قسمت سوم سوالات فیزیک 3 ریاضی فصل دوم

42- مختصرا توضيح دهيد بار الکتريکي چگونه روي خازن ذخيره ميشود؟

قبل از اتصال باتري (نبود اختلاف پتانسيل) مقدار بار روي هر صفحه خنثي است يعني تعداد بارهاي مثبت و منفي باهم برابرند

بعد از اتصال باتري (اعمال اختلاف پتانسيل) الکترونهاي آزاد از قطب منفي باتري خارج شده و بر صفحه B که به اين قطب متصل است مينشينند. بر اثر نيروي دافعه ميان بارهاي منفي در صفحه B و A الکترونهاي صفحه A به سمت قطب مثبت باتري رانده ميشوند. در نتيجه ميزان الکترونها روي صفحه B افزايش يافته و ميزان الکترونها روي صفحه A کاهش ميابد و صفحات به ترتيب داراي بار منفي و مثبت ميشوند

اين انتقال بارها آنقدر ادامه ميابد تا اختلاف پتانسيل دو صفحه با اختلاف پتانسيل دو سر باتري يکسان شود.

43-ظرفيت خازن را تعريف کنيد؟

بر اساس ظرفيت خازن ميتوانيم بگوييم هر خازن بر اساس ولتاژ خارجي داده شده چه مقدار بار الکتريکي ميتواند در خود ذخيره کند يا به عبارت دقيق تر :

ظرفيت خازن برابر نسبت بار ذخيره شده در آن به اختلاف پتانسيل بين دو صفحه است

نکته: واحد ظرفيت را فاراد مينامند اما چون فاراد يک واحد بزرگ به شمار ميرود معمولا در مسائل از واحد کوچکتر ان يعني ميکرو فاراد استفاده ميشود

44- عوامل موثر بر ظرفيت خازنها چيست؟

الف- مساحت صفحه هاي رسانا (A بر حسب متر مربع) با افزايش سطح ظرفيت نيز افزايش ميابد

ب- فاصله دو صفحه رسانا (d بر حسب متر) با دور شدن صفحه ها از هم ظر فيت کاهش ميابد

ج- قرار دادن دي الکتريک(k ) با قرار دادن دي الکتريک ظرفيت افزايش ميابد

C = K ε0 A / d

نکته: ثابت دي الکتريک k به جنس دي الکتريک بستگي دارد اين ضريب براي هوا و خلاء تقريبا يک است و براي ساير عايقها از يک بيشتر ميباشد.

45-پديده فرو شکست چيست؟

اگر اختلاف پتانسيل دو سر خازن را افزايش بدهيم بار ذخيره شده در صفحات افزايش ميابد و چون اين بارها رو ي دو صفحه نا همنامند سر انجام ميدان مغناطيس بسيار قوي ايجاد ميکنند که با عث ميشود دي الکتريک بين دو صفحه به صورت موقت رسانا ميشود و با يک جرقه ( مانند اذرخش) بار موجود روي دو صفحه تخليه و خنثي ميگردد. به اين پديده فرو شکست دي الکتريک ميگوييم

نکته: معمولا در فرو شکست خازن ها دي الکتريک ذوب و يا سوراخ ميشود و خازن اصطلاحا ميسوزد

46- پديده فرو شکست را از ديدگاه اتمي( ميکروسکوپيک) بررسي کنيد؟

با افزايش ولتاژ بين دو صفحه رسانا , بار ذخيره شده و ميدان الکتريکي بين صفحات افزايش ميابد و در اثر اين ميدان قوي , اتمهاي دي الکتريک تغيير شکل ميدهند. يعني هسته اتم که مثبت است به سمت صفحه منفي و ابر الکتروني که منفي است به سمت صفحه مثبت کشيده ميشود و اتم از حالت کروي به حالت دوکي شکل در مي آيد يا بهتر بگوييم تبديل به دو قطبي الکتريکي ميشود اين دو قطبي ها در درون دي الکتريک همديگر را خنثي ميکنند اما در لبه هاي دي الکتريک و در نزديکي صفحه ها بار هاي الکتريکي باقي مي مانند نيروي ربايشي ميان بارهاي دي الکتريک و بار صفحات خازن باعث بالا رفتن ظرفيت خازن ميشود

47-انرژي ذخيره شده در خازنها از چه راهي محاسبه ميشود؟

U = 1/2 .qv = 1/2 . cv2 = q2/ 2c

48- منظور از ظرفيت معادل خازن چيست؟

ظرفيت معادل چند خازن در حقيقت ظرفيت خازني است که اگر به جاي آن خازنها در مدار قرار گيرد به همان ولتاژي که به دو سر مجموعه وصل است متصل شود و انرژي الکتريکي ذخيره شده در ان برابر انرژي باشد که در مجموعه خازنها ذخيره شده است.

49- خازنها را به چند روش ميتوان در مدار بست؟

به سه رو ش -موازي - متوالي -مرکب(ترکيبي از موازي و متوالي)

50- ويژگيهاي بستن موازي خازنها را بنويسيد؟

در بستن موازي ولتاژهاي دو سر خازنها با هم برابر است اما نقدار بار ذخيره شده در خازنها متفاوت ميباشددر اينحالت ظرفيت معادل برابر است با مجموع ظرفيت هر کدام از خازنها و بار معادل برابر است با جمع جبري بارهاي ذخيره شده در هر کدام از خازنها يعني:

VT = V1= V2=V3 → q1/v1 + q2/v2 + q3/v3 = qt/vt

→C1 + C2 +c3= C t

q t =q1+q2+q3

51- ويژگي متوالي بستن خازنها را بيان کنيد؟

در روش متوالي خازنها روي يک سيم و به صورت واگنهاي قطار (به دنبال هم) قرار ميگيرند در اينحالت بار ذخيره شده بر خازنها يکسان خواهد بود ولي ولتاژ ها ي خازنها با هم متفاوت هستند و ولتاژ معادل برابر حاصلجمع ولتاژهاي هرکدام از خازنها ميباشد( منظور از ولتاژ همان اختلاف پتانسيل است)

در نتيجه معکوس ظر فيت معادل برابر است با مجموع معکوس ظرفيت هر کدام از خازنها يعني:

VT = V1+ V2+V3 → V1/q1 + V2/q2 + V3/q3 = Vt/qt →1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/CT

q t =q1=q2=q3

52- خازنها را چگونه به هم ببنديم تا ظرفيت معادل آن حتما کمتر از ظرفيت هر کدام از خازنها گردد؟

با توجه به فرمول 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/CT بايد خازنها را به صورت متوالي ببنديم

53-خازنها را جگونه به هم ببنديم تا ظرفيت معادل آن حتما از ظرفيت هر کدام از خازنها بيشتر گردد؟

با توجه به فرمول C1+C2+C3=CT بايد حتما خازنها را به صورت موازي ببنديم

54*- دو خازن را با باتريهاي متفاوتي پر ميکنيم سپس آنها را از باتريها جدا کرده و صفحات نا همنام آنها را به هم ميبنديم چه اتفاقي رخ ميدهد؟

يک جريان الکتريکي بين آنها بر قرار ميشود تا جايي که ولتازهاي دو سر آنها با هم برابر شود. اين ولتاژ جديد را از را بطه زير محاسبه ميکنيم:

{c1 v1 q1 خازن 1 قبل از اتصال>>>>>

{c2 v2 q2 خازن 2

بعد از اتصال>>>>>>>> q'1 = c1v'1 , q'2 = c2v'2 ,

----> q1' +q'2 = lq1- q2 l >>> v' = lq1 – q2 l / ( c1+c2)

55- اگر خازني را به ولتاز متفاوتي متصل کنيم آيا ظرفيت آن تغيير ميکند؟

خير ميزان بار ذخيره شده روي ان تغيير ميکند ولي ظرفيت هر خازن منحصر بفرد بوده و تغيير نميکند مگر آنکه در ساختار خازن تغييراتي داده شود مثل تغيير در مساحت صفحه ها يا فاصله ميان آنها و يا قرار دادن دي الکتريک.

56- اگر دو خازن را به طور جداگانه پر کنيم سپس آنها را از باتريهايشان جدا کرده و به يکديگر طوري وصل کنيم که صفحات همنام انها به هم وصل شوند چه تغييراتي در وضعيت بار و ولتاز انها ايجاد ميشود؟

در اين حالت جرياني بين دو خازن ايجاد ميشود تا زماني که ولتاژ دو سر آنها با هم برابر شود

{c1 v1 q1 خازن 1 قبل از اتصال>>>>>

{c2 v2 q2 خازن 2

بعد از اتصال>>>>>>>> q'1 = c1v'1 , q'2 = c2v'2

و چون ولتاژهاي جديد با هم برابرند و بر اساس قانون پايستگي بار خواهيم داشت:

V'1= v'2 = v'

q'1 +q'2 = q1 + q2 v' = (q'1 +q'2 ) / (c1+c2) = (q1 + q2) / (c1+c2)

57- يک کره فلزي بدون بار را که روي پايه نا رسانايي قرار دارد به اونگ الکتريکي بار دار مثبتي نزديک ميکنيم. چه اتفااقي ميافتد؟

در اثر القائ الکتريکي بارهاي مثبت و منفي کره فلزي از هم جدا شده و بارهاي منفي در سمت آونگ قرار ميگيرند و بارهاي مثبت در سمت ديگر کره جمع ميشوند در نتيجه با توجه به نيروي جاذبه بين بار مثبت آونگ و بار منفي القا شده در کره , آونگ به سمت کره کشيده ميشود.

58- چرا خطوط ميدان الکتريکي يکنواخت به صورت خطهاي راست و موازي با فاصله هاي مساوي از يکديگرند؟

همانگونه که در مبحث ميدان الکتريکي آمده است تراکم خطوط نشان دهنده ميدان قوي تر و پراکندگي خطوط نشان دهنده ميدان ضعيف ميباشد در نتيجه فاصله بين خطوط اين ميدان يکنواخت بايد برابر و يکسان باشد تا نشان دهد مقدار ميدان در همه جا يکسان و برابر است

خطوط نيز بايد با هم موازي باشد زيرا هيچ گاه خطوط ميدان نبايد همديگر را قطع کنند.

رسم خطوط ميدان الکتريکي براي بارهاي مثبت و منفي و جفت بارها: