيم با قرارگرفتن كاغذ در محل تصوير، مطابق شكل (4-20) تصوير حقيقي بر روي كاغذ تشكيل و مشاهده مي شود.

هر گاه مطابق شكل (4-19) چشم ناظر بعد از تصوير شمع ، در راستاي پرتوهاي بازتاب، قرا ر گيرد تصوير را مي بيند، زيرا اگر به جاي A' نقطه روشني وجود داشت، همين پرتوها از آن نقطه ي روشن به چشم مي رسيدند. مي توان نتيجه گرفت كه اگر پرتوهاي بازتاب خودشان يكديگر را قطع كنند تصوير حقيقي است.

روش رسم تصوير در آينه هاي كاو (مقعر):
1 – شيء در فاصله اي دورتر از مركز آينه : تصوير حقيقي ، كوچكتر از جسم ، وارونه و تصوير بين مركز و كانون است.

2 – شيء بين مركز و كانون ، تصوير دورتر از مركز، حقيقي، بزرگ تر از شي و وارونه است.

3 – شي روي كانون، پرتوهاي بازتاب با هم موازيند و در فاصله اي خيلي دور(بي نهايت) يكديگر را قطع مي كنند. در اين صورت مي گوئيم تصوير در بي نهايت است.

4 – شيء بين كانون در آينه : همان طور كه در شكل ديده مي شود پرتوهاي بازتاب در جلوي آينه از هم دور مي شوند. امتداد آن ها در پشت آينه يكديگر را قطع مي كنند. تصوير مجازي ، بزرگتر از شيء و مستقيم است.

رسم تصوير يك شيء كه در فاصله ي خيلي دور از آينه كاو قرار دارد:
همان طور كه در مورد كانون آينه هاي كاو گفته شد، تصوير خورشيد و كانون آينه تشكيل مي شود. از طرفي ، پرتوهايي كه از يك نقطه اي خيلي دور (بي نهايت) ناميده مي شوند، با هم موازيند، بر اساس روش ترسمي كه قبلاً توضيح داده شد ، از بين پرتوهاي زيادي كه از نقطه ي خيلي دور به اينه تابيده اند، در پرتو تابش كه يكي از كانون و يكي از مركز آينه مي گذرند، براي رسم تصوير كافي است . چگونگي رسم تصوير در اين حالت در شكل (4-22) نشان داده شده است. اين تصوير حقيقي، كوچك تر ، وارونه و روي كانون است.

کانون آينه هاي مقعر و محدب
4-10 – كانون آينه ي محدب (كوژ) :
هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي آينه محدب به آن بتابند، طوري باز مي تابند كه امتداد پرتوهاي بازتاب از يك نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه كانون اصلي آينه ي محدب نام دارد. كانون آينه ي محدب مجازي است. فاصله ي كانون تا آينه را «فاصله كانوني» آينه مي نامند. در آينه هاي محدب نيز فاصله كانوني آينه نصف فاصله ي مركز تا اينه يعني نصف شعاع آينه است . شكل ( 4-23) پرتوهاي تابش، موازي محور اصلي آينه ي محدب و چگونگي تابش آنها را نشان مي دهد.

4 – 11 – رسم پرتوهاي بازتاب در آينه محدب :
الف : هر پرتو تابش كه امتداد آن از مركز آينه محدب (در پشت آينه) بگذرد روي خودش باز مي تابد.
شكل (4-24)

ب : هر پرتوي كه موازي محور اصلي به آينه ي محدب مي تابد. طوري باز مي تابد كه امتداد پرتو بازتاب از كانون اصلي آينه محدب (در پشت آينه ) بگذرد.

پ : هر گاه امتداد پرتو تابش از كانون بگذرد، پرتو بازتاب مربوط به آن، موازي محور اصلي خواهد بود.

رسم تصوير در آينه هاي محدب :
تصوير در آينه هاي محدب مجازي است و در فاصله ي كانوني آينه تشكيل مي گردد. اگر شيء در بي نهايت قرار داشته باشد، تصوير آن بر روي كانون تكشيل مي گردد و هر چه شيء به جسم نزديك شود، تصوير در فاصله ي كانوني به آينه نزديك مي شود.
تصوير شيء در آينه ي محدب ، مجازي ، كوچكتر و مستقيم است.
شكل ( 4-27)

جدول زير را كامل كنيد: 

محاسبه فاصله ي تصوير تا آينه مقعر :
در آينه هاي مقعر، فاصله تصوير تا آينه بستگي به فاصله ي شيء تا آينه دارد. در موردهايي فاصله ي تصوير تا آينه بيشتر از فاصله ي جسم تا آينه و در موردهايي كمتر از آن است. در مواردي تصوير حقيقي و در يك مورد هم تصوير مجازي است.
هر گاه فاصله ي شيء تا آينه را با P و فاصله ي تصوير تا اينه را با q و فاصله كانوني آينه را با f نشان دهيم، ثابت مي شود كه بين p,q و f رابطه زير برقرار است:

1/p + 1/q = 1 / f (3-4)

HTML clipboard

هر گاه فاصله ي تصوير تا آينه معلوم نباشد، در رابطه (4-3) به جاي pو f عدد مربوط را قرار مي دهيم و q را محاسبه مي كنيم. پس از محاسبه اگر عدد بدست آمده مربوط به q مثبت باشد، تصوير حقيقي است و در صورتي كه عدد بدست آمده منفي باشد معلوم مي شود تصوير مجازي است. در صورتي كه فاصله ي تصوير تا آينه معلوم و تصوير مجازي باشد اين فاصله را با علامت منفي به جاي q قرار ميدهيم.

مثال 1 :
يك شيء در فاصله ي 20 سانتي متري يك آينه ي مقعر قرارداده شده است. اگر شعاع آينه 30 سانتي متر باشد. فاصله ي تصوير تا آينه و نوع تصوير را تعيين كنيد.
حل :

فاصله تصوير تا آينه چون q مثبت است. q = 60cm تصوير حقيقي است.

مثال : 2
يك شيء در فاصله ي 12 سانتي متري از يك آينه ي مقعر كه فاصله ي كانوني آن 24 سانتي متر است قرار دارد. فاصله ي تصوير تا آينه نوع تصوير و فاصله شيء تا تصوير را تعيين كنيد.
حل:

p=12 cm , f = 24 cm , q =?

فاصله تصوير تا آينه ، چون q منفي است، تصوير مجازي است. q=-24 cm


محاسبه فاصله ي تصوير تا آينه ي محدب :
اگر فاصله ي جسم تا آينه و فاصله ي تصوير تا آينه و فاصله كانوني در اين آينه ها هم به ترتيبت برابر P,q,f باشد ، ثابت مي شود كه در آينه ي محدب هم ميان آنها رابطه (4-3) برقرار است. كانون آينه ي محدب مجازي است. بنابراين در محاسبه هاي بايد فاصله ي كانوني را با علامت منفي در رابطه (4-3) قرار دهيم. هر گاه فاصله ي تصوير تا آينه معلوم نباشد، در رابطه 4-3) به جاي p و f عددهاي مربوط را قرار مي دهيم و q را محاسبه مي كنيم. در صورتي كه فاصله ي تصوير تا آينه يعني q معلوم نباشد، چون تصوير در آينه ي محدب مجازي است، اين فاصله را با علامت منفي در رابطه ي( 4-3) قرار مي دهيم.


مثال 1:
يك شيء در فاصله ي 20 سانتي متر آينه ي محدبي كه شعاع آن 10 سانتي متر است قرار دارد، تصوير آن در چه فاصله اي از آينه ديده مي شود؟



فاصله تصوير تا آينه علامت منفي نشان مي دهد تصوير مجازي است. Q=-4cm



بزرگ نمايي خطي آينه ها :
نسبت طول تصوير (A'B') به طور شي (AB) را بزرگ نمايي خطي مي ناميم و آن را با m نمايش مي دهيم.
m =A'B' / AB (4-4)

بزرگ نمايي نشان مي دهد كه طول تصوير چند برابر طول شيء است. ثابت مي شود كه در هر دو نوع آينه كروي مي توان نوشت :
m =A'B' /AB = q/p (5-4)

يعني نسبت طول تصوير به طول شيء برابر نسبت فاصله تصوير تا آينه به فاصله ي شيء تا آينه است. در رابطه ي (4-5) مقدارهاي p,q را بدون علامت قرار مي دهيم.


مثال 1 :
يك شيء به طول 15 سانتي متر را در 15 سانتي متري آينه ي محدبي قرار مي دهيم. تصوير مجازي در 6 سانتي متري آينه ديده مي شود. فاصله ي كانوني آينه و طول تصوير را محاسبه كنيد:

P=15cm ,q=-6cm, AB=5cm, f= ? , A'B'=?

مثال 2:
يك شيء در 12 سانتي متري يك آينه كروي قرار دارد. اگر بزرگ نمايي در اين حالت برابر و تصوير پشت اينه باشد نوع تصوير، نوع اينه و فاصله ي كانوني آنرا مشخص كنيد.
چون تصوير پشت آينه مجازي است. بزرگ نمايي كوچك تر از يك است. يعني طول تصوير مجازي كوچكتر از طول جسم است. در نتيجه آينه محدب است (طول تصوير مجازي در آينه ي مقعر از طول جسم بزرگ تر است)

P=12cm, m=1/3, q=? , f=?

چون تصوير مجازي است، q=-4cm بايد در رابطه قرار داد.

منفي شدن f نشان مي دهد كه آينه محدب است.





کوره آفتابي و فورمول ها و واژه هاي کليدي
كوره ي آفتابي :
كوره ي آفتابي وسيله اي است كه با آن مي توان انرژي تابشي خورشيد را در يك نقطه متمركز و آن را تبديل به انرژي گرمايي كرد. اين وسيله از يك آينه ي مقعر و يك پايه گردان تشكيل شده است.

حركت آينه توسط يك موتور طوري تنظيم مي شود كه دهانه آينه همراه متوجه خورشيد باشد. پرتوهاي خورشيد به طور موازي به آينه برخورد كرده و در كانون آن متمركز مي شوند و دماي اين منطقه در صورتي كه حجمي را آنجا قرار دهيم بيش از6000 درجه سانتي گراد مي رسد. اين تمركز انرژي كه به صورت انرژي گرمايي ظاهر مي شود. در صفت كاربردهاي مختلفي دارد.

فرمول ها و واژه هاي كليدي :
1 – نور صورتي از انرژي است و مي تواند به انرژيهاي ديگر تبديل شود.

2 – نور در خلاء با سرعت ثابت 8 10 * 3 حركت مي كند.

3 – انتشار بر خط راست باشد.

4 – هر گاه جسم كدر مقابل چشمه ي نقطه اي قرار گيرد. بر روي پرده سايه تشكيل مي گردد.

5 – هر گاه جسم كدر مقابل چشمه ي گسترده قرار گيرد، برروي پرده سايه و نيم سايه تشكيل مي گردد.

6 – بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور مي گويند.

7 – قوانين بازتابش نور
الف) پرتو تابش، پرتو بازتاب و خط عمود بر آينه در نقطه تابش هر سه دو يك صفحه قرار دارند.
ب) زاويه ي تابش و زاويه بازتاب همواره با هم برابر مي باشند.

8 – تصوير در اينه ي تخت برابر، مستقيم در مجازي در پشت آينه به فاصله ي جسم تا آينه تشكيل مي گردد.

9 – وقتي جسم در فاصله ي كانوني آينه ي مقعر قرار گيرد و تصوير آن بزرگ تر، مستقيم و مجازي در پشت آينه تشكيل مي شود.

10 – وقتي جسم خارج از فاصله ي كانوني آينه مقعر قرار گيرد، تصوير آن معكوس و حقيقي مي باشد.

11 – وقتي جسم مقابل آينه ي محدب قرار گيرد، تصوير آن كوچك تر، مستقيم و مجازي در فاصله ي كانوني تشكيل مي گردد.

12 – نسبت فاصله ي تصوير تا آينه به فاصله ي جسم تا اينه را بزرگ نمايي آينه مي گويند كه برابر نسبت طول تصوير به طول جسم است.

فرمول هاي كليدي:

n = 360 / a -1
(تعداد تصويردر آينه هاي متقاطع)

1/p + 1/q = 1/f
(فرمول عمومي آينه ها)

m = q/p =A'B' /AB
(بزرگ نمايي آينه )

F = mp / m±1
(محاسبه كانون آينه)

پاسخ دهيد، فصل 4:
1 – چرا از بيرون يك جعبه ي فلزي يا تخته اي ، اشياي درون آن ديده نمي شود، اما درون يك ظرف شيشه اي از بيرون ديده مي شود؟
ورق آهن يا تخته ا

:: موضوعات مرتبط: +آموزشی , -فیزیک 1وآزمایشگاه فصل4 , ,
:: بازدید از این مطلب : 385

فصل 3 – الكتريسته
1- وقتي دو جسم را به يكديگر مالش مي دهيم. در هر يك از آنها بار الكتريكي ايجاد مي شود.
2 – بارهاي الكتريكي بر يكديگر اثر مي كنند و بارهاي همنام يكديگر را مي رانند و بارهاي غيرهمنام يكديگر را مي ربايند.

3-1 – بار الكتريكي:
ماده از اتم ها ساخته شده است و ساختار هر اتم شامل هسته (پروتون و نوترون) با بار مثبت و الكترون ها با بار منفي در وارد هسته ي اتم مي باشد. بار مثبت هسته مقدار پروتون هاي هسته مي باشد و تعداد الكترون هاي هر اتم برابر مقدار و پروتون هاي آن اتم مي باشد.
هر گاه جسمي الكترون دريافت كند، داراي بارمنفي گرديده و اگر الكترون از دست بدهد، بار مثبت پيدا مي كند.

3-2 – بارالكتريكي در اجسام باردار:
وقتي دو جسم به يكديگر مالش داده شود تعدادي الكترون از يكي به ديگري منتقل مي شود. در نتيجه جسمي كه الكترون از دست مي دهد . تعداد الكتروهايش كمتر از تعداد پروتون هاي آن مي شود و بار الكتريكي آن مثبت مي شود و برعكس، جسمي كه الكترون اضافي دريافت مي كند، تعداد الكتروهايش بيشتر از پروتون هايش شده و بار الكتريكي آن منفي مي شود. پس افزايش تعداد الكترون ها در يك جسم، بار جسم را منفي و كاهش تعداد الكترون ها بار جسم را مثبت مي كند.
يكاي بار الكتريكي كولن نام دارد. كولن را با نماد C نمايش مي دهيم. اندازه ي بار الكتريكي يك الكترون و يا يك پروتون برابر


1/6 * 10-19 C
است. كه آن را با نماد e نمايش مي دهيم:


e = 1/6 * 10 -19 C
بنابراين بارالكتريكي الكترون برابر e- و با رالكتريكي پروتون برابر e+ است. اگر به جسمي خنثي يك الكترون بدهيم و يا از آن يك الكترون بگيريم. بار الكتريكي آن به اندازه e تغيير مي كند. اگر تعداد الكترون هايي كه به جسم مي دهيم و يا از آن مي گيريم برابر n باشد. بارالكتريكي جسم به اندازه ne تغيير مي كند. در اين حالت بار الكتريكي جسم كه با نماد q نشان داده مي شود برابر است با :

q = ± ne , n = 0,1,2,3,000

توجه : هر گاه موهاي خود را با شانه اي از جنس پلاستيك شانه كنيم. مشاهده مي گردد كه شانه داراي بار الكتريكي منفي و موهاي سر داراي بار الكتريكي مثبت مي گردد.

هر گاه موهاي خود را با شانه اي از جنس پلاستيك شيشه اي شانه كنيم، مشاهده مي گردد شانه داراي بار مثبت و موهاي سر داراي بار الكتريكي منفي مي گردد.

3-3- اجسام رسانا و نارسانا:
اجسامي كه بارالكتريكي در آنها به آساني جابه جا مي شود، اجسام رسانا يا هادي مي گويند. اين اجسام داراي الكترون آزاد هستند و الكترون ها به راحتي از اتم ها جدا مي شوند و اگر دو سر رسانا را به يك پيل وصل كنيم، الكترون ها به سادگي در آنها جابه جا مي شوند مانند فلزات و كربن كه رساناهاي خوب هستند، اجسام نارسانا اجسامي هستند كه بارالكتريكي در آنها نمي تواند جابه جاي شود، زيرا الكترون ها به سادگي از اتم ها جدا نمي شوند، مانند شيشه ، ابريشم ، چوب و ....

3-4 – پايستگي بار الكتريكي:
براي باردار كردن يك جسم بايد تعدادي الكترون به آن بدهيم و يا از آن بگيريم. در اين مبادله ي الكترون ها، هيچگا الكتروني توليد نمي شود و يا از بين نمي رود بلكه الكترون ها تنها از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شوند. لذا با توجه به اينكه هر الكترون داراي مقدار معيني بار الكتريكي است ، مي توان گفت : بار الكتريكي بوجود نمي آيد و از بين هم نمي رود بلكه الكترون ها تنها از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شوند.لذا با توجه به اينكه هر الكترون داراي مقدار معيني با ر الكتريكي است ، مي توان گفت : بار الكتريكي بوجود نمي آيد از بين هم نمي رود بلكه از جمسي به جسم ديگر منتقل مي شود. اين اصل، پايستگي بارالكتريكي ناميده مي شود.

تمرين 1 :
1 – مي دانيم كه تعداد الكترون هاي آزاد موجود در رساناها بسيار زياد است. به عنوان مثال در يك سانتي متر مكعب سن مس در حدود 1022 الكترون آزاد وجود دارد. آيا بزرگي اين عدد را مي توانيد تصور كنيد؟ براي آنكه بزرگي اين عدد پي ببريد، فرض كنيد بخواهيد اين تعداد الكترون را بشماريد. شما در هر ثانيه قادر به شمارش چه تعداد الكترون هستيد؟ 2،10،100،10000 فرض كنيد كه در هر ثانيه بتوانيد يك تريليون يعني 1012 الكترون را بشماريد. چه مدت طول مي كشد تا تمام الكترون هاي آزاد موجود در يك سانتي متر مكعب مس را بشماريد؟ براي محاسبه يك سال را تقريباً برابر 7 10 * 3 ثانيه در نظر بگيريد.

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

تعداد الكترون هايي كه در يك ثانيه شمارش مي شود n = 10¹²

n =10²²

تعداد الکترون های آزاد³ cm

مس

t = N/n => t =10²²/ 10¹² = 10¹⁰ ثانیه

مدت زمان شمارش الكترون هاي آزاد مس

t = 10¹⁰ / 3 * 10⁷ = 1/3 * 10³ ≈ 333/3 سال

2 – براي آنكه دو جسمي خنثي بار الكتريكي ميكرو كولن ( ) ايجاد شود. چه تعداد الكترون بايد از آن گرفته شود؟
يعني اگر تعداد الكترون از جسم گرفته شود بار الكتريكي آن برابر + خواهد شد.


3 – به تعداد پروتون هاي موجود در هسته ي اتم، عدد اتمي گفته مي شود و آن را با z نشان مي دهند. اتم مس چه مقدار بار الكتريكي منفي دارد؟ بار الكتريكي اتم مس چقدر است ؟
ب : در عناصر تعداد الكترون هاي هر عنصر برابر تعداد پروتون هاي آن است. دو اتم مس وقتي تعداد پروتون ها (z=29) باشد، تعداد الكترون ها نيز برابر 29 و مجموع بارالكتريكي منفي اتم مس برابر مي باشد.
پ : مجموع بارهاي الكتريكي مثبت و منفي اتم مس برابر صفر است و در اين صورت بار الكتريكي اتم مس صفر است و اتم خنثي مي باشد.


3-5 – القاي بارالكتريكي :
ايجاد بار در رساناها بدون تماس آنها با يكديگر و القاي بارالكتريكي و بارهاي ايجاد شده را بار القايي مي گويند. القاي بار الكتريكي به روشهاي مختلف انجام مي شود.

آذرخش يا تخليه ي الكتريكي :
تخليه ي الكتريكي بين يك ابر يا ابر ديگر و يا بين ابر و زمين را آذرخش مي گويند. ابرها به هنگام حركت در هوا بدليل مالش با هوا و يا القاي الكتريكي داراي بار الكتريكي مي شوند. بين ابرهاي باردار به هنگام عبور از كنار يكديگر بدليل داشتن بارهاي الكتريكي غيرهمنام آذرخش رخ مي دهد.

برق گير :
برق گير از يك كابل ضخيم يا نوك تيز ساخته شده است كه نوك تيز آن در بالاترين نقطه ي ساختمان نصب مي شود و انتهاي كابل در اعماق زمين مرطوب قرار مي گيرد. در صورتي كه آذرخش رخ دهد، نوك تيز آذرخش را از طريق كابل به زمين منتقل مي كنند و خسارتي به ساختمان وارد نمي شود.

3-6 – اختلاف پتانسيل الكتريكي :
عامل شارش بار الكتريكي از يك جسم به جسم ديگر را اختلاف پتانسيل الكتريكي بين آن دو جسم گويند. جريان الكتريكي همواره از جسمي كه پتانسيل الكتريكي بيشتري دارد به جسمي كه پتانسيل كمتري دارد مي باشد. (اختلاف پتانسيل را با علامتV نشان داده و واحد آن ولت مي باشد. انرژي پتانسيل الكتريكي واحد بار را پتانسيل الكتريكي مي گويند. به اختلاف پتانسيل ، ولتاژ نيز مي گويند. روي اكثر وسيله هاي الكتريكي عددهايي نوشته شده است. يكي از اين عددها بر حسب ولت و مصرف اختلاف پتانسيل مناسب براي كار و دستگاه است كه بايد به دو سر آن وصل شود.
اختلاف پتانسيل مناسب به ساختمان دروني دستگاه بستگي دارد و با توجه به آن تعيين مي شود كه به آن ولتاژ اسمي دستگاه مي گويند.


3-7 – مولد :
ابزاري است كه به وسيله ي آن انرژي لازم براي ايجاد اختلاف پتانسيل در يك مدار تأمين مي گردد. مولدها انواع مختلف دارند. از جمله مولد شيميايي است كه انرژي لازم از واكنش هاي شيميايي كه در مولد رخ مي دهد، بدست مي آيد.
HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

نيروي محركه ي مولد :
بيشترين اختلاف پتانسيلي كه مولد مي تواند بوجود آمد را نيروي محركه مولد مي گويند كه يكاي آن همان ولت مي باشد.

3-8 – مدار الكتريكي :
به مجموعه ي يك مولد، لامپ ، كليدها و سيم هاي رابط در يك اتصال ساده و به دنبال همه مدار الكتريكي ساده مي گويند. هر گاه در مولد كليد بسته شود، جريان الكتريكي برقرار مي شود و لامپ روشن مي شود.
معمولاً در رسم شكل ها، باتري را مطابق شكل (3-12) الف، نشان مي دهيم ، قطعه خط كوچكتر، پايانه ي منفي و قطعه خط بزرگتر ، پايانه ي مثبت آن است. ساختمان داخلي چراغ قوه نيز مانند مدار ساده ي شكل (3-12) الف است. يعني از يك لامپ و يك كليد تشكيل شده است كه هر دو در محفظه ي چراغ قوه دارند شكل (3-12ب)

شدت جريان الكتريكي :
نسبت بار الكتريكي شارش شده از هر مقطع مدار به زمان شارش بار، يعني آهنگ شارش بار الكتريكي را شدت جريان الكتريكي مي گويند كه آن را با نماد (I) نشان داده و يكاي آن آمپر (A) مي باشد.

I = q/t

q مقدار بارالكتريكي عبوري از مدار بر حسب كولن (c)
T مدت زمان شارش بار الكتريكي بر حسب ثانيه (s)
I شدت جريان بر حسب آمپر
يك آمپر معادل يك كولن بر ثانيه است .

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

3-10 - مقاومت الكتريكي :
هنگامي كه الكترون هاي آزاد يك رسانا تحت تأثير اختلاف پتانسيل مولد به حركت در مي آيند. در برخورد با اتم هاي رسانا انرژي خود را از دست داده و دماي رسانا را افزايش مي دهند. اين مقاومت رسانا در مقابل حركت الكترون ها را مقاومت الكتريكي رسانا مي گويند.
مقاومت الكتريكي را با نماد R نشان مي دهيم. يكاي مقاومت الكتريكي اهم و نماد آن(?) است كه به افتخار خدمات علمي گئورگ زيمون اهم نامگذاري شده است. هنگامي كه پايانه هاي يك باتري را به دو سر يك رسانا ( لامپ) وصل مي كنيم. باتري بين دو سر رسانا اختلاف پتانسيل ثابتي برقرار مي كند. اين اختلاف پتانسيل باعث شارش بار الكتريكي در مدار مي شود. با شارش بار الكتريكي و ايجاد جريان الكتريكي در مدار، انرژي الكتريكي از باتري به لامپ مي رسد و لامپ هم روشن مي شود.


3-11 – قانون اهم :
نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا به شدت جرياني كه از آن مي گذرد مقدار ثابتي است كه به اين مقدار ثابت، مقاومت الكتريكي رسانا گويند كه با نماد R آن را نشان داده و يكاي آن اهم (Ω ) مي باشد.

V / I = R

V اختلاف پتانسيل دو سر رسانا بر حسب است
I شدت جريان عبوري از رسانا بر حسب آمپر
R مقاومت رسانا بر حسب اهم (Ω) يك اهم معادل ولت بر آمپر است.

1(Ω) -> 1(V / A)

يك مقاومت الكتريكي را به آمپرسنج ، ولت سنج و منبع تغذيه مطابق زير مي بنديم.

آمپرسنج به طور متوالي و ولت سنج كه بطور موازي به دو سر مقاومت بسته شده است. پس از بسته شدن كليد جريان الكتريكي از مدار مي گذرد. ولت سنج كه به طور موازي به دو سر مقاومت بسته شده است. اختلاف پتانسيل دو سر مقاومت را نشان مي دهد و آمپرسنج شدت جرياني را كه از مدار مي گذرد مشخص مي كند.
مثال : به دو سر يك رسانا به مقاومت الكتريكي 25 اختلاف پتانسيل الكتريكي V را وصل مي كنيم. شدت جريان در رسانا را در صورتيكه
الف . v=50v
ب : V=75v باشد بدست آوريد:

الف)


ب)

3-13 – مصرف انرژي الكتريكي :
انرژي الكتريكي يكي از بهترين و تميزترين انرژيهاست و مصرف آن باعث آلودگي زيست كه براي انسان بسيار مهم و حياتي است، نمي شود. همچنين مي توان آن را با هزينه كم از محل توليد به محل معروف رساند. انرژي الكتريكي با استفاده از وسايل خاصي به صورت انرژي هاي نوراني ، دروني، صوت و .... تبديل مي گردد.
در لامپ هاي رشته اي ، انرژي الكتريكي دروني رشته ي داخلي لامپ تبديل مي شود و دماي آن را تا حدود 3000 درجه سانتي گراد بالا مي برد. در اين دماي بالا، رشته ي درون لامپ قسمتي از انرژي دروني خود را به صورت انرژي نوراني تابش مي كند.

انرژي الكتريكي مصرف شده به چه عواملي بستگي دارد؟
1- مقاومت الكتريكي رسانا (R) : هر چه مقاومت الكتريكي رسانا بيشتر باشد. انرژي الكتريكي مصرف شده در آن نيز بيشتر مي شود.
2 – زمان عبور جريان الكتريكي (t)، هر چه زمان عبور جريان الكتريكي از سانا بيشتر باشد. انرژي الكتريكي مصرف شده در آن بيشتر مي گردد.
3 – مجذور شدت جريان الكتريكي (I2 ) :‌اگر شدت جريان عبوري از رسانا را افزايش دهيم ، انرژي الكتريكي مصرف شده در آن نيز بيشترمي شود، به طوري كه اگر شدت جريان را 2 يا 3 با .... برابر كنيم، انرژي مصرف شده (4 =2 2 , 9= 32 يا ...) برابر مي شود .
اگر انرژي الکتريکي مصرف شده ( که به انرژي دروني رسانا تبديل شده است ) را با نماد W نشان مي دهيم .داريم :
رابطه (3-4)
W = RI2 t
در اين رابطه مقاومت الکتريکي (R) برحسب HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; } Ω
شدت جريان الکتريکي (I) بر حسب (A)
زمان عبوري جريان الکتريکي (t) بر حسب ثانيه (s)
انرژي الکتريکي مصرف شده (W) بر حسب ژول (J) است .

3-13 – توان الكتريكي مصرفي در رسانا :
از بخش (3-6) اختلاف پتانسيل الكتريكي يادآور شديم كه روي وسيله هاي الكتريكي نظير لامپ روشنايي و يا اتوي برقي دو عدد نوشته شده است. يكي از اين دو ، اختلاف پتانسيل مناسب براي عمل دستگاه است. عدد ديگر مربوط به كميتي به نام توان الكتريكي است.
توان را با نماد p نشان مي دهند و يكاي آن وات مي باشد.

در اين رابطه
R مقاومت الكتريكي بر حسب اهم
I جريان الكتريكي بر حسب آمپر
P توان بر حسب وات
با توجه به قانون اهم ( R = V/I) مي توان توان مصرفي را نيز از رابطه ي زير بدست آورد :

در اين رابطه :
V اختلاف پتانسيل دو سر مدار بر حسب ولت
I شدت جريان عبوري از واحد بر حسب آمپر
P توان بر حسب وات


3-14 - بهاي انرژي الكتريكي مصرفي :
در تمام مكانهاي مسكوني و تجاري شماره گري (كنتور) نصب شده است كه انرژي الكتريكي مصرفي را به كمك آن تعيين مي كنند.حاصل ضرب توان مصرفي در مدت زمان استفاده از دستگاه برقي را انرژي الكتريكي مصرفي مي گويند.
Pتوان مصرفي بر حسب وات، t مدت زمان بر حسب ثانيه ، w انرژي مصرفي بر حسب ژول: w = pt
اگر توان مصرفي بر حسب كيلو و زمان بر حسب ساعت باشد، انرژي الكتريكي بر حسب كيلو وات ساعت بدست مي آيد. (kwh)

W=pt
1(kwh) =1(kw)× 1(h)

اگر بهاي هر كيلو وات ساعت مصرف انرژي الكتريكي مشخص باشد مي توان مقدار بهاي برق مصرفي را تعيين كرد.

مثال :

روي يك لامپ عددهاي 100w
و
220 V
نوشته شده است .

الف) اگر اختلاف پتانسيل 220 ولت به دو سر اين لامپ اعمال شود ، شدت جريان عبوري از آن چند آمپرمي شود ؟

P = VI => I = P/V => I =100/220 => I =0/45 A
بهاي برق مصرفي لامپ در يك ماه ريال

ب) اگر اين لامپ در هر شبانه روز 8 ساعت با اختلاف پتانسيل 220 ولت ، روشن باشد ، بهاي برق مصرفي آن در يک ماه چقدر مي شود؟ بهاي هر کيلو وات ساعت انرژي مصرفي را 100 ريال فرض کنيد .
W=p.t => W = (100 /1000 )× 8
W=0/8 kwhانرژي مصرفي در يك شبانه روز
0/8 ×30 ×100 =2400 بهاي برق مصرفي لامپ در يك ماه ريال

صرفه جويي در انرژي مصرفي :
1 – از مصرف بي رويه انرژي الكتريكي خودداري شود.
2 – استفاده بهينه از وسايل برقي، منظور به جا مصرف كردن است
3 – روشنايي اتاقها به تناسب نوع كار تنظيم و از لامپ مناسب استفاده شود
4 – جلوگيري از تلف شدن گرما و سرما در زمستان و تابستان كه براي جبران آن برق بيشتري مصرف مي شود.
5 – از وسايل الكتريكي در زمانهاي مناسب استفاده شود.


واژه ها و فرمول هاي كليدي :
1 – هر گاه جسمي الكترون دريافت كند، داراي بار منفي و اگر الكترون از دست بدهد، بار مثبت پيدا مي كند.
2 – بار الكتريكي خاصيتي از ماده است كه وابسته به الكترون ها و پروتون ها مي باشد.
3 – بار الكتريكي يك جسم مضرب درتسي از بار الكتريكي الكترون و يا پروتون است.
4 – اجسامي را كه بار الكتريكي در آنها به سادگي جابه جا مي شود. اجسام رسانا مي گويند و اجسامي كه بار الكتريكي در آنها جابه جا نمي شود، نارسانا گويند.
5 – بار الكتريكي بوجود نمي آيد و از بين همه نمي رود و فقط از يك جسم به جسم ديگر منتقل مي شود.
6 – ايجاد بار در رساناها بدون تماس با يكديگر را القاي الكتريكي گويند.
7 – تخليه ي الكتريكي بين يك ابر يا ابر ديگر يا بين ابر و زمين را آذرخش مي گويند.
8 – عامل شارش بار الكتريكي از يك جسم به جسم ديگر را اختلاف پتانسيل بين آن دو جسم مي گويند.
9 – مولد وسيله اي است كه انرژي لازم براي ايجاد اختلاف پتانسيل در يك واحد را تأمين مي كند.
10 – نسبت بار الكتريكي شارش شده در هر مقطع مدار به زمان شارش بار را جريان الكتريكي مي گويند.
11 – نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا به شدت جرياني كه از آن مي گذرد و مقدار ثابتي است كه به آن مقاومت الكتريكي رسانا مي گويند.
12 – انرژي الكتريكي مصرفي در يك مقاومت به مقاومت مدار، مجذور شدت جريان و زمان بستگي دارد.
13 – مقدار انرژي مصرف شده بر واحد زمان را توان الكتريكي مي گويند.
14 – انرژي الكتريكي مصرفي بر حسب كيلو وات ساعت محاسبه مي شود.

فرمول هاي كليدي :

(مقدار بار الكتريكي) q = ± ne
(مقدار جريان الكتريكي) I = q/t
(توان الكتريكي مصرفي) p = RI2 = V2/R = VI
(مقاومت الكتريكي) R = V/I
(انرژي الكتريكي مصرفي) w = RI 2t = (V2 / R ) t = VIt

پاسخ دهيد وتمرين هاي پاياني فصل 3 :
1 – با يك پارچه خشك ،صفحه تلويزيون را تميز كنيد. چرا پرزهاي پارچه به صفحه ي تلويزيون مي چسبند؟
صفحه ي تلويزيون از جنس شيشه است و وقتي آن را به وسيله پارچه پشمي مالش مي دهيم.، صفحه ي شيشه اي بار مثبت و پارچه به همراه پرزهاي آن بار منفي پيدا مي كنند و چون بر هم كنش بارهاي غيرهم نام ربايشي است پرزها به شيشه مي چسبند.


2 – در تاريكي لباس خود را درآوريد، چرا جرقه مي زند؟
زيرا در لباس ها الكتريسته ساكن ايجاد مي گردد و در تاريكي به هنگام بيرون آوردن لباس ها تخليه ي الكتريكي انجام مي شود و ما جرقه مشاهده مي كنيم.


3 – چرا آزمايش هاي الكتريسيته ساكن در روزهاي سرد و خشك نتيجه ي بهتري مي دهد؟
زيرا رطوبت هوا رساناي جريان الكتريكي است و باعث تخليه ي الكتريكي اجسامي مي شود كه در آنها الكتريسيته ساكن ايجاد شده است.


4 – جمله هاي زير را كامل كنيد:
1 – وقتي دو جسم به يكديگر مالش داده مي شود ، بين آنها الكترون مبادله مي شود.
2 – با جابه جا شدن الكترون هاي آزاد، بار الكتريكي درون جسم رسانا شارش مي كند.
3 – در يك جسم نارسانا بار الكتريكي در محل ايجاد شده باقي مي ماند .
4 – نيرويي كه بارهاي الكتريكي هم نوع بر يكديگر وارد مي كنند رانشي و نيرويي كه بارهاي الكتريكي غير هم نوع بر يكديگر وارد مي كنند ربايشي است.

5 – چرا در بعضي از مواد مانند پلاستيك يانايلون بهتر از ساير مواد مي تان بار الكتريكي توليد كرد؟
زيرا اين مواد نارسانا هستند و وقتي بارالكتريكي ساكن در آنها ايجاد شده، بار الكتريكي در آنها نمي تواند جابه جا شود.


6 – توضيح دهيد با الكتروسكوپ چگونه مي توان تعيين كرد كه :
الف – جسمي باردار است؟
ب – جسم چه نوع باري دارد؟
پ – جسمي رساناست يا نارسانا است؟


2- آيا با الكتروسكوپ مي توان بار دو كره ي هم اندازه ، رسانا و باردار را با يكديگر مقايسه كرد؟
الف – هرگاه جسمي را كه داراي الكتريكي است به كلاهك الكتروسكوپ باردار نزديك كنيم. بدليل القاي الكتريكي زاويه ي دو ورق طلا تغيير مي كند و اگر جسم داراي بارالكتريكي نباشد تغييري در فاصله اي بين ورقه هاي طلا ايجاد نمي شود.

ب: اگر الكتروسكوپ داراي بار الكتريكي باشد، وقتي ميله اي با بار الكتريكي غير هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزديك كنيم، زاويه ي دو ورق طلا كم مي شود و اگر ميله اي با بارالكتريكي هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزديك كنيم، زاويه ي دو ورق طلا زياد مي شود.

پ : براي اينكه يقين كنيم جسم رسانا است يا نارسانا، هر گاه آن را به كلاهك باردار تماس دهيم، اگر جسم رسانا باشد، قسمتي از بارهاي الكتريكي الكتروسكوپ به جسم منتقل شده و فاصله ، دو ورق طلا از هم كم مي شود و اگر جسم نارسانا باشد، بار الكتريكي به جسم منتقل نشده و فاصله ي ورقه ها از هم تغيير نمي كند.

2 – پاسخ مثبت است، زيرا وقتي بارالكتريكي از كوه ها بيشتر از كره ي دوم باشد، با نزديك كردن آن به كلاهك الكتروسكوپ زاويه ي دو ورق طلا بيشتر تغيير مي كند، زيرا بار الكتريكي بيشتري القا مي شود.


7 – چرا زير تانكرهاي مخصوص حمل سوخت، زنجير آويزان مي كنند؟
حركت كاميون حامل تانكر سوخت در هواي خشك باعث مي شود تا در آن الكتريسته ي ساكن ايجاد گردد. براي تخليه الكتريسيته ساكن ايجاد شده در تانكر از غيررسانا و زير تانكر استفاده مي شود كه دائماً الكتريسته ساكن را به زمين منتقل مي كند.


8 – آيا مي توانيد با توجه به آنچه كه در مورد مقاومت الكتريكي رسانا فرا گرفته ايد توضيح دهيد كه چگونه شارش بارالكتريكي در يك رسانا باعث افزايش دماي رسانا مي شود؟
جريان الكتريكي در يك رسانا در واقع حركت الكترون ها در رسانا مي باشد كه به هنگام عبور از رسانا در برخورد بار اتم هاي رسانا انرژي جنبشي و سرعت آن ها كاهش يافته و تبديل به انرژي دروني مي گردد و دماي رسانا را بالا مي برد و اثر گرمايي مقاومت الكتريكي رسانا ظاهر مي گردد.


تمرين هاي پاياني فصل 3 :
1 – ميله ي نارسانايي با بار منفي و كره اي رسانا و بدون بار روي پايه ي نارسانا در اختيار داريد. توضيح دهيد چگونه مي توان كره را :
الف: داراي بار مثبت كرد ؟
ب : داراي بار منفي كرد؟
الف - ابتدا ميله ي نارسانا با بار منفي را به كره ي رسانا كه بدون بار است نزديك مي كنيم. در اثر القاي الكتريكي بارهاي مثبت در مجاورت ميله و بارهاي منفي در دورترين نقطه جمع مي شوند. هرگاه براي يك لحظه كره ي رسانا را به زمين وصل مي كنيم، بارهاي منفي آن به زمين منتقل مي شوند. سپس با دور كردن ميله، كره ي رسانا داراي بار الكتريكي ساكن مثبت مي گردد.
ب - براي اينكه كره ي رسانا داراي بارالكتريكي منفي گردد، كافي است ميله ي نارسانا با بار منفي را با آن تماس دهيم تا قسمتي از بارهاي الكتريكي منفي ميله به كره منتقل شود. در اين صورت كره ي رسانا داراي بارالكتريكي منفي مي گردد.


2 – در كداميك از وسيله هاي منزل لازم است بار الكتريكي ايجاد شده را كاهش دهيم و يا كنترل كنيم؟
همه وسايلي كه با برق كار مي كنند، ممكن است در اثر القاي الكتريكي بدنه ي آنها داراي الكتريسيته ساكن گردد. براي كنترل الكتريسيته ساكن ايجاد شده در اين وسايل بدنه ي آن ها را به زمين متصل مي كنند، مانند كولر، ماشين لباسشويي ، يخچال و ...


3 – مقاومت لامپي 200 اهم و جريان 2/0 آمپر از آن مي گذرد.
الف – بار الكتريكي كه در مدت 5/2 دقيقه از لامپ مي گذرد چند كولن است؟

الف)

ب – اختلاف پتانسيل دو سر لامپ چند ولت است ؟

ب

4- روي لامپي دو عدد 100 ولت و 220 ولت نوشته شده است. اختلاف پتانسيل 220 ولت را به لامپ وصل مي كنيم.
الف) مقاومت لامپ را محاسبه كنيد.

الف)

ب) چه جرياني از آن مي گذرد؟

ب)

پ) در مدت يك دقيقه چند ژول انرژي الكتريكي توسط لامپ مصرف مي شود؟

پ)

5- اگر در شهر شما هر خانه يك لامپ 100 وات اضافي را به مدت 3 ساعت در شب روشن كند، در طول يك ماه چند كيلووات ساعت انرژي اضافي مصرف مي شود؟ بهاي آن چند ريال مي شود؟

هر لامپ در يك ماه 9 كيلو وات ساعت انرژي الكتريكي مصرف مي كند و اگر در منطقه مورد نظر 10000 خانواده زندگي مي كند، جمعاً 90000 كيلو وات ساعت انرژي الكتريكي در ماه مصرف مي شود كه به بهاي آن به صورت زير است:

90000×100=9×106 بهاي برق مصرفي اضافه براي شهريه ريال

6 – در رابطه هاي 2 P=V2/R , P = VI , P = RI
الف – نمادهاي P.R.V و I هر كدام نماينده ي چه كميتي هستند و يكاي آنها چيست؟
الف) V اختلاف پتانسيل دو سر رسانا بر حسب ولت
R مقاومت رسانا بر حسب اهم
P توان مصرفي بر حسب وات
I شدت جريان عبوري از رسانا بر حسب آمپر


ب) كاربرد هر يك از رابطه ها را شرح دهيد:
براي بدست آوردن توان مصرفي هرگاه اختلاف پتانسيل و مقاومتمدار را داشته باشيم ، از رابطه (P=V2/R) توان را محاسبه مي كنيم و هر گاه اختلاف پتانسيل دو سر رسانا را نداشته باشيم، از رابطه( 2 P = RI) توان مصرفي را محاسبه مي كنيم.


7 – روي يك آسياب برقي دو عدد 800W و 220V نوشته شده است. اين آسياب برقي را به اختلاف پتانسيل 220V وصل مي كنيم حساب كنيد :
1 – جرياني كه ازآن مي گذرد.

انرژي الكتريكي مصرفي ماهانه اين دستگاه، در صورتي كه هفته اي يك بار و هر بار به مدت 20 دقيقه مورد استفاده قرار گيرد.

انرژي مصرفي دستگاه در 20 دقيقه برابر30/8 كيلو وات ساعت است. اگر دستگاه هفته اي دو بار كار كند جمعاً در ماه 8 بار كار مي كند. پس انرژي مصرفي دستگاه در يك ماه برابر است با :

W = 8/30 ×8 = 64/30 KWh

8 – اختلاف پتانسيل دو سر باتري اتومبيل هاي سواري برابر 12 ولت است. اگر 8 باتري قلمي 5/1 ولتي به طور متوالي به يكديگر وصل كنيم. اختلاف پتانسيل دو سر مجموعه ي آنها نيز برابر 12 ولت مي شود؟
بگوئيد كه چرا در خودروها به جاي باتري خودرو از 8 باتري قلمي استفاده نمي شود؟
باتري اتومبيل از نوع تر با انبارهاي سربي است و مقدار انرژي الكتريكي ذخيره شده در ان بسيار بيشتر از انرژي الكتريكي مي باشد كه در 8 باتري قلمي ذخيره شده است.




تمرين هاي تكميلي و پرسشهاي چهار گزينه اي فصل 3
1 – آيا بار الكتريكي يك كره ي فلزي توپر بيشتر از يك كره تو خالي هم قطر آن است؟ بار در هر حالت در كجاها جمع مي شود؟
درهردوحالت بار بر روي سطح آن ها جمع مي شود. چون هر دو ي آنها مقدار بار يكساني را نگهداري خواهند كرد.


2 – آيا شاره ها (مايع ها و گازها) همه در اثر مالش باردار مي شوند؟ در اين مورد مثالي بزنيد:
مايع ها و گازها نيز در اثر مالش داراي بارالكتريكي مي گويند. به طور مثال تكان و حركت بنزين در روغن در تانك ها در هنگام حمل و نقل بار الكتريكي بوجود مي آورد. بايد توجه داشت در مايع ها و گازهاي رسانا تجمع بارالكتريكي در يك نقطه امكان پذير است. به طور مثال بار الكتريكي ايجاد شده در هوا از طريق رطوبت هوا تخليه مي گردد.


3 – روي جسمي مقداري بار مثبت توزيع شده است. براي آنكه جسم داراي بار منفي شود، چه بايد كرد؟ توضيح دهيد.
ابتدا به اندازه ي بار مثبت به آن بار منفي مي دهيم تا خنث گردد. سپس باران بار الكتريكي منفي جسم داراي بار الكتريكي منفي مي گردد.


4 – اگر مقاومت مدار ثابت باشد، براي آنكه از مدار فوق جرياني ضعيف عبور كند، چه تغييراتي بايد به آن داده شود؟
با توجه به رابطه ي( V/I = R) با ثابت بودن مقاومت در مدار همواره نسبت اختلاف پتانسيل به جريان مقدار ثابتي است. در اين صورت براي اينكه جريان مدار كاهش يابد ، لازم است اختلاف پتانسيل دو سر مدار كاهش يابد و به همان نسبت جريان مدار كاهش مي يابد.


5 – در يك سيم برق در هر دقيقه 36 كولن الكتريسيته عبور مي كند.شدت جريان الكتريكي را بدست آوريد.

6 – يك باتري اتومبيل 12 ولتي بايد جريان 240 آمپر را از يك استارت موتور بگذراند تا موتور را راه بيندازد. مقاومت كل مدار شامل استارت و چقدر است؟

7 – اگر

:: موضوعات مرتبط: +آموزشی , -فیزیک 1وآزمایشگاه فصل3 , ,
:: بازدید از این مطلب : 437

فصل 2 – دما و گرم
2-1 – دما :
دما معياري است كه درجه ي سردي و گرمي يك جسم را مشخص مي كند و بستگي به انرژي دروني ماده دارد. به طوري كه هر چه دماي جسم معيني بالاتر باشد. انرژي دروني آن بيشتر است يعني ذره هاي آن داراي انرژي جنبشي و پتانسيل بيشتري هستند.

در موارد بسياري ، به وسيله احساس خود ميزان گرمي و يا سردي اجسام را تعيين مي كنيم. آيا مي توانيم به حواس خود اطمينان كنيم. گاه حواس ما در شرايط متفاوت دچار اشتباه مي شود و نمي توان از آن به عنوان معيار دماسنجي استفاده كرد. راه و شيوه هاي اندازه گيري و تعيين دما را دماسنجي مي ناميم.

دما سنج :
اندازه گيري دقيق دما توسط دما سنج صورت مي گيرد. ساده ترين و رايج ترين نوع دما سنج، دماسنج هاي جيوه اي و الكلي است.
اساس كار اين دماسنج بر انبساط مايعات است. در سالهاي پيش آموختيد كه تقريباً همه ي مواد (جامد، مايع و گاز) وقتي گرم شوند منبسط مي شوند.

ساختمان دما جيوه اي (يا الكلي):
اين نوع دماسنج، از يك شيشه اي باريك سربسته (خالي از هوا) متصل به يك مخزن تشكيل شده است.مخزن پر از جيوه (يا الكل) است . با بالا رفتن مايع درون مخزن ، حجم مايع نيز بيشتر مي شود. (انبساط مي يابد) و مايع در لوله ي باريك بالا مي رود. از ارتفاع مايع در لوله ي باريك مي توان براي اندازه گيري دما استفاده كرد، زيرا هر چه دما بالاتر باشد، ارتفاع مايع بيشتر و هر چه دما كمتر باشد، ارتفاع مايع كمتر است.

نقطه ي پائيني :
درجه حرارت يخ خالص فرد شده ي در حال ذوب را نقطه ثابت پائيني مي گويند كه برابر صفر درجه سانتي گراد است.

نقطه بالايي :
درجه حرارت بخار آب در حال جوش را نقطه ثابت بالايي گويند كه برابر 100 درجه سانتي گراد است.

مدرج كردن دما سنج:
رايج ترين دما سنج درجه بندي سلسيوس را دارد كه نقطه پائيني آن صفر و نقطه ي بالايي آن صد مي باشد.
1. نخست دما سنج را درون مقداري يخ خرد شده در حال ذوب قرار مي دهيم. به گونه اي كه مخزن دما سنج كاملاً درون يخ قرار گيرد پس از آن كه سطح جيوه در لوله ي باريك در ارتفاع ثابتي قرار گرفت. محل آن را علامت مي زنيم و عدد صفر را در كنار آن ثبت مي كنيم.

2. سپس دما سنج را به گونه اي در سطح بالاي آب جوش قرار مي دهيم كه قسمت مخزن دما سنج در تماس كامل با بخار قرار گيرد. اين بار نيز محل قرار گرفتن سطح جيوه در لوله ي باريك را علامت مي زنيم و عدد صد را كنار آن ثبت مي كنيم.

3. فاصله ي بين درجه صفر و درجه ي صد را به صد قسمت مساوي تقسيم مي كنيم و هر قسمت را يك درجه «سيليسوس» مي ناميم و هر درجه را با علامت Cْ نمايش مي دهيم.

4. اين درجه بندي را( با درجه بندي هايي به همين فاصله از يكديگر) به زير صفر و بالاي صد نيز ادامه مي دهيم. دماهاي زير صفر درجه سليسوس را با عددهاي منفي مشخص مي كنيم. وقتي دما بر حسب درجه ي سلسيوس مشخص مي شود. معمولاً آن را با نماد (تتا) نمايش مي دهند.

اندازه گيري دما توسط دما سنج هاي جيوه اي و الكلي براي دماهايي امكان پذير است كه بالاتر از نقطه ي انجماد و پائين تر از نقطه جوش مايع درون دما سنج باشد.


2-2 – دماي تعادل ، تعادل گرمايي :
هر گاه بين دو جسم اختلاف دما وجود داشته باشد اين دو جسم را به هم ارتباط دهيم ، بين آن دو تبادل حرارتي رخ مي دهد و جسمي كه دماي بيشتري دارد، گرما را از دست مي دهد و جسمي كه سردتر است گرما مي گيرد. در اين صورت گرما از جسم گرما به جسم سرد انتقال مي يابد تا دماي هر دو به يك درجه (دماي تعادل) برسد، در اين صورت اگر تبادل حرارتي با خارج صورت نگرفته باشد. گرمايي كه جسم گرمتر از دست مي دهد، برابر است با گرمايي كه جسم سردتر مي گيرد تا به دماي تعادل برسد.
وقتي دو جسم هم دما را با يكديگر در تماس قرار مي گيرند تغيير در دماي آنها روي نمي دهد. بايد دانست كه شرط تبادل گرما ، اختلاف دما بين دو جسم مي باشد.


گرما
2-3 – گرما
گرما صورتي از انرژي است. وقتي دو جسمي را كه با يكديگر دما دارند، با هم تماس دهيم، گرما بين دو جسم مبادله مي شود. زمانيكه گرمايي بين دو جسم مبادله نمي شود. دو جسم دماي مساوي پيدا مي كنند و به دماي تعادل مي رسند. در اين صورت در مي يابيم هنگامي كه دو جسم با دماهاي مختلف در تماس با يكديگرقرار مي گيرند، انرژي منتقل شده از جسم گرمتر به جسم سردتر جريان مي يابد. به انرژي كه در چنين شرايطي منتقل مي شود. انرژي گرمايي مي گويند. گرما مقدار انرژي است كه به دليل اختلاف دما، بين يك جسم و جسم ديگري كه با آن در تماس است مبادله مي شود. گرما را با نماد Q نمايش مي دهيم.

2-6 - رسانش گرما :
اگر بين دو نقطه از يك جسم، اختلاف دمايي بوجود بيايد، گرماي درون جسم از قسمت با دماي بالاتر به قسمت با دماي پايين تر شارش (شارش به معناي جاري شدن است) مي كند. اين نوع شارش يا انتقال گرما را رسانش گرما مي گوئيم.
شارش گرما از طريق رسانس در موارد مختلف متفاوت مي باشد. بعضي مواد مانند فلزات رساناي خوب گرما و بعضي از مواد مانند چوب شيشه و هوا رساناي خوب گرما نمي باشند و نارساناي گرما (عايق گرما) ناميده مي شوند.


استفاده از رساناهاي خوب گرما :
شعله پخش كن و قابلمه هاي آلومينيومي، مسي، آهني و يا تركيبي از آنها رساناهاي خوبي هستند.


عايق بندي گرمايي ( صرفه جويي در مصرف انرژي):

در يك ساختمان به منظور مصرف سوخت كمتر استفاده از عايق بندي خوب بسيار مهم است. روشهاي مناسب براي كنترل گرما و جلوگيري از هدررفتن آن عبارتند از :
1 – عايق بندي مخزن آبگرمكن به وسيله پوشش هاي پشم شيشه يا پشم سنگ .
2 – عايق بندي سقف و يا زير شيرواني به وسيله پشم شيشه يا پشم سنگ
3 – استفاده از ديوارهاي دو جداره به منظور جلوگيري از رسانش گرمايي
4 – استفاده از بلوك هاي بتوني حفره دار در سطح داخلي ديوارها
5 – عايق بندي پلي استر در زير كف ساختمان
6 – استفاده از پنجره هاي دو جداره كه از همه فاصله داشته باشند.

در اين جدول مقايسه اي بين مصالح ساختماني مختلف صورت گرفته است. در ساختمان ها بدليل اختلاف دماي زياد بين هواي بيرون و هواي داخل، مقدار قابل توجهي از گرما از طريق رسانش در ديواره ها، درها، شيشه و پنجره ها به بيرون منتقل مي شود. در اين جدول، مقايسه اي بين مصالح ساختماني مختلف نشان داده شده است كه آهنگ عبور گرما از واحد سطح به ازاي واحد اختلاف دما در هر ثانيه بر حسب J/m2s°c نشان داده شده است.


هوا رساناي بسيار ضعيف گرماست
به طور كلي گازها رساناهاي بسيار ضعيف گرما هستند. استفاده از پنجره هاي شيشه اي دو لايه كه بين آنها هوا وجود دارد يك روش مناسب براي جلوگيري از رسانش گرماست و يا استفاده از لباس هاي ضخيم و پشمي در هواي سرد باعث جلوگيري در اتلاف گرماي بدن است. در اين لباس ها هوا در بين تارها و منفذهاي لباس به عنوان عايق خوب عمل مي كند.

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

-5 – گرماي ويژه :
براي افزايش دماي يك جسم بايد انرژي گرمايي جسم را افزايش دهيم كه اين عمل با وارد نمودن گرما از جسم گرمتر به جسم سرد منتقل مي شود تعريف زير را براي ظرفيت گرمايي ويژه مي توان گفت : مقدار گرمايي كه به يكاي جرم از يك ماده داده مي شود تا دماي آن يك درجه سانتي گراد افزايش يابد را ظرفيت گرمايي ويژه ماده مي گويند.

C = Q / (m(θ₂-θ₁))

Q = mc ∆θ

در اين رابطه(2-1) :
Q مقدار گرما بر حسب ژول (J)
M جرم جسم بر حسب كيلوگرم (Kg)
?? تغيير دما بر حسب درجه سانتي گراد (cْ)
C ظرفيت گرمايي ويژه جسم بر حسب j/kg ° c

با توجه به اين رابطه بايد توجه داشت مقدار گرماي داده شده به يك جسم با عوامل زير متناسب است.
1 – گرماي داده شده به جسم با جرم جسم Q×m
2 – گرماي داده شده به جسم با ظرفيت گرمايي ويژه جسم Q×c

3 – گرماي داده شده به جسم با تغيير دماي جسم
HTML clipboard

Q × ∆θ

اگر براي مثال جرم آب يا مقدار افزايش دما را دو برابر كنيم. مقدار گرماي لازم دو برابر مي شود. به عبارت ديگر نسبت همواره مقدار ثابتي است. اين مقدار ثابت را گرماي ويژه ي آب مي ناميم.

HTML clipboard

مقدار گرماي لازم براي افزايش دما	=		= گرمای ویژه آب
(جرم آب )× (افزايش دما)

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

محاسبه انرژي گرمايي لازم براي ايجاد يك تغيير معين در دما :
براي آنكه دماي m كيلوگرم از جسمي با گرماي ويژه c را به اندازه ?? تغيير دهيم . Q ژول انرژي گرمايي لازم است. از تعريف گرماي ويژه داريم :

Q= mc∆θ= mc( θ₂ -θ₁ ) به عبارت دیگر

در اين رابطه Q (انرژي) بر حسب ژول ، m( جرم) بر حسب كيلوگرم، C (گرماي ويژه) ‌بر حسب ژول بر كيلوگرم بردرجه سلسيوس وHTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; } ∆θ (تغيير دما) بر حسب درجه ي سلسيوس است.

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; } رابطه (2-1) درباره جسمي كه گرما از دست مي دهد درست است. به اين ترتيب كه اگر دماي θ₂ كمتر ازθ₁ باشد(θ_{2 -} θ₁ ) منفي خواهد شد و در نتيجه θ نيز منفي مي شود. علامت منفي نشان مي دهد كه جسم انرژي از دست داده است.

مثال :
چقدر انرژي گرمايي لازم است تا دماي 5/2 كيلوگرم مس را از°20 (سانتي گراد) به °30 (سانتي گراد ) برسانيم؟
C = 200 J/k°gc

از جدول (2-3) داريم:
در نتيجه با نشاندن اعداد بالا در رابطه (2-1) پاسخ مثال را بدست مي آوريم:

Q=mc(θ_{2 -} θ₁ ) = 2/5×400×(30-20)=10000j= 10 kj مقدار انرژي لازم

فرمول ها و واژه هاي كليدي، فصل 2:
1 – دما كميت مقايسه اي است كه درجه گرمي و سردي يك جسم را مشخص مي كند.
2 – يك دما سنج با استفاده از نقاط ثابت دماسنجي مدرج مي شود.
3 – درجه حرارت يخ خالص خرد شده در حال ذوب نقطه اي ثابت پائيني دما سنج است و درجه حرارت بخار آب در حال جوش نقطه اي ثابت بالايي دما سنج است.
4 – در دما سنج سلسيوس نقطه ي ثابت پائين صفر و نقطه ي ثابت بالا 100 مي باشد.
5 – در دماسنج كلوين نقطه ي ثابت پائين 273 و نقطه ثابت بالا 373 مي باشد.
6 – هر گاه بين دو جسم اختلاف دما وجود داشته باشد. جسمي كه دماي بيشتري دارد گرما از دست مي دهد و جسمي كه دماي كمتري دارد گرما مي گيرد تا هر دو جسم به يك دما برسند (دماي تعادل)
7 – اگر به يك ماده گرما بدهيم انرژي دروني آن افزايش مي يابد.
8 – در رسانش گرما، انرژي گرمايي به وسيله مولكول ها، اتمها و الكترون هاي آزاد ماده از جسم گرم به جسم سرد منتقل مي شود.
9 – فلزات رساناي خوب گرما هستند.
10 – آب رساناي ضعيف گرما است.
11 – هوا رساناي ضعيف گرما است
12 – مقدار گرمايي كه به يكاي جرم از يك ماده داده مي شود تا دماي آن يك درجه سلسيوس افزايش يابد از ظرفيت گرمايي ويژه ماده مي گويند.
فرمول هاي كليدي :

T = 273 +θ (رابطه ي دما سنج كلوين با دماسنج سلسيوس)
مساحت)×(مدت زمان)×(اختلاف دما)× (آهنگ عبور گرما از واحد سطح به ازاي واحد اختلاف دما) = انرژي تلف شده )
مقدارگرما Q =mc(θ_{2 -} θ₁ ) = mc∆θ

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

ظرفيت گرمايي ويژه C=

دمای تعادل =

تمرين هاي فصل 2
پاسخ دهيد : فصل 2 :
1 – آيا مي شود با يك دما سنج الكلي دماي جوش آب را اندازه گيري كرد؟ توضيح دهيد.
نقطه جوش الكل برابر 79 درجه سانتي گراد و نقطه جوش آب برابر 100 درجه سانتي گراد است و چون نقطه ي جوش آب بالاتر از گستره ي دما سنج الكلي است. لذا نمي توان ازدما سنج الكلي براي اندازه گيري نقطه جوش آب استفاده كرد.


2 – يك ليوان آب داريم. اگر به جاي يك جسم با دماي بالاف جسمي با دماي پائين تر از دماي آب را به درون آن بيندازيم، آيا تغييري در انرژي دروني آب و انرژي دروني جسم صورت خواهد گرفت ؟ انرژي از كداميك به ديگري منتقل خواهد شد؟
هميشه گرما از جسم گرمتر به جسم سردتر ماده ي پائين شارش مي يابد. در اين صورت وقتي فلز سرد در داخل آب قرار مي گيرد. گرما از آب به فلز شارش پيدا مي كند و قسمتي از انرژي آب به فلز منتقل مي شود و در پايان انرژي دروني آب كاهش و انرژي دروني فلز افزايش مي يابد كه اگر تبادل گرمايي با محيط نباشد ، مقدار كاهش انرژي دروني آب را برابر مقدار افزايش انرژي دروني فلز خواهد بود و هر دو هم دما خواهند شد.


3 – با مراجعه به جدول (2-2) فكر مي كنيد كداميك از موارد فوق باعث بيشترين اتلاف انرژي هستند؟
شيشه ي پنجره ي تك لايه بيشترين آهنگ عبور گرما از واحد سطح به ازاء واحد اختلاف دما را دارد. پس در اين صورت استفاده از پنجره هاي بزرگ با شيشه ي تك لايه و بيشترين اتلاف انرژي را خواهد داشت.

تمرين هاي فصل 2 :
1 – پاسخ دهيد :
الف – چرا ديواره هاي شيشه اي مخزن دما سنج بايد نازك باشد؟
زيرا شيشه رساناي خوبي براي گرما نيست و انتقال گرما در آن سرعت زيادي ندارد. در اين صورت با نازك گرفتن ديواره ي شيشه اي مخزن سرعت انتقال گرماي بدن به جيوه بيشتر مي شود.

ب – چرا در زمستان هنگامي كه سطح آب درياچه يخ مي بندد، با افزايش ضخامت يخ، آهنگ افزايش ضخامت يخ كند مي شود؟
يخ رساناي برگرماست . در اين صورت هر چقدر ضخامت بيشتر مي شود، گرماي آب كمتر به هواي سرد منتقل مي شود و آهنگ تشكيل يخ كند مي شود.


2 – پاسخ دهيد :
الف) چرا موادي مانند پشم و تارهاي شيشه اي عايق هاي گرمايي خوبي هستند؟
زيرا اين مواد بسته هايي از هوا را بين تارها و منفذهاي خود نگه مي دارند و چون هوا رساناي ضعيف گرما است. مي توان از اين مواد براي عايق كاري گرما استفاده كرد.

ب) يك قطعه چوب و يك قطعه آهن هم دما را لمس كنيد. چرا آهن سردتر به نظر مي آيد؟ آيا اين به دليل خطاي لامسه است؟ توضيح دهيد.
زيرا آهن رساناي خوب گرما است و وقتي به آن دست مي زنيم گرماي دست ما با سرعت به آهن منتقل مي شود و ما احساس سرما مي كنيم. ولي چوب رساناي بر گرما است و وقتي به آن دست مي زنيم، چون گرماي دست ما با سرعت بسيار كم به چوب منتقل مي شود، احساس مي كنيم كه چوب گرم است ، در اين صورت نمي توان براي تعيين دما ي يك جسم به حس لامسه ي خود اعتماد كنيم.


3 – دماي يك قطعه آلومينيوم 15 كيلوگرمي از ° 60 (سانتي گراد) ‌به ° 10 (سانتي گراد) مي رسد. اين قطعه ي آلومينيوم چه مقدار از انرژي دروني خود را از دست داده است؟
مقدار گرماي از دست داده برابر كاهش انرژي دروني قطعه آلومينيومي است.

انرژي دروني آلومينيوم ژول 5 10 * 75/6 كاهش مي يابد.

ب – اگر 15 كيلوگرم آب از دماي ° 60 (سانتي گراد) به دماي ° 10 (سانتي گراد) برسد چه مقدار از انرژي دروني خود را از دست داده است؟
مقدار گرمايي كه آب از دست مي دهد، برابر كاهش انرژي دروني آب مي باشد.

Q= mc(θ₂ - θ₁)
C= 4200J/Kg ْc=  = Q = 3/15 * 10"Q=15×4200(10-60)⁶ J

انرژي دروني آب (ژول) 6 10 * 15/3 كاهش مي يابد.

HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; }

3 – گرماي ويژه آب بالاست. چند مورد استفاده براي اين ويژگي را بيابيد.
1) در موتور ماشين از آب به عنوان خنك كاري استفاده مي شود، زيرا ظرفيت گرمايي ويژه آب بالاست و مقدار گرماي زيادي را بين موتورو رادياتور جابجا مي كند.
2) استفاده از آب در لوله كشي مخصوص گرم كردن ساختمان ها.
3) استفاده از آب در سيستم خنك كاري نيروگاهها
4) در كولرهاي آبي


4 – يك آبگرمكن الكتريكي در هر ثانيه 1100 ژول انرژي الكتريكي را به گرما تبديل مي كند. اين گرمكن را در درون 3 كيلوگرم آب قرار مي دهيم اگر گرمكن براي 120 ثانيه روشن باشد دماي آب در هر يك از حالتهاي زير چه مقدار افزايش مي يابد؟
الف) همه انرژي گرمايي گرمكن به آب داده شود.
ب) 80 درصد انرژي گرمايي به آب داده شود.


الف) توان گرمكن برابر
(J/S)
210
است ، پس :

∆θ = 10/47 ° C

ب) Q = 0/8 p * t = 0/8 *1100*120 = 105600 J

∆θ = Q/mc = 105600 / 3*4200 = 8/38 °c

5 – تجربه نشان مي دهد دماي قسمتي از مين كه برف روي آن است تقريباً 10 درجه سليسوس بيشتر از دماي زمين بدون برف است.علت را توضيح دهيد.
با توجه به اينكه برف رساناي ضعيف گرما است. وقتي زمين پوشيده از برف است همانند يك عايق عمل كرده و مانع از انتقال گرما از زمين به هواي سرد مي گردد كه در اين صورت دماي زمين در اين حالت بيشتر از شرايطي است كه زمين بدون پوشش برف است.



تمرين هاي تكميلي و پرسشهاي چهار گزينه اي
تمرين هاي تكميلي فصل 2 :
1 – چرا الكل در اندازه گيري دماهاي پائين به جيوه ارجحيت دارد؟
1) نقطه انجماد آن پائين است و در حدود -114c مي باشد.
2) انبساط آن نسبت به جيوه بيشتر است.
3) ارزان تر از جيوه است.


2 – در چه مواردي از تغيير مقاومت براي اندازه گيري دما استفاده مي شود؟
در فرايندهاي صنعتي اندازه گيري دما و كنترل آن بسيار مهم است و استفاده از دما سنج هاي مايعي براي موارد كارهاي صنعتي مناسب نيستند. در دما سنج هاي مايعي اندازه گيري دما محدود است و از طرفي مي توان دما سنج مقاومتي را طوري طراحي كرد كه به كمك يك وسيله ي عقربه اي يا رقعي كه مقداري دورتر از منبع قرار دارد، دما را اندازه گيري و فرايند گرمايي را كنترل كرد.


3 – چرا در خلاء گرما از طريق رسانايي منتقل نمي شود؟
زيرا رسانش گرما از طريق مولكول ها و الكترون هاي آزاد ماده انجام مي شود و حال اينكه در شرايط خلاء، هيچ ماده اي وجود ندارد كه گرما را از طريق رسانش منتقل كند.


4 – چرا لوله هاي آب كه از زير زمين عبور مي كنند، در سرماي شديد يخ نمي زنند؟
زيرا خاك رساناي ضعيف گرما است و به هنگام سرماي شديد گرماي زمين حفظ شده و باعث گرم ماندن لوله هاي آب در زير زمين مي گردد، از طرفي هوا رساناي ضعيف گرما است و مقدار كمي گرما را از زمين مي گيرد.


5 – اگر هوا رساناي ضعيف گرماست. در نتيجه چرا شخص نبايد بدون لباس احساس گرماي بيشتري را كند؟
اين مطلب درست است كه هوا رساناي ضعيف گرماست، اما حركت هوا در جريان همرفتي گرما را منتقل مي كند ووقتي شخص بدون لباس است، هواي متحرك گرما را از بدنش منتقل مي كند و وي احساس سردي مي نمايد.


6 – يك گلوله فلزي به جرم 2100 گرم و گرماي ويژه 400J/kg °c و دماي 30ْ (سانتي گراد) ‌را تا° 80 ‌ گرم مي كنيم. مقدار گرمايي كه گلوله آهني دريافت مي كند چقدر است؟

7 – 100 گرم آب
C
°80
را با چند گرم آب
20°C
مخلوط كنيم تا دماي تعادل
50°C
شود.


مقدار گرمايي كه آب
C
°20
مي گيرد=
مقدار گرمايي كه آب
80°C
از دست مي دهد

M ₁=100gr
θ ₁= 80ْc
θ₂ = 20° c

θ _t= 50° c

Q = Q₂

m₁c(θ₁ - θ₂) = m₂c(θ_t - θ₂)

100(80-50) = m₂ (50-20) => m ₂= 100 gr

8 – يك قطعه فلز برجرم 5/0 كيلوگرم را تا 100 درجه سانتي گراد گرم كرده و در 200 گرم آب 15 درجه سانتي گراد مي اندازند. اگر دماي تعادل 21 درجه سانتي گراد بشود، ظرفيت گرمايي ويژه ي فلز را حساب كنيد. (ظرفيت گرمايي ويژه آب 4200j/kg°c است)

M ₁=0/5 kgr
θ ₁= 100ْc

M ₂=0/2 kgr

θ₂ = 15° c

θ _t= 21

m₁c₁(θ₁ - θ₂) = m₂c₂(θ_t - 0)

0/5 * c₁(100-21) = 0/2 * 4200(21-15)

39/5 c₁ = 5040 => c₁=127/5  J/Kg ° c

پرسش هاي چهار گزينه اي فصل 2:
1 – يك قطعه 100 گرمي از مس با دماي 81 درجه ي سلسيوس را در ظرف عايقي كه حاوي 200 گرم آب با دماي 15 درجه سلسيوس است مي اندازيم. اگر گرماي ويژه مس و آب به ترتيب 400j/kg.k و 4200j/kg.k باشد، دماي تعادل چند درجه سلسيوس مي شود؟
1) 18
2) 20
3) 23
4)28


2 – يك قطعه ي 500 گرمي از مس را كه دماي آن 67 درجه سانتي گراد است در ظرفي عايق كه حاوي 380 گرم آب در دماي 20 درجه سانتي گراد ‌است مي اندازيم . دماي تعادل چند درجه سلسيوس مي شود؟ (ظرفيت گرمايي ويژه آب و مس به ترتيب 380j.kg.k, 4200j/kg.k و اتلاف گرما ناچيز است؟)
1) 23
2) 24
3) 25
4) 28


3 – يك قطعه آلومينيوم به جرم 70 گرم و دماي 80 درجه سانتي گراد را در ظرفي كه محتوي 100 گرم آب با دماي 11 درجه سانتي گراد مي باشد مي اندازيم، دماي تعادل چند درجه سلسيوس مي شود؟ تبادل گرمايي ظرف ناچيز و گرماي ويژه آب و آلومينيوم به ترتيب 90g/kg °c,4200j/kg°c فرض مي شود.
1)30
2)35
3)15
4)20


4 – درماي دو جسم هم جرم A,B را از 10 درجه سانتي گراد به 15 درجه سانتي گراد مي رسانيم. افزايش انرژي دروني آن چگونه است؟
1) يكسان است
2) Aبيشتر از B است
3) B بيشتر از A است
4) هر سه ممكن است


5 – براي مدرج كردن دما سنج جيوه اي از دو نقطه ثابت دما سنجي يكي ------ در حال----- و درگيري----- درست در بالاي ------ استفاده مي كنند.
1)دماي آب – ذوب – دماي بخار آب – آب در حال جوشيدن
2) دماي آب – تبخير – دماي يخ صفر درجه – آب در حال جوشيدن
3) دماي يخ - ذوب – دماي آب صفر درجه – آب در حال تبخير
4) دماي يخ – ذوب – دماي بخار آب – آب در حال جوشيدن


6 – نمودار تغييرات دماي 10 كيلوگرم از يك ماده بر حسب گرماي داده شده به آن مطابق شكل است، گرماي ويژه جسم چند kj/kg.k است ؟
1)17/0
2)24/0
3)34/0
4)4/2

مقدمه:
فصل 1 – انرژي:
اهداف آموزشي درس فيزيك در آزمايشگاه (1):
مي دانيد كه علوم تجربي را مي توان به دو شاخه علوم فيزيكي و علوم زيستي تقسيم كرد.فيزي واژه اي يوناني و در لغت به معناي طبيعت است. بنابراين علم فيزيك، پديده هاي طبيعي را مورد بحث و بررسي قرار داده و در پي كشف راز و رمز اين پديده هاست. در اين شاخه از دانش بشر مي كوشد علت بروز هر پديده را دريابد و به كمك آن رفتار طبيعت را قانونمند ببيند كه در نتيجه از يك طرف رفتارهاي آينده طبيعت را پيش بيني مي كند و از طرف ديگر در فناوري و صنعت با ساخت ابزارها و ماشين ها ، زندگي را راحت تر و ايمن تر خواهد كرد.
علوم فيزيكي به مطالعه و بررسي پديده هاي مربوط به ماده و انرژي و رابطه ي آن ها با يكديگر مي پردازد و علوم زيستي همين پديده ها را در دنياي زنده مورد بررسي قرار مي دهد. در علوم فيزيكي، مفهوم ها بيشتر شامل موضوع هايي از فيزيك و شيمي است.

شما در اين درس با مباحثي چون :
1- ماهيت انرژي انواع آن ، منابع و بهينه سازي مصرف انرژي
2- دما و گرما، تعادل گرمايي
3- الكتريسته ، جسم رسانا و نارسانا، مولد، مقاومت الكتريكي، توان الكتريكي و بهاي انرژي الكتريكي
4- بازتاب نور، انتشار نور ، كانون آينه مقعر، محاسبه فاصله تصوير تا آينه ي مقعر
5- شكست نور ، زاويه ي حد ، ويژگي هاي عدسيهاي همگرا، محاسبه ي فاصله ي تصوير تا عدسي و ... آشنا مي شويد.

درس فيزيك 1 و آزمايشگاه جزء دروس عمومي متوسطه است بنابراين سعي شده است كه مبحث هايي از فيزيك كه يك شهروند به آن نياز بيشتري دارد انتخاب آورده شود. در واقع سعي شده است بخشهايي انتخاب شود كه دانش آموز را به تفكر وا دارد و با بررسي مسائل راه وروش حل آنها را كشف كند.


فصل 1 – انرژي:
هنگامي كه به اطراف خود نگاه مي كنيم، با پديده هاي مختلفي مواجه مي شويم و سؤال هاي زيادي براي ما مطرح مي شود. با استفاده از علم فيزيك مي توان به اين پرسشها پاسخ داد. امروزه فيزدانان به بررسي و مطالعه پديده ها، از ذره هاي خيلي ريزي همچون اجزاي تشكيل دهنده اتم ها گرفته تا اجسام بسيار بزرگي همچون ستارگان و كهكشان ها مي پردازند. شكل هاي (1-1 تا 1-8) نمونه اي از نتايج پژوهش هاي گسترده فيزيك دانان را نشان مي دهد كه موجب دگرگوني بينش ما نسبت به جهان شده است.

تمرين 1 :
الف) در ده دقيقه دوچرخه سواري با سرعت 21km/h چه مقدار انرژي مصرف مي شود؟
با جدول (1-2) آهنگ مصرف انرژي براي دو چرخه سواري با سرعت 21km/h برابر 42kJ/min تعيين شده است كه در اين صورت انرژي مصرف شده در ده دقيقه به صورت زير بدست مي آيد.

E=42×10=420khJ
يعني در ده دقيقه دوچرخه سواري 420 كيلوژول انرژي مصرف مي شود.

ب ) اگر بازده بدن شخص 15 درصد باشد، با خوردن چه مقدار شير اين انرژي براي او فراهم مي شود؟
انرژي شيميايي موجود در شير 217kj/g مي باشد.

E=42kj
E / E0 = 15/100 => 420 / E0 = 15 / 100 => E 0 = 2800 KJ

براي انجام اين ورزش لازم است ورزشكار 2800kJ انرژي از شير بگيرد، پس :

m = E 0 / 2/7 = 2800 / 2/7 = 1037 gr => m = 1/037 kg

ورزشكار بايد 037/1 كيلوگرم شير بخورد تا بتواند انرژي ده دقيقه دوچرخه سواري را از شير كسب كند.

1-3- انرژي دروني :
به مجموع انرژيهاي جنبشي و پتانسيل ذرات يك ماده انرژي دروني آن جسم گويند. هر گاه به ماده گرما بدهيم. انرژي دروني آن افزايش مي يابد در اثر مالش دو سطح بر روي يكديگر مقداري انرژي به انرژي دروني دو جسم تبديل مي شود كه به آن اصطلاحاً اصطكاك مي گويند. در واقع انرژي حاصل از اصطكاك كه به صورت گرما در مي آيد تلف نشده و فقط انرژي مكانيكي به انرژي دروني تبديل شده است.

تمرين 3 :

اتومبيلي به جرم 1000kg با سرعت
20m/s
(72km/h)
در حال حركت است.
اگر اتومبيل ترمز كند و متوقف شود. چه مقدار انرژي به انرژي دروني جاده و لاستيك ها تبديل مي شود؟
وقتي اتومبيلي ترمز مي كند، تمام انرژي جنبشي اتومبيل به انرژي دروني جاده و لاستيك ها تبديل مي شود، يعني تغيير انرژي جنبشي اتومبيل برابر افزايش انرژي دروني جاده و لاستيك ها مي باشد.

Q = -∆K = -(K2 - K2)
K1 = 1/2 mv2 = 1/2 * 1000 * 202 = 200000 J
K2 = 0
Q = -(0-200000) = 200000 J

قانون پايستگي انرژي , انرژي پتانسيل گرانشي و منابع انرژي و...
1-4 – قانون پايستگي انرژي :
انرژي يك جسم هيچ گاه از بين نمي رود و خود به خود نيز بوجود نمي آيد و همواره پايسته (ثابت) مي ماند، مگر اينكه مقداري از آن را به جسم ديگري بدهد و يا اينكه از جسم ديگر انرژي دريافت كند.
در حالي كه انرژي پايسته مي ماند، ممكن است از يك نوع به نوع ديگر تبديل شود.


تمرين 4:
در مثال 3، اگر در اثر ضربه، 5 ژول انرژي به توپ منتقل شود و جرم توپ 5/0 كيلوگرم باشد، سرعت آن چقدر مي شود؟
انرژي منتقل شده به توپ برابر انرژي جنبشي توپ در لحظه اي شروع حركت است ، پس :

1-5- انرژي پتانسيل گرانشي :
هر گاه جسمي به جرم m را به ارتفاع h از سطح زمين بالا ببريم، كاري كه روي جسم انجام مي دهيم به صورت انرژي پتانسيل درآن ذخيره مي شود و اگر جسم به سطح اوليه خود باز گردد، همين مقدار كار را پس مي دهد. اين انرژي پتانسيل گرانشي گويند و از رابطه ي زير محاسبه مي گردد.

u=mgh
در رابطه بالا

M جرم جسم بر حسب كيلوگرم g شتاب گرانشي زمين كه برابر
9/8 /s2
است .

H ارتفاع از سطح زمين بر حسب متر v انرژي پتانسيل گرانشي جسم بر حسب ژول
در رابطه فوق g شتاب گرانشي زمين است

كه تقريباً در تمام نقاط و سطح زمين مقدار ثابت
9/8 m/s2
است.
را دارد كه تقريباً برابر
10 m /s2

درنظر گرفته مي شود. مقدار g در ارتفاع هاي بسيار زياد تغيير مي كند.
مثال :‌انرژي پتانسيل توپي به جرم 5/0 کيلوگرم كه در ارتفاع 2 متري سطح زمين قرار دارد چقدر است؟

تمرين 5
جرمي به جسم 200 گرم را با سرعت 10m/s در راستاي قائم به طرف بالا پرتاب مي كنيم. با ناديده گرفتن اتلاف انرژي،
الف : انرژي جنبشي آن در لحظه ي پرتاب چقدر است؟

ب) جسم تاچه ارتفاعي بالا مي رود؟
اگر از مقاومت هوا صرف نظر شود در هر لحظه انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل تبديل مي گردد و در نقطه اي اوج كه جسم براي يك لحظه ساكن مي شود و تمام انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل تبديل شده است پس مي توان نوشت :


V 1= 0
K1= 1/2 m V0

يعني جسم تا ارتفاع 5 متر بالا مي رود.

پ ) سرعت توپ در نيمه ي راه چقدر است؟
اگر انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي گلوله در نيمه راه k3,v3 باشد، مي توان نوشت :

V2 = V3 + K3
mgh = mg(h/2) + 1/2 m V23
0/2×10 × 5×= 0/2×10× 2/5 + 1/2 ×0/2 × V23 => V3 = 5?2 m/s

در تعيين انرژي پتانسيل گرانشي يك جسم انتخاب سطح پتانسيل صفر بسيار مهم است. اگر سطح زمين را پتانسيل صفر در نظر بگيريم، هر جسمي كه بالاتر از سطح زمين است داراي انرژي پتانسيل مثبت و هر جسمي كه پائين تر از سطح زمين است داراي پتانسيل منفي است.

1-6 – انرژي پتانسيل كشساني

در شكل بالا گلوله با سرعت V به فنر افقي برخورد كرده و آن را فشرده مي كند. در اين حركت انرژي جنبشي گلوله به فنر منتقل شده و در آن به صورت انرژي پتانسيل كشساني ذخيره مي شود پس از اينكه گلوله متوقف شد. انرژي پتانسيل كشساني فنر باعث مي شود گلوله اين بار بر خلاف جهت قبلي شروع به حركت كند و انرژي پتانسيل كشساني فنر به انرژي جنبشي در گلوله تبديل مي گردد. اگر از اصطكاك صرف نظر شود، بر اساس قانون پايستگي انرژي، سرعت جدا شدن گلوله از فنر برابر سرعت برخورد گلوله با فنر خواهد بود.


انرژي پتانسيل ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.
1-8- منابع انرژي :
منابع انرژي به دو دسته تجديد پذير و تجديد ناپذير تقسيم مي شوند. انرژيهاي تجديد ناپذير فقط يكبار قابليت مصرف دارند، اما انرژيهاي تجديد پذير تمام نمي شوند. برخي از اين منابع عبارتند از :
الف – انرژي خورشيدي، باد، امواج دريا، انرژي هيدروالكتريك (برق آبي)، انرژي زمين گرمايي، سوخت هاي گياهي (بيومس)

الف – منابع انرژيهاي تجديد ناپذير
اين انرژيها فقط يكبار قابليت مصرف دارند.
منابع انرژي محدود است و پس از مدتي تمام مي شود
سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي هسته اي از منابع انرژي تجديد ناپذير هستند

سوخت هاي فسيلي ( منابع انرژي تجديد ناپذير) :
1.سوخت هاي فسيلي چگونه تشكيل مي شوند؟ به چه كاربردي در صنايع پالايش دارند؟
جواب : تنه هاي پوسيده درختان و باقي مانده ي جانوران در زير گل و لاي در طي ميليون ها سال تحت فشار و دماي مناسب به زغال سنگ نفت و گاز تبديل مي شوند كه به آنها سوخت هاي فسيلي مي گويند.
با استفاده از سوخت هاي فسيلي هزاران ماده چون قطران، بنزين، نفت سفيد، نفت ، گاز ، روغن موتور، رنگ ، كود شيميايي، دارو، پلاستيك و حتي غذا در صنايع پالايش و پتروشيمي بدست مي آيد.

2 – سوخت هسته اي چيست و چگونه از آن استفاده مي شود؟
جواب :
الف) هسته اتمهاي سنگين مانند اورانيوم و توريسم مي توانند با واكنش شكافت هسته اي انرژي زيادي را آزاد كنند. به اين مواد سوخت هسته اي مي گويند.

ب ) در واكنش شكافت هسته اي، هسته ي اتم سنگين بر اثر واكنش با نوترون به دو هسته ي سبك تر شكافته مي شود و گرماي زياد آزاد مي شود. اين واكنش معمولاً در راكتور هسته اي انجام مي شود.


3 – راكتور هسته اي چيست؟
كوره اي كه سوخت آن ماده ي شكافت پذير است مانند اورانيوم


4 – استفاده از سوخت هاي هسته اي چه مشكلاتي دارد؟
جواب
الف. مقدار عناصر شكافت پذير محدود و تمام شدني است.
ب : بهره برداري از راكتورهاي هسته اي مشكل و پرهزينه مي باشد.
پ : سوخت هاي هسته اي (هسته ي اتم هاي شكافت پذير) پرتو او بسيار خطرناك است.
ت: محصولات حاصل از شكافت شديداً پرتوزا نگهداري و دفن آنها از نظر زيست محيطي بسيار مشكل و پرهزينه است.
ث: حوادث راكتورها خطرناك است و در صورت وقوع محيط زيست آلوده مي شود.


منابع انرژي تجديد پذير و تجديد ناپذير
منابع انرژي تجديد پذير :
• منابع انرژي تجديد پذير تمام نمي شوند.
• منابع معمولاً محيط زيست را آلوده نمي كنند
• منابع انرژي چون انرژي خورشيدي و ... از جمله منابع انرژي تجديد پذير مي باشند.
منابع انرژي تجديد پذير :
• منابع انرژي تجديد پذير تمام نمي شوند.
• منابع معمولاً محيط زيست را آلوده نمي كنند
• منابع انرژي چون انرژي خورشيدي و ... از جمله منابع انرژي تجديد پذير مي باشند.
انرژي خورشيد :
1 – انرژي كه زمين از خورشيد مي گيرد چه مي شود؟
نيمي از اين انرژي به سطح زمين و آب اقيانوسها مي رسد و آب و هواي زمين را گرم مي كند و مقداري از آن بر اثر فتوسنتز به صورت انرژي شيميايي جذب گياهان و سبب گرم شدن آنها مي شود.

2 – مقدار كل انرژي دريافتي زمين از خورشيد چقدر است؟
در هر ثانيه معادل انرژي حاصل از سوختن سه ميليون تن بنزين است.

3- روش هاي بهره گيري از انرژي خورشيدي را بنويسيد.
الف) استفاده از صفحه هاي خورشيدي در آب گرم كن ها با دماي كم كه نور خورشيد را به انرژي گرمايي تبديل مي كند.
ب) استفاده از آينه هاي مقعر بزرگ در كوره هاي خورشيدي كه پرتوهاي خورشيد در ناحيه اي كوچك متمركز مي شود. از اين روش مي توان براي تبديل آب به بخار در يك نيروگاه برق استفاده كرد.
پ) استفاده از سلول هاي خورشيدي كه نور خورشيد را مستقيماً به الكتريسته تبديل مي كنند. از اين روش مي توان انرژي لازم براي دستگاههاي برقي ، مخابراتي و ماهواره ها را تهيه كرد.

ب : انرژي باد :
از انرژي باد چگونه استفاده مي شود؟
توربين هاي بادي نيروگاههاي بادي و پره هاي بزرگ آسياهاي بادي را در مسير باد قرار مي دهند تا پره هاي آنها را به گردش در آورد. اما توربين هاي بادي معمولاً پر سر و صدا هستند و منظره هاي طبيعي را خراب مي كنند. بنابراين طرفداران محيط زيست با استفاده از اين نيروگاهها مخالفند.

ج) انرژي امواج دريا :
1. از انرژي امواج دريا چگونه استفاده مي شود؟
افت و خير امواج دريا را به كمك نوعي مبدل مي توان به انرژي الكتريكي تبديل كرد. شكل (1-18) طرحي از چگونگي مهار انرژي امواج دريا را مشاهده مي كنيد.

ت ) انرژي هيدرو الكتريك( برق آبي) :
1. انرژي هيدروالكتريك چيست؟
جمع آوري آب از ارتفاع زياد به سطح پائين تر در پشت يك سد براي راه اندازي توربين آبي متصل به يك مولد برق را انرژي هيدروالكتريك (برق آبي) مي گويند.
بيشتر نيروگاهها در مناطقي ساخته مي شوند كه آب كافي دارند و ميزان بارندگي ساليانه در آنها بيشتر از نقاط ديگر است.

2. استفاده از سدهاي آبي چه مشكلاتي دارد؟
الف) زمين هاي منطقه ي پشت سد به زير آب مي رود
ب) زيستگاه منطقه عوض مي شود.

ث) انرژي زمين گرمايي:
1. منظور از انرژي زمين گرمايي چيست؟ و در چه مناطقي مي توان از آن استفاده كرد؟
گرماي موجود در زير سطح كره زمين انرژي زمين گرمايي مي گويند. در مناطقي كه به عنوان محل آتش فشان يا زلزله شناخته مي شوند مي توان ازاين انرژي استفاده كرد.


2. چگونه از انرژي زمين گرمايي استفاده مي شود؟
در يك سيستم آب سرد از طريق مجرايي به طرف صخره هاي داغ در عمق زمين مي رود و از طريق مجرايي ديگر به صورت آب گرم يا بخار خارج مي شود كه از آن براي گرم كردن خانه ها و يا به راه انداختن توربين بخار استفاده مي شود.
انرژي زمين گرمايي در صورتي تجديد پذير محسوب مي شود كه انرژي كه از آن برداشته مي شود. بيش از انرژي اي نباشد كه از طريق مركز جايگزين مي شود همچنين مقدار آب تزريق شده و آب خارج شده برابر باشد.

ج) سوخت هاي گياهي (بيومس)‌:
1. سوخت هاي گياهي (بيومس) شامل چه سوخت هايي مي باشند؟
اين سوخت ها شامل محصولات زراعي، بقاياي محصولات گياهان طبيعي، فضولات حيوانات و فاضلاب هاي انساني مي باشد.


2 – چگونه ازسوخت هاي گياهي استفاده مي شود؟
با تخمير سوخت هاي گياهي توسط آنزيم ها و يا تجزيه آن ها توسط باكتريها در نبود هوا مي توان مواد سوختي از قبيل الكل و گاز متان توليد كرد و سوخت هاي گياهي مايع را مي توان به جاي بنزين استفاده كرد.

3 – مزاياي استفاده از سوخت هاي گياهي مايع به جاي بنزين چيست؟
انرژي سوخت هاي گياهي مايع 50 درصد كمتر از بنزين است. ولي سرب و گوگرد ندارند و در اثر سوختن آنها آلودگي كمتري ايجاد مي شود.


4 – زيست گاز چيست؟
مخلوطي از متان و كربن دي اكسيد و با انرژي حدود 70 درصدگاز طبيعي است.


1-8 – بهينه سازي مصرف انرژي :
به هنگام استفاه از انرژيهايي كه در دسترس داريم، قسمتي از آنها به صورت انرژي دروني درآمده و به اصطلاح تلف مي شود. به طور مثال در موتور اتومبيل اصطكاك قسمت قابل توجهي از انرژي را به صورت گرما در مي آورد. براي استفاده از اين انرژي بايد موارد زير را بكار گرفت:
1. استفاده از وسايل نقليه ي عمومي
2. عايق بندي بهتر ساختمانها
3. استفاده از موتورهايي كه راندمان بالاتري دارند.
4. استفاده درست از انرژي الكتريكي
5. با استفاده ي مناسب از منابع كشاورزي و منابع طبيعي، انرژي شيميايي در گياهان و طبيعت وجود دارد را حفظ كنيم.
انرژي الكتريكي چيست؟
قابليت انجام كار به وسيله جريان الكتريكي را انرژي الكتريكي مي گويند. وقتي وسايل برقي روشن مي شوند، انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي تبديل مي شود و يا در يك لامپ روشن انرژي الكتريكي به انرژي نوراني و حرارتي تبديل مي شود.

واژه ها و فرمول هاي كليدي :
1 – قابليت انجام كار يا ظرفيت انجام كار را انرژي آن جسم مي گويند و در SI يكاي اندازه گيري آن ژول است.
2- قابليت انجام كار به لحاظ انرژي اي كه در مواد شيميايي مختلف وجود دارد را انرژي شيميايي مي گويند. در SI يكاي اندازه گيري آن KJ/g مي باشد.
3 – آهنگ مصرف انرژي ، مقدار انرژي است كه در يك زمان معين مصرف مي شود (توان مصرف انرژي) . در SI يكاي اندازه گيري آهنگ مصرف انرژي kjmin مي باشد.
4 – انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي گويند.
5 – به مجموع انرژيهاي جنبشي . پتانسيل ذرات يك ماده انرژي آلي آن جسم مي گويند.
6- در حالي كه انرژي پايسته مي ماند، ممكن است از يك نوع به نوع ديگر تبديل شود (قانون پايستگي انرژي)
7 – انرژي ذخيره شده در يك جسم به خاطر اختلاف سطح با زمين را انرژي پتانسيل گرانشي مي گويند.
8 – انرژي ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.
9 – منابع انرژي به دو دسته ي تجديد پذير و تجديد ناپذير تقسيم مي شوند.
10 – منابع انرژي كه فقط يكبار قابليت مصرف دارند را تجديد ناپذير مي گويند (سوخت هاي فسيلي)
11 – منابع انرژي اي كه تمام نمي شوند را تجديد پذير مي گويند (انرژي خورشيد)

1-2 – انرژي جنبشي :
انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي گويند. اين انرژي با جسم متناسب و با مجذور سرعت جسم نيز متناسب است و از رابطه ي زير محاسبه مي شود:
در اين رابطه k= 1/2 m v2
M جرم جسم بر حسب كيلوگرم (kg)
V سرعت جسم بر حسب متر بر ثانيه( K(m/s ، انرژي جنبشي جسم بر حسب ژول (J) براي تبديل يكاي Km/h به متر بر ثانيه و بالعكس به صورت زير عمل مي كنيم .

Km/h × /13/6 m/s
m/s × /13/6 km/h
نكته :‌انرژي جنبشي يك جسم با جرم جسم و مجذور سرعت آن نسبت مستقيم دارد. اگر جرم جسم دو برابر شود . انرژي جنبشي دو برابر و اگر سرعت جسم دو برابر شود، انرژي جنبشي آن چهار برابر مي شود.
تمرين 2 :
گلوله اي به جرم 100g و انرژي جنبشي 20j با سرعت ثابت در حال حركت است. سرعت اين گلوله چقدر است ؟
ابتدا جرم را به كيلوگرم تبديل مي كنيم

فرمول ها:

پاسخ دهيد وتمرينات پاياني فصل 1 : (انرژي)
1 – توپي را كه در روي زمين است و حركت مي كند، در نظر بگيريد. سرعت توپ رفته رفته كم شده و بالاخره متوقف مي شود.انرژي جنبشي توپ كجا رفته است؟
اصطكاك عاملي است كه باعث توقف توپ مي گردد و در اثر اصطكاك انرژي جنبشي توپ تبديل به انرژي دروني در توپ و زمين مي گردد.

2 – در فصل سوم كتاب علوم تجربي سال اول راهنمايي با اثرگرما بر حالت مواد آشنا شديد. با توجه به آنچه تاكنون فرا گرفته ايد حالت هايي را نام ببريد كه :
الف – افزايش انرژي دروني جسم بصورت گرمتر شدن آن ظاهر مي شود.
ب- افزايش انرژي دروني جسم بصورت گرمتر شدن آن ظاهر نمي شود.

الف) ميله اي فلزي را گرم مي كنيم تا دماي آن از °20 (سانتي گراد) به °80 برسد. با گرم كردن ميله انرژي دروني آن افزايش مي يابد و دماي آن از 20ْ C درجه به 80ْ C مي رسد.
ب) مخلوط آب و يخ را گرم مي كنيم تا زماني كه تمام يخ ذوب نشده است ، دماي آب و يخ صفر درجه سانتي گراد است. اين نشان مي دهد كه پدديده ي ذوب يك فرآيند گرماگير است و با گرفتن گرما در دماي ثابت انرژي دروني جسم افزايش يافته و از حالت جامد به مايع تبديل مي شود.


3- الف – فرض كنيد توپي را بدين راه‌، مثلاً نقطه C در شكل (1-10) متوقف كنيم. اگر آن را رها كنيم حركت توپ چگونه خواهد بود. آيا مي توان گفت كه در نقطه C توپ داراي انرژي پتانسيل گرانشي است ؟ شكل (1-10( ص 13
الف – هر گاه توپ تا نقطه ي cبالا برده شود در آن انرژي پتانسيل گرانشي نسبت به سطح زمين ذخيره مي گردد هر گاه آن را در نقطه Cرها كنيم. به لحاظ انرژي پتانسيلي كه دارد، به طرف پائين حركت مي كند و هر لحظه انرژي پتانسيل آن به انرژي جنبشي تبديل مي گردد.
انرژي پتانسيل توپ در نقطه c برابر (u=mgh) مي باشد كه hc ارتفاع قائم نقطه ي c تا سطح زمين مي باشد.

ب) فرض كنيم در شكل (1-10) اصطكاك وجود نداشته باشد آيا توپ مي تواند بالاتر از نقطه B برود؟
وقتي توپ سطح شيبدار را بالا مي رود. قسمتي از آن انرژي صرف غلبه بر اصطكاك مي گردد. به صورت انرژي دروني در مي آيد تا به نقطه B برسد. حال اگر سطح بدون اصطكاك باشد، در نقطه B توپ باز همه انرژي جنبشي خواهد داشت و مي تواند از اين نقطه نيز بالاتر برود.

4 – در شكل (1-13) هنگاميكه گلوله در نقطه C بين دو نقطه A,B قرار دارد. آيا انرژي پتانسيل در فنر ذخيره شده است؟ آيا گلوله داراي انرژي جنبشي است؟
در نقطه c قسمتي از انرژي جنبشي گلوله به صورت انرژي پتانسيل كشساني در فنر تبديل مي گردد و چون گلوله هنوز متوقف نشده است، داراي انرژي جنبشي است.

ب) فرض كنيد پس از برخورد گلوله با فنر، گلوله فنر بچسبد، حركت بعدي گلوله را توصيف كنيد و تبديل هاي انرژي را با استفاده از قانون پايستگي انرژي توضيح دهيد.
اگر گلوله به فنر بچسبد، در دستگاه فنر و گلوله انرژي پتانسيل كشساني به انرژي جنبشي بالعكس تبديل مي شوند و چون سطح داراي اصطكاك است. رفته رفته انرژي دستگاه به انرژي دروني تبديل مي شود و پس از چند حركت رفت و برگشت گلوله در راستاي افقي در آخر تمام انرژي دستگاه به صورت انرژي دروني درآمده و گلوله متوقف مي شود.


5 – در اسباب بازيهاي كودكي ، انرژي لازم براي حركت آنها از كجا تأمين مي شود؟
به وسيله انرژي كشساني فنر، در كوك اسباب بازي انرژي مكانيكي به صورت انرژي كشساني در فنر ذخيره مي شود. به هنگام كار كردن اسباب بازي مورد استفاده قرار مي گيرد.

تمرينات پاياني فصل اول
1 – با توجه به جدول (1-2) به پرسش هاي زير پاسخ دهيد :
الف – اگر شخصي يك شبانه روز بخوابد، چه مقدار انرژي مصرف مي كند؟
باتوجه به اين جدول، آهنگ مصرف انرژي براي خوابيدن 5kJ/min مي باشد كه به صورت زير در يك شبانه روز محاسبه مي گردد:

5×60×24=7200kJ

ب : انرژي كه براي يك ساعت نشستن در كلاس مصرف مي شود بيشتر است يا انرژي كه صرف ده دقيقه دوچرخه سواري مي شود؟

باز با توجه به اين جدول آهنگ مصرف انرژي براي نشستن در كلاس درس
KJ/MIN
6/12

و آهنگ مصرف انرژي براي دوچرخه سواري باسرعت
(13-18km/h)
برابر
23/9kJ/min
و با سرعت 21km/h برابر 42kj/min مي باشد.

12/6×60=756kj يك ساعت در كلاس
23/9×10=239kj دوچرخه سواري معمولي در ده دقيقه
42 × 10 = 420 KJ دوچرخه سواري تند در ده دقيقه

پس نشستن در كلاس درس به مدت يك ساعت انرژي بيشتري لازم دارد.


2 – توپي را از ارتفاع يك متري سطح زمين از حال سكون رها مي كنيم. توپ بعد از برخورد با زمين با ارتفاع كم تر از يك متر بالا مي رود اين مثال را بر اساس پايستگي انرژي توضيح دهيد.
وقتي يك توپ از ارتفاع h رها مي شود. انرژي پتانسيل آن به اندازه U=mgh مي باشد و وقتي به سطح زمين مي رسد تمام انرژي پتانسيل توپ به انرژي جنبشي تبديل مي گردد و قسمتي از آن صرف مقاومت هوا مي گردد، در برخورد با زمين و تغيير جهت توپ قسمتي از انرژي توپ به انرژي دروني تبديل مي گردد در اين صورت انرژي توپ به خاطر مقاومت هوا و برخورد با زمين كاهش مي يابد و توپ تا ارتفاع كمتر از يك متر بالا مي رود.
3 – با استفاده از رابطه ي انرژي پتانسيل گرانشي جدول زير را كامل كنيد.