دسته‌ها
جریان الکتریکی جریان الکتریکی و مدارهای جریان مستقیم فیزیک سوم دبیرستان فیزیک یازدهم

توان الکتریکی مصرفی مقاومت

توان چیست؟ در سالهای گذشته با مفهوم توان آشنا شده اید. توان یعنی آهنگ انجام کار یا انتقال انرژی و یا تبدیل انرژی از شکلی به شکل دیگر. حال بیایید توان الکتریکی در یک مدار را اندازه بگیریم. توان الکتریکی در یک مدار یعنی آهنگ انجام کار برای اینکه بار  q تحت اختلاف پتانسیل 𝜟V از نقطه a به نقطه b  برود.

ph11 s2 powerel 01 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

ph3 s3 jaryan tavan 1 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

علامت توان با علامت 𝜟V تعیین می شود به این معنی که بین دو نقطه a و b اگر اختلاف پتانسیل و در نتیجه  توان منفی باشد، یعنی این جزء از مدار انرژی از دست می دهد یا به بقیه مدار انرژی می دهد و اگر بین این دو نقطه اختلاف پتانسیل یا توان مثبت باشد، یعنی انرژی این جزء زیاد می شود یا از بقیه مدار انرژی می گیرد.

در رابطه بالا توان (P)بر حسب (W)، جریان (I) بر حسب آمپر (A) و اختلاف پتانسیل (𝜟V)بر حسب ولت (V) است.

حال دو نکته در باره توان الکتریکی:

  • همه ابزارهای الکتریکی دارای یک توان مصرفی هستند.
  • همه ابزارهای الکتریکی، انرژی الکتریکی را انتقال می دهند و یا به انواع دیگر انرژی تبدیل می کنند. آهنگ این انتقال یا تبدیل با توان الکتریکی آن وسیله مشخص می شود. همه ابزارها از جمله باتری ها، مقاومت ها ، لامپ، سشوارو….

توان الکتریکی مصرفی در یک مقاومت الکتریکی

برای به دست آوردن توان الکتریکی مصرفی در یک مقاومت از همان رابطه کلی توان الکتریکی استفاده می کنیم. اختلاف پتانسیل در مقاومت را با  V نشان می دهیم. و کافیست V=RI را در رابطه بالا قرار دهیم و به نتایج زیر برسیم.

 

ph11 s2 powerel 02 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

مثال ۱: چرا در خطوط انتقال برق ، انرژی الکتریکی به جای اینکه با جریان بالا و ولتاژ پایین انتقال یابد ، با ولتاژ بالا و جریان پایین منتقل می شود؟

پاسخ:

در خطوط انتقال نیرو بخشی از انرژی الکتریکی توسط مقاومت سیم های انتقال از بین می رود .برای اینکه این انرژی اتلافی را به حداقل برسانیم ، طبق رابطه P=RI2  باید جریان در مدار کاهش دهیم . از طرفی با اینکار توان تولیدی کاهش می یابد و برای افزایش توان تولیدی طبق رابطه ی P=IV باید اختلاف پتانسیل را افزایش دهیم .

مبحث توان خروجی مولد ها به صورت مفصل در مبحث منبع نیروی محرکه ی الکتریکی توضیح داده شده است .

مثال هایی از توان الکتریکی مصرفی در مقاومت الکتریکی

مثال ۲: شکل روبرو قسمتی از یک مدار الکتریکی است . توان الکتریکی مصرفی کدام مقاومت کمتر است ؟

ph3 s3 jaryan tavan 3 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

پاسخ:

در مدار بالا R1 و  R2 با هم متوالی اند و معادلشان ۸ اهم می شود. R3 و R4 با هم متوالی اند و معادلشان ۴ می شود. حال این دو مقاومت با هم موازی اند. اگر فرض کنیم جریان I از کل می گذرد آنگاه سهم جریان برای هر یک از این دو مقاومت موازی به صورت زیر می شود.

برای یادگیری چگونگی تقسیم جریان الکتریکی بین دو مقاومت کلیک کنید.

ph11 s2 powerel 03 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

بنابر این توان مصرفی مقاومت ۳ از همه کمتر است.

 

مثال ۳: مقاومتهای R1 و R2 هر کدام ۱۰ اهم هستند .اگر توان مصرفی در مقاومتهای R1 در دو شکل برابر باشد ، مقاومت درونی باتری چند اهم است ؟

ph3 s3 jaryan tavan 5 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

پاسخ :

در شکل الف مقاومت های R1 و  R2 با هم موازی اند و در شکل ب مقاومت های R1 و  R2 با هم متوالی اند بنابر این خواهیم داشت.

الف) مقاومت معادل مقاومت های R1 و  R2به صورت زیر بدست می آید و مدار به صورت زیر ساده می شود.

ph11 s2 powerel 04 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

بنابر این جریان گذرنده از مقاومت معادل به صورت زیر است:

ph11 s2 powerel 05 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

بنابر این جریان گذرنده از هر مقاومت نصف می شود و توان الکتریکی مقاومت R1 به صورت زیر بدست می آید.

ph11 s2 powerel 06 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

در قسمت ب مقاومت ها متوالی هستند بنابر این مقاومت معادل مدار به صورت زیر است.

ph11 s2 powerel 07 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

حال می خواهیم ببینیم از هر مقاومت چه جریانی می گذرد؟ چون مقاومت ها و مقاومت مولد متوالی هستند بنابر این:

ph11 s2 powerel 08 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

بنابر این توان مصرفی مقاومت ها برابر است با:

ph11 s2 powerel 09 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

در این دو حالت توان مصرفی با هم برابرند بنابر این:

ph11 s2 powerel 10 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

ویدیو آموزشی توان الکتریکی مصرفی مقاومت ها

ویدیو آموزشی زیر را که توسط استاد مصطفی کبیری در مورد این مبحث آماده شده است، مشاهده کنید.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات

تمرین ها

تمرین ۱: در مدار روبرو کدام مقاومت بیش ترین توان را مصرف می کند ؟

ph3 s3 jaryan tavan 6 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

تمرین ۲: در مدار روبه رو، به ازای دو مقدار متفاوت R1 و  R2برای R ، توان خروجی مولد یکسان است. مقاومت درونی مولد، برابر با کدام است؟

ph11 s2 powerel 11 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

تمرین ۳:  یک لامپ سه راهه ۲۰۰ ولتی که دو رشته فیلامان دارد، در ۳ توان مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. کمترین و بیشترین توان مصرفی این لامپ به ترتیب ۵۰ وات و ۱۰۰ وات است .مقاومت هر یک از رشته ها را حساب کنید .

ph3 s3 jaryan tavan 8 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

تمرین ۴:  حداکثر توان قابل تحمل هر یک از مقاومتهای یکسان در شکل زیر برابر ۹ W است . حداکثر توانی را که می توان از این مدار گرفت تا هیچ کدام از مقاومت ها آسیب نبینند ، چند وات است ؟

ph3 s3 jaryan tavan 9 توان الکتریکی مصرفی مقاومت

 


دانلود نسخه PDF جزوه بالا و پاسخ تمرین ها




از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران (نا تمام) هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

5 دیدگاه دربارهٔ «توان الکتریکی مصرفی مقاومت»

بسیار عالیه د نبال مطلبی میگشتم رابطه بین چگالی جریان ودما و مقاومت وسطح بین سه عضو یک مدار از قطعه Aجریان عبور میکند B پیچ اتصال Aوقطعه C است مقطع عبور جریان از قطعه A__ 10برابر مقطع عبور جریان در Bو ۲۰ برابر مقطع عبور جریان در C است چه دمایی در BوC تولید میشود رابطه فرمولی آنها چیه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.