آموزش فصل دوم فیزیک یازدهم | جریان الکتریکی و مدارهای جریان مستقیم

در مقاله قبلی به صورت کامل آموزش الکتریسیته ساکن فیزیک یازدهم را در اختیار شما عزیزان قرار دادیم و امروز به سراغ یکی از سخت‌ترین فصل‌های فیزیک کنکور یعنی آموزش فصل دوم فیزیک یازدهم خواهیم رفت. فصلی که در امتحان نوبت اول حدود 6 نمره و در امتحان نوبت دوم هم حدود 5 نمره را به خود اختصاص می‌دهد و علاوه براین در بودجه‌بندی فیزیک کنکور هم حدود 4 تست را به خود اختصاص می‌دهد.

این آمار از بودجه‌بندی و بارم‌بندی این فصل باعث می‌شود که نتوان به راحتی قید این فصل را زد. من بی‌نظیر عزیزی هستم و امروز در سایت بخون قصد دارم آموزش فیزیک یازدهم فصل دوم را در اختیار شما عزیزان قرار دهم. آموزشی به زبان ساده که در یادگیری الکتریسیته ساکن به شدت می‌تواند موثر باشد و درک مطالب این فصل را برای شما آسان کند.

درضمن در انتهای همین مقاله می‌توانید محتویات این فصل را به صورت جزوه فصل دوم فیزیک یازدهم هم دانلود کنید و در اختیار داشته باشید و در هربخش از مقاله که دچار ابهام شدید سریعا از بخش نظرات بپرسید تا شما عزیزان را راهنمایی کنم و بتوانید به صورت کامل از آموزش الکتریسیته جاری فیزیک یازدهم بهره‌مند شوید. از طریق بخش آموزش فیزیک یازدهم هم می‌توانید آموزش کل فصل‌ها را به صورت رایگان مشاهده کنید.

مباحثی که در آموزش فصل دو فیزیک یازدهم قرار است بررسی کنیم به شرح زیر است:

1. جریان الکتریکی
2. مقاومت الکتریکی و قانون اهم
3. عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی
4.  نیروی محرکهٔ الکتریکی و مدارها
5.  توان در مدارهای الکتریکی
6. ترکیب مقاومت ها

آموزش مفاهیم فصل دوم فیزیک یازدهم تجربی

جریان الکتریکی:
به شارش (حرکت) بارهای الکتریکی (الکترون ها) درون یک رسانا در مدت زمان معین را جریان الکتریکی می‌گویند.

نکته مهم: جریان الکتریکی کمیتی نرده ای است و آن را با نماد I نشان می‌دهیم و یکای آن آمپر ( A ) است.

شدت جریان لحظه‌ای:
وقتی که در رابطه شدت جریان الکتریکی Δ𝑡 به سمت صفر میل کند یعنی (در بازه زمانی بسیار کوتاه) شدت جریان لحظه‌ای به دست می‌آید:

نکته مهم: اگر در تمام بازه‌های زمانی، شدت جریان متوسط ثابت بماند، جریان را مستقیم می‌نامند و در این صورت شدت جریان لحظه‌ای با شدت جریان متوسط برابر است.

انواع مواد از نظر رسانایی الکتریکی

مواد رسانا:
این مواد به راحتی بار الکتریکی را از خود عبور می دهد. فلزات جزو رساناها می باشند.
مواد ناراسانا (عایق):
این مواد بار الکتریکی را از خود عبور نمی‌دهند و یا بسیار کم عبور می‌دهند مانند (پلاستیک، شیشه و…)
نیمه رسانا:
نیمه‌ رساناها موادی هستند که نه خیلی خوب مثل مواد رسانا بار الکتریکی از خود عبور می‌دهند و نه مثل مواد نارسانا بار را از خود عبور نمی‌دهند در نتیجه، مواد نیمه رسانا خاصیتی مابین این دو را دارند. برای مثل می‌توان از نیمه رساناهای معروف به ژرمانیوم و سیلسیوم اشاره کرد.

عامل ایجاد جریان الکتریکی

در حالت عادی الکترون‌ها درون سیم به طور نامنظم (کاتوره ای) با تندی زیاد حرکت می‌کنند که این جریان محصوب نمی‌شود، اما اگر یک سیم یا رسانا را به یک اختلاف پتانسیل مانند باتری متصل کنیم ، بارهای الکتریکی در جهت منظم با سرعت سوق (سرعت اندکی) شروع به حرکت می‌کنند و جریان
الکتریکی ایجاد می‌شود.

نکته مهم: سرعت سوق داخل یک سیم رسانا تقریبا مرتبه‌ای از 1 mm/s می‌باشد که سرعت کمی است.

جریان الکتریکی متوسط فیزیک یازدهم

نسبت مقدار بار الکتریکی جابجا شده (Δ𝑞) از سطح مقطع یک رسانا در مدت زمان معینی (Δ𝑡) را جریان الکتریکی متوسط می‌گویند و از رابطه زیر بدست می‌آید

فرمول شدت جریان الکتریکی متوسط فیزیک یازدهم

نکات مهم:

• یکای بار الکتریکی کولن C و یکای زمان ثانیه s است. در نتیجه یکای جریان الکتریکی کولن بر ثانیه C/s می‌باشد که به اختصار به آن آمپر A می‌گوییم.
• دو نوع جریان الکتریکی وجود دارد: جریان مستقیم DC که با گذشت زمان جهت و مقدار جریان تغییر نمی‌کند و جریان متناوب AC که در آن جهت جریان با گذشت زمان تغییر می‌کند.
• ما در فیزیک پایه یازدهم فقط با جریان های الکتریکی ثابت و مستقیم DC سر و کار خواهیم داشت.

مقاومت الکتریکی فیزیک یازدهم درس دوم

هرگاه درون یک رسانا جریان الکتریکی ایجاد شود ، بارهای الکتریکی هنگام عبور از رسانا به اجزا و اتم های سازنده رسانا برخورد کرده و مقداری از انرژی خود را به صورت گرما از دست می‌دهند که به در این حالت گفته می‌شود رسانا دارای مقاومت الکتریکی است.

نکته مهم:
اگر جریان الکتریکی I تحت تاثیر اختلاف پتانسیل V در یک مدار ایجاد شود ، مقاومت الکتریکی آن رسانا این از رابطه زیر بدست می‌آید:

نکات مهم:

• مقاومت الکتریکی کمیتی نرده ای است و یکای آن با توجه به رابطه ذکر شده برابر V/A ولت بر آمپر می‌باشد که به اختصار آن را اهم می‌نامیم و با نماد (Ω) امگا نشان داده می‌شود.
• مقاومت الکتریکی به جنس، دما و ابعاد رسانا بستگی دارد و به جریان و اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در آن بستگی ندارد.
•  مقاومت الکتریکی و جریان الکتریکی با یکدیگر رابطه عکس دارند، یعنی هرچه قدر مقاومت یک رسانا بیشتر باشد جریان کمتری از آن عبور می‌کند و برعکس.
• در رسم مدارهای الکتریکی مقاومت الکتریکی را به صورت نشان می‌دهیم.

قانون اهم فیزیک یازدهم تجربی درس دوم

نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریان عبوری از آن (به شرطی که دما ثابت بماند) مقدار ثابتی است و این مقدار ثابت همان مقاومت رسانا می‌باشد.

نکات مهم:

•  به رساناهایی که از قانون اهم پیروی می کنند (یعنی رساناهایی که در دمای ثابت مقاومتشان با تغییر جریان و ولتاژ تغییر نمی‌کند) را رساناهای اهمی گفته می‌شود. و رساناهایی که از قانون اهم پیروی نکنند را رساناهای غیراهمی می‌گویند.
• اکثر فلزات و رساناهای غیر فلزی از قانون اهم پیروی می‌کنند.

نمودار ولتاژ-جریان رساناهای اهمی به شکل زیر می‌باشد و این نمودار نشان می‌دهد که در رساناهای اهمی با افزایش جریان مقدار اختلاف پتانسیل نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد و برعکس. 

در شکل زیر نمودار یک دیود نورگسیل را می‌بینید. دیود نورگسیل ( LED ) وسیله‌ای است که از قانون اهم پیروی نمی‌کند. در ادامه مطلب بیشتر در مورد آن صحبت می‌کنم.

نمودارهای (V-I)_ (I-V)_ (R-V)_ (R-I) برای یک رسانا در دمای ثابت به شکل‌های زیر رسم می‌شود:

عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی فیزیک یازدهم فصل دو

• مساحت سطح مقطع A (ضخامت سیم) : هرچه مساحت سطح مقطع رسانا بیشتر باشد جریان به راحتی عبور خواهد کرد و مقاومت کمتر می‌شود.
  
• طول رسانا ( L ): هر چه قدر طول رسانا بیشتر باشد، مقاومت رسانا افزایش می‌یابد.
  
• جنس رسانا: مقاومت هر رسانا با رسانای دیگر متفاوت است.
  
•  دما T: هر چه دما افزایش یابد مقاومت یک جسم بیشتر می‌شود.
  
• مقاومت رسانا بر اساس ساختار آن در (دمای ثابت): مقاومت یک رسانا با توجه به جنس و ساختار ظاهری آن از رابطه زیر به دست می‌آید:

L : طول رسانا برحسب متر m است
A : مساحت سطح مقطع رسانا بر حسب 2m است.
ρ : مقاومت ویژه رسانا است که به جنس ماده بستگی دارد و برای هر ماده ای مقدار خاصی می‌باشد و یکای آن  m.Ω اهم متر است.

نکته: برای مقایسه مقاومت الکتریکی هر رسانا با استفاده از مشخصات ساختمانی آن از رابطه زیر به دست می‌آید:

در جدول زیر مقاومت ویژه برخی از مواد را مشاهده می کنید:

تغییر مقاومت رسانا با افزایش دما

ارتعاشات شبکه اتمی یک رسانا با افزایش دما بیشتر می‌شود به طوری که این افزایش ارتعاش سبب برخوردهای بیشتر الکترون ها با شبکه اتمی شده و میزان جریان عبوری از مقطع رسانا کاهش یافته و مقاومت ویژه و در نتیجه مقاومت الکتریکی رسانا افزایش می‌یابد.

رابطه مقاومت ویژه رسانا با دما فیزیک یازدهم

در این رابطه 𝑇0 دمای مرجع (C 020) و 𝜌0 مقاومت ویژه رسانا در دمای مرجع است. α عدد ثابتی است موسوم به ضریب دمایی مقاومت ویژه است که یکای آن 1-K یا 1-C است.

نکته مهم: در این رابطه فرقی نمی‌کند که دما را برحسب کلوین K یا سلسیوس C قرار دهیم. اما نباید دما را برحسب فارنهایت F جایگذاری کنیم و اگر در مساله ای دما بر حسب فارنهایت بود باید آن را به سلسیوس یا کلوین تبدیل کنیم و سپس در رابطه قرار دهیم.

در جدول زیر تغییر مقاومت ویژه چند رسانا را با افزایش دما مشاهده می کنید:

رفتار متفاوت نیم رساناها با افزایش دما

نیم رساناها در دماهای پایین حامل های بار کمی دارند و عملا نارسانا محسوب می‌شوند، اما هنگامی که دما افزایش می‌یابد رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند به این ترتیب که حامل‌های بار به قدری افزایش می‌یابد که سبب رسانا شدن آن ها می‌گردد.

نکته مهم: ضریب دمایی مقاومت ویژه نیم رساناها منفی است. یعنی با افزایش دما مقاومت آن‌ها کاهش می‌یابد.

انواع مقاومت ها فیزیک یازدهم

کار اصلی مقاومت ها در مدار کنترل جریان عبوری می‌باشد که به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:

•  مقاومت پیچه ای
• مقاومت ترکیبی

مقاومت پیچه‌ای

همانطور که از نامش پیداست این مقاومت ها شامل پیچه ای از یک سیم نازک هستند که معمولا از جنس آلیاژ هایی مانند نیکروم یا منگانین می‌باشند. در شکل زیر ساختمان یک مقاومت پیچه ای را مشاهده می کنید:

کاربرد مقاومت پیچه ای چیست؟

برای بدست آوردن مقاومت های کوچک بسیار دقیق و همچنین توان های بالا به کار می‌رود.

نکته مهم: از معروف‌ترین مقاومت‌های پیچه‌ای می‌توان به رئوستا و پتانسیومتر اشاره کرد که هر دو مقاومت‌های پیچه‌ای متغیر می‌باشند و به عبارتی می‌توان اندازه مقاومت این وسیله ها را تغییر داد.

رئوستا چیست فیزیک یازدهم

وسیله‌ای که برای تنظیم و کنترل جریان که از یک سیم دراز و از جنس تنگستن ساخته شده است که روی یک استوانه نارسانا پیچیده شده است. این نوع مقاومت دکمه ای لغزنده که روی ریلی در بالای استوانه است و انتهای آن با سیم در تماس است می‌لغزد و می‌توان به کمک این دکمه مقدار مقاومت را تغییر داد. شکل زیر:

نماد یک پتانسیومتر یا رئوستا در مدار به شکل زیر است:

مقاومت ترکیبی فیزیک یازدهم

این نوع مقاومت معمولا از ماده‌هایی مانند کربن، برخی نیم رساناها و یا لایه های نازک فلزی ساخته شده‌اند. مقدار اندازه این مقاومت‌ها را به صورت نوارهای رنگی روی آن مشخص می‌کنند که هر رنگ بیان گر عدد خاصی می‌باشد.

در جدول زیر مقدار عددی هر رنگ نشان داده شده است:

نحوه خواندن مقدار مقاومت ترکیبی از روی رنگ های روی آن

به شکل زیر توجه کنید، یک مقاومت ترکیبی است که چندین حلقه رنگی روی آن قرار دارد:

رنگ های مقاومت را از طرفی می‌خوانیم که به انتهای مقاومت نزدیک‌تر است. مثلا در مقاومت شکل بالا رنگ قرمز به انتهای مقاومت نزدیک‌تر می‌باشد پس از رنگ قرمز شروع به خواندن می‌کنیم. دو رنگ اول دو رقم اول مقاومت را نشان می‌دهند، رنگ سوم ضریبی است که به صورت 10𝑛 به دو رقم قبلی اضافه می‌شود. رنگ چهارم که به صورت طلایی یا نقره ای است تلرانس نامیده می‌شود که درصد خطا یا( انحراف) مجاز از مقدار مقاومت است. اگر حلقه چهارم نباشد به معنایی خطای 20 درصد از مقدار مقاومت داست.

دانش‌آموزان عزیزی که در درس فیزیک مشکل دارند و این مشکلشان از پایه رفع نشده است، پیشنهاد می‌کنم با ورود به لینک زیر هر مشکلی که در مورد درس فیزیک دارید را به راحتی رفع کنید.

آموزش فصل آول فیزیک دهم
جواب پرسش‌های فیزیک دهم
جواب فعالیت‌های فیزیک دهم

انواع مقاومت‌های خاص

• ترمیستور
• مقاومت های نوری (LDR )

ترمیستور چیست فیزیک یازدهم

نوعی مقاومت متغیر حساس به دما است که به وسیله تغییرات دمایی، مقاومتش تغییر می‌کند. در واقع با اندازه‌گیری مقاومت یک ترمیستور، می‌توان دمای آنرا تعیین نمود. به همین دلیل این ابزار به‌ عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می‌گیرند .

ترمیستورها معمولاً از مواد نیمه‌رسانا تشکیل شده‌اند. از این رو در دماهای بالا، زودتر خراب شده و عمر کوتاه‌تری دارند . مقاومت اغلب آنها با افزایش دما افزایش می‌یابد که به این نوع پیتیسی PTC گفته می‌شود و در برخی از انواع دیگر مقدار مقاومت با افزایش دما کاهش می‌یابد که اصطلاحاً به آنها اِنتیسی NTC یا مقاومت دارای ضریب دمایی منفی گفته می‌شود .

ترمیستورها شکل های متفاوتی دارند که عبارتند از:

• دیسکی
•  مهره ای
•  میله ای

 مقاومت های نوری LDR

نوعی از مقاومت است که مقاومت الکتریکی آن به شدت نوری که به آن تابیده می‌شود بستگی دارد. به این صورت که با افزایش شدت نور تابیده شده مقاومت الکتریکی اش کاهش پیدا می کند. از مقاومت ها در تجهیزات گوناگونی از جمله چشم‌های الکترونیکی، دزدگیرها، کنترل کننده های خودکار و چراغ های روشنایی خیابان استفاده می‌شود.

دیود چیست؟

وسیله ای است که هرگاه در مداری قرار گیرد، جریان الکتریکی را تنها از یک سو از خود عبور می‌دهد ، به همین علت است که به دیود یک سو کننده نیز می‌گویند.

نکته مهم:
دیودها را در مدار با نماد نشان می‌دهند که جهت پیکان نشان می‌دهد که جریان چگونه می‌تواند از این دیود عبور کند. ، به عبارتی اگر مثلا جریان از چپ به راست باشد دیود مقاومت الکتریکی پایینی داشته و به راحتی جریان را از خود عبور می‌دهد و اگر جریان از راست به چپ شود ناگهان مقاومت دیود افزایش یافته و مانع عبور جریان می‌گردد.

دیود نورگسیل LED

معروف‌ترین نوع دیود ، LED یا دیود نورگسیل است که هنگام عبور جریان از این نوع دیودها نور منتشر می‌شود. دیود های نورگسیل به دلیل نور زیاد و مصرف کم کاربردهای فراوانی دارند.

نیروی محرکه الکتریکی و مدارها فیزیک یازدهم

نکته مهم:
 برای ایجاد جریان الکتریکی باید اختلاف پتانسیل ایجاد شود، این وظیفه بر عهده وسیله هایی مانند باتری می‌باشد.

منبع نیروی محرکه الکتریکی (emf)

به وسیله هایی مانند باتری که با انجام کار روی بارها اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کنند مولد می‌گویند.

ساز و کار منبع نیروی محرکه الکتریکی چیست؟

منبع نیروی محرکه بارهای مثبت را در خلاف جهت میدان الکتریکی از پتانسیل پایین‌تر به به پتانسیل بالاتر می‌برد. و باعث جریان الکتریکی می‌گردد. این عمل را می‌توانیم با تلمبه آب مقایسه کنیم که آب را از ارتفاع پایین به ارتفاع بالا می‌برد.

نکته مهم:
همانطور که در شکل زیر می‌بینید، قطب مثبت و منفی باتری را مشخص کرده ایم، توجه داشته باشید که جریان در مدار همواره از قطب مثبت به سمت قطب منفی می‌باشد.

نکته مهم:
در اینجا ما حرکت بارهای مثبت را در نظر گرفته‌ایم که قراردادی می‌باشد اما می‌دانیم که بارهای مثبت حرکت نمی‌کنند، پس در حقیقت اگر بخواهیم به طور صحیح به مسئله نگاه کنیم این بارهای منفی (الکترون ها) هستند که از قطب منفی باتری به سمت قطب مثبت آن حرکت می‌کنند. اما از آنجایی که در گذشته به اشتباه تصور می‌کردند بارهای مثبت حرکت می‌کنند از آن موقع به صورت قراردادی حرکت جریان را حرکت بارهای مثبت در نظر گرفته اند.

نیروی محرکه الکتریکی چیست؟

کاری که منبع نیروی محرکه الکتریکی روی واحد بار الکتریکی مثبت انجام می‌دهد تا آن را از پایانه با پتانسیل کمتر به پایانه با پتانسیل بیشتر ببرد، اصطلاحا نیروی محرکه الکتریکی نامیده می‌شود که از رابطه زیر بدست می‌آید:

شکل زیر یک مدار ساده الکتریکی شامل مقاومت، منبع نیروی محرکه الکتریکی و سیم‌های رابط می‌باشد.

نکته مهم:
یکای نیروی محرکه الکتریکی همان یکای اختلاف پتانسیل است که ولت V (کولن بر ژول)می‌باشد.

برای نمونه می‌توان مثال زد: وقتی گفته می‌شود که نیروی محرکه الکتریکی یک منبع (باتری) 4 V است یعنی چه؟ یعنی باتری روی هر کولن باری که از آن می‌گذرد به اندازه 4 ژول کار انجام می‌دهد و انرژی پتانسیل الکتریکی آن را 4 ژول افزایش می‌دهد.

چند نوع باتری داریم؟

دو نوع باتری (یا منبع) می‌توانیم در نظر بگیریم:

• باتری های بدون مقاومت داخلی (آرمانی)
• باتری های با مقاومت داخلی (حقیقی)

منبع نیروی محرک آرمانی

در این نوع منبع، مقاومت الکتریکی داخلی منبع صفر است و اختلاف پتانسیلی که این نوع منبع می‌تواند درست کند برابر با همان مقدار نیروی محرکه اش می‌باشد یعنی:

منبع نیروی محرکه حقیقی

در این نوع منبع نیروی محرکه (باتری) به دلیل ساز و کاری که منبع دارد هنگام عبور جریان یک مقاومت داخلی r در آن ایجاد می‌شود و مقداری از انرژی منبع در مقاومت از بین می‌رود، اختلاف پتانسیلی که این منبع می‌توان ایجاد کند کمی کمتر از نیروی محرکه مولد ε است .

شکل‌های زیر منبع‌های حقیقی هستند و r مقاومت درونی آن ها است.

نکات مهم:

• اگر باتری آرمانی باشد اختلاف پتانسیل دو سر آن (یعنی اختلاف پتانسیلی که می‌تواند به مدار بدهد) همان نیروی محرکه آن خواهد بود.
• در دنیای واقعی منبع آرمانی وجود ندارد و همه منبع های محرکه مقداری مقاومت درونی در خود دارند.
• و اگر باتری دارای مقاومت داخلی باشد با افت پتانسیل روبرو می‌شود و اختلاف پتانسیل دو سر باتری کمتر از نیروی محرکه آن می‌شود که از رابطه زیر بدست می‌آید:

آموزش مدار تک حلقه فیزیک یازدهم

مدار تک حلقه ای شامل یک یا چند باتری، سیم رسانا و یک یا چند مقاومت می‌باشد که ساده‌ترین نوع آن را در شکل زیر رسم کرده ایم:

نکته مهم:
قسمت بزرگ‌تر باتری همواره قطب مثبت و قسمت کوچک‌تر آن قطب منفی می‌باشد، در ضمن به طور قراردادی حرکت جریان را از سمت قطب مثبت باتری به سمت قطب منفی آن در نظر می‌گیریم.

روش حل مدار تک حلقه‌ای فیزیک یازدهم

در مدارهای تک حلقه ای با مسائلی روبرو خواهیم شد که روش کلی آن به این صورت است :

ابتدا جهت جریان در مدار را مشخص می‌کنیم، سپس یک نقطه از مدار را علامت می‌زنیم و پتانسیل الکتریکی آن نقطه را 𝑉𝑎 در نظر می‌گیریم و شروع به حرکت در امتداد سیم می‌کنیم، هنگامی که در طول حرکت به یک مقاومت می‌رسیم پتانسیل الکتریکی به اندازه IR (جریان × مقاومت) تغییر می‌کند. و اگر در طول حرکت به یک باتری برسیم پتانسیل الکتریکی به اندازه ε (نیروی محرکه باتری) تغییر خواهد کرد.
حال زمانی که به نقطه مورد نظر برسیم آنجا را علامت زده و پتانسیل الکتریکی آن نقطه را 𝑉𝑏 در نظر می گیریم. (اگر به نقطه ابتدای مسیر برسیم پتانسیل آن نقطه همان 𝑉𝑎 خواهد بود)

نکته مهم:
در مدار تک حلقه ای جریان در کل مدار یکسان است.
اگر حرکت ما در جهت جریان باشد هنگام عبور از مقاومت، پتانسیل الکتریکی به اندازه 𝐼𝑅 کاهش و اگر در خلاف جهت جریان باشد از مقاومت عبور کنیم پتانسیل الکتریکی به اندازه 𝐼𝑅 افزایش می‌یابد.
اگر هنگام عبور از باتری از قطب منفی وارد و از قطب مثبت آن خارج شویم پتانسیل الکتریکی به اندازه ε افزایش و اگر از قطب مثبت باتری وارد و از قطب منفی آن خارج شویم پتانسیل الکتریکی به اندازه ε کاهش می‌یابد.

قاعده حلقه در فیزیک یازدهم (قانون ولتاژها)

در هر دور زدن کامل حلقه ای از مدار، جمع جبری اختلاف پتانسیل های اجزای مدار صفر است. در جدول زیر قاعده کلی حل مدار (تغییرات پتانسیل) هنگام عبور از قطعات مدار آمده است:

توان در مدارهای الکتریکی فیزیک یازدهم

در مدارهای الکتریکی برخی از وسیله ها مانند مقاومت الکتریکی مقداری انرژی مصرف می‌کنند و منبع های نیروی محرکه نیز انرژی تامین می‌کنند. مقدار انرژی که اجزای مدار در واحد زمان مشخص مصرف یا تولید می‌کنند را توان الکتریکی می گویند که از رابطه زیر بدست می‌آید:

در این رابطه P توان بر حسب وات w و I جریان عبوری از وسیله برحسب آمپر A و Δ𝑉 همان اختلاف پتانسیل دو سر وسیله بر حسب ولت v می‌باشد.

توان مصرفی در مقاومت

توان مصرفی برای مقاومت به صورت زیر بدست می آید:

توان خروجی یک منبع نیروی محرکه حقیقی

اختلاف پتانسیل یک باتری حقیقی به دلیل داشتن مقاومت داخلی به صورت رابطه زیر است و توان تولیدی باتری از رابطه زیر بدست می‌آید:

در داخل تصویر زیر توان خروجی باتری شکل از رابطه ذکر شده به دست می‌آید. توجه داشته باشید که باتری به اندازه 𝜀𝐼 توان تولید می‌کند و مقاومت داخلی آن توان باتری را به اندازه 𝐼𝑟 می‌کاهد.

ترکیب مقاومت‌ها فیزیک یازدهم

معمولا در مدارهای وسیله های الکتریکی از تعداد بسیار زیادی مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود که با انواع گاها پیچیده ای به هم متصل (ترکیب) می‌شوند.

انواع ترکیب (اتصال) مقاومت‌ها

• الف (ترکیب سری)متوالی
• ب (ترکیب موازی)

ترکیب سری (متوالی) مقاومت

در این نوع ترکیب مقاومت‌ها پشت سر هم به یکدیگر متصل می‌شوند و انشعاب میان مقاومت‌ها وجود ندارد. مانند شکل زیر:

ترکیب موازی

در این نوع ترکیب دو سر هر مقاومت به دو سر مقاومت دیگری متصل می‌شود و همه مقاومت ها از یک طرف به قطب مثبت باتری و از طرف دیگر به قطب منفی باتری وصل می‌گردند.

مقاومت معادل فیزیک یازدهم

هنگام ترکیب مقاومت ها می‌توانیم تمام مقاومت ها را یک مقاومت بزرگ در نظر بگیریم که مقاومت الکتریکی آن معادل مقاومت هایی خواهد بود که به هم متصل می‌باشند.

مقاومت معادل در ترکیب سری

در ترکیب سری جریان عبوری از تک تک مقاومت ها یکسان می‌باشد و اختلاف پتانسیل کل مقاومت ها برابر با مجموع اختلاف پتانسیل های همه مقاومت ها می‌باشد همچنین مقاومت معادل برابر با جمع جبری مقاومت ها می‌باشد. در معادلات زیر eq به معنای معادل است.

نکته: مقاومت معادل در حالت سری همواره از بزرگترین مقاومت آن سری بیشتر خواهد بودیعنی:

انشعاب چیست؟

انشعاب (گره) به نقطه ای می‌گویند که در آنجا سه یا چند سیم به هم برسند.

شاخه چیست؟

هر اتصالی بین دو نقطه انشعاب را شاخه می‌گویند. به عبارتی هر سیمی که از نقطه انشعاب خارج و به نقطه انشعاب دیگری می‌رسد یک شاخه است. داخل شاخه اجزای مختلفی از جمله مقاومت، منبع محرکه و خازن و …. وجود دارد.

قاعده انشعاب

مجموع جریان هایی که به یک نقطه انشعاب وارد می‌شود برابر با مجموع جریان هایی است که از آن نقطه انشعاب خارج می‌گردد.

مجموع جریان های ورودی = مجموع جریان های خروجی

مقاومت معادل در ترکیب موازی را تعریف کنید.

از این نوع ترکیب اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت ها یکسان بوده اما جریان الکتریکی کل در مقاومت ها توزیع می‌شود.

در شکل زیر سه مقاومت به طور متوالی به هم متصل شده اند که اختلاف پتانسیل هر دو سر آنها با یکدیگر یکسان و برابر اختلاف پتانسیل باتری می باشد، همچنین مجموع جریان های عبوری از مقاومت ها برابر جریان کل I خواهد بود، پس داریم:

و مقاومت معادل برای ترکیب موازی برابر مقدار زیر خواهد بود که پس از به دست آوردن جواب آن را معکوس می‌کنیم.

نکته مهم:
مقاومت معادل در حالت موازی همواره از کوچک‌ترین مقاومت نیز کوچک‌تر خواهد بود.

قوانین تحیل مدار (کیرشهف)

قانون شدت جریان‌ها: در هر گره از مدار، مجموع شدت جریان‌های الکتریکی عبوری از گره برابر صفر است. برای مثال در شکل زیر داریم:

خب دوستان خوبم به انتهای مقاله آموزش فیزیک یازدهم فصل دوم رسیدیم. امیدوارم که از این آموزش بهره کامل را برده باشید. در ضمن در انتهای همین مقاله می‌توانید جزوه فصل دوم فیزیک یازدهم را به صورت رایگان دانلود کنید. با امتیاز دادن به این نوشته به شدت باعث خوشحالی ما خواهید شد و با عضویت در خبرنامه سایت از بهترین امکانات سایت به صورت رایگان می‌توانید بهره‌مند شوید. در ضمن با کلیک برروی هریک از عناوین زیر می‌توانید از محتواهای هر بخش به صورت کاملا رایگان بهره‌مند شوید.

• یازدهم تجربی
• فیزیک یازدهم
• گام به گام فیزیک یازدهم
• نمونه سوال فیزیک یازدهم

سوالات متداول آموزش فصل دوم فیزیک یازدهم

• آیا در این مقاله تمرینات کتاب فیزیک یازدهم فصل دوم بررسی شده است؟
  خیر، این مقاله فقط به بررسی کامل‌ترین آموزش فصل دوم فیزیک یازدهم پرداخته است.
• فصل دو فیزیک یازدهم مربوط به چه مطالبی است؟
  برای اطلاع از این موضوع پیشنهاد می‌کنم به داخل مقاله مراجعه بفرمایید.
• هر کدام از بخش‌های فصل دوم فیزیک یازدهم جداگانه بررسی شده‌اند؟
  بله، کافی است به قسمت راهنمای مطالعه داخل مقاله مراجعه بفرمایید.