فيزيك سال سوم دبيرستان
1 -القای الکترو مغناطیس را تعریف کنید؟
ایجاد جریان الکتریکی را در یک رسانا، توسط تغییرات مغناطیسی،القای الکترومغناطیسی می نامند.
2-آزمایشی طراحی کنید که پدیده القای الکترومغناطیس را نشان دهد؟
یک سیم پیچ را به گالوانومتر متصل می کنیم آنگاه آهنربایی را به درون سیم پیچ وارد می کنیم،مشاهده می شود که عقربه گالوانومتر جریانی را نشان می دهد. یعنی با تغییرات میدان مغناطیسی در سیم پیچ جریان الکتریکی ایجاد کرده ایم.
3-اگر در آزمایش بالا آهنربا را از قطب مخالف به سیم پیچ نزدیک کنیم چه تغییری مشاهده می شود؟
جریان ایجاد شده در سیم پیچ بر عکس قبلی خواهد بود و عقربه گالوانومتر به سمت دیگر حرکت می کرد.
4-آهنربا را از قطب N وارد سیم پیچ کنید، بطوریکه از درون سیم پیچ عبور کرده و از سمت دیگر آن خارج شود.مشاهدات خود را بنویسید.
مشاهده می شود که در هنگام وارد شدن آهنربا به سیم پیچ عقربه گالوانومتر منحرف شده و جریان را نشان می دهد. در هنگام خروج آهنربا از سیم پیچ عقربه گالوانومتر در جهت مخالف منحرف شده و جریان را در جهت مخالف نشان می دهد.
5-چرا جهت جریان القاء شده هنگام وارد کردن آهنربا به سیم پیچ با جریان القا شده در هنگام خروج آهنربا مخالف یکدیگر است؟
زیرا بر اساس قانون لنز در هنگام ورود آهنربا ، میدان دائما در حال افزایش است. ولی در هنگام خروج آهنربا میدان مغناطیسی در حال کاهش است پس جهت جریانهای ایجاد شده مخالف هم خواهند بود.
6-چه عواملی باعث ایجاد جریان القایی موثر هستند؟
1-تغییرات میدان مغناطیسی B∆
2-تغییرات مساحت مدار بسته A∆
3-زاویه بین حلقه عمود بر سطح و میدان مغناطیسی
7-منظور از شار مغناطیسی چیست؟
در حقیقت عامل اصلی ایجاد جریان القایی را تغییرات شار مغناطیسی می نامیم که دربرگیرنده سه عامل، تغییرات میدان مغناطیسی،تغییرات مساحت و تغییرات زاویه می باشدφ= BA cos θ
8-سه روش ایجاد جریان القایی (یا تغییرات شار مغناطیسی)در یک پیچه بیان کنید:
الف)پیچه را در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می دهیم،مانند نزدیک کردن آهنربا به سیم پیچ
φ=Δ B.A cos θ Δ
ب)پیچه را در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار می دهیم و سطح آنرا تغییر می دهیم .مثلا با دست پیچه را محکم می کشیم.(تغییرات سطح A∆)
Δ φ= B. ΔA cos θ
پ)پیچه را در یک میدان مغناطیسی یکنواخت بدون تغییر مساحت قرار می دهیم و پیچه را می چرخانیم ( تغییرات زاویه )
Δ φ= B. A (cos θ2 – cosθ1)
9-آزمایشی طراحی کنید که نشان دهد هر چه تغییرات شار سریع تر شود میزان جریان القایی چه تغییری می کند؟
آهنربا را از قطب N به آهستگی به درون سیم پیچ نزدیک می کنیم و عده ای را که گالوانومتر نشان می دهد را یادداشت می کنیم ₁I
همان آهنربا را از قطب N و با سرعت به درون سیم پیچ نزدیک می کنیم و عددی را که گالوانومتر نشان می دهد را یادداشت می کنیم ₂I
مشاهده می شود که اگر سرعت تغییرات شار زیاد شود،اندازه جریان القایی را نیز افزایش می دهد. ₂ I>₁I
10-قانون القای الکترومغناطیسی فارادی را بیان کنید و رابطه آنرا بنویسید؟
هرگاه شار مغناطیسی ای که از مدار بسته ای می گذرد تغییر کند ،نیرو محرکه ای دز آن القا می شود که بزرگی آن با آهنگ تغییر شار مغناطیسی متناسب است
ε = - N dφ/dt
11-یکای شار مغناطیسی در SI چیست؟
یکای شار را "وبر" می نامیم و آنرا با نماد (bw ) نشان می دهیم
یک وبر معادل یک تسلا متر مربع می باشد.
12-علامت منفی در فرمول ε = - N dφ/dt نشان دهنده ی چیست؟
نشان دهنده ی آن است که طبق قانون لنز جهت نیروی محرکه القایی همواره با تغییرات شار مخالفت می کند.
13-جریان القایی چیست؟
نیروی محرکه القایی در پیچه جریانی تولید می کند که به آن جریان القایی گفته می شود.
14-فرمول جریان القایی چیست؟
I = ε/R ………. ε = - N dφ/dt …… I = - (N/R).( dφ/dt)
15-قانون لنز را بیان کنید؟
جهت جریان القایی در مدار همواره با تغییرات شار مخالفت می کند.
16-آزمایشی طراحی کنید که بیانگر قانون لنز باشد؟
سیم پیچی را به گالوانومتر متصل می کنیم،آهنربایی را از قطب N یه سیم پیچ نزدیک می کنیم (افزایش میدان ←افزایش شار) مشاهده می شود که عقربه گالوانومتر به سمت راست منحرف شده است.
حال آهنربایی را از قطب N از پیچه دور می کنیم.مشاهره می شود که عقربه گالوانومتر به سمت چپ منحرف می شود یعنی جریان در خلاف جهت اولی ایجاد شده است.(کاهش میدان← کاهش شار)
نکته: نزدیک شدن آهنربا← افزایش میدان مغناطیسی ←افزایش شار← نیروی محرکه منفی← جریان منفی
دور شدن آهنربا← کاهش میدان مغناطیسی← کاهش شار← نیروی محرکه مثبت← جریان مثبت
17-آیا با جریان در سیم لوله ،اندازه میدان مغناطیسی هم تغییر می کند؟
(به بیان ساده تر آیا در سیم لوله یا القاگر با تغییر دادن جریان تغییرات میدان مغناطیسی را خواهیم داشت؟)
بله،زیرا میدان مغناطیسی سیم لوله از فرمول I n 0ϻ = B بدست می آید در نتیجه با تغییر دادن I میزان B هم تغییر خواهد کرد.
18-آیا با تغییر جریان در سیم لوله (القاگر) می توانیم جریان القایی در مدار بوجود آوریم؟
بله،با توجه به سوال قبلی ، با تغییر جریان در حقیقت یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد کرده ایم که سیم لوله در این میدان قرار گرفته است.پس باید طبق فرمول ε = - N dφ/dt شاهد تغییر شار و ایجاد نیرو محرکه و در نهایت ایجاد یک جریان القایی در مدار سیم لوله می باشیم.
19-خود القایی چیست؟
هرگاه جریانی که از یک سیم لوله یا پیچه می گذرد،تغییر کند.در آن نیرو محرکه ای بوجود می آید که با عامل تغییر جریان مخالفت می کند و به آن نیروی محرکه خودالقایی گفته می شود.این پدیده را خودالقایی گویند.به بیان ساده تر :
به این پدیده که تغییر جریان در یک مدار باعث ایجاد نیروی محرکه القایی در همان مدار می شود،خودالقایی می گویند.
20-آیا اگر جریان گذرنده از یک سیم لوله را ثابت کنیم،نیروی محرکه خودالقایی ایجاد می شود؟
خیر،زیرا جریان ثابت است پس تغییرات میدان مغناطیسی و در نتیجه تغییرات شار را نخواهیم داشت و طبق ε = - N dφ/dt نیروی محرکه نیز ایجاد نمی شود و برابر صفر می باشد.
21-ضریب خودالقایی(یا القاییدگی) را تعریف کنید؟
به L در فرمول نيرو محركه خودالقايي، ضريب خودالقايي ميگويند و واحد ان نيز هانري ميباشد
22-فرمول ε = - L dI/dt را ثابت کنید؟
Φ=b I εL = - N dφ/dt
εL = - L dI/dt ε = - Nb dI/dt Nb = L ………
23-یکای خودالقایی چه نام دارد،آنرا تعریف کنید؟
هانری،یک هانری ضریب خودالقایی سیم لوله است که جریانی با آهنگ تغییر یک آمپر بر ثانیه از آن می گذرد و نیروی محرکه ای برابر یک ولت در آن القا می کند.
24-منظور از القا گر چیست؟
به هر قسمتی از مدار که خاصیت خودالقایی داشته باشد،القاگر می گویند. مثلا پیچه و سیم لوله در مداری با جریان متغیر،القاگر هستند.
25-ضریب خودالقایی سیم لوله را بدست آورید؟
B = K μ0 NI/L
Φ = AB = A K μ0 NI/l > ε = - N dφ/dt
ε = - N2 K μ0( A/L).(d I/ dt) > ε = -L dI/dt
L= k μ0 N2 A/L
26-آیا با تغییر جریان،ضریب خودالقایی نیز تغییر می کند؟
خیر،ضریب خود القایی از مشخصه های ساختاری القاگر است که به جریان متغیری که از آن می گذرد بستگی ندارد.
27-ضریب خودالقایی به چه عواملی بستگی دارد؟
طبق فرمول L = kμ0N2A/L
-تعداد دور سیم لولهN : -با افزایش تعداد دورها ،ضریب خودالقایی نیز افزایش می یابد.
-سطح مقطع سیم لوله : با افزایش سطح مقطع ضریب خودالقایی افزایش می یابد.
-طول سیم لوله، : با افزایش طول سیم لوله ضریب خودالقایی کاهش می یابد.
- تراوایی نسبی هسته K : با افزایش K ضریب خودالقایی افزایش می یابد.
28-دو سیم لوله با سطح مقطع وتعداد دور یکسان در نظر بگیرید، اگر طول یکی از سیم لوله ها دو برابر دیگری باشد،نسبت ضریب خودالقایی آنها چقدر است؟
L1=2L2 L2 = kμ0N2A/L2 > L1 = kμ0N2A/L1
L1 = kμ0N2A/2L2 = (1/2) kμ0N2A/L2 = L2/2
نکته: دو سیم لوله مشابه با طولهای نا برابر را اگر در اختیار داشته باشیم، همواره سیم لوله بلندتر دارای ضریب خودالقایی کمتری خواهد بود و نسبت ضریب خودالقایی آنها برابر نسبت وارون طول آنها است. (L2 / L1) = (L1/L2)
29- تراوایی نسبی مغناطیسی هسته چیست؟
K در فرمول B = K μ0 NI/L ضریبی است که به جنس هسته درون سیم لوله وابسته است.اگر درون سیم لوله فقط هوا باشد 1 =K و کمترین مقدار لوله خواهد بود با قرار دادن هسته درون سیم لوله ،خاصیت سیم لوله افزایش می یابد.
نکته :در این فصل آزمایش 5-2، شکل 5-16 اهمیت دارد.
30-انرژی ذخیره شده در القاگر(سیم لوله)را تعریف کنید؟
هنگامی که به دو سر القاگر ولتاژی وصل شود،از طرف القاگر انرژی داده می شود.مقداری از این انرژی در مقاومت R تلف شده و مابقی در میدان مغناطیسی سیم لوله ذخیره می شود. U = (1/2) L I2
به بیان ساده انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی القاگر حاصل از عبور جریان از القاگر را گویند.
31-رابطه انرژی القا گر را بر حسب ویژگی های القاگر بنویسید؟
= (Kμ0N2 I2 A / 2L) = 1/2 (Kμ0N2 A /L) I2 U = (1/2) L I2
32-جریان متناوب چیست؟
اگر جریان الکتریکی ایجاد شده در یکبازه زمانی مشخص به صورت تناوبی تغییر کندو بعد از هر دوره تناوب جهتش عوض شود، جریان متناوب خواهد بود.
33-متداول ترین روش تولید جریان متناوب چیست؟چرا؟
متداولترین روش تولید جریان القایی،تغییر زاویه α است.زیرا ساده ترین راه برای تغییر شار ،تغییر زاویه α می باشد.
34- دوره یا زمان تناوب را تعریف کنید؟
زمان چرخش یک دوره را دوره یا زمان تناوب می گویندو آنرا با T نشان می دهند.
35-بسامد زاویه ای چیست؟
بسامد زاویه ای یا ω مشخص می کند که برابر /T Π2 =ω می باشد به ω سرعت زاویه ای هم می گویند.( مطالب پیش دانشگاهی در زمینه حرکتهای دورانی)
36- با توجه به دوره و بسامد زاویه ای ، زاویه α را بنویسید؟
α =2Π t / T = ω. t
t زمان مورد نظر T دوره حركت ω بسامد زاويه اي
37-ثابت کنید که شار متناوب از رابطه φ=φ max .cos ωt بدست می آید؟
α= ωt > φ = AB cosα >>
φ = AB cos(ωt) = φmax. cos ωt
38-فرمول نیروی محرکه متناوب را اثبات کنید؟
φ=φ max .cos ωt = AB cos ωt
ε = - N dφ/dt = -N( d(φ max .cos ωt)/ dt) = + N AB ω sin ωt
ε =+ N AB ω sin ωt >> ε = ε max sin ωt
ε max =+ N AB
39-فرمول جریان الکتریکی متناوب را بدست آورید؟
I = ε/R ε = ε max sin ωt
I=( ε max /R) sin ωt = I MAX sin ωt
I MAX = NABω/R
40-مولد صنعتی جریان متناوب چیست؟
در صنعت برای ایجاد جریان متناوب از مولدهای مخصوص استفاده می شود که در این مولدها،پیچه هاساکن هستند و آهنربا ها در مقابل آن می چرخند.این مولدها را مولد صنعتی جریان متناوب می نامند.
41- در مدار زیر در دو حالت زیر جهت نیروی محرکه القایی را در سیم لوله مشخص کنید(با ذکر دلیل)
الف)با افزایش رئوستا:
وقتی مقاومت خارجی افزایش می یابد،با توجه به ثابت بودن اختلاف پتانسیل باتری(مولد) جریان مدار تغییر کرده و کاهش می یابد.در اثر کاهشI ،میدان مغناطیسی درون سیم لوله و شار عبوری از سیم لوله کاهش یافته و در نتیجه یک نیروی محرکه خودالقایی در سیم لوله ایجاد می شود تا از کاهش جریان جلوگیری کند – به عبارتی سیم لوله همانندمولدی می شود تا جریان خودالقایی را در جهت،جریان اصلی مدار تولید کند – نیرو محرکه خودالقایی هم جهت با نیرو محرکه باتری
ب)با کاهش مقاومت رئوستا:
وقتی مقاومت خارجی کاهش می یابد،جریان مدار تغییر کرده و افزایش می یابد که افزایش جریان مدار I باعث افزایش میدان مغناطیسی سیم لوله و شار عبوری از سیم لوله می شود،در نتیجه یک نیروی محرکه خود القایی در سیم لوله ابجاد می شود تا با افزایش شار مخالفت کند – به عبارتی سیم لوله همانند مولدی می شود تا جریان خودالقایی را در خلاف جهت جریان خودالقایی را در خلاف جهت جریان اصلی مدار تولید کند – نیروی محرکه خودالقایی مخالف با نیروی محرکه باتری
42-آزمایش (5-2)صفحه 194 را پاسخ دهید؟
الف)در هنگام وصل کلید: با توجه به حالت موازی لامپ و القاگر در هنگام وصل کلید،جریان اصلی مدار افزایش یافته و جریان خودالقایی در خلاف جهت جریان اصلی ایجاد می شود در نتیجه قسمت اعظم جریان از شاخه لامپ می گذردو لامپ ناگهان پر نور و سپس به نور عادی باز می گردد.
ب)در هنگام قطع کلید:جریان اصلی مدار به صفر می رسد.جریان خودالقایی در القاگر ایجاد شده که از شاخه لامپ می گذرد و لامپ را پرنور و سپس خاموش می کند.
43-جهت جریان خودالقایی را در سیم لوله B در 2 حالت زیر مشخص کنید و قطب های سیم لوله B را در 2 حالت مشخص نمائید
الف)کاهش مقاومت رئوستا باعث افزایش I شده 'I باید به شکلی ایجاد شود که با افزایش شار مقابله کند پس :
ب)افزایش مقاومت رئوستا باعث کاهش جریان I در مدار A شده و باید جریان القایی ایجاد شده با کاهش شار مخالفت کند
پیروز و سربلند باشید
منبع:وبلاگ کلاس فیزیک
وان دوگراف دستگاهی است که میتواند مقدار زیادی الکتریسیته ساکن تولید کند، درست مثل ابرها؛
