دانلود تحقیق رسانای الکتریکی

رسانای الکتریکی (هادی):

به هر ماده ای که بتواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد رسانای الکتریکی یا هادی الکتریک (هدایت کننده جریان الکتریکی ) گویند مانند فلزات و به هر ماده که نتواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد نارسانا یا غیرهادی گویند مانند پلاستیک ، چرم ، کاغذ وغیره

مقاومت چیست ؟

هر هادی الکتریکی در برابر عبور جریان مقداری مقاومت از خود نشان میدهد این مقاومت باعث میشود که جریان عبوری از هادی محدود شود، مثال دو لیوان آب را به یاد بیارید وقتی بین دولیوان که مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله ای وصل کردیم آب از طرف لیوان پرتر به طرف لیوانه نصفه در درون لوله به حرکت در آمد حالا اگر یک شیر سر راه این لوله قرار دهیم چنانچه شیر را به سمت بسته شدن بچرخانیم لوله ارتباطی تنگ تر میشود در نتیجه جریان آب کاهش پیدا میکند یعنی مقاومت سر راه لوله را افزایش داده ایم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعیین کننده مقدار جریان آب عبوری از لوله است در واقع شیر یک وسیله برای کنترل جریان آب است به همین صورت با کم و زیاد کردن مقاومت موجود در مسیر یک مدار میتوان جریان کل مدار را کنترل کرد .

مقدار مقاومت بستگی به جنس هادی و طول آن دارد که آن را بر حسب اهم میسنجند.

یک اهم عبارتست از مقدار مقاومتی که اگر به دو سریک منبع ولتاژ یک ولتی وصل شود جریان یک آمپر از آن عبور کند .

هنگام در گیری سربازهای سیم و سربازهای الکترونی ، الکترونها با سلاح های گرم به جون سیم می افتند و در اثر این جنگ و آتش سوزی مقداری از انرژی سربازهای الکترونی بصورت گرما هدر میرود (میدونم که بی مزه بود شما زحمت انتقاد کردن رو نکشید البته اگر خواننده ای باشه که از این خبرها نیست) پس یکی از کارهایی که مقاومت انجام داد این بود که مقداری از جریان را تبدیل به گرما کرد در بعضی جاها ما عمداً برای تولید گرما از مقاومت استفاده میکنیم مثل مقاومت تنگستن لامپ یا سیم مقاومت داری که در سماورهای برقی یا بخاری برقی ها استفاده میکنیم که بهش المنت هم میگن.

 در این جور مواقع که گرما کار مورد نیاز ما را انجام میده میگیم سیم یا دستگاه انرژی الکتریکی رو مصرف کرده اما هر وقت که این گرما رو لازم نداشته باشیم و بیخودی تولید بشه میگیم مقاومت سیم مقداری انرژی الکتریکی رو تلف کرده (آخ آخ چه کار بدی ) مثل گرمایی که در سیمهای انتقال انرژی (سیمهای رابط ) تولید میشه .

 

شکل ظاهری مقاومتها:

مقاومت ممکن است چندین حلقه سیم مسی نازک که به دور هسته ای پیچیده شده است باشد، و یا از مواد نیمه رسانا مانند کربن ساخته شده باشد.

مواد نیمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بیشتری در برابر عبور جریان از خود نشان میدهند.

مقاومتها به اشکال و اندازه های مختلفی ساخته میشوند که رایجترین آنها ، مقاومتهای رنگی هستند که از آنها در جریانهای پایین استفاده میشود و در جریانهای بالا معمولا از مقاومتهای سرامیکی یا آجری استفاده میشود که نسبت به مقاومتهای رنگی حجم بیشتری دارند .

سمبل مداری مقاومت به این شکلها است

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

حالا میخواهیم یک رابطه بین این سه کمیت پیدا کنیم:

مقاومت ، جریان ، ولتاژ

بازم مثال لیوان آب (راست میگن که آب مایه حیاته ؟)

گفتیم اگه یه شیر سر راه لوله رابط دو لیوان قرار دهیم میتونیم جریان آب رو کنترل کنیم حالا فرض کنید شیر آب رو به اندازه ای تنظیم کردیم که در هر ثانیه یک سی سی آب وارد لیوان نصفه میشه حالا میایم به جای لیوان پر آب یه گالن پر آب وصل میکنیم آیا بازم همون مقدار آب وارد لیوان نصفه میشه ؟

مسلماً اینجور نیست چون فشار آب زیاد شده .

به ازای یک ثانیه آب بیشتری از لوله عبور میکنه پس هرچه فشار آب رو زیاد کنیم (اختلاف سطح آبها) جریان آب بیشتر میشه به همین صورت هم در مدار الکتریکی هر چه فشار الکتریکی (ولتاژ) رو افزایش دهیم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جریان نیز بیشتر میشود

آقای اهم این قانون رو کشف کرده که به این صورته:

آقای اهم این قانون رو کشف کرده که به این صورته: مقاومت / ولتاژ= جریان عبوری از سیم خوب این یک معادله است و به این صورت ها هم میشه نوشتش جریان / ولتاژ = مقاومت جریان × مقاومت = ولتاژ مثال: فرض میکنیم که یک مقاومت 5 اهمی داریم دوسرش رو به یک منبع ولتاژ 10 ولتی وصل کرده ایم میخواهیم ببینینم که چه جریانی از مقاومت عبور میکند (جریان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان میدهند) I=10/5 = 2 A پس جریان دو آمپر از مقاومت عبور میکند حالا اگر به جای مقاومت 5 اهمی مقاومت 4 اهمی قرار بدیم جریانی که مقاومت از منبع تغذیه دریافت میکند 5/2 آمپر می شود.

پس نتیجه میگیریم که هر مقاومت یا هر مصرف کننده فقط به اندازه مورد نیاز خود از منبع تغذیه، جریان میکشد.

توجه داشته باشید وقتی یک منبع به مقاومتی جریان میدهد این جریان از خود منبع تغذیه هم عبور میکند.

بازم که لیوان آب (این لیوانها آبشون بخار نشد) بله لیوان آب خیلی کاربردها داره دست کم نگیریدش.

گفتیم که چون سطح آب درون لیوانها متفاوت است جریان آب برقرار میشود اما پس از اینکه آب هر دوتا یه اندازه شد دیگه جریان آبی وجود ندارد ( بله درسته چون دیگر اختلافی وجود ندارد) ولی در منبع تغذیه اینجوری نیست چون الکترونها دائما توسط نیروی خارجی به یک سمت کشیده میشوند .

پس برای لیوان هم می میتوان فرض کرد که یک پمپ آب بالای سر لیوانها وجود دارد که توسط یک شیلنگ به هراندازه که آب وارد لیوان نصفه میشود به همان اندازه آب را برمیدارد و به لیوان پر میریزد و هیچ گاه نمیگذارد که سطح آب درون لیوانها تغییر کند همان کاری را که نیروی خارجی بر روی یک سیم انجام میداد (آهنربا) پس چون همیشه اختلاف ثابت است در نتیجه همیشه جریان ثابت و پایدار است .

همان جریانی که از لوله پایینی لیوانها میگذرد همان جریان هم از شیلنگ و پمپ بالا میگذرد.

این مجموعه را میتوان به دو قسمت کلی تقسیم کرد: منبع تغذیه (شامل دو لیوان و پمپ و شیلنگ) مصرف کننده (لوله پایینی و شیر) پس نتیجه میگیریم که در یک مدار بسته جریان بصورت حلقه ای از کل عناصر مدار عبور میکند (حتی از خود منبع تغذیه ) که مقدارش در تمام نقاط برابر است حالا اگر شیر آب را کمی زیاد کنیم کل جریانی که در حال گردش است زیاد میشود این بدان معناست که اگر در یک مدار که بصورت حلقه بسته است چنانچه یکی از عناصر آن را تغییر دهیم جریان در کل مدار تغییر میکند .

حالا داریم کم کم به جواب بعضی سوالهامون نزدیک میشیم میشه وقتی با ماشین میریم مسافرت 8 تا دونه باطریه قلمی 5/1 ولتی با خودمون برداریم که اگه باطری ماشین خالی شد یا خراب شد به جاش از اون 8 تا باطری قلمی که روی هم میشن 12 ولت استفاده کنیم؟

یا مثلاً چرا یک لامپ گازی رو میشه با باطری ماشین روشن کرد ولی با یه آدابتور 12 ولتی نمیشه؟

یک باطری که ولتاژش بیشتره بیشتر برق تولید میکنه یا اونکه جریانش بیشتره ؟

انرژی الکتریکی چیست ؟

میدانیم که هر ماده از تعداد بسیار اتم تشکیل شده است که هر اتم نیز از سه قسمت 1-نوترون 2- پروتن 3-الکترون تشکلیل شده است تعداد الکترونها با تعداد پروتنها در حالت عادی (خنثی) برابر است الکترون دارای بار منفی و پروتن دارای بار مثبت میباشند که الکترونها به دور(( پروتن و نوترون )) (هسته اتم) با سرعت بسیار زیادی میچرخند در اثر این چرخش نیروی گریز از مرکزی بوجود می آید که مقدار این نیرو با مقدار نیروی جاذبه بین الکترونها و هسته برابر است پس این برابری نیرو الکترونها را در حالت تعادل نگه میدارد و نمیگذارد که از هسته دور شوند .

یک سیم مسی هم دارای تعداد زیادی اتم و در نتیجه الکترون است هر گاه ما بتوانیم توسط یک نیرویی الکترونهای در حال چرخش به دور هسته را از مدار خود خارج کنیم و در یک جهت معین به حرکت در آوریم جریان الکتریکی برقرار میشود.

پس این نکته را دریافتیم که جریان برق چیزی جز حرکت الکترونها نیست البته این حرکت بصورت انتقالی انجام میشود یعنی یک اتم تعدادی الکترون به اتم کناری خود میدهد و اتم کناری نیز به همین ترتیب تعدادی الکترون به اتم بعدی میدهد و بدین صورت جریان برقرار میشود.

پس هر گاه که میگوئیم جریان برق کم یا زیاد است یعنی تعداد الکترونهایی که در مسیر سیم در حال حرکت هستند کم یا زیاد است .

نیروهایی که باعث جدا شدن الکترون از هسته میشوند: نیروی مغناطیسی خارجی: هرگاه یک سیم را در یک میدان مغناطیسی حرکت دهیم نیروی این میدان باعث حرکت الکترونهای سیم میشود ضربه: فرض کنید یک اتوبوس کنار خیابان ایستاده و تمام مسافران آن محکم روی صندلیها نشستند بعد یک اتومبیل دیگر با سرعت زیاد به جلوی این اتوبوس برخورد میکند حال اتوبوس با سرعت به عقب پرتاب میشود و مسافران که در آنها اینرسی سکون ذخیره شده تمایل دارند که به همان حالت سکون باقی بمانند در نتیجه اتوبوس به عقب رفته ولی مسافران در همان نقطه مکانی باقی میمانند در نتیجه مسافران از صندلیهای خود جدا شده و از شیشه اتوبوس به بیرون پرتاب میشوند پس این نیروی ضربه بود که مسافران را از اتوبوس جدا کرد به همین صورت نیز ضربه میتواند الکترونها را از مدار خود خارج کند.

نمونه این تولید برق در فندکها 3- انرژی خورشیدی: انرژی خورشیدی نیز دارای نیرویی است که قادر است الکترونها را از مدار خود جدا کند 4- حرارت و ...: میدانیم که حرارت باعث میشود که جنبش ملکولی اجسام زیاد شود در اثر این جنبش تعداد زیادی ملکول به شدت با هم برخورد میکنند که همان نیروی ضربه را بوجود می آوردند و باعث جدا شدن الکترون از اتم میشوند نکته : یک سیم مانند دالانی میماند که در یک دوره زمانی مشخص تعداد معینی از افراد میتوانند از آن عبور کنند یعنی برای اینکه در دوره زمانی مشخص مثلا در 1 دقیقه افراد بیشتری بتوانند از این دالان عبور کنند باید سرعت حرکت آنها بیشتر شود در نتیجه در اثر برخورد با هم و با دیواره دالان باعث ایجاد اصطکاک و گرما میشوند برای سیم نیز چنین اتفاقی می افتد یعنی اگر بخواهیم تعداد الکترونهای در حال حرکت را افزایش دهیم (جریان را افزایش دهیم ) سرعت حرکت الکترونها و نیز تعداد الکترونهایی که همراه با هم از مقطع سیم عبور میکنند افزایش می یابد در نتیجه اصطکاک افزایش یافته و تولید گرما میکند که اگر جریان بیش از حد مجاز خود از سیم عبور کند گرمای تولید شده باعث ذوب شدن سیم میشود (سیم میسوزد) برداشت کلی از این قسمت : حرکت الکترونها در یک هادی (سیم) را جریان الکتریکی گویند .

تا اینجا معنی جریان را فهمیدیم اما در مورد ولتاژ چه باید گفت ؟

آیا یک منبع که ولتاژش بیشتر باشد برق بیشتری تولید میکند یا منبعی که جریانش بیشتر باشد؟

هر گاه یک اتم الکترنهایش را از دست دهد بار منفی آن کم میشود و اصطلاحاً میگوئیم بار دار مثبت شده است میدانیم که بین بار مثبت و منفی نیروی جاذبه وجود دارد و نیروی جاذبه یک عدد الکترون با نیروی جاذبه یک عدد پروتن برابر است به همین جهت است که در اتم هر پروتن برای خود یک الکترون اختیار میکند تا اینکه بار الکتریکی اتم خنثی شود در حالت عادی تمام اتمهای یک سیم از نظر بار الکتریکی خنثی هستند وقتی ما توسط نیروی خارجی الکترونهای اتمهای سیم را جدا میکنیم و آنها را به یک سمت هدایت میکنیم آن طرف سیم که الکترونها به آنجا هدایت شده اند دارای زیادی الکترون است پس بارش منفی میشود و طرف دیگر که کمبود الکترون دارد بارش مثبت میشود در نتیجه بین دوسر سیم یک اختلاف بوجود می آید این اختلاف بصورت انرژی پتانسیل در دو سر سیم ذخیره میشود تا زمانیکه راهی برای خنثی شدنش پیدا کند پس در این حالت هیچ گونه جریانی در سیم و جود ندارد و فقط یک انرژی پتانسیل دو سر سیم ذخیره شده است که به این نیروی پتانسیل ولتاژ الکتریکی گوییم حال چنانچه نیروی خارجی را قطع کنیم الکترونها به سرعت به جای قبلی خود برمیگردند و در یک لحظه چریان برقرار میشود پس متوجه شدیم تا زمانیکه نیروی خارجی وجود دارد نمیگذارد که الکترونها از مسیر همان سیم به جای خود برگردند پس باید راه دیگری پیدا کنند برای همین اگر توسط یک سیم دیگر که میدان خارجی آن را تحت تاثیر خود قرار نداده باشد دو سر سیم قبلی را به هم وصل کنیم الکترونها راهی برای حرکت به سمت مکان کمبود الکترون پیدا میکنند در نتیجه جریان در سیم برقرار میشود .

پس نتیجه گرفتیم که در یک مدار الکتریکی کار اصلی را جریان انجام میدهد و ولتاژ فقط یک نیروی ذخیره شده است که باعث به حرکت در آوردن الکترونها میشود .

حال برای اینکه بهتر متوجه شوید که ولتاژ چگونه باعث به حرکت در آوردن الکترونها (برقراری جریان ) میشود یک مثال میزنیم .

فرض کنید دو لیوان داریم که یکی پر و دیگری نصفه است لیوانها را در کنار هم قرار میدهیم میدانیم که بین این دولیوان اختلاف مقدار آب وجود دارد همانگونه که بین دو سر سیم اختلاف مقدار الکترون وجود داشت اگر این لیوانها چندین ساعت هم در کنار هم قرار بگیرند هیچ اتفاقی نمی افتد اما چنانچه توسط یک لوله ته دو لیوان را به هم وصل کنیم آب از طرف لیوان پر تر به سمت لیوان نصفه حرکت میکند تا زمانیکه سطح آب درون دو لیوان به یک اندازه شود .

پس در اینجا اختلاف آب است که باعث حرکت میشود و در آنجا اختلاف الکترون (اختلاف پتانسیل) که این اختلاف پتانسیل خود دارای مقدار است که به آن مقدار ولتاژ میگوئیم .

منابع و مآخذ: برگرفته از مقالات اینترنتی و با راهنمایی استاد بلال‌زاده و استاد فضلی