الکتریسته    
1- وقتی دو جسم را به یکدیگر مالش می دهیم. در هر یک از آنها بار الکتریکی ایجاد می شود.
2 – بارهای الکتریکی بر یکدیگر اثر می کنند و بارهای همنام یکدیگر را می رانند و بارهای غیرهمنام یکدیگر را می ربایند.
     
الکتریسته 
1- وقتی دو جسم را به یکدیگر مالش می دهیم. در هر یک از آنها بار الکتریکی ایجاد می شود.
2 – بارهای الکتریکی بر یکدیگر اثر می کنند و بارهای همنام یکدیگر را می رانند و بارهای غیرهمنام یکدیگر را می ربایند.

3-1 – بار الکتریکی:
ماده از اتم ها ساخته شده است و ساختار هر اتم شامل هسته (پروتون و نوترون) با بار مثبت و الکترون ها با بار منفی در وارد هسته ی اتم می باشد. بار مثبت هسته مقدار پروتون های هسته می باشد و تعداد الکترون های هر اتم برابر مقدار و پروتون های آن اتم می باشد.
هر گاه جسمی الکترون دریافت کند، دارای بارمنفی گردیده و اگر الکترون از دست بدهد، بار مثبت پیدا می کند.

3-2 – بارالکتریکی در اجسام باردار:
وقتی دو جسم به یکدیگر مالش داده شود تعدادی الکترون از یکی به دیگری منتقل می شود. در نتیجه جسمی که الکترون از دست می دهد . تعداد الکتروهایش کمتر از تعداد پروتون های آن می شود و بار الکتریکی آن مثبت می شود و برعکس، جسمی که الکترون اضافی دریافت می کند، تعداد الکتروهایش بیشتر از پروتون هایش شده و بار الکتریکی آن منفی می شود. پس افزایش تعداد الکترون ها در یک جسم، بار جسم را منفی و کاهش تعداد الکترون ها بار جسم را مثبت می کند.
یکای بار الکتریکی کولن نام دارد. کولن را با نماد C نمایش می دهیم. اندازه ی بار الکتریکی یک الکترون و یا یک پروتون برابر


1/6 * 10-19 C
است. که آن را با نماد e نمایش می دهیم:


e = 1/6 * 10 -19 C
بنابراین بارالکتریکی الکترون برابرe- و با رالکتریکی پروتون برابر e+ است. اگر به جسمی خنثی یک الکترون بدهیم و یا از آن یک الکترون بگیریم. بار الکتریکی آن به اندازه e تغییر می کند. اگر تعداد الکترون هایی که به جسم می دهیم و یا از آن می گیریم برابر n باشد. بارالکتریکی جسم به اندازه ne تغییر می کند. در این حالت بار الکتریکی جسم که با نماد q نشان داده می شود برابر است با : 
q = ± ne , n = 0,1,2,3,000


توجه : هر گاه موهای خود را با شانه ای از جنس پلاستیک شانه کنیم. مشاهده می گردد که شانه دارای بار الکتریکی منفی و موهای سر دارای بار الکتریکی مثبت می گردد.

هر گاه موهای خود را با شانه ای از جنس پلاستیک شیشه ای شانه کنیم، مشاهده می گردد شانه دارای بار مثبت و موهای سر دارای بار الکتریکی منفی می گردد.

3-3- اجسام رسانا و نارسانا:
اجسامی که بارالکتریکی در آنها به آسانی جابه جا می شود، اجسام رسانا یا هادی می گویند. این اجسام دارای الکترون آزاد هستند و الکترون ها به راحتی از اتم ها جدا می شوند و اگر دو سر رسانا را به یک پیل وصل کنیم، الکترون ها به سادگی در آنها جابه جا می شوند مانند فلزات و کربن که رساناهای خوب هستند، اجسام نارسانا اجسامی هستند که بارالکتریکی در آنها نمی تواند جابه جای شود، زیرا الکترون ها به سادگی از اتم ها جدا نمی شوند، مانند شیشه ، ابریشم ، چوب و ....

3-4 – پایستگی بار الکتریکی:
برای باردار کردن یک جسم باید تعدادی الکترون به آن بدهیم و یا از آن بگیریم. در این مبادله ی الکترون ها، هیچگا الکترونی تولید نمی شود و یا از بین نمی رود بلکه الکترون ها تنها از جسمی به جسم دیگر منتقل می شوند. لذا با توجه به اینکه هر الکترون دارای مقدار معینی بار الکتریکی است ، می توان گفت : بار الکتریکی بوجود نمی آید و از بین هم نمی رود بلکه الکترون ها تنها از جسمی به جسم دیگر منتقل می شوند.لذا با توجه به اینکه هر الکترون دارای مقدار معینی با ر الکتریکی است ، می توان گفت : بار الکتریکی بوجود نمی آید از بین هم نمی رود بلکه از جمسی به جسم دیگر منتقل می شود. این اصل، پایستگی بارالکتریکی نامیده می شود.

تمرین 1 :
1 – می دانیم که تعداد الکترون های آزاد موجود در رساناها بسیار زیاد است. به عنوان مثال در یک سانتی متر مکعب سن مس در حدود 1022 الکترون آزاد وجود دارد. آیا بزرگی این عدد را می توانید تصور کنید؟ برای آنکه بزرگی این عدد پی ببرید، فرض کنید بخواهید این تعداد الکترون را بشمارید. شما در هر ثانیه قادر به شمارش چه تعداد الکترون هستید؟ 2،10،100،10000 فرض کنید که در هر ثانیه بتوانید یک تریلیون یعنی 1012 الکترون را بشمارید. چه مدت طول می کشد تا تمام الکترون های آزاد موجود در یک سانتی متر مکعب مس را بشمارید؟ برای محاسبه یک سال را تقریباً برابر 7 10 * 3 ثانیه در نظر بگیرید. 

تعداد الکترون هایی که در یک ثانیه شمارش می شود n = 10¹²

n =10²²

تعداد الکترون های آزاد³ cm

مس

t = N/n => t =10²²/ 10¹² = 10¹⁰ ثانیه
مدت زمان شمارش الکترون های آزاد مس
t = 10¹⁰ / 3 * 10⁷ = 1/3 * 10³ ≈ 333/3 سال




2 – برای آنکه دو جسمی خنثی بار الکتریکی میکرو کولن ( ) ایجاد شود. چه تعداد الکترون باید از آن گرفته شود؟
یعنی اگر تعداد الکترون از جسم گرفته شود بار الکتریکی آن برابر + خواهد شد.


3 – به تعداد پروتون های موجود در هسته ی اتم، عدد اتمی گفته می شود و آن را با z نشان می دهند. اتم مس چه مقدار بار الکتریکی منفی دارد؟ بار الکتریکی اتم مس چقدر است ؟
ب : در عناصر تعداد الکترون های هر عنصر برابر تعداد پروتون های آن است. دو اتم مس وقتی تعداد پروتون ها (z=29) باشد، تعداد الکترون ها نیز برابر 29 و مجموع بارالکتریکی منفی اتم مس برابر می باشد.
پ : مجموع بارهای الکتریکی مثبت و منفی اتم مس برابر صفر است و در این صورت بار الکتریکی اتم مس صفر است و اتم خنثی می باشد.


3-5 – القای بارالکتریکی :
ایجاد بار در رساناها بدون تماس آنها با یکدیگر و القای بارالکتریکی و بارهای ایجاد شده را بار القایی می گویند. القای بار الکتریکی به روشهای مختلف انجام می شود.

آذرخش یا تخلیه ی الکتریکی :
تخلیه ی الکتریکی بین یک ابر یا ابر دیگر و یا بین ابر و زمین را آذرخش می گویند. ابرها به هنگام حرکت در هوا بدلیل مالش با هوا و یا القای الکتریکی دارای بار الکتریکی می شوند. بین ابرهای باردار به هنگام عبور از کنار یکدیگر بدلیل داشتن بارهای الکتریکی غیرهمنام آذرخش رخ می دهد.

برق گیر :
برق گیر از یک کابل ضخیم یا نوک تیز ساخته شده است که نوک تیز آن در بالاترین نقطه ی ساختمان نصب می شود و انتهای کابل در اعماق زمین مرطوب قرار می گیرد. در صورتی که آذرخش رخ دهد، نوک تیز آذرخش را از طریق کابل به زمین منتقل می کنند و خسارتی به ساختمان وارد نمی شود.

3-6 – اختلاف پتانسیل الکتریکی :
عامل شارش بار الکتریکی از یک جسم به جسم دیگر را اختلاف پتانسیل الکتریکی بین آن دو جسم گویند. جریان الکتریکی همواره از جسمی که پتانسیل الکتریکی بیشتری دارد به جسمی که پتانسیل کمتری دارد می باشد. (اختلاف پتانسیل را با علامتV نشان داده و واحد آن ولت می باشد. انرژی پتانسیل الکتریکی واحد بار را پتانسیل الکتریکی می گویند. به اختلاف پتانسیل ، ولتاژ نیز می گویند. روی اکثر وسیله های الکتریکی عددهایی نوشته شده است. یکی از این عددها بر حسب ولت و مصرف اختلاف پتانسیل مناسب برای کار و دستگاه است که باید به دو سر آن وصل شود.
اختلاف پتانسیل مناسب به ساختمان درونی دستگاه بستگی دارد و با توجه به آن تعیین می شود که به آن ولتاژ اسمی دستگاه می گویند.


3-7 – مولد :
ابزاری است که به وسیله ی آن انرژی لازم برای ایجاد اختلاف پتانسیل در یک مدار تأمین می گردد. مولدها انواع مختلف دارند. از جمله مولد شیمیایی است که انرژی لازم از واکنش های شیمیایی که در مولد رخ می دهد، بدست می آید. 
نیروی محرکه ی مولد :
بیشترین اختلاف پتانسیلی که مولد می تواند بوجود آمد را نیروی محرکه مولد می گویند که یکای آن همان ولت می باشد.

3-8 – مدار الکتریکی :
به مجموعه ی یک مولد، لامپ ، کلیدها و سیم های رابط در یک اتصال ساده و به دنبال همه مدار الکتریکی ساده می گویند. هر گاه در مولد کلید بسته شود، جریان الکتریکی برقرار می شود و لامپ روشن می شود.
معمولاً در رسم شکل ها، باتری را مطابق شکل (3-12) الف، نشان می دهیم ، قطعه خط کوچکتر، پایانه ی منفی و قطعه خط بزرگتر ، پایانه ی مثبت آن است. ساختمان داخلی چراغ قوه نیز مانند مدار ساده ی شکل (3-12) الف است. یعنی از یک لامپ و یک کلید تشکیل شده است که هر دو در محفظه ی چراغ قوه دارند شکل (3-12ب)

شدت جریان الکتریکی :
نسبت بار الکتریکی شارش شده از هر مقطع مدار به زمان شارش بار، یعنی آهنگ شارش بار الکتریکی را شدت جریان الکتریکی می گویند که آن را با نماد (I) نشان داده و یکای آن آمپر (A) می باشد. 

I = q/t

q مقدار بارالکتریکی عبوری از مدار بر حسب کولن (c)
T مدت زمان شارش بار الکتریکی بر حسب ثانیه (s)
I شدت جریان بر حسب آمپر 
یک آمپر معادل یک کولن بر ثانیه است .






3-10 - مقاومت الکتریکی :
هنگامی که الکترون های آزاد یک رسانا تحت تأثیر اختلاف پتانسیل مولد به حرکت در می آیند. در برخورد با اتم های رسانا انرژی خود را از دست داده و دمای رسانا را افزایش می دهند. این مقاومت رسانا در مقابل حرکت الکترون ها را مقاومت الکتریکی رسانا می گویند.
مقاومت الکتریکی را با نماد R نشان می دهیم. یکای مقاومت الکتریکی اهم و نماد آن(?) است که به افتخار خدمات علمی گئورگ زیمون اهم نامگذاری شده است. هنگامی که پایانه های یک باتری را به دو سر یک رسانا ( لامپ) وصل می کنیم. باتری بین دو سر رسانا اختلاف پتانسیل ثابتی برقرار می کند. این اختلاف پتانسیل باعث شارش بار الکتریکی در مدار می شود. با شارش بار الکتریکی و ایجاد جریان الکتریکی در مدار، انرژی الکتریکی از باتری به لامپ می رسد و لامپ هم روشن می شود.


3-11 – قانون اهم :
نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریانی که از آن می گذرد مقدار ثابتی است که به این مقدار ثابت، مقاومت الکتریکی رسانا گویند که با نماد R آن را نشان داده و یکای آن اهم (Ω )می باشد. 

V / I = R

V اختلاف پتانسیل دو سر رسانا بر حسب است 
I شدت جریان عبوری از رسانا بر حسب آمپر 
R مقاومت رسانا بر حسب اهم (Ω) یک اهم معادل ولت بر آمپر است. 

1(Ω) -> 1(V / A)
یک مقاومت الکتریکی را به آمپرسنج ، ولت سنج و منبع تغذیه مطابق زیر می بندیم.

آمپرسنج به طور متوالی و ولت سنج که بطور موازی به دو سر مقاومت بسته شده است. پس از بسته شدن کلید جریان الکتریکی از مدار می گذرد. ولت سنج که به طور موازی به دو سر مقاومت بسته شده است. اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت را نشان می دهد و آمپرسنج شدت جریانی را که از مدار می گذرد مشخص می کند.
مثال : به دو سر یک رسانا به مقاومت الکتریکی 25 اختلاف پتانسیل الکتریکی V را وصل می کنیم. شدت جریان در رسانا را در صورتیکه
الف . v=50v 
ب : V=75v باشد بدست آورید:


الف) 


ب) 



3-13 – مصرف انرژی الکتریکی :
انرژی الکتریکی یکی از بهترین و تمیزترین انرژیهاست و مصرف آن باعث آلودگی زیست که برای انسان بسیار مهم و حیاتی است، نمی شود. همچنین می توان آن را با هزینه کم از محل تولید به محل معروف رساند. انرژی الکتریکی با استفاده از وسایل خاصی به صورت انرژی های نورانی ، درونی، صوت و .... تبدیل می گردد.
در لامپ های رشته ای ، انرژی الکتریکی درونی رشته ی داخلی لامپ تبدیل می شود و دمای آن را تا حدود 3000 درجه سانتی گراد بالا می برد. در این دمای بالا، رشته ی درون لامپ قسمتی از انرژی درونی خود را به صورت انرژی نورانی تابش می کند.

انرژی الکتریکی مصرف شده به چه عواملی بستگی دارد؟
1- مقاومت الکتریکی رسانا (R) : هر چه مقاومت الکتریکی رسانا بیشتر باشد. انرژی الکتریکی مصرف شده در آن نیز بیشتر می شود.
2 – زمان عبور جریان الکتریکی (t)، هر چه زمان عبور جریان الکتریکی از سانا بیشتر باشد. انرژی الکتریکی مصرف شده در آن بیشتر می گردد.
3 – مجذور شدت جریان الکتریکی (I2 ) :‌اگر شدت جریان عبوری از رسانا را افزایش دهیم ، انرژی الکتریکی مصرف شده در آن نیز بیشترمی شود، به طوری که اگر شدت جریان را 2 یا 3 با .... برابر کنیم، انرژی مصرف شده (4 =2 2 , 9= 32 یا ...) برابر می شود .
اگر انرژی الکتریکی مصرف شده ( که به انرژی درونی رسانا تبدیل شده است ) را با نماد W نشان می دهیم .داریم :
رابطه (3-4)
W = RI2 t
در این رابطه مقاومت الکتریکی (R) برحسب 
شدت جریان الکتریکی (I) بر حسب (A)
زمان عبوری جریان الکتریکی (t) بر حسب ثانیه (s)
انرژی الکتریکی مصرف شده (W) بر حسب ژول (J) است .

3-13 – توان الکتریکی مصرفی در رسانا :
از بخش (3-6) اختلاف پتانسیل الکتریکی یادآور شدیم که روی وسیله های الکتریکی نظیر لامپ روشنایی و یا اتوی برقی دو عدد نوشته شده است. یکی از این دو ، اختلاف پتانسیل مناسب برای عمل دستگاه است. عدد دیگر مربوط به کمیتی به نام توان الکتریکی است.
توان را با نماد p نشان می دهند و یکای آن وات می باشد.

در این رابطه 
R مقاومت الکتریکی بر حسب اهم 
I جریان الکتریکی بر حسب آمپر
P توان بر حسب وات 
با توجه به قانون اهم ( R = V/I) می توان توان مصرفی را نیز از رابطه ی زیر بدست آورد :

در این رابطه : 
V اختلاف پتانسیل دو سر مدار بر حسب ولت 
I شدت جریان عبوری از واحد بر حسب آمپر
P توان بر حسب وات