سوالات تشریحی جریان الکتریکی (فصل 2 فیزیک یازدهم)

۲۰ سوال تشریحی و مفهومی از مبحث جریان الکتریکی فیزیک یازدهم

سوالات تشریحی:

1. رابطه بین شدت جریان الکتریکی ($I$)، بار الکتریکی ($q$) و زمان ($t$) را بنویسید و یکای هر کدام را ذکر کنید.
   $$I = \frac{q}{t}$$
   ✅ پاسخ:

• $I$: آمپر (A)
• $q$: کولن (C)
• $t$: ثانیه (s)

1. مقاومت معادل سه مقاومت $2\,\Omega$، $4\,\Omega$ و $8\,\Omega$ را در حالت سری محاسبه کنید.
   $$R_{eq} = R_1 + R_2 + R_3 = 2 + 4 + 8 = 14\,\Omega$$
   ✅ پاسخ: $14\,\Omega$
2. قانون اهم را بیان کرده و فرمول آن را بنویسید.
   ✅ پاسخ:
   “اختلاف پتانسیل دو سر یک رسانا با شدت جریان عبوری از آن نسبت مستقیم دارد.”
   $$V = I \times R$$

سوالات مفهومی:

4. چرا در سیم‌های انتقال برق از جریان متناوب (AC) استفاده می‌شود؟

• ✅ پاسخ: به دلیل امکان تبدیل سطح ولتاژ با ترانسفورماتور و کاهش تلفات توان در خطوط انتقال

4. تفاوت مقاومت الکتریکی و مقاومت ویژه را توضیح دهید.

• ✅ پاسخ:
  • مقاومت ($R$): خاصیت یک جسم خاص در مقابل عبور جریان (یکا: اهم)
  • مقاومت ویژه ($\rho$): خاصیت ذاتی ماده (یکا: اهم‌متر)

سوالات محاسباتی:

6. اگر بار الکتریکی $24\,C$ در مدت $3\,s$ از مقطع سیمی عبور کند، شدت جریان چقدر است؟
   $$I = \frac{q}{t} = \frac{24}{3} = 8\,A$$
   ✅ پاسخ: $8\,A$
7. توان مصرفی یک سشوار با ولتاژ $220\,V$ و جریان $5\,A$ چقدر است؟
   $$P = V \times I = 220 \times 5 = 1100\,W$$
   ✅ پاسخ: $1100\,W$

سوالات تحلیلی:

8. نمودار ولتاژ-جریان برای یک مقاومت ایده‌آل چگونه است؟

• ✅ پاسخ: یک خط راست با شیب ثابت که شیب آن معکوس مقاومت است ($R = \frac{\Delta V}{\Delta I}$)

8. اگر طول سیمی دو برابر شود، مقاومت آن چگونه تغییر می‌کند؟
   $$R = \rho \frac{L}{A}$$
   ✅ پاسخ: مقاومت دو برابر می‌شود (مقاومت با طول نسبت مستقیم دارد)

سوالات ترکیبی:

10. در مدار زیر با دو مقاومت موازی $3\,\Omega$ و $6\,\Omega$ که به یک مقاومت سری $2\,\Omega$ متصل شده‌اند، مقاومت معادل را محاسبه کنید.
    $$R_{parallel} = \frac{3 \times 6}{3 + 6} = 2\,\Omega$$
    $$R_{eq} = R_{series} + R_{parallel} = 2 + 2 = 4\,\Omega$$
    ✅ پاسخ: $4\,\Omega$

سوالات مفهومی پیشرفته:

11. چرا در اتصال موازی مقاومت‌ها، مقاومت معادل کمتر از کوچکترین مقاومت است؟
    • ✅ پاسخ: زیرا مسیرهای بیشتری برای عبور جریان ایجاد می‌شود و جریان کل افزایش می‌یابد
12. اثر ژول را تعریف کنید.
    • ✅ پاسخ: تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی در عبور جریان از مقاومت ($Q = I^2 R t$)

سوالات کاربردی:

13. چرا فیوزها در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند؟
    • ✅ پاسخ: برای محافظت از مدار در برابر جریان‌های بیش از حد با ذوب شدن و قطع مدار

سوالات محاسباتی پیشرفته:

14. انرژی مصرفی یک لامپ $100\,W$ در مدت $5\,h$ چقدر است؟
    $$E = P \times t = 100 \times (5 \times 3600) = 1,!800,!000\,J$$
    ✅ پاسخ: $1.8\,MJ$ یا $0.5\,kWh$

سوالات تحلیلی:

15. اگر دمای یک نیمه‌هادی افزایش یابد، مقاومت آن چگونه تغییر می‌کند؟ چرا؟
    • ✅ پاسخ: کاهش می‌یابد، زیرا تعداد حامل‌های بار آزاد افزایش می‌یابد

سوالات مفهومی:

16. چرا در محاسبات توان از هر دو رابطه $P = V I$ و $P = I^2 R$ می‌توان استفاده کرد؟
    • ✅ پاسخ: چون با جایگزینی $V = I R$ از قانون اهم به روابط معادل می‌رسیم

سوالات عددی:

17. مقاومت سیمی به طول $10\,m$ و سطح مقطع $2\,mm^2$ با مقاومت ویژه $1.7 \times 10^{-8}\,\Omega m$ چقدر است؟
    $$R = \rho \frac{L}{A} = 1.7 \times 10^{-8} \times \frac{10}{2 \times 10^{-6}} = 0.085\,\Omega$$
    ✅ پاسخ: $0.085\,\Omega$

سوالات مقایسه‌ای:

18. مقایسه کنید: در اتصال سری و موازی مقاومت‌ها:
    • ✅ پاسخ:
    • سری: جریان یکسان، ولتاژ تقسیم می‌شود
    • موازی: ولتاژ یکسان، جریان تقسیم می‌شود

سوالات طراحی مدار:

19. مدار ساده‌ای با یک باتری $12\,V$ و دو مقاومت $4\,\Omega$ و $6\,\Omega$ به صورت سری رسم کنید و جریان مدار را محاسبه کنید.
    $$R_{eq} = 4 + 6 = 10\,\Omega$$
    $$I = \frac{V}{R} = \frac{12}{10} = 1.2\,A$$
    ✅ پاسخ: $1.2\,A$

سوالات نهایی:

20. اگر در مداری با سه مقاومت $2\,\Omega$، $3\,\Omega$ و $6\,\Omega$ به صورت موازی، ولتاژ دو سر مدار $12\,V$ باشد، جریان کل چقدر است؟
    $$\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{6} = 1$$
    $$R_{eq} = 1\,\Omega$$
    $$I = \frac{V}{R} = \frac{12}{1} = 12\,A$$
    ✅ پاسخ: $12\,A$

نکات مهم:

• در اتصال سری: $R_{eq} = \sum R_i$
• در اتصال موازی: $\frac{1}{R_{eq}} = \sum \frac{1}{R_i}$
• قانون اهم: $V = I R$
• توان الکتریکی: $P = V I = I^2 R = \frac{V^2}{R}$