Sharif university of technology Department of physics Dr A. Amjadi Sharif university of technology

مقدمه فيزيك عمومي 2 كتاب مرجع درس، فهرست و امتحان درس الكتريسيته و مغناطيس خواص بارهاي الكتريكي نارساناها و رساناها قانون كولن

مقدمه الكترو مغناطيس علم برهمكنش بين بارهاي الكتريكي، ميدانهاي الكتريكي و جريانهاي الكتريكي است. سايت درس و ديگر سايتهاي مفيد http://physics.sharif.edu/~gen.phys2/ http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Titlepage/Electricity.html http://www.physics.ohio-state.edu/~durkin/phys132/ http://library.thinkquest.org/03oct/00758/en/disaster/lightning/physics.html

كتاب مرجع درس، فهرست و امتحان درس كتاب درس: Fundamentals of physics.(Halliday & Resnick) 9th edition or 8th فهرست فصل 21: بارهاي الكتريكي

فصل 22: ميدانهاي الكتريكي a) b) + q - q

قانون گاوس صورت ديگري از بيان قانون كولن است. فصل 23: قانون گاوس قانون گاوس صورت ديگري از بيان قانون كولن است. فصل24: پتانسيل الكتريكي

فصل 25: خازن فصل 26: جريان و مقاومت فصل 27: مدارهاي الكتريكي

فصل 28: ميدانهاي مغناطيسي http://hiwa66.blogfa.com/post-147.aspx 1/3/2019

فصل 30: القا و القاگر فصل 29: ميدانهاي مغناطيسي ناشي از جريان http://physics.stackexchange.com/questions/65335/how-does-moving-charges-produce-magnetic-field فصل 30: القا و القاگر

فصل 31: نوسانات الكترومغناطيس و جريانهاي متناوب فصل 32: معادلات ماكسول 1/3/2019

كلاسهاي حل تمرين داراي 4نمره ميباشد. ميانترم اول: تاريخ امتحان، پنجشنبه 1392/08/09{3/5نمره} مباحث امتحان: از فصل 21(بارهاي الكتريكي) تا آخر فصل 26 (جريان و مقاومت) ميانترم دوم: تاريخ امتحان، پنجشنبه 1391/09/14{3/5نمره} امتحان درس مباحث امتحان: از فصل 27(مدارهاي الكتريكي)تا آخر فصل 29(ميدانهاي مغناطيسي ناشي از جريان) امتحان پايانترم: 1392/10/23{9نمره} مباحث امتحان: از فصل 21(بارهاي الكتريكي)تا آخر بحث معادلات ماكسول در فصل32(معادلات ماكسول) كلاسهاي حل تمرين داراي 4نمره ميباشد. 1/3/2019

فصل 21(بارهاي الكتريكي) مقدمه علم الكتريسيته به حدود 700سال قبل از ميلاد بر ميگردد. مشاهدات آغازين در اين زمان مربوط به جذب تكه هاي كوچك از كاه و ... توسط كهربايي كه با پشم مالش داده شده بود، ميشد. اين پديده فقط محدود به كهرباو پشم نبود، زمانيكه اغلب دو جسم نارسانا با يكديگر مالش داده ميشد نيز اين پديده مشاهده ميگرديد.

خواص بارهاي الكتريكي مشاهدات الكترو استاتيك بارداركردن الكتريكي در اثر مالش يك شانه با موي سر، شانه ميتواند قطعات كاغذ را جذب كند. يك بادكنك پر از هوا كه با پشم مالش داده شود، ميتواند ذرات ريزي را به خود جذب كند. بارداركردن الكتريكي ماليدن كفش به فرش، انتقال بار به بدن انسان خروج بار از بدن انسان بوسيله تماس با فرد ديگر يا با فلزات دو نوع مختلف از بارهاي الكتريكي نامگذاري بارهاي مثبت و منفي توسط بنجامين فرانكلين(1790-1706) بارهاي همنام همديگر را جذب و بارهاي ناهمنام همديگر را دفع ميكنند. In the case of silk rubbed against glass. Electrons are transferred from the glass to the silk.

خواص بارهاي الكتريكي و ماهيت آنها مبدا بار در مقياسهاي اتمي هسته ها: استوار و محكم مثبت الكترونها: سيال و متحرك منفي درحالت معمول هر اتم خنثي است. بارها تمايل ذاتي براي انتقال و جذب شدن توسط بارهاي ناهمنام را دارند. قوانين بارهاي الكتريكي بارهاي الكتريكي نه بوجود ميآيند نه از بين ميروند(قانون بقاي بار). اغلب اين بار منفي است كه بين مواد مختلف جابجا ميشود.

كوانتيزه بودن بارهاي الكتريكي درسال 1909 رابرت مليكان دريافت كه اجسام باردار داراي مضرب صحيحي از واحد بار مي باشند. بار يك كميت كوانتيزه است. بار خالص يك جسم باردار همواره به صورت ±e يا ±2e يا ±3e يا ... خواهد بود. بار پروتون +1e بار الكترون -1e بار خالص بعضي از ذرات مانند نوترون صفر است. همه اتمها متشكل از ذرات با بارهاي الكتريكي مثبت و منفي هستند. يكاي اندازه گيري بار در واحد SI كولن(C) است. اندازه هر كوانتاي بار الكتريكي 1e=1.602*10-19 C

رساناها و نارساناها، طبقه بندي مواد مواد يا اجسام ممكن است براساس قابليت انتقال بار الكتريكي در طول خود طبقه بندي شوند. رساناها موادي هستند كه بار الكتريكي آزادانه در آن آنها جابجا ميشود. نارساناها موادي هستند كه بار نميتواند آزادانه در آن جابجا شود. از بهترين نارساناها شيشه از بهترين رساناها نقره،‌ آلمينيوم و مس نيمه رساناها دسته سوم از مواد هستند كه خواصي بين رساناها و نارساناها دارند. سيليكون و ‍ژرمانيوم نيمه رساناهايي هستند كه اغلب در ساخت وسايل الكترونيك كاربرد دارند.

بارداركردن اجسام بوسيله انتقال بار يك ميله باردار(حاوي بارهاي منفي) را در نظر بگيريد،كه به سطح يك كره رساناي ايزوله شده تماس داده ميشود برخي از الكترونها در مجاورت ناحيه تماس به روي سطحكرهمنتقل ميشوند. با جدا كردن ميله الكترونهاي اضافي روي سطح كره باقي خواهند ماند، يعني كره به صورت منفي باردار شده است. اين مراحل تحت عنوان باردار كردن اجسام بوسيله انتقال بارشناخته ميشود.

رساناها و نارساناها زمين زماني كه يك رسانا به زمين وصل شود در اصطلاح گفته ميشود آن رسانا زميني شده است. زمين يك منبع نامحدود از الكترون است. كه هم ميتواند الكترون دريافت و هم ميتواند منتقل كند. زمين مرجع پتانسيل و پتانسيل آن همواره صفر در نظر گرفته ميشود.

رساناها و نارساناها باردار كردن بوسيله القا يك ميله باردار با بار منفي كه در نزديكي با سطح رساناي كرويي كه از زمين ايزوله شده است را در نظر بگيريد. نيروي دافع بين الكترونها باعث به هم خوردن توزيع بار روي سطح كره ميشود. با دور شدن الكترونها ازميله، در نزديكي ميله بارهاي مثبت ظاهر ميشوند. با تماس رسانا به زمين بوسيله يك سيم بلند. بواسطه نيروي دافع الكتريكي بين الكترونها، الكترونهاي سطح كره به زمين منتقل ميشنود. با قطع كردن سيم كره اكنون داراي بار مثبت است. اين مراحل باردار كردن به روش القا نام دارد. نكته: در روش القا نيازي به تماس بين اجسام وجود ندارد. اگر اين آزمايش را با يك ميله شيشه اي كه به صورت مثبت باردار شده است انجام دهيم چه اتفاقي مي افتد؟؟

سوال كوتاه يك جسم با بار الكتريكي مثبت كه از يك نخ آويزان شده است دركنار يك جسم نارساناي ديگر(توپ) قرار داده شده است. همانگونه كه مشاهده ميشود، توپ در حال جذب كردن جسم باردار است. توضيح دهيد كه چرانميتوان تعيين كرد كه جسم داراي بار منفي يا خنثي است. چه آزمايش اضافي لازم است كه بتوان نوع بار الكتريكي جسم را تعيين كرد؟ ? +

توضيح دهيد كه چرانميتوان تعيين كرد كه جسم داراي بار منفي يا خنثي است. بررسي دو احتمال برهم كنش بين دو جسم ناشي از بارهاي ناهمنام. برهم كنش با جسم دوم ناشي از قطبش . - + + + - - + - + + -

چه آزمايش اضافي لازم است كه بتوان نوع بار الكتريكي جسم را تعيين كرد؟ بررسي دو آازمايش. با اضافه كردن يك جسم بدون بار و بررسي برهم كنش دو جسم. با قرار دادن يك جسم با بار منفي، اگر برهم كنش بين دو جسم باز از نوع جاذبه باشد، ميتواان گفت جسمم دوم خنثي بوده و برهم كنش ها بدليل ايجاد قطبش الكتريكي ميباشند. ? + +- -+- - -

قانون كولن – مشادات تجربي شارل كولن در سال 1785 قانون بنيادي نيروي الكتريكي بين دو ذره باردار را كشف كرد. خواص نيروي الكتريكي متناسب با عكس مجذور فاصله بين دو جسم است. متناسب با حاصلضرب اندازه دو بار الكتريكي است. اين نيرو درصورتي كه بارها هم نام باشند، دافعه و اگر بارها نا همنام باشند جاذبه خواهد بود. q1 q2 r

فرمول بندي قانون كولن ke ثابت كولن ثابت كولن بستگي به انتخاب دستگاه يكاها دارد. براي مثال در دستگاه SI: Force: the Newton (N) Charge: the coulomb ( C). Current: the ampere (A =1 C/s). Distance: the meter (m). Experimentally measurement: ke = 8.9875´109 Nm2/C2. Reasonable approximate value: ke = 8.99´109 Nm2/C2.

Charge and Mass of the Electron, Proton and Neutron. Particle Charge ( C) Mass (kg) Electron -1.60 ´10+19 9.11 ´10+31 Proton +1.60 ´10+19 1.67 ´10+27 Neutron

نكات قانون كولن نيروي الكترو استاتيك اغلب با نام نيروي كولني ناميده ميشود. اين نيرو: داراي اندازه داراي جهت است. + r q1 q2 F21 + - r q1 q2 F21

Attractive force with a magnitude of 8.2x10-8 N. Question: The electron and proton of a hydrogen atom are separated (on the average) by a distance of about 5.3x10-11 m. Find the magnitude of the electric force that each particle exerts on the other. Observations: We are interested in finding the magnitude of the force between two particles of known charge, and a given distance of each other. The magnitude is given by Coulomb’s law. q1 =-1.60x10-19 C q2 =1.60x10-19 C r = 5.3x10-11 m Solution: Attractive force with a magnitude of 8.2x10-8 N.

اصل برهم نهي براساس مشاهدات، نيروي خالص وارد بر يك بار ناشي از مجموعه بارها برابر با جمع برداري تك تك نيروهاست. نيروي الكتريكي، از اصل برهم نهي تبعيت ميكند.

مثال از اصل برهم نهي سه بار نقطه اي مطابق شكل زير در نظر بگيريد، نيروي خالص وارد بر بار q3 را محاسبه كنيد. q1 = 6.00 x 10-9 C q2 = -2.00 x 10-9 C q3 = 5.00 x 10-9 C + x y - q2 q1 3.00 m 4.00 m q3 F32 F31 37.0o

سه بار نقطه اي مطابق شكل زير در نظر بگيريد، نيروي خالص وارد بر بار q3 را محاسبه كنيد. + x y - q2 q1 3.00 m 4.00 m q3 F32 F31 37.0o 5.00 m Solution: