3-14 - بهای انرژی الكتریكی مصرفی :
در تمام مكانهای مسكونی
3-14 - بهای انرژی الكتریكی مصرفی :
در تمام مكانهای مسكونی و تجاری شماره گری (كنتور) نصب شده است كه انرژی الكتریكی مصرفی را به كمك آن تعیین می كنند.حاصل ضرب توان مصرفی در مدت زمان استفاده از دستگاه برقی را انرژی الكتریكی مصرفی می گویند.
Pتوان مصرفی بر حسب وات، t مدت زمان بر حسب ثانیه ، w انرژی مصرفی بر حسب ژول: w = pt
اگر توان مصرفی بر حسب كیلو و زمان بر حسب ساعت باشد، انرژی الكتریكی بر حسب كیلو وات ساعت بدست می آید. (kwh)

W=pt
1(kwh) =1(kw)× 1(h)

اگر بهای هر كیلو وات ساعت مصرف انرژی الكتریكی مشخص باشد می توان مقدار بهای برق مصرفی را تعیین كرد.

مثال :

روی یك لامپ عددهای 100w
و
220 V
نوشته شده است .

الف) اگر اختلاف پتانسیل 220 ولت به دو سر این لامپ اعمال شود ، شدت جریان عبوری از آن چند آمپرمی شود ؟

P = VI => I = P/V => I =100/220 => I =0/45 A
بهای برق مصرفی لامپ در یك ماه ریال

ب) اگر این لامپ در هر شبانه روز 8 ساعت با اختلاف پتانسیل 220 ولت ، روشن باشد ، بهای برق مصرفی آن در یک ماه چقدر می شود؟ بهای هر کیلو وات ساعت انرژی مصرفی را 100 ریال فرض کنید .
W=p.t => W = (100 /1000 )× 8
W=0/8 kwhانرژی مصرفی در یك شبانه روز
0/8 ×30 ×100 =2400 بهای برق مصرفی لامپ در یك ماه ریال

صرفه جویی در انرژی مصرفی :
1 – از مصرف بی رویه انرژی الكتریكی خودداری شود.
2 – استفاده بهینه از وسایل برقی، منظور به جا مصرف كردن است
3 – روشنایی اتاقها به تناسب نوع كار تنظیم و از لامپ مناسب استفاده شود
4 – جلوگیری از تلف شدن گرما و سرما در زمستان و تابستان كه برای جبران آن برق بیشتری مصرف می شود.
5 – از وسایل الكتریكی در زمانهای مناسب استفاده شود.

واژه ها و فرمول های كلیدی :
1 – هر گاه جسمی الكترون دریافت كند، دارای بار منفی و اگر الكترون از دست بدهد، بار مثبت پیدا می كند.
2 – بار الكتریكی خاصیتی از ماده است كه وابسته به الكترون ها و پروتون ها می باشد.
3 – بار الكتریكی یك جسم مضرب درتسی از بار الكتریكی الكترون و یا پروتون است.
4 – اجسامی را كه بار الكتریكی در آنها به سادگی جابه جا می شود. اجسام رسانا می گویند و اجسامی كه بار الكتریكی در آنها جابه جا نمی شود، نارسانا گویند.
5 – بار الكتریكی بوجود نمی آید و از بین همه نمی رود و فقط از یك جسم به جسم دیگر منتقل می شود.
6 – ایجاد بار در رساناها بدون تماس با یكدیگر را القای الكتریكی گویند.
7 – تخلیه ی الكتریكی بین یك ابر یا ابر دیگر یا بین ابر و زمین را آذرخش می گویند.
8 – عامل شارش بار الكتریكی از یك جسم به جسم دیگر را اختلاف پتانسیل بین آن دو جسم می گویند.
9 – مولد وسیله ای است كه انرژی لازم برای ایجاد اختلاف پتانسیل در یك واحد را تأمین می كند.
10 – نسبت بار الكتریكی شارش شده در هر مقطع مدار به زمان شارش بار را جریان الكتریكی می گویند.
11 – نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریانی كه از آن می گذرد و مقدار ثابتی است كه به آن مقاومت الكتریكی رسانا می گویند.
12 – انرژی الكتریكی مصرفی در یك مقاومت به مقاومت مدار، مجذور شدت جریان و زمان بستگی دارد.
13 – مقدار انرژی مصرف شده بر واحد زمان را توان الكتریكی می گویند.
14 – انرژی الكتریكی مصرفی بر حسب كیلو وات ساعت محاسبه می شود.

فرمول های كلیدی :

(مقدار بار الكتریكی) q = ± ne
(مقدار جریان الكتریكی) I = q/t
(توان الكتریكی مصرفی) p = RI2 = V2/R = VI
(مقاومت الكتریكی) R = V/I
(انرژی الكتریكی مصرفی) w = RI 2t = (V2 / R ) t = VIt

پاسخ دهید وتمرین های پایانی فصل 3 :
1 – با یك پارچه خشك ،صفحه تلویزیون را تمیز كنید. چرا پرزهای پارچه به صفحه ی تلویزیون می چسبند؟
صفحه ی تلویزیون از جنس شیشه است و وقتی آن را به وسیله پارچه پشمی مالش می دهیم.، صفحه ی شیشه ای بار مثبت و پارچه به همراه پرزهای آن بار منفی پیدا می كنند و چون بر هم كنش بارهای غیرهم نام ربایشی است پرزها به شیشه می چسبند.

2 – در تاریكی لباس خود را درآورید، چرا جرقه می زند؟
زیرا در لباس ها الكتریسته ساكن ایجاد می گردد و در تاریكی به هنگام بیرون آوردن لباس ها تخلیه ی الكتریكی انجام می شود و ما جرقه مشاهده می كنیم.

3 – چرا آزمایش های الكتریسیته ساكن در روزهای سرد و خشك نتیجه ی بهتری می دهد؟
زیرا رطوبت هوا رسانای جریان الكتریكی است و باعث تخلیه ی الكتریكی اجسامی می شود كه در آنها الكتریسیته ساكن ایجاد شده است.

4 – جمله های زیر را كامل كنید:
1 – وقتی دو جسم به یكدیگر مالش داده می شود ، بین آنها الكترون مبادله می شود.
2 – با جابه جا شدن الكترون های آزاد، بار الكتریكی درون جسم رسانا شارش می كند.
3 – در یك جسم نارسانا بار الكتریكی در محل ایجاد شده باقی می ماند .
4 – نیرویی كه بارهای الكتریكی هم نوع بر یكدیگر وارد می كنند رانشی و نیرویی كه بارهای الكتریكی غیر هم نوع بر یكدیگر وارد می كنند ربایشی است.

5 – چرا در بعضی از مواد مانند پلاستیك یانایلون بهتر از سایر مواد می تان بار الكتریكی تولید كرد؟
زیرا این مواد نارسانا هستند و وقتی بارالكتریكی ساكن در آنها ایجاد شده، بار الكتریكی در آنها نمی تواند جابه جا شود.

6 – توضیح دهید با الكتروسكوپ چگونه می توان تعیین كرد كه :
الف – جسمی باردار است؟
ب – جسم چه نوع باری دارد؟
پ – جسمی رساناست یا نارسانا است؟

2- آیا با الكتروسكوپ می توان بار دو كره ی هم اندازه ، رسانا و باردار را با یكدیگر مقایسه كرد؟
الف – هرگاه جسمی را كه دارای الكتریكی است به كلاهك الكتروسكوپ باردار نزدیك كنیم. بدلیل القای الكتریكی زاویه ی دو ورق طلا تغییر می كند و اگر جسم دارای بارالكتریكی نباشد تغییری در فاصله ای بین ورقه های طلا ایجاد نمی شود.

ب: اگر الكتروسكوپ دارای بار الكتریكی باشد، وقتی میله ای با بار الكتریكی غیر هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزدیك كنیم، زاویه ی دو ورق طلا كم می شود و اگر میله ای با بارالكتریكی هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزدیك كنیم، زاویه ی دو ورق طلا زیاد می شود.

پ : برای اینكه یقین كنیم جسم رسانا است یا نارسانا، هر گاه آن را به كلاهك باردار تماس دهیم، اگر جسم رسانا باشد، قسمتی از بارهای الكتریكی الكتروسكوپ به جسم منتقل شده و فاصله ، دو ورق طلا از هم كم می شود و اگر جسم نارسانا باشد، بار الكتریكی به جسم منتقل نشده و فاصله ی ورقه ها از هم تغییر نمی كند.

2 – پاسخ مثبت است، زیرا وقتی بارالكتریكی از كوه ها بیشتر از كره ی دوم باشد، با نزدیك كردن آن به كلاهك الكتروسكوپ زاویه ی دو ورق طلا بیشتر تغییر می كند، زیرا بار الكتریكی بیشتری القا می شود.

7 – چرا زیر تانكرهای مخصوص حمل سوخت، زنجیر آویزان می كنند؟
حركت كامیون حامل تانكر سوخت در هوای خشك باعث می شود تا در آن الكتریسته ی ساكن ایجاد گردد. برای تخلیه الكتریسیته ساكن ایجاد شده در تانكر از غیررسانا و زیر تانكر استفاده می شود كه دائماً الكتریسته ساكن را به زمین منتقل می كند.

8 – آیا می توانید با توجه به آنچه كه در مورد مقاومت الكتریكی رسانا فرا گرفته اید توضیح دهید كه چگونه شارش بارالكتریكی در یك رسانا باعث افزایش دمای رسانا می شود؟
جریان الكتریكی در یك رسانا در واقع حركت الكترون ها در رسانا می باشد كه به هنگام عبور از رسانا در برخورد بار اتم های رسانا انرژی جنبشی و سرعت آن ها كاهش یافته و تبدیل به انرژی درونی می گردد و دمای رسانا را بالا می برد و اثر گرمایی مقاومت الكتریكی رسانا ظاهر می گردد.

تمرین های پایانی فصل 3 :
1 – میله ی نارسانایی با بار منفی و كره ای رسانا و بدون بار روی پایه ی نارسانا در اختیار دارید. توضیح دهید چگونه می توان كره را :
الف: دارای بار مثبت كرد ؟
ب : دارای بار منفی كرد؟
الف - ابتدا میله ی نارسانا با بار منفی را به كره ی رسانا كه بدون بار است نزدیك می كنیم. در اثر القای الكتریكی بارهای مثبت در مجاورت میله و بارهای منفی در دورترین نقطه جمع می شوند. هرگاه برای یك لحظه كره ی رسانا را به زمین وصل می كنیم، بارهای منفی آن به زمین منتقل می شوند. سپس با دور كردن میله، كره ی رسانا دارای بار الكتریكی ساكن مثبت می گردد.
ب - برای اینكه كره ی رسانا دارای بارالكتریكی منفی گردد، كافی است میله ی نارسانا با بار منفی را با آن تماس دهیم تا قسمتی از بارهای الكتریكی منفی میله به كره منتقل شود. در این صورت كره ی رسانا دارای بارالكتریكی منفی می گردد.

2 – در كدامیك از وسیله های منزل لازم است بار الكتریكی ایجاد شده را كاهش دهیم و یا كنترل كنیم؟
همه وسایلی كه با برق كار می كنند، ممكن است در اثر القای الكتریكی بدنه ی آنها دارای الكتریسیته ساكن گردد. برای كنترل الكتریسیته ساكن ایجاد شده در این وسایل بدنه ی آن ها را به زمین متصل می كنند، مانند كولر، ماشین لباسشویی ، یخچال و ...

3 – مقاومت لامپی 200 اهم و جریان 2/0 آمپر از آن می گذرد.
الف – بار الكتریكی كه در مدت 5/2 دقیقه از لامپ می گذرد چند كولن است؟

الف)

ب – اختلاف پتانسیل دو سر لامپ چند ولت است ؟

4- روی لامپی دو عدد 100 ولت و 220 ولت نوشته شده است. اختلاف پتانسیل 220 ولت را به لامپ وصل می كنیم.
الف) مقاومت لامپ را محاسبه كنید.

الف)

ب) چه جریانی از آن می گذرد؟

ب)

پ) در مدت یك دقیقه چند ژول انرژی الكتریكی توسط لامپ مصرف می شود؟

پ)

5- اگر در شهر شما هر خانه یك لامپ 100 وات اضافی را به مدت 3 ساعت در شب روشن كند، در طول یك ماه چند كیلووات ساعت انرژی اضافی مصرف می شود؟ بهای آن چند ریال می شود؟

هر لامپ در یك ماه 9 كیلو وات ساعت انرژی الكتریكی مصرف می كند و اگر در منطقه مورد نظر 10000 خانواده زندگی می كند، جمعاً 90000 كیلو وات ساعت انرژی الكتریكی در ماه مصرف می شود كه به بهای آن به صورت زیر است:

90000×100=9×106 بهای برق مصرفی اضافه برای شهریه ریال

6 – در رابطه های 2 P=V2/R , P = VI , P = RI
الف – نمادهای P.R.V و I هر كدام نماینده ی چه كمیتی هستند و یكای آنها چیست؟
الف) V اختلاف پتانسیل دو سر رسانا بر حسب ولت
R مقاومت رسانا بر حسب اهم
P توان مصرفی بر حسب وات
I شدت جریان عبوری از رسانا بر حسب آمپر

ب) كاربرد هر یك از رابطه ها را شرح دهید:
برای بدست آوردن توان مصرفی هرگاه اختلاف پتانسیل و مقاومتمدار را داشته باشیم ، از رابطه (P=V2/R) توان را محاسبه می كنیم و هر گاه اختلاف پتانسیل دو سر رسانا را نداشته باشیم، از رابطه( 2 P = RI) توان مصرفی را محاسبه می كنیم.

7 – روی یك آسیاب برقی دو عدد 800W و 220V نوشته شده است. این آسیاب برقی را به اختلاف پتانسیل 220V وصل می كنیم حساب كنید :
1 – جریانی كه ازآن می گذرد.

انرژی الكتریكی مصرفی ماهانه این دستگاه، در صورتی كه هفته ای یك بار و هر بار به مدت 20 دقیقه مورد استفاده قرار گیرد.

انرژی مصرفی دستگاه در 20 دقیقه برابر30/8 كیلو وات ساعت است. اگر دستگاه هفته ای دو بار كار كند جمعاً در ماه 8 بار كار می كند. پس انرژی مصرفی دستگاه در یك ماه برابر است با :

W = 8/30 ×8 = 64/30 KWh

8 – اختلاف پتانسیل دو سر باتری اتومبیل های سواری برابر 12 ولت است. اگر 8 باتری قلمی 5/1 ولتی به طور متوالی به یكدیگر وصل كنیم. اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه ی آنها نیز برابر 12 ولت می شود؟
بگوئید كه چرا در خودروها به جای باتری خودرو از 8 باتری قلمی استفاده نمی شود؟
باتری اتومبیل از نوع تر با انبارهای سربی است و مقدار انرژی الكتریكی ذخیره شده در ان بسیار بیشتر از انرژی الكتریكی می باشد كه در 8 باتری قلمی ذخیره شده است.

تمرین های تكمیلی و پرسشهای چهار گزینه ای فصل 3
1 – آیا بار الكتریكی یك كره ی فلزی توپر بیشتر از یك كره تو خالی هم قطر آن است؟ بار در هر حالت در كجاها جمع می شود؟
درهردوحالت بار بر روی سطح آن ها جمع می شود. چون هر دو ی آنها مقدار بار یكسانی را نگهداری خواهند كرد.

2 – آیا شاره ها (مایع ها و گازها) همه در اثر مالش باردار می شوند؟ در این مورد مثالی بزنید:
مایع ها و گازها نیز در اثر مالش دارای بارالكتریكی می گویند. به طور مثال تكان و حركت بنزین در روغن در تانك ها در هنگام حمل و نقل بار الكتریكی بوجود می آورد. باید توجه داشت در مایع ها و گازهای رسانا تجمع بارالكتریكی در یك نقطه امكان پذیر است. به طور مثال بار الكتریكی ایجاد شده در هوا از طریق رطوبت هوا تخلیه می گردد.

3 – روی جسمی مقداری بار مثبت توزیع شده است. برای آنكه جسم دارای بار منفی شود، چه باید كرد؟ توضیح دهید.
ابتدا به اندازه ی بار مثبت به آن بار منفی می دهیم تا خنث گردد. سپس باران بار الكتریكی منفی جسم دارای بار الكتریكی منفی می گردد.

4 – اگر مقاومت مدار ثابت باشد، برای آنكه از مدار فوق جریانی ضعیف عبور كند، چه تغییراتی باید به آن داده شود؟
با توجه به رابطه ی( V/I = R) با ثابت بودن مقاومت در مدار همواره نسبت اختلاف پتانسیل به جریان مقدار ثابتی است. در این صورت برای اینكه جریان مدار كاهش یابد ، لازم است اختلاف پتانسیل دو سر مدار كاهش یابد و به همان نسبت جریان مدار كاهش می یابد.

5 – در یك سیم برق در هر دقیقه 36 كولن الكتریسیته عبور می كند.شدت جریان الكتریكی را بدست آورید.

6 – یك باتری اتومبیل 12 ولتی باید جریان 240 آمپر را از یك استارت موتور بگذراند تا موتور را راه بیندازد. مقاومت كل مدار شامل استارت و چقدر است؟

7 – اگر از یك لامپ جریانی به شدت 6 آمپر عبور كند، چنانچه مقاومت این لامپ را دو برابر كنیم، توان مصرفی آن نسبت به حالت اول چند برابر می شود؟

8- توان یك سماور الكتریكی 1100w(وات) است و با برق 220 ولت كار می كند. اولاً شدت جریان و مقاومت قسمت گرما ده سماور را پیدا كنید.
ثانیاً : اگر جرم سماور 5/1 كیلوگرم و گنجایش 5 لیتر آن را داشته باشد. بعد از 10 دقیقه دمای سماور چقدر بالا می رود؟ از گرمای تلف شده صرفنظر شود (ظرفیت گرمایی ویژه آب و ظرف به ترتیب 4200 و 2000 ژول بر كیلوگرم درجه سانتی گراد می باشد).

I) p=Iv= I = P/V
V=220 ولت

I = 1100/220 => 5A
m₁=1/5 kg

V=IR

M₂=5kg

R =V/I => R =220/5 =>R =42 Ω
T=10×60s

II) P = Q /T => Q =P.T (رابطه 1)
C₁=4200 j/kg °c

Q=m₁c₁ ∆θ + m₂c₂ ∆θ(رابطه 2)

با مقایسه ی رابطه ی 1 و 2 می توان نوشت
C2=2000 J/Kg°c