برای بیشتر اهرمها ، اصطکاک در محل تکیه گاه خیلی کوچک است و بنا براین بازده به صددرصد نزدیک است. در نتیجه نسبت بازوها خیلی نزدیک به نسبت نیروهاست و معمولا هیچگونه تصحیحی در محاسبه مزیت مکانیکی اهرم لازم نیست. سوال مهم دیگری مطرح است و آن اینکه آیا قضیه کار و انرژی در مورد اهرمها صادق است؟ اهرمها را بر حسب موقعیت نسبی تکیه گاه ، نیروی مقاوم و نیروی محرک دسته بندی می‌کنند. اهرم نوع اول : تکیه گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک قرار دارد. مانند انبردست ، آچار فرانسه ، قیچی و ... .   اهرم نوع دوم : نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد. مانند فندق شکن)) و ... .   اهرم نوع سوم : نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد. مانند قندگیر ، انبرک ، پنس و ... .

 توضیحات همراه بامثال انواع اهرمها

اهرمها احتمالاً جزء اولین ابزارهایی هستند که در دوران ما قبل تاریخ توسط انسانها مورد استفاده قرار می گرفته اند. ارشمیدس ریاضی دان یونانی(۲۸۷-۲۱۲ قبل از میلاد) اولین کسی بود که در ۲۴۰ سال قبل از میلاد مسیح، اهرمها را توصیف کرد. اهرم ماشین ساده ای است که انجام کار را راحت تر می کند. در تمامی اهرمها یک بار یا وزنه را به کمک نیرو، حول یک تکیه گاه به حرکت در می آوریم. بسیاری از ابزارهای ابتدایی ای که ما استفاده می کنیم، از اهرم تشکیل شده اند: مثل قیچی (دو اهرم نوع اول)، انبردست (دو اهرم نوع اول)، میخ کش چکش (۱ اهرم نوع دوم)، فندق شکن (۲ اهرم نوع دوم) و انبر (۲ اهرم نوع سوم) .             در یک اهرم نوع اول، تکیه گاه بین وزنه و مکان اعمال نیرو قرار دارد. در یک اهرم نوع اول در حالتی که تکیه گاه به محل بار نزدیک تر است (مثل انبردست ها) بار از نیروی اعمالی ما بزرگتر است، اما در فاصله کوچکتری به حرکت در می آید. مثالهایی از ابزارهای معمول که از اهرم نوع یک استفاده می کنند: اهرم های مورد استفاده نمونه وسیله نمونه اهرم نوع یک الاکلنگ اهرم نوع یک میخ کش چکش اهرم نوع یک قیچی اهرم نوع یک انبردست   در یک اهرم نوع دوم، بار یا وزنه در مکانی بین تکیه گاه و محل اعمال نیرو قرار دارد. مثالهایی از ابزارهای معمول که از اهرم نوع دوم استفاده می کنند: اهرم های مورد استفاده نمونه وسیله نمونه اهرم نوع دوم دستگاه منگنه اهرم نوع دوم   در بازکن   اهرم نوع دوم فرقون اهرم نوع دوم   میخ بر اهرم نوع دوم   فندق شکن   در یک اهرم نوع سوم، محل اعمال نیرو بین تکیه گاه و بار قرار دارد. مثالهایی از ابزارهای معمول که از اهرم نوع سوم استفاده می کنند: اهرم های مورد استفاده نمونه وسیله نمونه اهرم نوع سوم چوب ماهیگیری اهرم نوع سوم   گاز انبر اهرم نوع سوم انبر

آهن ربای الکتریکی نوعی از آهن ربا است که میدان مغناطیسی توسط جریان الکترکی تولید می شود (قانون اورستد) و به محض این که جریان قطع شود خاصیت آهن ربایی از بین می رود.

در این جا می خواهیم شما را با ساخت یک آهن ربای الکتریکی آشنا کنیم.

وسایل لازم :

مراحل آزمایش

• ابتدا سیم نازک را به دور میخ محکم و به تعداد دور های زیاد بپیچید

• قطب مثبت یک باتری را به قطب منفی باتری دیگر به صورت سری به متصل کنید و یک سر آن را به کلید وصل کنید

• یک سر سیم که به دور میخ پیچیده شده است به قطب منفی باتری وصل کنید و سردیگر آن را به کلید. و اطمینان حاصل نمایید که اتصالات به خوبی بسته شده اند. ( مطابق شکل)

• کلید جریان را ببندید با این کار  جریان الکتریکی در طول سیم بر قرار می شود.

• در این هنگام چند عدد گیره کاغذ را به میخ نزدیک کنید چه اتفاقی می افتد؟

• حال کلید جریان را باز کنید چه می بینید؟

به نظر شما چه نتیجه ای می توان گرفت؟

می دانیم در فضای اطراف سیم حامل جریات میدان مغناطیسی تولید می شود (قانون اورستد) هنگامی که سیم به دور میخ آهنی پیچیده می شود میدان مغناطیسی تولید شده در میخ اثر می کند و تولید یک میدان مغناطیسی بزرگی می کند مانند سیملوله با یک هسته آهنی . هر چه این هسته از مواد مغناطیسی قویتری(مانند نیکل و کبالت) باشد آهن ربای الکتریکی قدرت بیشتری خواهد داشت.

برقگیر

برقـگیـر (Lightning arrester)
برقگیر از وسایل ایمنی می‏باشد که برای هدایت موجهای ولتاژ ضربه‏ای به زمین و جلوگیری از ورود آنها به ایستگاههای انتقال و توزیع نیرو بکار می‏رود و معمولاً در انتهای خط انتقال و در ورودی ترانسها نصب می‏شود. ولتاژ شکست الکتریکی یک برقگیر بایستی کمتر از ولتاژ شکست الکتریکی ایزولاسیون لایه تجهیزات نصب شده در پست باشد.

برقگیر اکسید فلزی

برقگیر سیلیکونی

برقگیر فشار متوسط

برقگیر با فاصله هوایی

برقگیر فشار قوی

انواع برقـگیـر

1) برقگیر میـله‏ای
2) برقگیر بـا فاصله هوایی
3) برقگیر بـا مقاومت غیر خطی
4) برقگیر بدون فاصله هوایی
5) برقگیر خـازنـی
6) برقگیر فیوزی

برقگیـر میـله ای

یکی از ساده‏ترین و ارزانترین برقگیرها که از اولین برقگیرها می‏باشند برقگیر میله‏ای هستند که با وجود قدیمی بودن امروزه نیز کاربردهای زیادی دارد . این برقگیر عبارت است از دو میله نوک‏تیز که یکی در قسمت برقدار نصب شده و دیگری در زیر ایزولاتور و یا بدنه نصب و به زمین اتصال می‏یابد فاصله دو نوک متناسب با ولتاژ و شرایط و زمان اعمال ولتاژ روی سیستم قابل تنظیم است . تنظیم این فاصله طوری که در مقابل ولتاژ حداکثر سیستم پایدار بوده و فقط در برابر ولتاژهای زیاد تخلیه الکتریکی صورت می‏گیرد . البته تنظیم برقگیر از حالت ایده‏آل دور بوده و می‏توان گفت در یک باند ولتاژ عمل می‏کند و مشخصه عملکرد دقیقی را برای آن نمی‏توان تصور کرد.

برقگیـر با فاصلة هوایی

نوع دیگری از برقگیرها که کاربرد بسیاری در پستهای فشار قوی دارد ؛ برقگیر از نوع شاخکی می باشد . این نوع برقگیرها ساده ترین نوع برقگیر می باشند که به جرقه گیر (برقگیر با فاصله هوایی ) معروف هستند به مراتب از آنها در محلهای اتصال مقره به هادی یا اطراف بوشینگهای ترانسهای توزیع دیده می شود.
همانطوریکه که می دانیم برقگیرها باید در برابر ولتاژ نامی شبکه مانند یک کلید باز رفتار کنند و در برابر ولتاژهای بیشتر از ولتاژ نامی شبکه مانند یک کلید بسته رفتار کنند.
در این نوع برقگیرها (برقگیر با فاصله هوایی) اگر ولتاژ بالا رود؛ بین شاخکها قوس برقرار شده و انرژی صائقه را به زمین منتقل شده و این امر باعث می شود که تجهیز از بین نرود.

موارد استفاده برقگیـر با فاصلة هوایی

امروزه از این نوع برقگیرها فقط در موارد خاصی استفاده می شود که عبارتنداز:
1) برسر بوشینگهای ترانسها (جهت حفاظت سیم پیچهای ترانس)
2) در خطوط انتقال فشار قوی که به شکل حلقه ای هستند که هم نقش برقگیر را بازی می کنند و هم نقش حلقة کرونا را بازی می کنند.

برقگیـر با مقاومت غیر خطی

این نوع برقگیر از یک یا چند خازن سری همراه با یک یا چند مقاومت غیر خطی تشکیل شده است، این خازنها که اصولا ً بصورت فواصل هوایی می‏باشد در حالت کار عادی سیستم از عبور جریان الکتریکی به داخل برقگیر جلوگیری می‏کنند. چنانچه ولتاژ سیستم به عللی بالا رود، فواصل هوایی بین خازنها هادی شده و جریان الکتریکی عبور می‏کند عبور جریان از مقاومت غیر خطی میزان افت و ولتاژ دو سر برقگیر را مشخص می‏کند .
فواصل هوایی موجود در برقگیر باید طوری باشد که در مقابل حداکثر ولتاژ کار سیستم مقاوم بوده ولی اگر به عللی اضافه ولتاژ اعمال شده اتصال کوتاه شود پس از برقراری شرایط عادی بتواند جریان را قطع کند که این کار توسط مقاومت های غیر خطی انجام می‏گیرد . مجموعه قسمت خازن‏ها و مقاومت غیر خطی در داخل یک ایزولاتور ساخته شده از مواد عایقی قرار می‏گیرند . انتخاب چند خازن در برقگیر بجای یک خازن به این دلیل صورت می‏گیرد که استقامت برقگیر در مقابل ولتاژهای برگشتی زیاد گردد برای اینکه تقسیم ولتاژهای روی خازن‏ها بطور مساوی انجام گیرد. یک سری خازن و مقاومت موازی در دو سر فاصله‏های هوایی قرار می‏دهند و این کار را درجه‏بندی ولتاژ می‏گوئیم، یعنی یکنواخت نمودن توزیع ولتاژ در روی خازنهای متوالی .

همانطور که در شکل دیده می شود برقگیرها در قسمت فوقانی خود مجهز به یک وسیله حلقه ای شکل هستند که این وسیله به حلقه کرونا یا کروناگیر معروف می باشد .
همانطور که می دانیم پدیدة کرونا تخلیه الکتریکی ناقص در یک میدان غیر یکنواخت می باشد . در پستهای فشار قوی این پدیده بالاخص در محل های اتصال هادیها به تجهیزات دیده می شود .
لذا برای برطرف کردن این عیب باید میدان را در این نواحی یکنواخت کنند تا اثرات مخرب کرونا کمتر گردد . برقگیرهایی که امروز در پستها بکار می روند از نوع ZNO می باشند که در داخل آنها قرص هایی از جنس اکسید رویZNO می باشد که بسته به سطح ولتاژ شبکه تعداد آنها متغیر است .

برقگیـر با مقاومت غیر خطی

همانطور که می دانیم این برقگیرها باید همانند یک مقاومت غیر خطی عمل کنند یعنی در برابر ولتاژ نامی شبکه امپدانس بالایی را از خود نشان دهند و در برابر ولتاژهای بالاتر از ولتاژ نامی شبکه امپدانس کمی را از خود نشان دهند تا تخلیه صورت گیرد . لذا قرص های اکسید روی بکار رفته در برقگیرهای امروزی در واقع نقش مقاومت غیر خطی را بازی می کنند که دارای جریان نشتی بسیار کمی می باشند (در حالتNormal شبکه) لذا به روی این قرص ها ولتاژ تقسیم می گردد.
حال اگر میدان غیر یکنواخت باشد قاعدتاً تقسیم ولتاژ بر روی قرص ها یکسان نخواهد بود؛ در این صورت یک قرص و به خصوص قرص های بالایی ولتاژ بالاتری را از سایر قرص ها متحمل می شوند و زودتر آسیب می بینند و این امر سبب عملکرد نادرست برقگیر می شود لذا اگر بتوانند به طریقی میدان را یکنواخت کنند ( به حالت یکنواخت نزدیک کنند ) تقسیم ولتاژ بین قرصها شکل متعادل تری را به خود می گیرد و قاعدتاً عمر قرصها افزایش می یابد و عملکرد برقگیرها بهتر میگردد.
برای این کار از وسیله ای به نام کروناگیر یا حلقه کرونا استفاده می کنند؛ که در حقیقت هم میدان را به سمت یکنواختی سوق می دهد و هم تقسیم ولتاژ را به روی قرص ها به حالت متعادلی نزدیک می نماید.

برقگیـر بدون فاصلة هوایی

یک نوع برقگیر بدون فاصله هوایی امروزه بکار می‏رود که خازنهای سری آن از قطعات اکسید روی می‏باشد که این قطعات بصورت قرصهایی با اندازه‏های مختلف ساخته شده و روی هم قرار می‏گیرند. این برقگیرها از نظر ساخت ساده‏تر بوده و دارای حجم کمتری نیز می‏باشد. این برقگیرها می‏توانند در ولتاژهای پائین‏تر عمل کنند بنابراین سطح ولتاژ حفاظت تجهیزات را نیز می‏توان پائین‏تر آورد و در نتیجه در هزینه‏ها صرفه‏جویی نمود و جریان نشتی در این نوع برقگیرها کمتر است یا تقریباً صفر است.

برقگیـر خـازنی

این نوع برقگیر برای ولتاژهای فشار ضعیف استفاده می‏شود که انرژی اعمال شده حاصل از موج ولتاژ در خازن ذخیره می‏شود.

برقگیـر فیـوزی

این نوع برقگیر نیز طوری ساخته می‏شود که در مقابل اضافه‏ ولتاژ که سبب عبور جریان زیادی از برقگیر بشود می‏سوزد و جرقه داخل آن توسط گاز یا مواد نسوز درون آن خاموش می‏شود و اکثراً بعنوان حفاظت ثانویه بکار می‏رود.

محل نصب برقگیـر

برقگیر باید در ورودی پستهای ترانس قبل از کلیه تجهیزات و تا حد ممکن نزدیک به آنها نصب گردد. علاوه بر برقگیری که در ورودی پستهای ترانس نصب می‏شود قبل از تجهیزات مهم مانند ترانسفورماتورهای قدرت نیز جداگانه برقگیر نصب می‏شود. معمولاً در مسیر برقگیر به زمین یک شماره انداز قرار می‏دهند که می‏تواند تعداد دفعات تخلیه موجهای ولتاژ ضربه‏ای بر روی برقگیر را ثبت نماید

نام اصلی و صحیح فیلتر ی که در دهانه دودکش کارخانه ها نصب می شود
رسوب دهنده ی الکتریکی است . رسوب دهنده ی الکتریکی از توری فلزی نازکی با بار الکتریکی مثبت و دو تیغه ی و دو تیغه ی فلزی که به زمین متصل هستند و دارای بار الکتریکی منفی هستند  تشکیل شده اشت

ذرات دود و گرد و غبار هنگام عبور از میان توری فلزی توری فلزی دارای بار مثبت می شوند . ذره های دود باردار شده، توسط تیغه های دارای بار منفی جذب می شوند( چون بار الکتریکی منفی و مثبت یکدیگر را جذب می کنند) و روی تیغه ها رسوب می کنندو به این ترتیب از هوا جدا می گردند . تیغه ها را هر چند روز یکبار با ضربه زدن به وسیله یک چکش بزرگ و مخصوص که جزء فیلتر است می تکانند تا  دوباره اماده به کار شوند( در ضمن می توان پس از تکاندن از خاک های ریخته شده استفاده کرد مثلا در ژاپن از انها برای ساخت کاسه های کوچک سفالی استفاده می کنند.)

                                      

تئوری آزمایش

یک نوار چسب پلاستیکی معمولی می‌تواند بار منفی (الکترون) بگیرد یا از دست بدهد ( با چسباندن آن به یک سطح و کندن آن ). با آویزان کردن تکه‌های نوار چسب از نی می‌توان یک الکتروسکوپ ساخت. الکتروسکوپ وسیله ایست برای مشخص کردن نوع بار الکتریکی. یک شانه پلاستیکی به شما نشان خواهد داد که تکه‌های چسب دارای بار مثبت هستند یا منفی. تولید بار بر اثر مالش را می‌توان چنین توجیه کرد که تعدادی از الکترونها بر اثر مالش از یک ماده به ماده دیگر انتقال می‌یابند. توجه کنید که الکترونها جابجا می‌شوند و هسته در جای خود باقی می‌ماند. در عایق تمامی الکترونها محکم به اتمهای خود مقیدند، دررسانا بعضی االکترونها می‌توانند آزادانه از یک اتم به اتم دیگر بروند. عایق را میتوان با مالش باردار کرد، زیرا بار تولید شده نمی‌تواند از محلی که تولید شده است دور شود، یعنی بار الکتریکی ساکن است. 

وسایل مورد نیاز

4 نی پلاستیکی (با سر قابل انعطاف) ، 2 قوطی فیلم ، مقداری خمیر برای محکم کردن نی‌ها درون قوطی ، چسب نواری پلاستیکی ، شانه پلاستیکی. 

• توجه: بوسیله خمیر نی‌ها را محکم کرده و سر نی‌ها را افقی قرار می‌دهیم .

شرح آزمایش

2 تکه 10 سانتیمتری از چسب نواری جدا می‌کنیم، هر تکه چسب را روی یک سطح صاف می‌چسبانیم (انتهای هر تکه را به عنوان دست گیره آزاد می گذاریم). تکه‌ها را به سرعت از سطح جدا کرده و هر یک را به بازویی از دو نی (که در 2 قوطی جدا هستند) می‌چسبانیم، قوطیها را طوری جابجا می‌کنیم که تکه‌های چسب روبروی هم و به فاصله 15 سانتیمتر از یک دیگر قرار گیرند. قوطیها را به هم نزدیک می‌کنیم و مشاهده می‌کنیم که تکه‌های چسب یکدیگر را دفع می‌کنند. 2 تکه دیگر از چسب جدا می‌کنیم و یکی را به دیگری می‌چسبانیم (سمت چسبنده ی یکی را به پشت دیگری می‌چسبانیم، انتهای هر تکه را به عنوان دستگیره آزاد می‌گذاریم).

تکه‌ها را به سرعت از هم جدا می‌کنیم و به بازوهای باقیمانده نی‌ها می‌چسبانیم، بعد از نزدیک کردن قوطیها به یکدیگر مشاهده می‌کنیم که این بار نوارها یکدیگر را جذب می‌کنند. شانه را به موهای سر یا یک پارچه پشمی می‌کشیم. با نزدیک کردن شانه به تکه‌های چسب مشاهده می‌کنیم که شانه تکه‌ای را که پشت آن در وسط قرار داشت را دفع کرده و نوار دیگر را جذب می‌کند و اگر شانه را به چسبهای جدا شده از سطح نزدیک کنیم ، هر دو را جذب یا دفع می‌کند (بسته به جنس سطح). 

نتایج آزمایش

وقتی تکه‌های چسب را از سطح جدا می‌کنیم، کشمکشی بین بارهای الکتریکی هر تکه چسب و سطح در می‌گیرد. چسب بار منفی را از سطح جدا می‌کند یا بخشی از بارهای خود را روی سطح بر جای می‌گذارد (بسته به جنس سطح). در هر دو حالت بار 2 تکه همنام خواهد بود. از آنجایی که بارهای همنام یکدیگر را دفع می‌کنند تکه‌های چسب از هم دور می‌شوند. در حالتی که دو تکه به هم چسبیده شده بودند ، در هنگام جدا کردن یکی از تکه‌ها بار منفی را از دیگری می‌رباید و دارای بار منفی اضافی می‌شود و تکه دیگر بار مثبت خواهد داشت.

از آنجا که بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند 2 تکه به یکدیگر نزدیک می‌شوند. با کشیدن شانه به موی سر ، شانه دارای بار منفی می‌شود، در نتیجه تکه دفع شده از شانه دارای بار منفی است و تکه جذب شده بی بار یا دارای بار مثبت است. شاید متوجه شده باشید که دست شما هر 2 بار را جذب می‌کند، در حالت عادی بدن انسان بی بار است مگر آنکه بار دارش کنیم، مثلا با راه رفتن روی فرش. جسم بی بار اجسام بار دار را جذب می‌کند، وقتی دست خود را نزدیک تکه چسب با بار مثبت می‌گیرید تکه چسب الکترونهای بدن شما را جذب می‌کند و بدست شما نزدیک می‌شود. 

کاربرد

الکتریسیته ساکن در نیروگاههای زغال سوز برای جلوگیری از ورود گرد و خاک و خاکستر به داخل جو ، در رنگ افشانه‌ها و در دستگاههای ماشینهای زیراکس ادارات بکار می‌رود. 

بار الکتریکی

بار الکتریکی یک خاصیت فیزیکی ماده است که باعث می‌شود، هنگامی که ماده در مجاورت مادهٔ باردار دیگری قرار می‌گیرد به آن نیرو وارد شود. بار الکتریکی دو نوع است بار مثبت و بار منفی. بین دو ماده یا جسم با بارهای هم‌نام نیروی رانش ایجاد می‌شود و برعکس اگر ناهم‌نام باشند بین آن‌ها ربایش ایجاد می‌شود. در سامانهٔ استاندارد بین‌المللی یکاها واحد بار الکتریکی کولن (C) است. البته در مهندسی برق از یکای آمپرمتر (Ah) نیز استفاده می‌کنند. در مطالعهٔ اندرکنش میان اجسام باردار، دانشالکترومغناطیس کلاسیک کافی است و از اثرهای کوانتومی صرف نظر می‌شود.

بار الکتریکی یک خاصیت پایسته در ماده است به این معنی که بار الکتریکی تولید نمی‌شود یا از بین نمی‌رود؛ بار الکتریکی از ذرات زیراتمی ماده که تعیین‌کنندهٔ خواص الکترومغناطیس ماده‌اند ناشی می‌شود. یک مادهٔ باردار الکتریکی، تولیدکنندهٔ میدان‌های الکترومغناطیسی است و خود از آنها تاثیر می‌گیرد. اندرکنش میان یک بار متحرک و یک میدان الکترومغناطیسی عامل ایجاد نیروهای الکترومغناطیسی است. این نیرو خود یکی از چهار نیروی بنیادی است. ^[۱]

آزمایش‌ها^[۲] در قرن بیستم، توضیحی کوانتومی از بار الکتریکی ارائه کرده‌اند (این عمل را کوانتومی کردن می نامند)، به عبارت دیگر دانشمندان دریافته‌اند که بار الکتریکی خود از واحد کوچک‌تری با نام بار بنیادیتشکیل شده‌است. بار یک الکترون تقریباً برابر با  می‌باشد. (البته ذراتی با نام کوارک وجود دارند که باری به اندازه چند e⅓ دارند.) پروتون باری به اندازهٔ e و الکترون باری برابر با e- دارد. علم مطالعه ذرات باردار و توضیح ارتباط آنها با فوتونها، الکترودینامیک کوانتومی نام دارد.

 

 

مقدمه

میدان الکتریکی ایجاد شده توسط بار مثبت

 

میدان الکتریکی ایجاد شده توسط بار منفی

بار یک ویژگی بنیادی در انواع ماده است که به صورت ربایش یا رانش الکتروستاتیکی در حضور ماده‌ای دیگر نمود پیدا می‌کند. بار الکتریکی ویژگیی است که سرچشمهٔ آن به بسیاری از ذرات زیراتمی ماده برمی‌گردد. بارِ ذراتی که به صورت آزاد یافت می‌شوند به اندازهٔ ضریب صحیحی از بار بنیادی (بار یک الکترون) است، در این حالت می‌گوییم بار الکتریکی یک کمیت گسسته است. مایکل فاراده در آزمایش‌های برق‌کافت خود دریافت که بار الکتریکی کمیتی گسسته است. رابرت میلیکان نیز در آزمایش‌های خود به این حقیقت می‌رسد و مقدار بار یک الکترون را نیز اندازه می‌گیرد.

بنابراین به صورت کمیت‌های گسسته می‌گوییم که بار یک الکترون ۱- و بار یک پروتون ۱+ است. ذرات بارداری که بار آن‌ها هم‌نام باشد یکدیگر را می‌رانند و ذراتی که بارهای ناهم‌نام دارند یک دیگر را می‌ربایند.قانون کولمب مقدار عددی نیروی الکتروستاتیک بین دو ذرهٔ باردار را بدست می‌آورد و بیان می‌دارد که مقدار این نیرو با اندازهٔ بار ذرات رابطهٔ مستقیم و با مربع فاصلهٔ بین دو ذره رابطهٔ وارون دارد.

مقدار بار یک پادذره دقیقاً برابر با بار ذرهٔ متناظر با آن است ولی به صورت ناهم‌نام. کوارک‌ها هم باری برابر با¹⁄₃- یا ²⁄₃+ بار بنیادی دارند که البته هیچ کوارکی تاکنون به صورت آزاد یافت نشده است (دلیل نظری این مطلب در بحث آزادی مجانبی یافت می‌شود).

بار الکتریکی یک جسم برابر با مجموع بارهای الکتریکی ذرات سازندهٔ آن است. این بار به طور معمول کوچک است چون ماده از اتم ساخته شده و اتم‌ها به تعداد مساوی از پروتون و الکترون در هستهٔ خود دارند، در نتیجه از نظر الکتریکی خنثی اند. یک یون، اتمی (یا دسته‌ای از اتم‌ها) است که یک یا چند الکترون ازدست داده‌است یا به‌دست آورده‌است. اتمی که الکترون از دست دهد بار خالص آن مثبت می‌شود که آن را کاتیونمی‌نامیم و اتمی که الکترون بدست آورد بار خالص آن منفی می‌شود و آن را آنیون می‌نامیم.

در هنگام تشکیل یک جسم (ماکروسکوپیک) اتم‌ها و یون‌های تشکیل دهندهٔ آن به گونه‌ای با هم ترکیب می‌شوند که جسم از نظر الکتریکی خنثی باشد و یا اینکه همیشه تمایل به ازدست دادن یا گرفتن الکترون و درنتیجه خنثی بودن دارند اما به‌ندرت جسمی پیدا می‌شود که به طور خالص بی‌بار (خنثی) باشد.

گاهی یون‌ها در سراسر مادهٔ تشکیل دهندهٔ جسم پخش شده‌است و به آن جسم بار مثبت یا منفی داده است. هم‌چنین اجسام رسانای جریان الکتریسیته گاهی سخت‌تر یا راحت‌تر (بسته به نوع ماده) الکترون بدست می‌آورند یا از دست می‌دهند و بار خالص مثبت یا منفی پیدا می‌کنند. به این پدیده که جسمی دارای بار غیر صفر ساکن باشد الکتریسیتهٔ ساکن می‌گوییم. به راحتی با بر روی هم مالیدن دو مادهٔ ناهمسان، مانند کهربا روی یک پارچه خزدار یا شیشه روی ابریشم می‌توانیم الکتریسیتهٔ ساکن تولید کنیم. با این روش اجسام نارسانا می‌توانند مقدار قابل توجهی بار الکتریکی بدست آورند یا ازدست دهند. واضح است که وقتی یکی از این اجسام بار الکتریکی بدست می‌آورد دیگری دقیقاً به همان اندازه بار الکتریکی از دست می‌دهد و این به دلیل قانون پایستگی بار الکتریکی است که همواره برقرار است.

گاهی مجموع بارهای الکتریکی یک جسم صفر است اما بار آن به صورت غیریکنواخت پخش شده است (مثلاً به دلیل حضور یک میدان الکترومغناطیسی یا دوقطبی‌های موجود در ماده) در این حالت می‌گوییم جسم قطبی شده‌است. بار الکتریکی بدست آمده از قطبی‌شدن ماده رابار مرزی، بار تولید شده بر روی یک جسم که ناشی از بار گرفته‌شده یا داده‌شده به جسمی دیگر است را بار آزاد و حرکت الکترون‌ها را در یک جهت خاص در فلزات رسانا، جریان الکتریکی می‌نامیم.

یکاها

در سامانهٔ بین‌المللی یکاها واحد بار الکتریکی کولمب معادل ۱۰^۱۸×۶/۲۴۲ برابر بار یک پروتون می‌باشد. بنابراین بار یک الکترون  کولمب است. کولمب تعریف می‌شود به: مقدار باری که از مقطع عرضی یک رسانای الکتریکی با شدت جریان یک آمپر در یک ثانیه عبور می‌کند. برای نشان دادن بار یا الکتریسیته از علامت Q استفاده می‌کنند. مقدار بار الکتریکی به طور مستقیم توسط یک برق نمایا به طور غیر مستقیم توسط گالوانومتر اندازه گیری می‌شود.

بعد از فهم مکانیک کوانتوم و توضیح مفهوم کلاسیک بار الکتریکی با ادبیات کوانتومی^[۳]، جورج استونی در سال ۱۸۹۱ واحد الکترون را برای بار الکتریکی پیشنهاد کرد، این پیشنهاد قبل از کشفیات جوزف جان تامسون در سال ۱۸۹۷ بود. امروزه واحد بار به شکل بار اولیه یا واحد بنیادین بار یاeنشان داده می‌شود. اندازه‌گیری بار باید به شکل ضریبی از بار بنیادی باشد حتی اگر مقدار بار برای یک جسم در ابعاد بزرگ باشد، همچنین مقدار بار یک عدد حقیقی است.

پیشینه

دستگاه تعادل پیچشی کولمب

تالس، فیلسوف یونانی سده ششم پیش از میلاد گفته است که با مالیدن پارچه خزدار روی مواد مختلف مانند کهربا می‌توان بار یا الکتریسیته تولید کرد، همچنین یونانی‌ها گفته بودند که دکمه های باردار کهربایی می‌توانند اجسام سبک مانند مو را به سمت خود بربایند و یا اگر کهربا را برای مدت طولانی مالش دهند ممکن است جرقه تولید شود.^[۴] در سال ۱۶۰۰ دانشمند انگلیسی، ویلیام گیلبرت بازگشتی به بحث الکتریسیته^[۵] داشت و واژه لاتین الکتریکوس گرفته شده از واژه یونانیηλεκτρον به معنی کهربا را ایجاد کرد که البته خیلی زود این واژه به شکل انگلیسی electric وelectricity تغییر پیدا کرد. در سال ۱۶۶۰ اتوفون گوریک تلاش‌های گیلبرت را دنبال کرد و احتمالاً او کسی است که دستگاه تولیدکننده الکتریسیته ساکن^[۶] را اختراع کرده است. از دیگر اروپاییان پیشرو در این زمینه می‌توان از رابرت بویل نام برد. بویل کسی است که در سال ۱۶۶۷ اظهار داشت که ربایش و رانش الکتریکی در فضای خالی نیز امکان‌پذیر است. استفان گری در سال ۱۷۲۹ مواد را به گروه‌های رسانا و نارسانا دسته‌بندی کرد. چارلز فرانسوا دو فی در سال ۱۷۳۳ گفت که: الکتریسیته از دو راه مختلف می‌آید که می‌توانند یکدیگر را خنثی کنند او این اظهارات را با عنوان تئوری "دو سیال" مطرح کرد که: وقتی شیشه روی ابریشم مالیده می‌شود شیشه باردار می‌شود یابار شیشه‌ای و وقتی کهربا روی خز مالیده می‌شود کهربا باردار می‌شود یا بار صمغی. در سال ۱۸۳۹مایکل فاراده نشان داد که تقسیم‌بندی ظاهری بین الکتریسیته ساکن، الکتریسیته جاری وبیوالکتریسیته درست نیست و همه این‌ها ناشی از رفتار الکتریکی قطب‌های مختلف دوقطبی‌ها است که به طور دلخواه یک را مثبت و دیگری را منفی نامیده‌ایم. بار مثبت، همان بار باقی‌مانده روی میله شیشه‌ای پس از مالش با ابریشم است.

بنجامین فرانکلین در قرن ۱۸ بیشترین تجربه را در این زمینه دارد. وی به حمایت از تئوری تک سیال الکتریکی بحث کرد. او تصور می‌کرد که بارالکتریکی یک سیال نامرئی است که در تمام مواد وجود دارد. مثلاً او معتقد بود که شیشه است که در ظرف لیدن بار الکتریکی را انباشته می‌کند. او اثبات کرد که مالیدن دو سطح نارسانا روی هم باعث می‌شود که این سیال تغییر مکان دهد و همین‌طور جاری شدن این سیال جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. وی این را نیز اثبات کرد که اگر ماده مقدار کمی از این سیال را داشته باشد می‌گوییم بار منفی دارد و اگر مقدار اضافی از آن را داشته باشد می‌گوییم بار مثبت دارد. به طور دلخواه (یا به دلیلی که ثبت نشده است) وی انتخاب کرد که باری که روی شیشه انباشته شده، بار شیشه‌ای بار مثبت است و بار صمغی منفی است. همچنین او بود که واژه‌های بار و باتری را وارد فرهنگ الکتریسیته کرد.
ویلیام واتسون نیز هم‌زمان با فرانکلین به همین نتایج رسید.

الکتریسیتهٔ ساکن و الکتریسیتهٔ جاری

الکتریسیتهٔ ساکن و جاری دو پدیدهٔ جداگانه و در اثر بار الکتریکی اند، که می‌توانند همزمان در یک جسم رخ دهند. الکتریسیتهٔ ساکن منبعی برای بار الکتریکی جسم است و اگر دو جسم که در تعادل الکتریکی نیستند را به هم بچسبانیم تخلیهٔ الکتریکی بین آن‌ها اتفاق می‌افتد. تخلیهٔ الکتریکی در بار الکتریکی هر دو جسم تغییر ایجاد می‌کند. در مقابل الکتریسیتهٔ جاری، جریان یافتن بارهای الکتریکی در یک جسم است که موجب ازدست‌دادن یا گرفتن هیچ‌گونه باری در آن جسم نمی‌شود. البته در تخلیه الکتریکی هم بارها از یکی به سمت دیگری جاری می‌شود اما این جریان خیلی کوتاه است که بخواهیم آن را جریان الکتریکی بخوانیم.

باردار کردن از راه تماس

یک آزمایش ساده

یک میلهٔ شیشه‌ای و صمغ را در نظر بگیرید، هیچ کدام از آن‌ها خواص الکتریکی از خود نشان نمی‌دهند؛ آن‌ها را باهم مالش دهید و همچنان در تماس با هم نگه دارید، همچنان هیچ اثر الکتریکی از خود نشان نمی‌دهند؛ حال آن‌ها را از هم جدا کنید حالا یکدیگر را جذب می‌کنند. اگر میلهٔ شیشه‌ای دیگری را با صمغ دیگری مالش دهید و آن دو را جدا از هم قرار دهید و دو میله شیشه‌ای را در کنار هم و دو تکه صمغ را هم کنار هم از نقطه‌ای آویزان کنید می‌بینید که:

1. دو میلهٔ شیشه‌ای یکدیگر را می‌رانند.
2. هر دو میلهٔ شیشه‌ای صمغ را می‌ربایند.
3. دو تکه صمغ یکدیگر را می‌رانند.

این پدیده‌های ربایش و رانش در هر دو مادهٔ دیگری که مانند شیشه و صمغ باردار شده باشد دقیقاً به همین شکل تکرار می‌شود. جسمی که شیشه را براند می‌گوییم به شکل شیشه‌ای^[۷] باردار شده و اگر جسمی شیشه را جذب کند و صمغ را براند می‌گوییم به شکل صمغی^[۸] باردار شده‌است.

امروزه در کاربرد علمی می‌گوییم جسمی که مانند شیشه باردار باشد بار مثبت و اگر مانند صمغ باردار باشد بار منفی دارد این علامت‌گذاری‌ها مانند قراردادهای ریاضی در علامت‌گذاری‌اند. هیچ نیرویی (ربایش یا رانش) بین یک جسم بدون بار و یک جسم باردار وجود ندارد.

در نگاه میکروسکوپی، راه‌های زیادی برای بوجود آمدن جریان الکتریکی وجود دارد مانند حرکت الکترون‌ها، حرکت حفره‌های الکترونی که مانند جابجایی بار مثبت می‌ماند و یا حرکت ذره‌های مثبت یا منفی یونی (یون‌ها یا هر ذره باردار دیگری در جهت خلاف یکدیگر در برق‌کافت یا پلاسماحرکت می‌کنند). حرکت هرکدام از این ذرات باردار در ماده ایجاد جریان الکتریکی می‌کند و معمولاً هم گفته نمی‌شود که ذره در حال جریان بار مثبت حمل می‌کند یا منفی.

خواص

علاوه بر تمام خواص الکترومغناطیسی که از بار الکتریکی گفته شد، بار یک متغیر نسبیتی است به این معنی که هر ذره‌ای که بار Q دارد، مهم نیست که با چه سرعتی حرکت می‌کند، فرض می شود همواره بار Q را حفظ می‌کند. این خاصیت بار بوسیله آزمایش هم نشان داده شده‌است مثلاً: بار یک هسته هلیوم (دو پروتون و دو نوترون در مجاورت یکدیگر در هسته اتم با سرعت بسیار زیاد در حال گردش‌اند) برابر است با بار دو هستهدوتریوم (یک پروتون و یک نوترون در مجاورت یکدیگرند که با سرعتی بسیار کمتر از آنچه در هسته هلیوم داشتند حرکت می‌کنند).

پایستگی بار الکتریکی

تمام بار الکتریکی یک سامانه بی‌دررو جدا از اینکه چه اتفاقی در آن بیفتد همواره ثابت باقی می‌ماند. این قانون برای تمام فرایندهای شناخته‌شده در فیزیک تعمیم داده می‌شود هم چنین برای نامتغیرهای گوج^[۹] در تابع موج برای حالت محلی آن. پایستگی بار، معادله پیوستگی^[۱۰] جریان الکتریکی را نتیجه می‌دهد. به شکل عمومی‌تر، بار کل برابر است با انتگرال حجمی V چگالی بار ρ که خود معادل است با انتکرال سطحی چگالی جریان J در سطح بسته S = ∂V که این مقدار جریان خالص I را نتیجه می‌شود:

بنابراین پایستگی بار الکتریکی، که با معادله پیوستگی جریان نشان داده شد نتیجه زیر را می‌دهد:

مقدار بار جابجاشده بین زمان‌های t_i و t_f از انتگرال زیر بدست می‌آید:

که Iجریان کل خروجی از سطح بسته است و Q بار الکتریکی در حجم تعیین شده توسط آن سطح می‌باشد.

کاربرد نیروهای الکتریکی بین اجسام باردار

نیروهای الکتریکی موجود بین اجسام باردار در صنعت کاربردهای زیادی دارند، که از آن جمله می‌توان به رنگ افشانی الکتروستاتیکی، گردنشانی، دود گیری، مرکب پاشی چاپگرها و فتوکپی اشاره کرد. به عنوان مثال در یک دستگاه فتوکپی دانه‌های حامل ماشین با ذرات گرد سیاه رنگی که تونر نام دارد، پوشیده می‌شوند. این ذرات بوسیله نیروهای الکتروستاتیکی به دانه حامل می‌چسبند.

ذرات با بار منفی تونر، سرانجام از دانه‌های حاملشان جدا می‌شوند. جذب این ذرات توسط تصویر با بار مثبت متن مورد نسخه برداری، که بر روی یک غلتک چرخان قرار دارد، صورت می‌گیرد. آنگاه ورقه کاغذ باردار ذرات تونر را روی غلتک جذب می‌کند و بعد از پخته شدن و نشستن ذرات بر روی کاغذ، کپی مورد نظر به‌دست می‌آید

اصل پاسكال:

فشار وارد بر مایع محصور بدون كاهش به تمام قسمت های مایع و دیواره های ظرف منتقل می شود.

از كاربردهای مهم اصل پاسكال، بالابر هیدرولیکی، ترمزهای روغنی، منگنه آبی و ... است.

در شكل مقابل با وارد كردن نیروی F به قسمتی از مایع در ظرف محصور، نیروی F به شاخه های

اطراف ظرف منتقل شده و مایع در آن ها بالا می برد.

توجه: مایعات به آسانی متراكم نمی شوند یعنی حجم آن ها را نمی توان كم كرد به همین دلیل فشار را منتقل می كنند.

بالا بر هیدرولیكی:

این دستگاه براساس اصل پاسكال ساخته شده است كه از دو طرف استوانه ای با دهانه های بزرگ و كوچك ساخته شده و با لوله ی باریكی به یكدیگر مربوط می شوند. داخل هر استوانه یك پیستون متحرك قراردارد و فضای داخل ظرف از مایعی پر شده است. هرگاه بر پیستون كوچك نیروی كوچك (F₁) وارد     می شود باعث به وجود آمدن نیروی بزرگ (F₂) بر سطح بزرگتر می شود.

فشار حاصل از این دو نیرو با یكدیگر برابر هستند.

بر طبق این رابطه  اگر A₂ خیلی بزرگتر از A₁ باشد، F₂ نیز باید بسیار بزرگتر از  F₁باشد،

در نتیجه می توان اجسام سنگین را با نیروی كمی بالا برد.

پاور زیبای فصل ششم که پیشنهاد می کنم دانلودش کنید.

فرمول ها ومسائل فصل كاروانرژي سوم راهنمايي
دراين پست مي توانيد فرمول هاي علوم تجربي سوم راهنمايي بخش فيزيك راكه به شرح زيراست،مشاهده نماييد:

مشاهده ی فرمول های علوم تجربی سوم راهنمایی

همچنين فايل PDF‌ ديگري شامل چندين مسئله مربوط به فصل 6 (كار) را مي توانيد از لينك زير دريافت كنيد:

مشاهده ی آنلاین نمونه سوالات مربوط به فصل كار وانرژي علوم سوم راهنمايي

فرمول های علوم تجربی سوم راهنمایی

اهرم بر اساس قرار گرفتن محل تکیه گاه, نیروی محرک و نیروی مقاوم به چند نوع تقسیم می شوند:

اهرم نوع اول

در این نوع اهرم تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار دارد و بنا به اینکه تکیه گاه نزدیک به کدام نیرو باشد سه حالت پیش می آید.

حالت اول اهرم نوع اول :

در این حالت تکیه گاه در وسط نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار دارد .

بنابراین بازوی محرک ( LE ) با بازوی مقاوم ( LR ) برابر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی یا ( A ) برابر با ۱ خواهد بود .

1=LR/LE=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – تغییر جهت نیرو

کاربرد: الاکلنگ

حالت دوم اهرم نوع اول :

در این حالت تکیه گاه به نیروی مقاوم نزدیک تر است .

بنابراین بازوی محرک ( LE ) از بازوی مقاوم ( LR ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) بیشتر از 1 می شود.

1

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو - تغییر جهت نیرو -افزایش نیرو

کاربرد: دیلم (برای بلند کردن اجسام سنگین)

حالت سوم اهرم نوع اول :

در این حالت تکیه گاه به نیروی محرک نزدیک تر است .

بنابراین بازوی مقاوم ( LR ) از بازوی محرک ( LE ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) کمتر از 1 می شود.

1>LR/LE=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – تغییر جهت نیرو –افزایش سرعت و مسافت نیرو

کاربرد: جاروی فراشی (که ما با جا به جا کردن قسمت بالای جارو جا به جایی بیشتری در پایین خواهیم بود.)

نکته : در صورتی جاروی فراشی حالت سوم اهرم نوع اول است که دستی که در پایین قرار گرفته تکیه گاه باشد و دستی که در بالای جارو قرار گرفته به جارو نیرو وارد کند.(نیروی محرک )

اهرم نوع دوم

در این نوع اهرم نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد.

بنابراین بازوی محرک ( LE ) از بازوی مقاوم ( LR ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) بیشتر از 1 می شود.

1

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – افزایش نیرو

کاربرد: فرغون و فندق شکن

اهرم نوع سوم

در این نوع اهرم نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد.

بنابراین بازوی مقاوم ( LR ) از بازوی محرک ( LE ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) کمتر از 1 می شود.

1>LR/LE=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – افزایش سرعت و مسافت نیرو

کاربرد: چنگک ، موچین و پنس(برای برداشتن یخ و زغال و ...)

نکته : در صورتی که در جاروی فراشی دستی که در بالا قرار گرفته تکیه گاه باشد و دستی که در پایین قرار گرفته نیروی محرک را وارد کند در این صورت جاروی فراشی مثالی برای اهرم نوع سوم است.

توضیح فصل9علوم سوم

دریافت

توضیح فصل8 علوم سوم در قالب ورد

دریافت

توضیح فصل7 کتاب علوم سوم در قالب ورد

دریافت

توضیح فصل6علوم سوم در قالب ورد

دریافت