امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی را ذرات باردار شتابدار به وجود می آورند و برای انتشار به هیچ ماده مرتعشی نیاز ندارند و می توانند در فضای خالی از ماده هم حرکت کنند. ارتعاش این امواج مربوط به وجوداتم ها و مولکولها ذره های باردار دیگر نیست بلکه ترکیبی از دومیدان الکتریکی ومغناطیسی است که بر هم عمودند.

ماکسول با توجه به کارهای اورستد- آمپر- هانری- فارادی مسائل علم الکتریسیته و مغناطیسرا تدوین کرد که می توان پدیده های زیر را توصیف کرد.

1-     جریان الکتریکی از یک رسانا میدان مغناطیسی تولید می کند خطوط این میدان رسانا را دور می زند

2-    حرکت رسانا در یک میدان مغناطیسی به طوری که منجربه قطع خطوط میدان شود در آن رسانا جریان الکتریکی القا می کند.

3-    تغییر میدان الکتریکی در فضا سبب ایجاد میدان مغناطیسی می شود( قانون جابه جاییفارادی)

4-    تغییر میدان مغناطیسی در فضا سبب ایجاد میدان الکتریکی می شود( قانون القاء فارادی)

نکته) گسیل امواج الکترومغناطیس توسط اجسام را تابش می نامند.

نکته) در آنتن یک منبع ولتاژ متناوب برای ایجاد نوسان بار الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد ( برای شتابدار کردن ذرات)

چگونگی تشکیل موج الکترومغناطیس توسط یک آنتن

دو میله فلزی به یک مولد جریان متناوب متصل است چون ولتاژ خروجی سینوسی است بار روی میله دائما تغییر می کند با توجه به شکل بار روی میله بالایی مثبت و max و روی میله پایینی منفی و max می باشد سپس بار میله ها کاهش و در  به صفر می رسد در ادامه علامت بار میله معکوس می شود میله بالایی منفی و پایینی مثبت تا به max می رسد و جهت میدان الکتریکی عوض می شود با ادامه یافتن نوسان بار الکتریکی روی میله ها میدان الکتریکی تشکیل می شود در تمام مراحل میدان الکتریکی نزدیک آنتن با نوسان بار الکتریکی روی آن هم فاز است با ادامه نوسان بارهای الکتریکی روی میله ها میدان الکتریکی ایجاد شده با سرعت نور از آنتن دور می شوند تغییر بار الکتریکی درمیله سبب ایجاد جریان الکتریکی در میله و درنتیجه تولید یک میدان مغناطیسی در اطراف میله می کند.

وقتی جریان در میله روبه بالاست خطوط میدان مغناطیسی تولید شده به صورت دایره های متحدالمرکز به دور آنتن می باشد این خطوط بر میدان الکتریکی تولید شده در هر نقطه عمودند با عوض شدن جهت جریان جهت میدان مغناطیسی نیز وارون می شود و با تغییر جریان نسبت به زمان میدان مغناطیسی نیز تغییر می کند بنابراین نوسان بارهای الکتریکی روی میله در فضا میدان الکتریکی و مغناطیسی متغیر تولید می کند یعنی میدان مغناطیسی متغیر با زمان میدان الکتریکی تولید می کند ومیدان الکتریکی متغیر با زمان میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند

نکته) میدان الکتریکی و مغناطیسی القایی هم فاز وهردوی آنها بر راستای حرکت موج عمودند

نکته) امواج الکترومغناطیسی همانند امواج مکانیکی در زمان و مکان تغییر می کند با این تفاوت که در امواج مکانیکی ذرات تشکیل دهنده با محیط نوسان می کند و در امواج الکترومغناطیسی میدان الکتریکی و مغناطیسی در هر نقطه از فضا به طور نوسانی تغییر می کند به همین علت امواج الکترومغناطیسی برای انتشار نیاز به محیط مادی ندارد و در خلاء منتشر می شود.

نکته: تعداد نوسان های میدان الکتریکی ( مغناطیسی) درواحد زمان در هر نقطه از فضا را بسامد گویند. زمانی که طول می کشد تامیدان الکتریکی ( مغناطیسی) یک نوسان کامل انجام دهد دوره می نامند.

فاصله بین دو نقطه متوالی از موج که در آن دو نقطه میدان الکتریکی ( مغناطیسی) هم فازند طول موج می نامند.سرعت انتشار موج های الکترومغناطیسی از رابطه  بدست می آید.

سرعت انتشار موج های الکترومغناطیسی در خلاء برابر =  می باشد.

اگر چه داستان گالیله در مورد درگیری با کلیسا به دلیل ادعای نظریه خورشید مرکزی معروف عام و خاص است اما این ماجرا مربوط به تایید نظریه گالیله مطرح است در واقع گالیله با رصد و کشف قمرهای مشتری که به دور این سیاره می چرخند شاهدی برای مدل خورشید مرکزی که پیش از آن توسط کپرنیک  مطرح شده بود یافت.

سوال ) مدل خورسید مرکزی منظومه شمسی اولین بار توسط کدام دانشمند مطرح شد؟

الف ) نیوتن      ب) کپلر      ج) کپرینک      د) گالیله

رنگ اسمان به این حقیقت وابسته است که نوربا ذرات و مولکول ها ی گازهایی که جو زمین را تشکیل می دهند برهم کنش می کنند. اثر این فرایند که به ان پراکندگی می نامند برای نوری است که به ذره ای برخورد میکنند توسط ان جذب میشودو سپس در تمام جهات بازتاب می یابد.مولکول های جو زمین (که کوچکتر از نور ابی هستند )به وضوح نور ابی را موثرتر از نورهای سبز وزردوقرمز بازتاب می دهنداگر مجموعه ای از مولکولها را مستقیما در خطی در برابر خورشید قرار دهیم خورشید اندکی قرمز به نظر میرسد اما اگر به همین مجموعه مولکولی از کنار یا از بغل نگاه کنیم نوری را که مجموعه در حال پخش و پراکنده کردن ان است می بینیم(پراکندگی نور ابی بر نورهای دیگر چیرگی دارد).برعکس زمین , ماه دارای جو نیست و بنابراین رنگ ندارداسمانش را به بهترین نحو می توان سیاه توصیف کردزمانی که خورشید در محلی از ماه غروب میکند همراه با افت شدیدی در دما همه جا فورا تاریک میشود.بنابراین پراکندگی نور خورشید موجب رنگ ابی اسمان است.

بسمه تعالی   نمونه سئوالات فیزیک 1 دبیرستان شاهد معراج

1 – مفاهیم زیر را تعریف کنید :

 انرژی شیمیایی – انرژی پتانسیل گرانشی– دما

2 – دو مورد از مشکلات استفاده از سوخت های فسیلی را بنویسید

3- انرژی زمین گرمایی در چه صورت تجدید پذیر محسوب می شود؟

4 – دو جسم به جرم های 6m,3m از بالای سطح شیبداربدون اصطکاک که با افق به ترتیب زاویه های 30 و 60 می سازند از ارتفاع یکسان رها می شوند در لحظه رسیدن به راستای افقی انرژی جنبشی جسم نگین تر چند برابر دیگری است؟

5 – از بالای ساختمانی به ارتفاع 30 متر توپی به جرم نیم کیلو گرم را با سرعت 5m/s در راستای قائم پرتاب می کنیم سرعت توپ را در لحظه رسیدن به زمین حساب کنید.

6 – گلوله ای به جرم 2 کیلوگرم از نقطه A رها شده سپس به یک فنر برخورد و آنرا تا نقطه c متراکم کرده و برای یک لحظه متوقف می شود اگر مسیر AB ده درصدانرژی ودر مسیر BC 20% انرژی تلف شود

الف ) سرعت گلوله را در نقطه B بیابید.

 ب) حداکثر انرژی پتانسیل کشسانی فنر را تعیین کنید.

7 – در شکل روبه رو دستگاه از حال سکون شروع به حرکت می کند پس از چند متر جابه جایی انرژی جنبشی وزنه 4kg به 18 ژول می رسد؟

8 – شخصی توسط انرژی که از مصرف نیم کیلو گرم غذا بدست می آورد می تواند یک ساعت پیاده روی      و سی دقیقه شنا کند در صورتیکه بازده شخص 25% باشد آهنگ مصرف انرژی در شنا را محاسبه کنید.

( انرژی شیمیایی موجود در غذا 6/8kj/g و آهنگ مصرف انرژی در پیاده روی 9kj/min می باشد )  

   1- دونده ای با خوردن 150 گرم شکلات می تواند 20 دقیقه بدود و دونده ای دیگر با خوردن 75 گرم شکلات می تواند 40 دقیقه بدود بازده دونده دوم چند برابر دونده اول است؟

2 ) جسمی به جرم  m را از پایین سطح شیبداری با سرعت اولیه v. به طرف بالا پرتاب می کنیم اگرسرعت جسم در برگشت به نقطه پرتاب نصف سرعت اولیه v. باشد چه کسری از انرژی جنبشی اولیه به صورت اصطکاک تلف می شود؟

3- کدام گزینه صحیح نمی باشد؟

1) گیاهان و ذغال سنگ انرژی خود را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره می کنند.

2) انرژی برق آبی انرژی خورشید را به صورت انرژی پتانسیل ذخیره می کنند.

3) استفاده از انرژی باد پر هزینه است .

4) یکی از معایب نیروگاههای بادی پر هزینه بودن ساخت آن است.

4- توپی از ارتفاع 10 متری از سطح زمین در شرایط خلاء رها می شود اگر در اثر برخورد با زمین 25 درصد انرژی خود رااز دست بدهد جسم پس از دو بار برخورد به زمین تا چه ارتفاعی بالا می آید؟

1) 5/2متر              2) 5 متر                      3) 5/7 متر               4 ) 625/5 متر

5- kg 5 آب در ظرفی روی اجاقی قرار دارد وبا یک همزن شدیدا به هم زده می شود وقتی دمای آب 2 درجه سانتی گراد بالا می رود چند ژول گرما از اجاق به آب داده شده است اگر 8000 ژول انرژی توسط همزن به آب داده شده باشد.   C=4200j/kgc

1) 8400                   2) 21000                    3) 34000                  4) 42000 

6- دمای دو جسم هم جرم A وB   را از ^c°10به ^c°15 می رسانیم افزایش انرژی درونی آنها چگونه است؟

1) یکسان است

2) A بیشتر از B است

3) B بیشتر از A است

4) هر سه ممکن است

7- دماسنجی در اختیار داریم که دمای 10 درجه سانتی گراد در آن با 15 درجه سانتی گراد مشخص می شود و دمای 15 درجه سانتی گراد در آن با 25 درجه سانتی گراد نشان داده می شود ، این دماسنج نقطه جوش آب خالص در فشار یک جو چند درجه نشان خواهد داد؟

1) 100                   2) 195                  3) 180               4)  نمی توان به طور دقیق اظهار نظر نمود.

8- یک قطعه آهنی با سرعت m/s  100در حرکت است ناگهان به مانعی برخورد میکند و تمام انرژی جنبشی آن به گرما تبدیل می شود اگر تمام گرمای حاصل صرف افزایش دمای خود گلوله شود دمای آ ن چند درجه سلسیوس افزایش می یابد؟        c=100j/kgc

1) 5                          2) 10                         3) 50                     4) 100

9- به دو جسم aوb که جرم آنها به ترتیب 3kg و5kg است به مقدار مساوی گرما می دهیم اگر افزایش دمای جسمa دو برابر افزایش دمای جسم b باشد نسبت c_a/c_b راتعیین کنید

10- وقتی در اتاق سرد به دو میز یکی فلزی ودیگری چوبی دست می زنیم میز فلزی سردتر به نظر      می رسد علت این احساس چیست

1 ) خطای لامسه صورت گرفته است

2) چوب رسانای گرمایی خوبی است

3) حتما دمای میز فلزی پایینتر بوده است

4) فلز رسانای گرمایی خوبی است

11- اگر جرم جسمی را نصف و دمای آنرا دو برابر کنیم گرمای ویژه آن جسم چند برابر می شود؟

12- به دو جسم به یک اندازه گرما دادهایم و بدون تغییر حالت دمای آنها به یک اندازه افزایش یافته است در این صور ت الزاما :

1) دوجسم مشابه بوده اند

2) جرم و گرمای ویژه آنها یکسان است

3) گرمای ویژه آن ها یکسان است

4) نسبت گرمای ویژه آنها به نسبت عکس جرم آنها است

13-جسم A اجسام B و C را با نیروی الکتریکی جذب می کند و جسم D را با نیروی الکتریکی دفع    می کند در این صورت :

1) B,C ممکن است با نیروی جاذبه الکتریکی یکدیگر را جذب کنند

2) B,C الزاما یکدیگر را دفع می کنند

3) جسم D ممکن است بدون بار باشد

4) بارالکتریکی D الزاما مخالف بار B است

14- میله ای را به کلاهک الکتروسکوپ خنثی نزدیک می کنیم ورقه های الکتروسکوپ باز می شوند میله از نظر داشتن بار الکتریکی چگونه است؟

1) خنثی است

2) فقط می تواند دارای بار منفی باشد

3) فقط می تواند دارای بار مثبت باشد

4) دارای بار مثبت یا منفی است

15- از سیمی شدت جریان 8/0 آمپر عبور می کند در یک دقیقه چند الکترون از هر مقطع سیم عبور    می کند؟

1) 10²⁰× 3        2) 10¹⁹ × 5 3) ¹⁸ 10× 5   4) ¹⁹ 10 × 3             e=1/6 × 10^-19c

 16- اگر از یک مقاومت 20 اهمی در مدت 5 ثانیه 10 کولن الکتریسیته به طور یکنواخت عبور کندانرژی الکتریکی مصرف شده در مقاومت چند ژول است؟

1) 80                          2 ) 400                        3 ) 1600                         4 ) 2000

17- ولت آمپر واحد کدام کمیت فیزیکی است؟

1 ) انرژی                               2) توان                   3 ) بار الکتریکی                 4 ) مقاومت الکتریکی

18- یک لامپ روشنایی برای کار با اختلاف پتانسیل 240 ولت ساخته شده است اگر این لامپ را با اختلاف پتانسیل 220 ولت روشن کنیم توان لامپ تقریبا چند درصد کم می شود؟

1) 2                     2) 8                           3) 16                         4 ) 40

19- در یک روز بهاری دمای هوای اتاقی 10 درجه سانتی گراد و دمای بیرون 20 درجه سانتی گراد است و در هر ساعت 600 کیلو ژول گرما از دیوارها وپنجره ها وارد اتاق می شود اگر دمای بیرون به 40 درجه برسد این مقدار گرما چند کیلو ژول خواهد بود؟

1) 1200                          2 ) 1800                         3) 2400                        4 ) 3600

20- اگر مقاومت اتوی A دو برابر مقاومت اتوی B باشد توان الکتریکی آن چند برابر توان اتوی B است؟