دانلود رایگان جزوه فیزیک پایه ۱ PDF

جزوه تایپ شده فیزیک پایه ۱

دانلود فایل

هالیدی دانشگاه پیام نور علمی کاربردی سیدمحمود نجفیان رضوی دانشگاه آزاد دکتر محم جزوه ضا بنام کارشناسی ارشد پارسه آزمون استخدامی محمد استخدامی پیام نور اری کاردانی هریس بنسون خلاصه کتاب جزوه فیزیک پایه ۱ دانشگاه شریف استخدامی دانشگاه تهران استخدامی دانشگاه امیرکبیر استخدامی دانشگاه علم و صنعت استخدامی دانشگاه صنعتی اصفهان دکتر عقدائی استاد غفاری دانشگاه کرج سید محمود نجفیان رضوی اثر فرانک ج.بلت مدرسان شریف رشته شیمی رشته مکانیک رشته مهندسی کامپیوتر و مهندسی فناوری اطلاعات رشته حسابداری

بار الکتریکی:
از آنجا که اتم هر عنصر تعدادی الکترون دارد که در بیرون هسته و در مدارهای مختلفی به دور هسته می گردند دارای شعاع های متفاوتی هستند. هر چه شعاع مدار یک الکترون بزرگتر باشد، یعنی از هسته دورتر باشد وابستگی آن به اتم کمتر است. با صرف انرژی می جزوه فیزیک پایه ۱ الکترون را از اتم جدا کرد.
انرژی لازم برای جدا کردن الکترونی که در دورترین مدار قرار دارد ناچیز است و با صرف انرژی کم می توان آن را از اتم جدا کرد.این کار با مالش دادن دو جسم به یکدیگر عمل می شود.
هنگامیکه دو جسم مثلا پلاستیکی و پارچه پشمی به یکدیگر مالش داده می شوند، تعدادی از الکترون ها از یک جسم جدا شده وارد جسم دیگری می شود. قبل از مالش هر یک از دو جسم دارای تعدادی مساوی پروتون )در هسته( و الکترون )در مدار( هستند . به علت مالش دادن دو جسم به یکدیگر توازن الکتریکی به هم می خورد.

انواع بارهای الکتریکی:
جسمی که الکترون از دست داده است، تعداد پروتون هایش بیش تر از الکترون ها میشود و در نتیجه دارای بار مثبت می شود .جسم دوم که الکترون دریافت کرده است تعداد الکترون هایش بیشتر از پروتون شده و بار الکتریکی آن منفی می شود. بنابراین هنگام مالش دو جسم به یکدیگر ، بار الکتریکی بوجود نمی آید بلکه با انتقال الکترون از یک جیم به جسم دیگر بار الکتریکی ایجاد می شود.
- بارهای مثبت: پروتون
- بارهای منفی: الکترون
- مواد خنثی: موادی هستند که تعداد مساوی الکترون یا پروتون دارند

خواص بار الکتریکی:
ا- بار الکتریکی کوانتیده است زیرا با مقادیر ناپیوسته نشان داده می شوند.
2- یکای بار الکتریکی در دستگاه SI کولن( ) است.
3-اندازه بار الکترون با اندازه بار پروتون مساوی است. اندازه بار الکتریکی را با نماد e نشان می دهند و آنرا بار پایه یا کوانتوم بار الکتریکی می نامند
4- بار الکتریکی پایستار است یعنی کل بار موجود در سیستم منزوی مقداری است ثابت:

ناپیوسته بودن یا کوانتومی بودن بار الکتریکی:
برای بار دادن به یک جسم باید توازن الکتریکی آنرا به هم بزنیم. برای اینکه جسم دارای بار منفی شود باید به آن تعدادی الکترون بدهیم و اگر بخواهیم که بار مثبت شود. باید تعدادی الکترون از آن بگیریم . اگر تعداد الکترون ها ی وارد شده و یا گرفته شده از جسم برابر n باشد، بار الکتریکی جسم برابر است با بنابراین یک جسم همواره مضرب درستی از پایه است پس بار الکتریکی کوانتیده است پایستگی بار الکتریکی:
بار الکتریکی بوجود نمی آید و از بین نمی روند بلکه از یک جزوه فیزیک پایه ۱ به جسم دیگر منتقل می شود.، یعنی بار الکتریکی کمیتی پایسته است. مثلا با مالش الکترون ها از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود .

اگر دو جسم که دارای بارهای هم اندازه اند اما یکی مثبت و دیگری منفی را با هم تماس دهیم بار الکتریکی هر دو حنثی می شود. در این مورد هم بار الکتریکی پایسته مانده و نابود نشده است. تعدادی الکترون از جسم دارای بار منفی به دیگری منتقل شده است و هر جسم به توازون الکتریکی رسیده است . هرکدام به تعداد مساوی پروتون و الکترون دارند.
اتم و مواد
عناصر مختلف با یکدیگر پیوندهای مختلف با قدرت های مختلف تشکیل می دهند.
مواد به سه دسته تقسیم می شوند:
2- رسانا: الکترون ها می توانند آزادانه حرکت کنند ) مثل فلز، بدن انسان و زمین( بار الکتریکی به راحتی جابجا شده و از یک مکان به مکان دیگر دیگر می روند.
1- عایق )نارسانا(: الکترون ها مقید به هسته هستند و نمی توانند حرکت کنند.
3- نیمه رسانا )نیمه هادی(: هنگامیکه خیلی خالصند نارسانا )عایق( هستند اما هنگامی که ناخالصی های معینی به آن ها افزوده شود توانایی رسانش قابل کنترلی در آن ها پدید می آید. )ژرمانیوم ، سلسیم و کربن( قانون کولن:
کولن جاذبه و دافعه الکتریکی را به طور کلی اندازه گیری کرد و قانون حاکم بر آنها را بدست آورد. نیروی بین ذرات باردار به نسبت مستقیم حاصلضرب دو بار و نسبت به عکس مجذور فاصله ی بین دو بار است.

?? :ثابت گذردهی خلا
? : بزرگی نیروی بر هم کنشی است که هر جزوه فیزیک پایه ۱ از دو بار وارد می کنند
? : فاصله دو بار از هم
این نیروها بر طبق قانون سوم نیوتن در امتداد خط واصل بارها اثر می کنند و جهت آنها مخالف یکدیگر است.
نکته( بزرگی نیروهای وارد بر هر بار، حتی اگر بار ها هم علامت نباشد یکسان است نکته( این قانون فقط در مورد بارهای نقطه ای صادق است.

بار نقطه ای : نقطه ای در فیزیک مطرح می شود، به این معناست که ابعاد جسم در مقایسه با فاصله بین آنها می توان صرفنظر نمود .
یکای بار )کولن( :
مقدار باری است که در مدت یک ثانیه از هر مقطع سیم شارش پیدا می کند. به شرط اینکه در سیم جریان پایای یک آمپری برقرار باشد .
? = ??یکای بار در سیستم SI از یکای جریان الکتریکی بدست می آید.

مثال2( در شکل زیر ،3 بار 1q و 2q و 3q نشان داده شده است. چه نیرویی بر 1q وارد میشود؟

مثال3( دو کره کوچک که هر کدام به طور مثبت باردار شده اند مجموعا دارای بار .0 هستند. اگر در موقعی که فاصله کره ها از هم 2m است، هر کره با نیروی 1N کره دیگر را براند ، بار کل چگونه میان کره ها تقسیم شده است؟ حل:

مثال1( دو بار نقطه ای مثبت و مساوی به فاصله ثابت 2a از هم نگه داشته شده اند. یک بار آزمون نقطه ای در صفحه عمود منصف خط واصل دو بار قرار دارد. شعاع دایره واقع در این صفحه را که نسبت به خط واصل متقارن است. برای حالتی که نیروی وارد بر بار آزمون بیشینه است را محاسبه کنید؟

مثال0( دو گلوله رسانای مشابه به جرم m، مطابق شکل، از نخهای ابریشمی به طول L آویزان شدهاند و دارای بارهای مشابه q هستند. فرض کنید  آنقدر کوچک است که میتوان به جای tan، مقدار مساوی آن

دانلود رایگان خلاصه کتاب pdf جزوه فیزیک پایه ۱

مثال6( در هر یک از دو گوشه مقابل یک مربع بار Q ثابت نگه داشته شده و در هر یک از دو گوشه مقابل دیگر نیز بار q قرار گرفته است. اگر برایند نیروی الکتریکی وارد شده بر Q صفر باشد ،Q و q با هم چه رابطه ای دارند؟

فصل دوم
میدان اکتریکی
میدان اکتریکی:
در این فصل با میدان های الکتریکی وابسته به بار هایی که نسبت به چارچوب مرجع در حال سکون هستند یعنی بار الکترواستاتیک سرو کار داریم.
اگر باری در فضای نزدیک بار دیگری قرار دهیم به آن نیروی الکتراستاتیک وارد می شود .در این صورت می گوییم که در این فضا میدان الکتریکی وجود دارد.

اگر بار اکتریکی 1q دارای میدان الکتریکی 1E باشد. اگر بار 2q )یک بار خارجی( را در میدان الکتریکی 1E قرار دهیم به آن نیرو وارد می شود. این میدان )واسط نیرو های میان بار ها ( است که بر بار اثر می کند و اثر آن به صورت نیروی F نمایش داده می شود.
نکته(E فقط به عامل به وجود آورنده اش (1?) بستگی دارد و نه به2?. و به فاصله از بوجود آورده انش بستگی دارد.
نکته( میدان الکتریکی یک کمیت برداری است و رابطه فوق اندازه میدان الکتریکی است.
برای تعریف عملی میدان الکتریکی ، بار آزمون کوچک 0? )که برای جزوه فیزیک پایه ۱ مثبت فرض می شود( را در نقطه ای از فضا که مورد آزمایش است قرار می دهیم و نیروی الکتریکی F را که بر این ذره وارد می شود را اندازه گیری می کنیم. میدان الکتریکی یک بردار است زیرا F بردار است و 0? یک کمیت نرده ای. جهت E همان جهت F است. یعنی همان جهتی که بار مثبت ساکن واقع در نقطه مورد نظر در آن جهت میل به حرکت خواهد داشت.
خطوط نیروی میدان الکتریکی:
خطوط نیرو راه مناسبی برای تجسم نقش های میدان الکتریکی اند.
رابط خطوط فرضی نیرو بردار میدان الکتریکی:
0-خطوط فرضی از بار مثبت شروع و به بار منفی ختم می شوند
2- مماس بر خط نیرو در هر نقطه راستا و جهت میدان را می توانیم بدست آوریم
3-هر قدر تراکم خطوط بیشتر باشد اندازه میدان بیشتر می شود
نکته(خطوط به طور متقارن وارد بار یا از آن خارج می شوند.
نکته(تعداد خطوطی که بار مثبت را ترک و یا به بار منفی وارد می شوند متناسب با بار الکتریکی هستند

خطوط میدان بار مثبت خطوط میدان بار مثبت

خطوط میدان دو بار مثبت و مساوی خطوط میدان دو بار مخالف و مساوی

نکته(خطوط نیرو برای کره ای که دارای بار منفی است )رسانا( به دلیل تقارن خطوط در راستای شعاع ها قرار می گیرند. جهت این خطوط به طرف داخل است زیرا یک بار مثبت آزاد در این جهت حرکت می کند. )میدان الکتریکی ثابت نیست و با افزایش فاصله از بار کاهش پیدا می کند(
*واضح است که هر چه خطوط نیرو دور تر شوند فاصله آنها از هم بیشتر می شود. پس E برای تمام نقاطی که در فاصله معینی از مرکز بار قرار دارند یکسان است.

چند خاصیت میدان الکتریکی:
0-چگالی خطوط )تعداد خطوط در واحد سطح جزوه فیزیک پایه ۱ بر خطوط میدان در یک نقطه متناسب با مقدار میدان در آن نقطه است.
2-در فواصل دور از یک سیستم بار خطوط نیرو هم فاصله و هم شعاعی هستند و مانند این است که خطوط نیرو از یک بار نقطه ای تنها که برابر با بار خالص سیستم است میایند.
3-هیچ دو خط نیرو هم دیگر را قطع نمی کنند) زیرا جهت میدان در هر نقطه در امتداد مماس بر خط نیرو است علت آنکه خطوط نیرو هم دیگر را قطع نمی کنند این است که میدان در یک نقطه نمی تواند در دو راستای متفاوت باشد.

مثال2 ( شکل زیر را دو ذره بار دارکه روی محور x قرار دارند را نشان می دهد بار 19−10 × 2.3− =? – در ? = −3? و? = 3.2 × 10−19 ?+ در ? = +3? می باشد.الف(اندازه جهت میدان الکتریکی برایند را در نقطه ? روی محور y در ? = 4? بدست آورید.

اثر قائم )محور y ( یکدیگر را خنثی می کنند و میدان برایند در خلاف جهت محور x می باشد.

جهت میدان نیز خلاف محور x می باشد.

مثال1 ( شکل زیر یک پیکر بندی غیر متقارن از الکترون ها)e( و پروتون) p( را که روی یک کمان دایره ای شکل به شعاع r=2cm قرار دارند نشان می دهد و و و می باشد
.الف(اندازه و جهت میدان برایند را در مرکز کمان بدست آورید.

مثال3( شکل زیر حلقه پلاستیکی به شعاع R=50cm را نشان می دهد. دو مهره کوچک باردار روی حلقه قرار دارند . مهره 0 با بار +2µc در جای خود در سمت چپ ثابت شده ولی مهره 2 بار 6µc+ می تواند در امتداد حلقه حرکت کند . اگر میدان الکتریکی دو مهره در مرکز حلقه E باشد الف( درجه مقدار جزوه فیزیک پایه ۱ Ɵ ب( در چه مقدار Ɵ باید مهره 2 را قرار دهیم تا می شود.
حل: الف( θ مثبت باشد )یعنی مهره 2 در بالای محور x(

ب(θ منفی باشد )یعنی مهره 2 در پایین محور x(

مثال1( شکل زیر سه ذره باردار با بار های ?1 = +2? و?2 = −2? و ?3 = −4? را نشان می دهد که هر یک در فاصله d از مبدا قرار دارند میدان الکتریکی برایند E در مبدا چقدر است
حل: بار های 3?1, ?2, ? به ترتیب میدان های الکتریکی 3?1, ?2, ? را در مبدا ایجاد می کند و میدان الکتریکی برایند در مبدا برابر جمع برداری 3? = ?1 + ?2 + ? می باشد ابتدا اندازه را بدست می آوریم.
اندازه:

سپس باید جهت این سه بردار را در مبدا پیدا کنیم .چون بار 1? مثبت است میدان برداری که ایجاد می کند به سمت خارج آن است و چون 3?2, ? هردو منفی اند ، میدان برداری که ایجاد می کند به سمت آنهاست.
چون 1?2, ? دارای جهت های یکسان هستند بنابراین جمع برداری آنها دارای جهت و اندازه ای به صورت زیر

که برای اندازه میدان است.

حال باید را که دارای اندازه های یکسان هستند جزوه فیزیک پایه ۱ می کنیم. از تقارن شکل می فهمیم که مولفه های y یکسان همدیگر را خنثی می کنند و مولفه های یکسان با هم جمع می شوند بنابراین میدان الکتریکی در جهت محور x ها برابر با

دوقطبی الکتریکی:
شکل زیر الگوی خطوط میدان را برای دو بار الکتریکی نشان می دهد که انداره آنها یکسان ولی علامت آنها متفاوت است. این پیکر بندی را دو قطبی الکتریکی می نامند.

میدان الکتریکی ناشی از دو قطبی الکتریکی:
دو ذره باردار با اندازه بار ولی با علامت مختلف را که در جزوه خواص فیزیکی مواد d از هم قرار گرفته اند می دهد. همان طور که در شکل فوق اشاره کردیم این پیکر بندی را دو قطبی الکتریکی می نامیم.
حال می خواهیم میدان الکتریکی ناشی از دو جزوه فیزیک پایه ۱ شکل زیر را در نقطه p که به فاصله Z از مرکز دو قطبی و روی محور دو قطبی )خطی که از دو بار می گذرد( قرار دارد بدست آوریم.
از تقارن ، میدان الکتریکی در نقطه p و همچنین میدان های ناشی از بار های الکتریکی که دو قطبی را تشکیل می دهند باید در امتداد محور دو قطبیکه ما آن را محور Z در نظر می گیریم قرار داشته باشد. با استفاده از اصل بر هم ** میدان الکتریکی ،اندازه میدانE در نقطه P برابر است با

میدان الکتریکی حاصل از دو قطبی الکتریکی:
در فواصل بزرگ ، یعنی در فواصلی که آثار جزوه فیزیک پایه ۱ دو قطبی نسبت به ابعاد دو قطبی بزرگ هستند
گشتاور دو قطبی الکتریکی :
حاصلضرب شامل دو خاصیت داخلی دو قطبی یعنی qوd می باشد کمیتی برداری است که گشتاور دو قطبی الکتریکی نامیده می شود.)واحد : کولن-متر(
گشتاور دو قطبی الکتریکی

نکته( جهت از انتهای منفی به انتهای جزوه فیزیک پایه ۱ دو قطبی می باشد . می توانیم از جهت برای مشخص کردن جهت گیری دو قطبی استفاده می کنیم.
اگر چه معادله) 0( فقط برای نقاط در امتداد محور دو قطبی برقرار است ، می توان نشان داد که E همواره برای تمام نقاط دور صرف نظر از اینکه روی محور دو قطبی قرار داشته باشید یا خیر به صورت تغییر می کند. در این جا r فاصله بین مرکز دو قطبی و نقطه مورد نظر می باشد.
مثال0(شکل زیر یک دو قطبی الکتریکی یکی را نشان می دهد الف( اندازه و جهت مثبت به جهت مثبت محور x ها ب( میدان الکتریکی دو قطبی را در نقطه p که در فاصله r>>d قرار گرفته بدست آورید.

و اثر افقی یکدیگر را خنثی می کنند و میدان نهایی درخلاف جهت محور y می باشد

ب( همانطور که در بالا اشاره شد، جهت میدان در خلاف جهت محور yهاست.
میدان الکتریکی ناشی از خط باردار:
قبلا میدان الکتریکی را که توسط یک یا چند بار جزوه فیزیک پایه ۱  ای ایجاد شده بود در نظر گرفتیم. حال توزیع باری را در نظر می گیریم که از تعداد زیادی بارهای نقطه ای چسبیده به هم )شاید میلیاردها( که در امتداد یک خط، روی یک سطح یا درون یک حجم توزیع شده اند، تشکیل شده است چنین توزیع باری را به جای گسسته، پیوسته می گویند.
نکته( از آنجا که این توزیع بار می تواند شامل تعداد زیادی بار نقطه ای باشد، میدان الکتریکی را که ایجاد می کند را به جای این که تک تک در نظر بگیریم با کمک حساب دیفرانسیل و انتگرال بدست می آوریم.
نکته(وقتی با توزیع پیوسته بار سروکار داریم مناسب تر است که به جای بار کل جسم، از چگالی بار استفاده نماییم .برای مثال برای توزیع خطی بار، چگالی خطی )یا بار در واحد طول( ? را به کار می بریم که در واحد SI کولن بر متر است.

واحد SI نماد نام
C q بار
C/m ? چگالی خطی بار
C/m2 ? چگالی سطحی بار
C/m3 p چگالی حجمی بار

حالت الف( میدان الکتریکی جاصل از یک حلقه باریکی به شعاع R با جزوه فیزیک پایه ۱ خطی یکنواخت در نقطه P به فاصله از مرکز حلقه:
شکل زیر یک حلقه باریکی به شعاع R را نشان می دهد که بار با چگالی خطی یکنواخت λ روی محیط آن توزیع شده است. فرض می کنیم حلقه از پلاستیک یا یک ماده نارسانای دیگر ساخته شده، بنابراین بار الکتریکی در جای خود ثابت است.
حال میخواهیم میدان الکتریکی E در نقطه P به فاصله از مرکز حلقه و روی محور مرکزی آن را محاسبه کنیم.

فرض کنید ds طول المان دیفرانسیلی حلقه و طول )کمان( آن است. این المان دارای بار:

این بار میدان الکتریکی دیفرانسیلی dE در نقطه P ایجاد میکند . P در فاصله r از المان قرار دارد. با در نظر گرفتن المان به صورت بار نقطه ای

مطابق شکل dE با محور مرکزی حلقه که آن را محور Z در نظر گرفتیم زاویه می سازد و دارای مولفه قائم و موازی با محور می باشد.
نکته( هر المان بار حلقه در نقطه، میدان دیفرانسیلی ایجاد می کند که اندازه آن از فرمول فوق بدست می آید. تمام بردارهای dE هم اندازه و هم جهت دارای مولفه های یکسان موازی با محور مرکزی هستند.

نکته( همچنین تمام این بردارهای دارای مولفه های عمود در محور مرکزی می باشند این مولفه های عمود بر محور مرکزی می باشند این مولفه های عمود بر محور که از نظر اندازه یکسان هستند، اما جهت انها با هم متفاوت است. در حقیقت ، برای هر مولفه عمود بر محور در جهت معین است ، مولفه دیگری هم وجود دارد که در جهت مخالف است . جمع این جفت مولفه ها مانند جفت های دیگر که در خلاف جهت هم هستند ، صفر می باشد.
بنابر این مولفه های عمود بر محور یکدیگر را خنثی میکنند و نیازی به در نظر گرفتن انها نداریم. پس فقط مولفه های موازی با محور باقی می مانند. همه انها دارای جهت یکسان هستند. بنابر این میدان الکتریکی برایند درp برابر با جمع انها می باشد پس مولفه dE که در شکل است از لحاظ اندازه برابر است با

برای جمع کردن تمام مولفه های موازی dEکه توسط المان ها ایجاد می شود از معادله قبل روی محیط حلقه از S=0 تا S=2R انتگرال می گیریم

که:
: فاصله نقطه مورد نظر از مرکز حلقه
: کل بار روی حلقه
: شعاع حلقه

نکته( اگر حلقه به جای بار مثبت بار منفی داشت اندازه میدان از همین رابطه بدست می اید با این فرق که جهت میدان به سمت حلقه بود( نکته( برای نقطه ای روی محور حلقه که از مرکز آن خیلی فاصله دارد یعنی Z>>R

این نتیجه قابل قبول است زیرا در فواصل دور ، حلقه باردار مثل بار نقطه ای به نظر می رسد

نکته( اگر معادله 5 را برای مرکز حلقه یعنی Z=0 بررسی کنیم در آن نقطه طبق معادله ، E=0 می باشد این نتیجه معقول است زیرا اکثر بار مثبت آزمون را در مرکز حلقه قرار دهیم هیچ نیرویی الکترواستاتیکی بر ان وارد نمی شود نیروی وارد از طرف هر المان بار توسط نیروی وارد از طرف جزوه فیزیک پایه ۱ که در نقطه مقابل ان قرار دارد خنثی می شود.