آموزش‌های فیزیک پایه

۱. ممان اینرسی ذره

یک ذره چرخان را بررسی کنید. به ذره با جرم m نیروی F داده می‌شود تا حول محور O بچرخد. ذره r از محور چرخش فاصله دارد. ابتدا، ذره در حالت سکون است (v = 0). پس از حرکت با نیروی F، ذرات با سرعت مشخصی حرکت می‌کنند به طوری که ذرات دارای شتاب مماسی می‌شوند. رابطه بین نیرو (F)، جرم (m) و شتاب مماسی ذرات با معادله 3 بیان می‌شود:

ادامه مطلب

تعریف جریان الکتریکی

در یک رسانا مانند مس، الکترون‌هایی وجود دارند که به صورت تصادفی و با سرعت بالا آزادانه حرکت می‌کنند اما از فلز فرار نمی‌کنند. الکترون‌هایی که می‌توانند آزادانه حرکت کنند، الکترون‌های آزاد نامیده می‌شوند. اگرچه الکترون‌ها آزادانه در همه جهات حرکت می‌کنند، اما جریان کلی الکترون‌ها در یک جهت خاص وجود ندارد. این وضعیت زمانی اتفاق می‌افتد که هیچ اختلاف پتانسیلی بین دو انتهای سیم مسی وجود نداشته باشد.

وقتی سیم به یک منبع الکتریکی متصل می‌شود، اختلاف پتانسیلی بین دو سر سیم مسی ایجاد می‌شود، به طوری که یک میدان الکتریکی درون سیم مسی ظاهر می‌شود. وجود میدان الکتریکی باعث می‌شود الکترون‌های آزاد نیروی الکتریکی F = qE = eE را تجربه کنند، که در آن F = نیروی الکتریکی ، e = بار الکترون، E = میدان الکتریکی . این نیروی الکتریکی باعث می‌شود تمام الکترون‌هایی که آزادانه در حال حرکت هستند با هم شتاب بگیرند، که همان جهت نیروی الکتریکی است.

ادامه مطلب

مقاله در مورد تعریف خازن

تعریف خازن وسیله‌ای است که بار الکتریکی و انرژی پتانسیل الکتریکی را ذخیره می‌کند. خازن ساده از صفحات یا ورقه‌های دو رسانا تشکیل شده است که نزدیک به هم قرار گرفته‌اند اما با هم تماس ندارند و توسط یک عایق یا خلأ از هم جدا شده‌اند. رساناها موادی هستند که می‌توانند جریان الکتریکی را هدایت کنند مانند فلزات، در حالی که عایق‌ها موادی هستند که نمی‌توانند جریان الکتریکی را هدایت کنند مانند پلاستیک.

در ابتدا، دو رسانا از نظر الکتریکی باردار یا از نظر الکتریکی خنثی نیستند. برای اینکه یک رسانا بار مثبت و رسانای دیگر بار منفی داشته باشد، باید الکترون‌ها از یک رسانا به رسانای دیگر منتقل شوند. الکترون‌ها روی سطح اتم هستند، بنابراین حرکت آنها آسان است. پس از اینکه الکترون‌ها از یک رسانا به رسانای دیگر منتقل شدند، یکی از رساناها الکترون اضافی دارد (کمبود پروتون).

به طوری که بار منفی پیدا می‌کند، در حالی که رسانای دیگر کمبود الکترون (پروتون اضافی) دارد به طوری که بار مثبت پیدا می‌کند. شرح مفصلی از فرآیند شارژ بارهای الکتریکی روی خازن‌ها در مبحث ذخیره انرژی الکتریکی در خازن‌ها بررسی شده است.

ادامه مطلب

تعریف پتانسیل الکتریکی

پتانسیل الکتریکی به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی بر واحد بار تعریف می‌شود . فرض کنید وقتی بار q در نقطه a است، انرژی پتانسیل الکتریکی برابر با EP _a دارد ، آنگاه پتانسیل الکتریکی در نقطه a به صورت زیر فرموله می‌شود:

V = پتانسیل الکتریکی، EP = انرژی پتانسیل الکتریکی، q = بار الکتریکی

V نه تنها در نقطه a، بلکه در تمام نقاط میدان الکتریکی نیز وجود دارد. نقطه a به عنوان مثال استفاده شده است. همانطور که بعداً توضیح داده خواهد شد، V به بار q بستگی ندارد.

ادامه مطلب

مقاله در مورد انرژی پتانسیل الکتریکی

قبل از مطالعه این موضوع، ابتدا کار، نیروهای پایستار، رابطه بین نیروهای پایستار با انرژی پتانسیل ، نیروهای الکتریکی و میدان الکتریکی را درک کنید.

نیروی الکتریکی، نیروی پایستار است

علاوه بر نیروی گرانش و نیروی فنر، نمونه دیگری از نیروی پایستار، نیروی الکتریکی است. برای درک بهتر اینکه چرا نیروی الکتریکی، نیروی پایستار نامیده می‌شود، توضیح زیر را درک کنید.

ادامه مطلب

مقاله در مورد تعیین میدان الکتریکی با استفاده از قانون گاوس

میدان الکتریکی توسط بار نقطه‌ای

برای محاسبه میدان الکتریکی تولید شده توسط یک بار مثبت، اولین قدم انتخاب سطح کروی گاوس با شعاع r است که در آن مرکز کره در محل تک بار قرار دارد. مساحت سطح توپ 4πr است.².

میدان الکتریکی که از مرکز کره خارج می‌شود، عمود بر سطح کره نفوذ می‌کند، به طوری که فرمول شار الکتریکی Φ = E A است. فرمول قانون گاوس Φ = Q/ε _{o است.}

ادامه مطلب

مقاله در مورد قانون گاوس

در مورد قانون کولن ، نیروی بین بارهای الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته است. در بررسی میدان الکتریکی، شکل دیگری از قانون کولن مورد بحث قرار گرفته است که با معادله F = qE بیان می‌شود.

که در آن F نیروی الکتریکی، q بار الکتریکی و E میدان الکتریکی است. می‌توان گفت قانون کولن یک قانون فیزیک است که رابطه بین بار الکتریکی (q) و میدان الکتریکی (E) را توضیح می‌دهد.

قانون گاوس یکی دیگر از قوانین فیزیک است که رابطه بین بارهای الکتریکی و میدان‌های الکتریکی را توضیح می‌دهد. قانون گاوس توسط کارل فریدریش گاوس (۱۷۷۷-۱۸۵۵)، فیزیکدان نظری و ریاضیدان آلمانی، تدوین شد.

ادامه مطلب

تعریف شار الکتریکی

در مورد میدان الکتریکی، تعریف و معادله میدان الکتریکی مورد بحث قرار گرفته است که می‌تواند برای محاسبه قدرت میدان الکتریکی تولید شده توسط یک بار الکتریکی، چندین بار الکتریکی یا توسط یک توزیع بار الکتریکی استفاده شود. محاسبه قدرت میدان الکتریکی تولید شده توسط یک بار الکتریکی یا دو بار الکتریکی به راحتی با استفاده از فرمول قدرت میدان الکتریکی حل می‌شود. اگر آنچه محاسبه می‌شود قدرت میدان الکتریکی تولید شده توسط یک توزیع بار الکتریکی باشد، در صورت استفاده از فرمول قدرت میدان الکتریکی، محاسبه پیچیده‌تر می‌شود، اما استفاده از قانون گاوس آسان‌تر است . قبل از مطالعه عمیق قانون گاوس، ابتدا شار الکتریکی را به دلیل مفهوم شار الکتریکی مورد استفاده در قانون گاوس درک کنید.

ادامه مطلب

مقاله در مورد میدان الکتریکی

در مورد بار الکتریکی، آموخته شد که بارهای همنام یکدیگر را دفع می‌کنند، در حالی که بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند. اگر یک جسم با بار مثبت به یک جسم با بار منفی نزدیک شود، دو جسم به هم نزدیک می‌شوند به طوری که به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند. برعکس، اگر یک جسم با بار مثبت به یک جسم با بار مثبت نزدیک شود، آن دو جسم یکدیگر را دفع می‌کنند به طوری که از یکدیگر دور می‌شوند. همانطور که در مورد قانون کولن مطالعه شد، اجسام دارای بار الکتریکی می‌توانند اجسام دارای بار الکتریکی دیگر را شتاب دهند زیرا نیروی الکتریکی بین این اجسام دارای بار الکتریکی وجود دارد. نیروی الکتریکی که توسط یک جسم دارای بار الکتریکی بر سایر اجسام دارای بار الکتریکی اعمال می‌شود، نمونه‌ای از نیرویی است که می‌تواند بدون تماس عمل کند. نمونه دیگری از نیرویی که می‌تواند از راه دور عمل کند، نیروی گرانش است . نیروی گرانش توسط یک جسم جرم‌دار بر سایر اجسام جرم‌دار اعمال می‌شود.

ادامه مطلب