مدار و جریان الکتریکی

مدار و جریان الکتریکی – شبیه سازی تعاملی ساخت مدار علوم هشتم

اشتراک گذاری مطلب:

شناسنامه آزمایش

کد آزمایش:

801

پایه

مبحث

فصل

الکتریسیته

هدف

آشنایی با قانون اهم و مفهوم مدار بسته

فهرست مطالب

مقدمه

سلام دانش‌آموز عزیز!

در این آزمایش قراره با مدار و جریان الکتریکی بیشتر آشنا بشیم. حتماً تا حالا پیش آمده که چراغ اتاقت روشن نمی‌شده یا با بستن یک کلید، وسیله‌ای خاموش و روشن شده. اما تا حالا فکر کردی الکتریسیته چطور کار می‌کنه!؟ چه چیزی باعث می‌شود جریان برق در سیم‌ها حرکت کند و لامپ را روشن نماید؟

در این صفحه، با کمک یک شبیه‌سازی تعاملی و جذاب از سایت PhET و Javalab خودت یک مدار الکتریکی می‌سازی، جریان برق را تجربه می‌کنی و با اثرهای اون آشنا می‌شی. آماده‌ای؟ پس بیا شروع کنیم.

مدار الکتریکی چیست؟

حتماً در کتاب علوم تجربی پایه هشتم خوانده‌ای که برای روشن شدن یک لامپ، به یک مسیر بسته نیاز داریم. به این مسیر بسته که جریان الکتریکی در آن حرکت می‌کند، مدار الکتریکی می‌گویند.

یک مدار الکتریکی ساده از چند قسمت اصلی تشکیل شده است:

جزء مدار

باتری یا سلول

لامپ

سیم رابط

کلید یا سوئیچ

نقش آن

انرژی لازم برای حرکت جریان را فراهم می‌کند

با عبور جریان، روشن می‌شود

جریان را از یک جزء به جزء دیگر منتقل می‌کند

 
 

 

 

مدار را باز یا بسته می‌کند (روشن و خاموش)

نماد در نقشه مدار

+ | −

—○—

────

—✓— (باز) یا —•— (بسته)

نکته مهم: اگر مدار باز —✓— باشد (مثلاً کلید خاموش باشد)، جریان نمی‌تواند حرکت کند و لامپ روشن نمی‌شود. اما اگر مدار بسته —•— باشد (کلید روشن باشد)، جریان الکتریکی در کل مسیر حرکت می‌کند و لامپ روشن می‌شود.

جهت جریان الکتریکی: جریان از قطب مثبت باتری (+) به سمت قطب منفی () حرکت می‌کند. به این جهت، جهت قراردادی جریان می‌گویند.

سلول و باتری - منبع تولید جریان در مدار

حتماً در وسایل مختلف مثل چراغ قوه یا ریموت کنترل، باتری دیده‌ای. اما می‌دانی تفاوت سلول و باتری در چیست؟

  • سلول (Cell): یک منبع کوچک تولید جریان است که از مواد شیمیایی داخل آن، الکتریسیته تولید می‌کند. یک سلول معمولی ۱٫۵ ولت جریان دارد. روی بدنه‌اش دو علامت + (قطب مثبت) و (قطب منفی) دیده می‌شود.

  • باتری (Battery): وقتی چند سلول را به‌طور سری به هم وصل کنیم (یعنی قطب مثبت یکی به قطب منفی دیگری)، یک باتری می‌سازیم. باتری انرژی بیشتری نسبت به یک سلول دارد.

مثال: در چراغ قوه‌هایی که دو یا سه باتری قلمی می‌گذاریم، در واقع داریم از یک باتری استفاده می‌کنیم!

اثرهای جریان الکتریکی

جریان الکتریکی وقتی از یک سیم یا وسیله عبور می‌کند، دو اثر مهم دارد:

اثر اول: اثر گرمایی (گرم شدن)

وقتی جریان الکتریکی از یک سیم عبور می‌کند، مقداری از انرژی آن به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود و سیم گرم می‌شود. این اثر را در وسایل زیر می‌بینی:

  • لامپ رشته‌ای: رشته‌ی نازک تنگستن داخل لامپ آن‌قدر داغ می‌شود که شروع به درخشیدن می‌کند.

  • اتو برقی، کتری برقی، هیتر: سیم‌های مخصوص داخل این وسایل (که به آنها المنت می‌گویند) داغ می‌شوند و گرما تولید می‌کنند.

  • سیم فیوز: فیوز یک تکه سیم کوتاه است که زودتر از بقیه سیم‌ها داغ می‌شود و در جریان زیاد، ذوب می‌شود تا مدار را قطع کند و از آسیب دیدن وسایل جلوگیری نماید.

اثر دوم: اثر مغناطیسی (آهنربایی شدن)

حتماً می‌دانی که آهنربا، آهن را جذب می‌کند. اما جالب است بدانی وقتی جریان الکتریکی از یک سیم یا سیم‌پیچ عبور می‌کند، اطراف آن یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و سیم مانند یک آهنربا عمل می‌کند.

  • الکترومغناطیس: اگر یک میله آهنی نرم را در وسط یک سیم‌پیچ قرار دهیم و جریان برق را از سیم‌پیچ عبور دهیم، یک آهنربای الکتریکی یا الکترومغناطیس ساخته‌ایم! این آهنربا تا وقتی جریان دارد، آهنربا می‌ماند و با قطع جریان، آهنربایی آن از بین می‌رود.

کاربردهای الکترومغناطیس در زندگی: برای بلند کردن ضایعات آهنی در کارخانه‌ها، در زنگ درها، در جرثقیل‌های مغناطیسی و حتی در برخی وسایل پزشکی

دستورالعمل کلی استفاده از شبیه سازی

حالا نوبت توست! با کلیک روی دکمه زیر، وارد یک آزمایشگاه مجازی می‌شوی و خودت می‌توانی:
  • مدارهای مختلف بسازی (سری، موازی)
  • لامپ روشن کنی و ببینی چه موقع روشن می‌شود
  • آمپرمتر (جریان‌سنج) وصل کنی و شدت جریان را اندازه بگیری
  • از مقاومت‌ها و کلیدهای مختلف استفاده کنی
  • اثر باز و بسته بودن مدار را تجربه کنی

نحوه استفاده از شبیه‌سازی

  1. روی دکمه Play یا تصویر شبیه‌سازی زیر کلیک کن. 

  2. گزینه Intro را انتخاب کن.
  3. در محیط شبیه‌سازی، از سمت چپ صفحه، قطعات مورد نیاز را انتخاب کن( کلیک چپ ماوس را روی هر مورد نگه داشته و به سمت زمینه آبی بکشید):

    • باتری یا سلول (Battery)

    • لامپ (Light Bulb)

    • سیم (Wire)

    • کلید (Switch)

  4. قطعات را با سیم به هم وصل کن تا یک مدار بسته بسازی.

  5. روی کلید کلیک کن تا مدار بسته شود. لامپ روشن می‌شود؟

  6. حالا کلید را باز کن (قطع کن). چه اتفاقی می‌افتد؟

  7. می‌توانی چند لامپ را به طور سری (پشت سر هم) یا موازی (کنار هم) به باتری وصل کنی و تفاوت روشنایی آن‌ها را ببینی.

نکته مهم: در پانل سمت راست تیک سه گزینه رو فعال کن.حتماً از گزینه Values (نمایش مقادیر) استفاده کن تا عدد جریان (بر حسب آمپر) و ولتاژ (برحسب ولت) را روی سیم‌ها ببینی.

در پانل سمت چپ با کلیک روی فلش انتهای لیست میتونی موارد دیگه ای رو به مدار اضافه کنی.

فعالیت پیشنهادی - مثل یک دانشمند واقعی!

۱: مدار ساده بساز

  • یک باتری، یک لامپ و دو تکه سیم انتخاب کن.

  • سیم اول را از قطب مثبت باتری به یک پایه لامپ وصل کن.

  • سیم دوم را از قطب منفی باتری به پایه دیگر لامپ وصل کن.

  • چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا لامپ روشن می‌شود؟

۲: تأثیر کلید را بررسی کن

  • یک کلید (سوئیچ) به مدار قبلی اضافه کن.

  • کلید را در وضعیت ON (بسته) قرار بده. لامپ روشن است؟

  • کلید را در وضعیت OFF (باز) قرار بده. چه تغییری می‌کنی؟

۳: جریان را اندازه بگیر

  • یک آمپرمتر (جریان‌سنج) به مدار اضافه کن.(از پانل سمت راست گزینه Ammeter را انتخاب کن)

  • آمپرمتر به طور سری (در مسیر جریان) قرار داده میشه، نه موازی!(قسمت + آمپرمتر را روی سیم قرار بده)

  • عدد روی آمپرمتر را بخوان. این عدد شدت جریان را بر حسب آمپر (A) نشان می‌دهد

۴: مدار با دو لامپ

  • دو لامپ را به دو طریق مختلف به باتری وصل کن:

    • سری: سیم را از باتری به لامپ اول، سپس از لامپ اول به لامپ دوم، سپس به باتری برگردان.

    • موازی: از باتری دو راه جداگانه به هر لامپ برو.

  • مقایسه کن: در کدام حالت لامپ‌ها روشن‌ترند؟

سؤالاتی برای فکر کردن بعد از تماشای شبیه‌سازی

  1. در یک مدار بسته، اگر یک لامپ بسوزد (قطع شود)، در مدار سری لامپ دیگر چه وضعیتی پیدا می‌کند؟ در مدار موازی چطور؟

  2. چرا در خانه‌ها وسایل برقی را به طور موازی به برق وصل می‌کنند، نه به طور سری؟ (راهنمایی: اگر یک وسیله خاموش شود، بقیه باید کار کنند!)

  3. در مدار سری، اگر تعداد لامپ‌ها را بیشتر کنیم، روشنایی هر لامپ بیشتر می‌شود یا کمتر؟ چرا؟

  4. اگر در مدار یک باتری ۱٫۵ ولتی داریم، با اضافه کردن یک باتری دیگر به طور سری (۳ ولت)، لامپ روشن‌تر می‌شود یا کم‌نورتر؟ در شبیه‌سازی این را امتحان کن

جمع‌بندی برای یادآوری

مفهوم

مدار الکتریکی

جریان الکتریکی

جهت قراردادی جریان

اثر گرمایی

اثر مغناطیسی

توضیح خلاصه

مسیر بسته‌ای که جریان در آن حرکت می‌کند

حرکت الکترون‌ها درون سیم

از قطب + به قطب −

 
 

 

 

عبور جریان باعث گرم شدن سیم می‌شود

عبور جریان دور سیم میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند

لینک مستقیم شبیه‌سازی: برای تجربه عملی، روی دکمه زیر کلیک کن و خودت مدار بساز:

شروع شبیه‌سازی و تماشای آزمایش مجازی

فیلم آزمایش

در ادامه می‌توانید فیلم شبیه‌سازی آزمایش مربوط به مدار و جریان الکتریکی را، مشاهده کنید. این شبیه‌سازی امکان تجربه‌ی تعاملی و جذاب برای درک بهتر موضوع را فراهم می‌کند.

فیلم آزمایش- قسمت اول

فیلم آزمایش- قسمت دوم

تصاویری از محیط کار آزمایشگاه مجازی

جریان الکتریکی و الکترون آزاد
جریان الکتریکی و الکترون آزاد
مفهوم مقاومت در مدار الکتریکی
مفهوم مقاومت در مدار الکتریکی
آشنایی با مدار الکتریکی بسته و انواع آن
آشنایی با مدار الکتریکی بسته و انواع آن

فهرست آزمایش های علوم

برای مشاهده فهرست آزمایش های عملی علوم به این صفحه مراجعه کنید.

همچنین برای دیگر مطالب مرتبط با آزمایشگاه علوم می توانید از صفحات زیر نیز دیدن کنید.

مطالب مرتبط

آزمایشگاه عملی

آزمایشگاه عملی

فیلم های نحوه انجام آزمایش های علوم تجربی در آزمایشگاه عملی به همراه گزارش کار آزمایشگاه آماده با استفاده از وسایل ساده آزمایشگاهی

توضیحات بیشتر »
آزمایشگاه مجازی

آزمایشگاه مجازی

آزمایشگاه مجازی برای آزمایش های علوم تجربی که در محیط اینترنت و در قالب بازی و برنامه قابل مشاهده هستند برای شما دانش آموزان و معلمان عزیز

توضیحات بیشتر »
آشنایی با علائم هشدار دهنده در آزمایشگاه

علائم هشدار

علائم هشدار دهنده آزمایشگاه متعدد هستند و همگی برای ایجاد ایمنی در آزمایشگاه می باشند. فردی که در آزمایشگاه کار می کندباید با علائم هشدار دهنده آزمایشگاه آشنا باشد

توضیحات بیشتر »

دیدگاهتان را بنویسید

جستجو کردن