جواب فصل 2 جریان الکتریکی و مدارهای جریان مستقیم فیزیک یازدهم ریاضی

سرعت سوق الکترون های آزاد در یک رسانا می ِ تواند به کندی سرعت حرکت یک حلزون باشد. اگر سرعت سوق الکترون ها اینقدر کم است، پس چرا وقتی کلید برق را می زنیم چراغ های خانه به سرعت روشن می شوند؟ (راهنمایی:  شیلنگ شفافی را در نظر بگیرید. وقتی شیر را باز می کنید، هنگامی که شیلنگ پر از آب است، آب بلافاصله از سر دیگر شیلنگ جاری می شود؛ ولی اگر لکه ای رنگی را درون آب چکانده باشیم، می بینیم این لکه رنگی به آهستگی در آب حرکت می کند.)

با توجه به این که سیم رسانا مجموعه ای از اتم های دارای الکترون های آزاد است (مشابه شیلنگ پر از آب) به محض برقراری اختلاف پتانسیل در دو سر سیم میدان الکتریکی در کل طول سیم ایجاد شده و الکترون های آزاد از جمله نزدیکترین الکترون ها به چراغ شروع به حرکت می کنند و جریان در لامپ  وهمجنین در کل سیم برقرار شده و لامپ روشن می شود.

در رابطه (∆t)q = I∆ اگر I برحسب آمپر و t∆ برحسب ساعت باشد، یکای ∆q آمپرـ ساعت می شود. باتری خودروها با آمپر ـ ساعت  (Ah)و باتری گوشی های همراه بامیلی آمپر ـ ساعت (mAh) مشخص می شود. ِ هر چه آمپر ـ ساعت یک باتری بیشتر باشد حداکثر باری که باتری می تواند از مدار عبور دهد تا به طور ایمن تخلیه شود، بیشتر است.
الف) باتری استاندارد خودرویی، 50Ah است. اگر این باتری جریان متوسط 5/0A را فراهم سازد، چقدر طول می کشد تا خالی شود؟
ب) روی یک باتری قلمی مقدار 100mAh نوشته شده است. اگر این باتری جریان متوسط 100µA را فراهم سازد، چه مدت طول می کشد تا خالی شود؟

الف)

ب)

مقدار مقاومت نشان داده شده در شکل، و مقدار مجاز انحراف از مقدار دقیق مقاومت، بر حسب اهم چقدر است؟

با 10 درصد تلورانس       4700 اهم

ترمیستورها به دو نوع NTC و PTC تقسیم بندی می شوند. در مورد ساختار و کارکرد آنها تحقیق کرده و به کلاس گزارش دهید.

به مقاومت های حساس به دما که از مواد نیمه هادی ساخته می شود، ترمیستور می گویند که این کلمه مخفف عبارت temperature sensitive resistors است. در ترمیستور مقاومت الکتریکی با دما به طور غیر خطی تغییر می کند. رنج دمای آن 70- تا 150 و نهایتا 316 درجه سانتیگراد می باشد. در اکثر کاربردها مقاومت آن در دمای 25 درجه سانتیگراد بین 100 تا 100 کیلو اهم می باشد. نماد الکتریکی ترمیستور در شکل روبرو آورده شده است.

دسته بندی ترمیستورها : 

ترمیستورها به دو دسته ضریب دمایی منفی NTC (Negative Temperature Coefficient) و ضریب دمایی مثبت PTC (Positive Temperature Coefficient) تقسیم می شوند. در NTC با افزایش دما مقاومت ترمیستور کاهش می یابد و در PTC با افزایش دما مقاومت آن افزایش می یابد. اغلب ترمیستورهای موجود و کاربردی NTC هستند. ترمیستورها در اشکال مختلفی ساخته می¬شوند که رایجترین آن ها، دیسکی، مهره ای و میله ای است که در شکل زیر نمونه ای از آنها آورده شده است:

مزایا :

اندازه کوچک، پاسخ سریع, حساسیت بسیار بالا

 معایب :

غیر خطی، محدوده دمایی کم، شکننده، مقاومت بالا و مشکلات نویز، ناپایداری و کالیبره نبودن
شکل زیر غیر خطی بودن یک NTC نشان می دهد :

کاربرد ها :

با توجه به هزینه کم و حساسیت بالای ترمیستورها، اغلب برای تشخیص وضعیت¬های آلارم فرایند از ترمیستورها استفاده می شود؛ مانند دمای سیم پیچ موتورها، دمای یاتاقان ها و....
پارامتر های مهم برای انتخاب ترمیستور :

نوع ترمیستور : NTC یا PTC

مقاومت به طور مثال 1 کیلو اهم

شکل ظاهری : دیسکی، مهره ای یا میله ای

خطا بطور مثال : R25=100KΩ±5%

در کدام شکل با بستن کلید، LED روشن می شود؟

پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

به کمک یک باتری، سیم های رابط، لامپ کوچک، ولت سنج و کلید، مداری همانند شکل زیر درست کنید. قبل از بستن کلید عددی را که ولت سنج نشان می دهد بخوانید.سپس کلید را ببندید و دوباره عددی را که ولت سنج نشان می دهد بخوانید. در کدام حالت ولت سنج عدد بزرگ تری را نشان می دهد؟ چرا؟
در ادامه با علت تفاوت این دو عدد آشنا خواهید شد.

قبل از بستن کلید ولت سنج نیروی محرکه مولد را نشان می دهد بعد از بستن ولت سنج عددی کمتر از حالت قبل نشان می دهد.

زیرا درحالتی که کلید باز است جریان در مدار وجود ندارد وافت پتانسیل صفر خواهد شد.

V = ε - rI        v = ε

اگر کلید را ببندیم لامپ روشن می شود جریان صفر نیست

V = ε - rI

میدان الکتریکی درون باتری از پایانه مثبت به سمت پایانه منفی است. توضیح دهید چرا وقتی از پایانه مثبت باتری به سمت پایانه منفی آن می رویم، پتانسیل کاهش می یابد و بالعکس.

جهت حرکت الکترون ها همیشه از منفی به سمت مثبته چون بارهای همنام همدیگه رو دفع و ناهمنام ها همدیگه رو جذب می کنند و با توجه به اینکه در حرکت الکترون به سمت قطب مثبت الکترون شتاب می گیرد. یعنی انرژی پتانسیل الکتریکی آن کاهش می یابد و با توجه به رابطه پتانسیل و انرژی پتانسیل خواهیم داشت

Δv = Δu/q

 با توجه به نوع بار منفی الکترون  و اینکه در حرکت الکترون به سمت قطب مثبت  انرژی کاهش می یابد و uΔ که علامت منفی دارد  متوجه میشویم که تغییرات پتانسیل باید مثبت باشد یعنی پتانسیل از منفی به مثبت افزایش می یابد و نتیجه منطقی این است که قطب مثبت  پتانسیل بیشتری نسبت به قطب منفی دارد.

مثال بالا را با حرکت در خلاف جهت جریان نشان داده شده، حل و نتیجه را با پاسخ مثال مقایسه کنید.

الف)

ب)

 تفاوت یک باتری نو و فرسوده عمدتا در مقدار مقاومت داخلی آن است که می تواند کمتر از یک اهم برای باتری نو تا چند هزار اهم برای باتری فرسوده باشد. برای اندازه گیری مقاومت داخلی یک باتری مدار ساده ای متشکل از یک باتری، یک کلید قطع و وصل و یک مقاومت یا لامپ کوچک را سوار کنید. نخست درحالی که کلید قطع است، ولتاژ دو سر باتری را با یک ولت سنج اندازه بگیرید و آنگاه پس از بستن کلید، دوباره ولتاژ دو سر باتری را اندازه بگیرید. همچنین در این حالت، جریان عبوری از مدار را نیز باید به کمک یک آمپرسنج اندازه بگیرید. اکنون با استفاده از رابطه 2ـ6 مقاومت داخلی باتری را محاسبه کنید (البته در یک اندازه گیری دقیق تر معمولا از یک مقاومت متغیر استفاده می شود و مقاومت داخلی پس از چندین اندازه گیری محاسبه می شود). آزمایش را یک بار برای باتری نو و یک بار برای باتری فرسوده انجام دهید.

مداری مانند شکل زیر می بندیم هنگامی که کلید قطع است ولتاژ دوسر باتری را اندازه می گیریم چون مقاوت درونی ولت سنج ایدال بینهایت است وجریان صفر است ولتاژ اندازه گیری شده برابر(ε)حال کلید را بسته ومجددا مقدار ولتاژ وهمچنین جریان را از روی ولت سنج وآمپرسنج می خوانیم با توجه به رابطه که درآن 7 ولتاژ اندازه گرفته توسط ولت سنج است مقاوت درونی باتری را محاسبه کنیم می توانیم با مقاوت های مختلف این آزمایش را تکرار کنیم وبرای به دست آوردن مقدار دقیق تر از نتایج حاصل میانگین بگیریم. 

قانون ژول بیان می دارد گرمای تولید شده توسط جریان Iی عبوری از یک مقاومت  R در مدت زمان t برابر با RI²t است. این قانون را می توان به روش گرماسنجی با یک گرماسنج که در فیزیک دهم با آن آشنا شدید تحقیق کرد. اسباب این آزمایش در شکل نشان داده شده است. درباره چگونگی این آزمایش تحقیق کنید

مقاومت رسانا را با اهم سنج اندازه گرفته وآن را در ظرفی محتوی آب قرار می دهیم شدت جریان را توسط آمپرسنج اندازه گرفته وانرژی مصرفی را برای مدت زمان معین از U=RI²t می یاییم درهمین زمان بااندازه گیری دمای آب و با استفاده از Q=mc∆θ گرما را به دست می آوریم مشاهده می شود که تقریبا U با Q برابر است

همانند شکل با یک اهم متر، مقاومت رشته سیم داخل لامپ 100 واتی را اندازه گیری کنید. سپس با استفاده از رابطه P=V²/R ، و با داشتن مشخصات روی لامپ، مقاومت آن را در حالت روشن محاسبه کنید. چرا مقدار اندازه گیری شده با مقدار محاسبه شده متفاوت است؟ نتیجه را پس از گفت و گوی گروهی، گزارش دهید.

مقاومت رشته ی سیم داخل یک لامپ 100 واتی را با اهم سنج اندازه می گیریم سپس با استفاده از رابطه R=V²/P مقاومت لامپ را بدست می آوریم این عدد بیشتر از مقاومت لامپ در حالت خاموش است

زیرا با اتصال لامپ به ولتاژی باعث افزایش دما در لامپ شده با افزایش دما از تعاشات اتم ها نیز افزایش یافته در نتیجه برخورد الکترون ها با شبکه اتمی رسانای فلزی زیادتر شده و مقاومت رسانا نیز در برابر عبور جریان زیاد می شود

اگر لامپ های رشته ای (التهابی) را با لامپ های LED جایگزین کنیم، درخواهیم یافت که در مصرف انرژی تفاوت چشمگیری حاصل می شود. مثلا درحالی که لامپ هالوژن یک کلاه ایمنی چند باتری را در 3 ساعت مصرف می کند، نوع LED همان لامپ، آن باتری ها را در 30 ساعت به مصرف می رساند. دلیل این اختلاف را بیان کنید.

در لامپهای رشته ای انرژی الکتریکی در رشته داخل لامپ، ابتدا به گرما تبدیل شده و سپس بخشی از گرمای تولیدی به صورت نور گسیل می شود، ولی در لامپهای LED  انرژی الکتریکی مستقیما به نور تبدیل می شود. بنابراین لامپ های LED مصرف انرژی کمتری دارند.

با توجه به قانون ژول (فعالیت 2-7) و تعریف نیروی محرکۀ الکتریکی، برای یک حلقه ساده، شامل یک باتری و یک مقاومت نشان دهید که قاعده حلقه یا قانون ولتاژها چیزی جز پایستگی انرژی نیست.

پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

بنابراین کار انجام شده در انتقال بار توسط منبع نیروی محرکه الکتریکی برابر است با گرمای تولید شده در مقاومت.

در شکل زیر، سه مقاومت به همراه یک آمپرسنج به صورت متوالی به یک باتری وصل شده اند و مقاومت آمپرسنج صفر است (آمپرسنج آرمانی). اگر مقاومت معادل مقاومت های R₁ ، R₂ و R₃ برابر با 13/0Ωباشد: الف) مقاومت R₃ چقدر است؟
ب) جریانی را که آمپرسنج نشان می دهد به دست آورید. پ) توان خروجی باتری چقدر است؟

الف)

ب)

پ)

در نتیجه داریم :

برای نقطه انشعاب نشان داده شده در شکل، رابطه بین جریان ها را بنویسید.

پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

I₁ – I₂ + I₃ + I₄ = 0

یا

I₁ + I₃ + I₄ = I₂

مداری مانند مدار مثال 2ـ8 ببندید و در هر شاخه آن، یک آمپرسنج قرار دهید. با خواندن آمپرسنج ها، رابطه بین جریان ها را بررسی کنید.

پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

در شکل زیر سه مقاومت موازی به همراه یک آمپرسنج آرمانی به دو سر یک باتری وصل شده اند. اگر مقاومت معادل این ترکیب 1/6Ωباشد، الف) مقاومت R₃ چقدر است؟ ب) جریانی که آمپرسنج نشان می دهد را به دست آورید. پ) توان خروجی باتری چقدر است؟

الف)

ب)

پ)

شکل زیر پنج مقاومت 8 اهمی را نشان می دهد.

الف) مقاومت معادل بین نقطه های F و H چقدر است؟

ب) مقاومت معادل بین نقطه های F و G چقدر است؟

الف)

ب)

1) در کدام یک از شکل های زیر، لامپ روشن می شود؟

2) در مدار شکل زیر اختلاف پتانسیل دو سر لامپ 4/0V و مقاومت آن 5/0Ω است. در مدت 5 دقیقه چه تعداد الکترون از لامپ می گذرد؟

3) بررسی کنید اگر مته برقی (دریل) معیوب شکل های زیر را با دوشاخه (شکل الف) یا سه شاخه (شکل ب) به پریز وصل کنیم، چه رخ می دهد؟

4) آذرخش مثالی جالب از جریان الکتریکی در پدیده های طبیعی است. در یک آذرخش نوعی ⁹10 × 1 ژول انرژی تحت اختلاف پتانسیل ⁷10 × 5 ولت در بازه زمانی 0/20s آزاد می شود. با استفاده از این اطلاعات الف) مقدار بار کل منتقل شده بین ابر و زمین، ب) جریان متوسط در یک یورش آذرخش و پ) توان الکتریکی آزاد شده در 0/20s را به دست آورید.

5) در آزمایش تحقیق قانون اهم، نتایج جدول زیر به دست آمده است.

نمودار ولتاژ بر حسب جریان را رسم کنید و با فرض ثابت ماندن دما تعیین کنید در چه محدودهای رفتار این مقاومت از قانون اهم پیروی می کند.

6) شکل زیر نمودار I-V را براى دو رسانای A و B نشان مى دهد. مقاومت کدام یک بیشتر است؟ چرا؟

7) دو رسانای فلزی از یک ماده ساخته شده اند و طول یکسانی دارند. رسانای A سیم توپری به قطر 1/0mm است. رسانای  Bلوله ای توخالی به شعاع خارجی 2/0mm و شعاع داخلی 1/0mm است. مقاومت رسانای A چند برابر مقاومت رسانای  Bاست؟

8) در ماشین های چمن زنی برقی برای مسافت های حداکثر تا 35m از سیم های مسی نمره 20 (قطر 0.08 سانتی متر) و برای مسافت های طولانی تر از سیم های ضخیم تر نمره 16 (قطر 0.13 سانتی متر) استفاده می کنند تا بدین ترتیب مقاومت سیم را تا آنجا که ممکن است کوچک نگه دارند.

الف) مقاومت یک سیم 30 متری ماشین چمن زنی چقدر است؟

ب) مقاومت یک سیم 70 متری ماشین چمن زنی چقدر است؟ (دمای سیم ها را 20 درجه سانتی گراد در نظر بگیرید.)

9) مقاومت رشته درونی یک برشته کن که از جنس نیکروم است، در حالت روشن (دمای 1200 درجه سانتیگراد) برابر 44 اهم است. مقاومت این رشته در دمای 20 درجه سانتیگراد چقدر است؟ (از تغییر طول و قطر رشته در اثر تغییر دما چشم پوشی شود).

10) شکل زیر یک مشابهت سازی مکانیکی برای درک مقاومت و نیروی محرکه الکتریکی را نشان می دهد که در آن بر سطح شیبداری میخ هایی تعبیه شده و تیله ها از ارتفاع بالای سطح شیبدار رها می شوند و سپس دوباره به بالای سطح شیبدار بازگردانده می شوند. این مشابهت سازی مکانیکی را توجیه کنید.

11) اختلاف پتانسیل دو سر باترى خودروهاى سوارى برابر 12 ولت است. اگر هشت باترى قلمى 1/5 ولتى را به طور متوالى به یکدیگر وصل کنیم، اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه آنها نیز برابر 12 ولت مى شود. توضیح دهید چرا در خودروها به جاى باترى خودرو از هشت باترى قلمى استفاده نمى شود.

12) یک باتری را در نظر بگیرید که وقتی به مدار بسته نیست پتانسیل دو سرش برابر 12/0V است. وقتی یک مقاومت  10/0Ωبه این باتری بسته شود، اختلاف پتانسیل دو سر باتری به 10/9V کاهش می یابد. مقاومت داخلی باتری چقدر است؟

13) در مدار شکل زیر جریان در مدار و اختلاف پتانسیل بین دو نقطه A و  Bرا محاسبه کنید.

14) در شکل زیر الف) اختلاف پتانسیل دو سر منبع های نیروی محرکه را به دست آورید.

ب) پتانسیل نقطه A را تعیین کنید.

15) دو لامپ رشته ای در اختیار داریم که جنس و طول رشته آنها یکسان است، ولی رشته لامپ B ضخیم تر از رشته لامپ  Aاست. وقتی لامپ ها به ولتاژ یکسانی وصل شوند، کدام لامپ پر نورتر خواهد بود و چرا؟

16) بر روی وسیله های الکتریکی، اعداد مربوط به ولتاژ و توان نوشته می شود. برای دو وسیله زیر،

الف) سیم های اتصال به برق آنها باید بتواند حداقل چه جریانی را از خود عبور دهد؟

ب) مقاومت الکتریکی هر وسیله در حالت روشن چقدر است؟

17) لامپ یک چراغ قوه معمولی با ولتاژ 2/9V  کار می کند و در این حالت توان مصرفی آن W0/87 می شود. اگر مقاومت رشته تنگستنی این لامپ در دمای اتاق (°C20) برابر 1/1 اهم باشد، دمای این رشته وقتی که لامپ روشن است، چقدر می شود؟

18) شکل زیر جریان I را در یک مدار تک حلقه ای با باتری  Bو مقاومت های R1 و R2 سیم هایی با مقاومت ناچیز نشان می دهد. الف) علامت پایانه های باتری B را مشخص کنید. در نقاط a، b و c.  ب) بزرگی جریان، پ) پتانسیل الکتریکی و ت) انرژی پتانسیل الکتریکی حامل های بار مثبت را به گونه ای مرتب کنید که بیشترین مقدار در ابتدا باشد.

19) تلویزیون و یکی از لامپ های خانه خود را در نظر بگیرید و فرض کنید که هر کدام روزی ٨ ساعت با اختلاف پتانسیل  220ولت روشن باشد.

الف) انرژی الکتریکی مصرفی هر کدام در یک دوره یک ماهه (30 روز) چند kWh است؟ (توان مصرفی هر وسیله را از روی آن بخوانید(.

ب) بهای برق مصرفی هر کدام از قرار هر کیلووات ساعت 50 تومان در یک دوره یک ماهه چقدر می شود؟

پ) اگر در شهر شما هر خانه یک لامپ 100وات اضافی را به مدت 3 ساعت در شب روشن کند، در طول یک ماه تقریباً چند کیلووات ساعت انرژی الکتریکی اضافی مصرف می شود؟

20) در شکل زیر، الف) نیروی محرکه الکتریکی و مقاومت داخلی منبع را که توان خروجی آن به ازای I1=5/00A برابر 9/50W و به ازای I2=7/00A  برابر 12/6W است، محاسبه کنید.

ب) نمودار اختلاف پتانسیل دو سر باتری برحسب جریان گذرنده از آن را رسم کنید.

21) لامپ هاى یک درخت زینتى، به طور متوالى متصل شده اند. اگر یکى از لامپ ها بسوزد، چه اتّفاقى می افتد؟ به نظر شما چرا همه چراغ های خودرو (چراغ های جلو، عقب و ...) به طور موازی بسته می شوند؟

22) مقاومت یک آمپرسنج براى اندازه گیرى جریان در یک مدار باید چگونه باشد تا جریان اندازه گیری شده توسط آمپرسنج با جریان قبل از قرار دادن آمپرسنج، نزدیک به هم باشد؟

23) شکل زیر بخشی از یک مدار را نشان می دهد. بزرگی و جهت جریان I در سیم پایین سمت راست چیست؟

24) در شکل زیر، تعدادى لامپ مشابه به طور موازى به هم متصل شده اند و هر لامپ با کلیدى همراه است. بررسى کنید که با بستن کلیدها یکى پس از دیگرى، عددهایی که آمپرسنج و ولت سنج نشان مى دهند، چه تغییرى مى کند؟

25) دو لامپ با مقاومت مساوى R را یک بار به طور متوالى و بار دیگر به طور موازى به یکدیگر مى بندیم و آنها را هر بار به ولتاژ V وصل مى کنیم. نسبت توان مصرف شده در حالت موازى به توان مصرف شده در حالت متوالى چقدر است؟

26) در شکل های زیر، آیا مقاومت ها به طور متوالی بسته شده اند یا موازی و یا هیچ کدام؟

27) در مدار شکل زیر جریان در جهت نشان داده شده 1/2A است.
الف) نیروى محرکه ε₂ و اختلاف پتانسیل دو نقطه A و B چقدر است؟
ب) انرژى مصرفشده در R₁ و R₂ در مدت 5 ثانیه چقدر است؟

28) سه مقاومت مشابه 12 اهمى را یک بار به طور متوالى و بار دیگر به طور موازى به یکدیگر مى بندیم و به اختلاف پتانسیل 12 ولت وصل مى کنیم. در هر بار، چه جریانى از هر مقاومت مى گذرد؟

29) دو مقاومت موازى 16 اهمى و 12 اهمى به طور متوالى به یک مقاومت 2 اهمى وصل شده است. اکنون، مجموعه مقاومت ها را به دو سر یک باترى آرمانی 36 ولتى مى بندیم. توان مصرفى در مقاومت 6 اهمى را محاسبه کنید.

30) در شکل زیر، وقتی کلید بسته شود چه جریانی از هر لامپ رشته ای می گذرد؟

31) جریانی که از منبع نیروی محرکه آرمانی و هر یک از مقاومت های شکل رو به رو می گذرد، چقدر است؟

32) لامپ های  A، B و C در شکل زیر همگی یکسان اند. با بستن کلید، کدام یک از تغییرات زیر در اختلاف پتانسیل رخ می دهد؟ (ممکن است بیش از یک پاسخ درست باشد.)

الف) اختلاف پتانسیل دو سر A و B تغییر نمی کند.

ب) اختلاف پتانسیل دو سر C به اندازه 50 درصد کاهش می یابد.

پ) هر یک از اختلاف پتانسیل های دو سر A و B به اندازه 50 درصد افزایش می یابد.

ت) اختلاف پتانسیل دو سر C به صفر کاهش می یابد.

33) درسیم کشی منازل، همه مصرف کننده ها به طور موازی متصل می شوند. یک اتوی 1100W، یک نان برشته کن (توستر)، 1800W، پنج لامپ رشته ای 100Wو یک بخاری 1100W به پریزهای یک مدار سیم کشی خانگی 220V که حداکثر می تواند جریان 15A را تحمل کند وصل شده اند. آیا این ترکیب مصرف کننده ها باعث پریدن فیوز می شود یا خیر؟

1) لامپ مدار الف درمسیر عبور جریان مدار قرار ندارد پس خاموش می ماند

لامپ مدار ب جریانی درمدار ایجاد نمی شود چون مسیر بسته ای برای عبور جریان نداریم پس خاموش می ماند

لامپ مدار ب روشن می شود زیرا به دوسر لامپ اختلاف پتانسیل متصل است وجریان الکتریکی نیز از فیلامان لامپ می گذرد

2) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

3) درمته معیوب اگر روکش عایق یکی از سیم ها از بین رفته باشد وبا بدنه اتصال داشته باشد کسی که به آن دست می زند دچار برق گرفتگی می شود اما اگر مته سیم اتصال به زمین داشته باشد جریان الکتریکی به جای عبور از بدن شخص از اتصال به زمین(سیم ارت) عبور می کند ودیگر شخص دچار برق گرفتگی نمی شود(چون مقاومت این سیم درمقایسه با مقاومت بدن شخص خیلی کمتر است)

4) الف)

ب)

پ)

5) در محدوده ولتاژ 0 تا 7 ولت

6)

در نتیجه داریم :

به ازای ولتاژ ثابت جریان عبوری از رسانای الف  کمتر از رسانای ب می باشد.و چون مقاومت با جریان رابطه عکس دارد پس مقاومت الف بیشتر از مقاومت ب است.

درنمودار I-V هرچه شیب نمودار کمتر باشد مقاومت رسانا بیشتر خواهد بود.

7) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

8) الف)

ب)

9) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

10) کاری که ما برای بالا بردن گلوله ها انجام می دهیم ، همانند کار نیروی محرکه مولد برای انتقال بار الکتریکی از یک پایانه مولد برای انتقال بار الکتریکی از یک پایانه مولد به یک پایانه دیگر و سطح شیبدار هم همانند؛ مدار الکتریکی است. در یک مسیر رفت تمام انرزی که ما به گلوله دادیم یا مولد به الکترونها داده است، به علت مقاومت میخ یا مقاومت اتم ها در برابر الکترون ها از بین رفته و به پایین سطح شیبدار می رسد، در مرحله بعد بازهم ای عمل تکرار می شود.

11) میزان بار الكتریكی ذخیره شده در باتری های قلمی بسیاركمتر از انرژی الكتریكی ذخیره شده در باتری اتومبیل است. لذا باتری های قلمی شدت جریان لازم برای راه اندازی موتور و سایر وسایل الكتریكی اتومبیل را نمی توانند تأمین كنند.

12) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

13) برای بدست آوردن اختلاف پتانسیل دو نقطه A و B ابتدا باید جریان مدار را بدست آوریم:

با توجه به مدار داریم:

حال اختلاف پتانسیل بصورت زیر خواهد بود:

14) الف) ابتدا باید جریان مدار رو بدست بیاریم:

حال اختلاف پتانسیل دو سر منبع های نیروی محرکه را به دست می آوریم:

ب) پتانسیل نقطه A برابر است با اختلاف پتانسیل دو سر منبع نیرو محرکه 2 یعنی:

15)

چون مقطع رشته لامپ B ضخیم تر است، پس مقاومتش کمتر بوده و با وصل کردن این دو لامپ، به ولتاز یکسان و با توجه به اینکه توان با مقاومت رابطه عکس دارد، در نتیجه توان لامپ B بیشتر بوده و نور بیشتری خواهد داشت.

16) الف)

ب)

17)

18) الف)

ب) بزرگی جریان در نقاط a ، b و c یا بززگی جریان حلقه برابر می باشد:

پ) پتانسیل الکتریکی بین نقاط a و b ، b و c ، a و c به صورت زیر خواهد بود:

ت) هرچه به پایه ی مثبت منبع تغذیه (باطری) نزدیک تر باشیم، انرژی پتانسیل بیشتری نسبت به دیگر نقاط داریم؛ بنابراین:

\({U_b} > {U_c} > {U_a}\)

19) الف)

ب)

پ)

20)

در نتیجه داریم :

21) در اتصال متوالی فقط وقتی یک لامپ می سوزد، مسیر عبور جریان از آن جز مدار قطع می شود. و این باعث، قطع جریان در کل مدار و خاموش شدن همه لامپ ها می شود.

چراغ های خودرو به طور موازی بسته می شود تا با سوختن یک لامپ همه لامپ ها خاموش نشوند؛همچنین در اتصال موازی نور لامپ ها بیشترین روشنایی دارند؛زیرا پتانسیل دوسر همه لامپ ها یکی است، در حالی که در اتصال متوالی ،این پتانسیل به نسبت مقاومت هر لامپ تقسیم می شود.

در مدار موازی نور لامپی بیشتر است که توان مصرفی بیشتری دارد. P=V²/R

22) مقاومت آمپرسنج باید بسیار ناچیز باشد. اگر آمپرسنج مقامت داشته در اثر افت پتانسیل در آمپرسنج مقداری از

جریان طبقه رابطهI=Ɛ/(R+R_A+r) تلف شده و دیگر مقدار جریان با حالتی که آمپرسنج در مدار نباشد برابر نیست.

23) برای بدست آوردن مقدار I باید جریان های هر گره را با توجه به قوانین کیرشهف بدست آورده و در نهایت مقدار جریان مذکوره را بدست آوریم.

برای پیدا کردن جهت جریان، یک جهت فرضی در نظر می گیریم، اگر با فرض این جهت مقدار جریان منفی بود باید جهت را عکس کنیم در غیر اینصورت جهت فرضی، جهت جریان خواهد بود:

24) با بستن هر کلید تعداد مقاومت های موازی بیشتر شده مقاومت معادل کمتر می شود.  R_T=R/n

موقعی که مقاومت معادل کاهش می یابد، طبق رابطه I=Ɛ/(R_T+r)عدد بیشتری را نشان می دهد.

با افزایش جریان، عددی که ولت سنج نشان می دهد مطابق رابطه V= Ɛ-eI کاهش می یابد

25) با توجه به رابطه توان P=V²/R ابتدا مقاومت معادل هر مدار را محاسبه کرده، سپس بر هم تقسیم می کنیم

26) در شکل الف مقاومت ها به طور متوالی بسته شده اند.(مقاومت ها در یک نقطه یکسان متصل شده اند)

در شکل های ب و پ مقاومت ها به طور موازی بسته شده اند.(دو سر تمام مقاومت های در دو نقطه a و b متصل شده اند)

و شکل ت نه به طور سری بسته شده و نه موازی.

27) الف)

ب)

28)

29) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

30)

31) برای حل این سؤال ابتدا باید مقاومت های معادل را بدست آورده و به یک مدار تک حل تبدیل کنیم و سپس جریان مدار را بدست بیاوریم. سه جفت مقاومت 4 اهمی داریم که هر کدام با یکدیگر موازی هستند و بعد از آن مقاومت های معادل این سه جفت با هم موازی خواهند بود و در نهایت مدار تک حلقه ای ایجاد شده و جریان را بدست می آوریم:

از آنجا که سه شاخه با مقاومت های برابر (2 اهمی) داریم جریان فوق به سه قسمت تقسیم خواهد شد:

و از آنجا که هر کدام از شاخه ها با مقاومت های برابر (4 اهمی) جدا شده اند برای هر شاخه جریان فوق به دو قسمت تقسیم خواهد شد:

32) الف) با بستن کلید و اتصال کوتاه لامپ C از مدار حذف می شود و چون جریان الکتریکی از مقدار Ɛ/3R  به  Ɛ/2Rافزایش میی یابد اختلاف پتانسیل هر کدام از مقاومت های مشابه A و B از Ɛ/3به Ɛ/2افزایش می یابد.

نادرست

ب) قبل ا بستن کلیدV_1C=Ɛ/3 و بعد از بستن V_2C=0 می شود یعنی 100 درصد اختلاف پتانسیل C کاهش می یابد.

نادرست

پ) اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت ها از V_1A=V_1B=Ɛ/3 به V_2A=V_2B=Ɛ/2 می رسد (50 درصد افزایش) می یابد.

33)

این جریان بزرگتر از بیشینه جریانی است که مدار قادر به تحمل آن است. بنابراین فیوز خواهد پرید.

پاسخ راه دوم:

این جریان بیشتر از بیشینه جریانی است که مدار قادر به تحمل آن است. بنابراین فیوز خواهد پرید.