دانلود مقاله الکتریسیته و مغناطیس

اختصاصی از یاری فایل دانلود مقاله الکتریسیته و مغناطیس دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مدار جاری و لامپ روشن میشود. لازم نیست که چند دقیقه، یا حتی چند ثانیه صبر کنیم تا آثار جریان را در مدار مشاهده کنیم. ضمناُ به نظر میرسد که فاصلة بین کلید و لامپ، که معمولاً خیلی بیشتر از cm10 است، بر زمان بروز آثار الکتریکی تأثیر محسوسی ندارد.
نکته آن است که برای اینکه فیلامان به جریان پاسخ دهد، لازم نیست صبر کنید تا یک الکترون معین از سر باتری به لامپ برسد. وقتی که کلید را میبندیم، همة توزیع بار درون رسانات، تقریباً بلافاصله، به حرکت درمیآید؛ این موضوع شبیه ان است که آب درون یک لولة دراز بلافاصله پس از بازکردن شیر جاری میشود.
20-3 مقاومت و مقاومت ویژه
اگر سیمی بین دو قطب باتری ببندیم، بارهای مثبت از داخل این مدار خارجی جاری میشوند و از قطب مثبت به قطب منفی، یعنی، مطابق شکل20-7، از نقطة با پتانسیل بیشتر به نقطة با پتانسیل کمتر میروند. در داخل باتری جریانبارهای مثبت از قطب منفی به قطب مثبت، یعنی در خلاف جهت میدان الکتریکی، است؛ در داخل باتری، عامل حرکت بارها میدان الکترواستاتیکی نیست بلکه واکنش شیمیایی باتری است. در مدار خارجی، عامل حرکت بارها مبدان E است. به عنوان نمونهای مشابه با جریان بار در مدارهای الکتریکی میتوان از جریان آب در سیستمهای هیدرولیکی نام برد. آب در میدان گرانشی همیشه به پایین جاری میشود؛ اما ابزارهایی – مثل تلمبه – وجود دارد که با گرفتن انرژی از سایر منبعها، آب را به بالا میرانند.
اگر سیم بین قطبهای باتری، یک رسانای کامل و ایدهآل باشد که بر بارهای متحرک آن هیچ نیرویی جز نیروی الکتروستاتیکی خارج وارد نمیآید، این بارها بر اثر میدان E به طور یکنواخت شتاب میگیرند. درنتیجه، سرعت متوسط حاملهای بار در طول زمان به طور پیوسته زیاد میشود، و به همین ترتیب، جریان نیز افزایش مییابد. اما عملاً چنین نیست. جریان به سرعت به مقداری ثابت میرسد که متناسب با اختلاف پتانسیل دو سر سیم است. علت این امر آن است که سیم در برابر حرکت حاملهای بار مقاومت میکند و درنتیجه حالت پایا دست میدهد.
بنابر تعریف، مقاومت سیم عبارت است از نسبت ولتاژ به جریان؛ یعنی:
(20-5)
که R مقاومت، I جریانی که از این مقاومت میگذرد، و V افت پتانسیل در طول این مقاومت است؛ یعنی V اختلاف پتانسیل دو سر عنصر مقاومتی در شرایطی است که جریان I از آن میگذرد. واحد مقاومت اهم ، به نام گئورک سیمون اهم (1787-1854) است. هر اهم برابر است با یک ولت بر آمپر. هر عنصر مداری را که فقط مقاومت وارد مدار کند، مقاومت (خالص) مینامند.
در اکثر موارد، مقاومت عناصر مداری، دست کم در گسترهای وسیع از جریان، از جریان داخل آن مستقل است. معادلة (20-5) یا رابطة معادل آن.
(20-6)
را که R ثابت فرض میشود، قانون اهم مینامند.
مثال 20-2 یک مقاومت را به قطبهای یک باتری V10 بستهاند. جریان در این مقاومت چه قدر است؟
حل: از معادلة تعریف کنندة R، یعنی معادلة (20-5)، داریم

بدینسان:

قانوه اهم، برخلاف قوانین حرکت نیوتون، قانون دوم ترمودینامیک، یا قوانین پایستگی انرژی و اندازة حرکت، از جملة قوانین بنیادی طبعت محسوب نمیشود. بسیاری از سیستمهای مقاومتی از قانون اهم پیروی نمیکنند. این سیستمها در الکترونیک حالت جامد نقشی کلیدی بازی میکنند. اما قانون اهم برای اکثر عناصر سادة مداری، مانند سیم، گرمکن برقی و مانند آن، یا صادق است، یا دست کم تقریبی خوب به شمار میاید.
مقاومت رساناها به طول، l ، مساحت سطح مقطع، A، و یک خاصیت ذاتی مادة رسانا، یعنی مقاومت ویژه، بستگی دارد. رابطة بین مقاومت، R، و مقاومت ویژه، l، به این قرار است
(20-7)
واحد مقاومت ویژه اهم متر است.
گسترة مقدار مقاومت ویژة مواد در دمای اتاق وسیع است؛ از مقادیر کم برای فلزات بسیار خالص، مثل مس و نقره، گرفته تا مقادیر بسیار بزرگ برای نارساناهای خوب، مانند شیشه، تفلون، و میلار. مقاومت ویژة چند فلز خالص، آلیاژ، نیمرسانا و نارسانا در دمای ، در جدول 20-1 درج شدهاند. گسترة این مقادیر 25 دهه (مرتبه بزرگی) است.

جدول 20-1 مقاومت ویژه و ضریب دمایی مقاومت ویژه در
ماده مقاومت ویژه ،

ضریب دمایی ،
یا
مس 8-10×69/1 3-10×9/3
نقره 8-10×59/1 3-10×8/3
طلا 8-10×44/2 3-10×4/3
آلومینیوم 8-10×83/2 3-10×0/4
تنگستن 8-10×33/5 3-10×6/4
پلاتین 8-10×4/10 3-10×9/3
منگاتین 8-10×2/48 0
کنستانتان 8-10×9/48 6-10×2
نیکروم 8-10×100 2-10×4
کربن 5-10×5/3 4-10×5-
ژرمانیم 5/0~ 2-10×5- ~
سیلیسیم 1000~ 2-10×7- ~
چوب 1014-108 -
شیشه 1014-1010 -
کوارتز بیشکل (شیشه کوارتز) 17-10×5 -

نارسانا در دمای ، در جدول 20-1 درج شدهاند. گسترة این مقادیر 25 دهه (مرتبة بزرگی) است.
علت بروز مقاومت در برابر جریان بار در رساناها این است که حاملهای بار به موانع گوناگونی برخورد میکنند که میخواهند جلوی حرکت آنها را بگیرند. حاملهای باربر اثر برخورد با این موانع انرژی و اندازه حرکتی را که، از برخورد قبلی تا حال، از میدان الکتریکی گرفته بودند، از دست می دهند. چنان که به زودی خواهیم دید، از دست رفتن انرژی باعث میشود که مقاومتی که جریان از داخل آن میگذرد گرم شود.
موانعی که الکترونهای رسانش را پراکنده میکنند، ممکن است ناخالصیهای موجود در فلزات خالص باشند، زیرا دستیابی به فلز مطلقاً خالص ناممکن است. حتی بلور فلزات مطلقاً خالص (جز ابررساناها در دمای به حد کافی پایین) مقاومتی ماصفر دارد، زیرا حرکت گرمایی اتمهای بلور فلز، الکترونهای آزاد را پراکنده میکند. چون دامنة این حرکت ارتعاشی در بلور با افزایش دما زیاد میشود، باید انتظار داشت که پراکنش الکترونهای آزاد، و درنتیجه مقاومت ویژة رساناهای فلزی، نیز با افزایش دما زیاد شود. در واقع همین پدیده را هم مشاهده میکنیم.
ضریب دمایی مقاومت ویژه را مانند ضریب انبساط گرمایی تعریف میکنند:
(20-8)
مقادیر برای چند فلز خالص، آلیاژ، و کربن، که رسانایی غیرفلزی است، در جدول 20-1 درج شدهاند.
امکان پیشبینی و توصیف مقاومت ویژه نیمرساناها خیلی کمتر است. این مقاومت ویژه به شدت تابع دما و نیز غلظت ناخالصیهای موجود در مادة میزبان است (فصل 30).
20-10 رسانش عصبی
مغز را غالباً به کامپیوتر تشبیه میکنند، و این تشبیه معقول به نظر میآید. مغز نیز، مانند کامپیوتر، می تواند اطلاعات را دریافت، پردازش، و در حافظه ذخیره کند، و نیز می تواند دستوراتی به واحدهای محیطی بدهد. به علاوه، در اینجا هم مانند کامپیوتر، هرکدام از این اعمال شامل انتقال تکانههای الکتریکی است.
اصطلاح «سیستم عصبی» شامل مغز، نخاع، و نورونهای محیطی است. عصبشناسان به نورونهای حسی، که سیگنالهایی از اندامهای حسی مانند چشم و گوش به مغز میفرستند، فرق میگذارند. بدن انسان میلیونها نورون دارد، وگرچه جزئیات این نورونها با هم متفاوت است، برخی مشخصههای آنها مشترک است.
نورون از پیکرة سلولی، شامل هستة سلول، تعدادی زائدة منشعب یعنی دندریتها، و دنبالهای دراز، موسوم به تار عصبی یا اکسون، تشکیل میشود. اکسون مانند خط انتقالی از پیکرة سلولی به سرهای دور از پیکرة سلولی است.
فعالیت الکتریکی در سیناپسها (پیوند نورونی) آغاز میشود. سیناپسها به دندریتها متصلاند. محرک دندریت میتواند یک سیگنال الکتریکی باشد؛ اما، در اکثر موارد، مادهای شیمیایی است (مثل استیل کولین) که به مدتی کوتاه پتانسیل الکتریکی دو طرف غشای سلولی را در سیناپس تغییر میدهد و نورون را به فعالیت وا میدارد. سردور از پیکرة نورون (یا آکسون) نیز یک یا چند سیناپس دارد که، در پاسخ به تحریک الکتریکی، مادهای شیمیایی آزاد میکند.
تمامی سلولها، ازجمله نورونها، را غشایی ظریف دربرگرفته است که اجزای سلول (هسته، مادة ژنتیکی، میتوکوندریها، آنزیمها، و غیره) را از مایع برون سلولی جدا می کند و انسجام سیتوپلاسم. یعنی مایع سلولی، را حفظ می کند. غشای نورونها مجراها یا منافذ زیادی دارد که یونهای پتاسیم میتوانند با آزادی نسبی از آنها بگذرند، اما عبور یونهای سدیم از آنها منع میشود. مجراهای دیگری وجود دارد که یونهای سدیم میتوانند از آنها بگذرند، اما در شرایط عادی مولکولهایی آلی، که مانند دروازه عمل میکنند، این مجراها را میبندند. ترکیب پیچیدة آلی دیگری در سطح داخلی غشا وجود دارد که مانند تلمبه عمل میکند، و به طور ثابت یونهای سدیم را از سیتوپلاسم میکشد و به مایع برون سلولی میفرستد.
در نتیجة این عمل تلمبهزنی، اختلاف پتانسیلی در دو طرف غشای سلولی به وجود می آید. معمولاً داخل سلول در حدود mV70 منفی تر از بیرون آن است. این کمیت را پتانسیل استراحت سلول مینامند. به بیان دیگر، اکسون مانند یک خازن دراز استوانهای است؛ غشای نازک و نارسانای سلول دو ناحیه با رسانایی متوسط یونی،سیتوپلاسم و مایع برون سلولی، را از هم جدا میکند. ظرفیت نورونها تقریباً بر سانتیمتر مربع است که متناظر است با غشایی به ضخامت حدوداً nm10 و ثابت دیالکتریک 5، سطح داخلی غشا یک بارز خالص منفی و سطح خارجی یک بار خالص مثبت دارد.
نفوذپذیری (تراوایی) مجراهای سدیم و پتاسیم در غشا به تغییرات پتانسیل غشا حساس است. اگر، در نقطهای در طول نرون، اختلاف پتانسیل دوطرف غشا به کمتر از استانهای معین برسد، دروازههای سدیم به مدتی کوتاه (در حدود ms1) به سرعت گشوده میشوند. در این حالت یونهای مثبت سدیم، که غلظت آنها در مایع برون سلولی بیشتر از سیتوپلاسم است

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله 14  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید