ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός...

47
Φυσική ΓΓυμνασίου Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμός Βασίλης Γαργανουράκης Φυσική Γ Γυμνασίου http://users.sch. gr/vgar gan

Transcript of ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός...

Page 1: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμός

Βασίλης Γαργανουράκης

Φυσική Γ’ Γυμνασίου

http://users.sch.gr/vgarganp g g g

Page 2: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Τι είναι ο Στατικός Ηλεκτρισμός;Τι είναι ο Στατικός Ηλεκτρισμός;

• Στατικά (ακίνητα) ηλεκτρικά φορτία που βρίσκονται στο εσωτερικό ή στην επιφάνεια ενός υλικού

Page 3: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ιστορία – Αρχαία ΕλλάδαΙστορία – Αρχαία Ελλάδα

• Ο ηλεκτρισμός ήταν γνωστός από την αρχαιότητα. 

– Ο Θαλής ο Μιλήσιος, τον 6ο αιώνα π.Χ., παρατήρησε ότι ήλ ( ά ) ό έ β άλλτο ήλεκτρο (κεχριμπάρι) όταν το έτριβε με μάλλινο 

ύφασμα αποκτούσε την ιδιότητα να έλκει από απόσταση ελαφρά αντικείμεναελαφρά αντικείμενα

– όπως ξερά φύλλα, στάχυα, πούπουλα και κλωστές. 

– Τα φαινόμενα αυτά ονομάστηκαν «ηλεκτρικά» από τοΤα φαινόμενα αυτά ονομάστηκαν «ηλεκτρικά» από το όνομα του ήλεκτρου.

Page 4: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ιστορία – 16ος αιώναςΙστορία – 16ος αιώνας

• Το 16ο αιώνα ο Γουίλιαμ Γκίλμπερτ (William Gilbert) άρχισε να μελετά συστηματικά τα ηλεκτρικά φαινόμενα.

φ ό ό έζ Α λί– φυσικός και γιατρός που έζησε στην Αγγλία 

– με τον Γκίλμπερτ αρχίζει ουσιαστικά η ιστορία του ηλεκτρισμούηλεκτρισμού.

Page 5: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Απλό ΠαράδειγμαΑπλό Παράδειγμα 

• Μετά που θα χτενίσετε τα μαλλιά σας γνωρίζετε ότι η χτένα μπορεί να έλκει (τραβήξει) μικρά κομματάκια χαρτιού

Η έ φέ λ ό φ ί– Η χτένα φέρει ηλεκτρικό φορτίο

– Η χτένα ασκεί ηλεκτρική δύναμη στο χαρτί

Page 6: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Άλλο Απλό ΠαράδειγμαΆλλο Απλό Παράδειγμα

• Όταν τρίψετε δύο πλαστικές ράβδους με μάλλινο ύφασμα και τις πλησιάσετε αυτές απωθούνται

• Αν τρίψετε μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα και μια πλαστική με μάλλινο και στη συνέχεια τις λ ά δύ άβδ έλπλησιάσεις, οι δύο ράβδοι έλκονται– Οι ηλεκτρικές δυνάμεις άλλοτε είναι ελκτικές και άλλοτε 

απωστικέςαπωστικές.

– Συνεπώς υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη φορτίουδιαφορετικά είδη φορτίου.

Page 7: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικά ΦορτίαΗλεκτρικά Φορτία

• Για να εξηγήσουμε την προέλευση και τις ιδιότητες των ηλεκτρικών δυνάμεων, δεχόμαστε ότι η ύλη έχει μια ιδιότητα που τη συνδέουμε με ένα φυσικό μέγεθος: το ηλεκτρικόπου τη συνδέουμε με ένα φυσικό μέγεθος: το ηλεκτρικό φορτίο.

• Το γεγονός ότι οι ράβδοι άλλοτε έλκονται και άλλοτεΤο γεγονός ότι οι ράβδοι, άλλοτε έλκονται και άλλοτε απωθούνται αυτό μας αναγκάζει να δεχθούμε ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο διαφορετικά είδη φορτίου.

Page 8: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Μέτρηση του Ηλεκτρικού ΦορτίουΜέτρηση του Ηλεκτρικού Φορτίου 

• Γενικά δεχόμαστε ότι η ηλεκτρική δύναμη που ασκεί (ή ασκείται σε) ένα φορτισμένο σώμα είναι ανάλογη του ηλεκτρικού φορτίου του

Charles Augustinde Coulomb 

ηλεκτρικού φορτίου του.

• Η μονάδα του ηλεκτρικού φορτίου στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S I ) ονομάζεται Κουλόμπ (Coulomb)Μονάδων (S.I.) ονομάζεται Κουλόμπ (Coulomb)

– Το ηλεκτρικό φορτίο συμβολίζεται με το γράμμα q ή Q.

• Το 1 C είναι μεγάλη μονάδα φορτίου γι' αυτό στις εφαρμογέςΤο 1 C είναι μεγάλη μονάδα φορτίου γι  αυτό στις εφαρμογές συνήθως χρησιμοποιούμε υποπολλαπλάσια του 1 C:

– το 1 μC (ένα μικροκουλόμπ) με 1 μC = 10‐6Cτο 1 μC (ένα μικροκουλόμπ) με 1 μC   10 C 

– το 1 nC (ένα νανοκουλόμπ) με 1 nC=10‐9 C.

Page 9: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Συνολικό φορτίοΣυνολικό φορτίο

• Γενικά το ολικό φορτίο δύο ή περισσοτέρων φορτισμένων σωμάτων ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα τωνισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων τους.

– q=q1+q2=(+4 nC)+(‐3 nC)=1 nCq q1+q2 (+4 nC)+( 3 nC) 1 nC

• Όταν το συνολικό φορτίο ενός ή περισσοτέρων σωμάτων είναι ίσο με το ρ ρ μ μμηδέν, τότε το σώμα ή το σύνολο των σωμάτων ονομάζεται ηλεκτρικά ουδέτερο.

Page 10: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Δομή της ΎληςΔομή της Ύλης

• Η ύλη γύρω μας αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια που λέγονται  τα άτομαμ ρ μ γ : τα άτομα 

κινούνται ελεύθερα 

: τα άτομα γλιστράνε το ένα πάνω

: τα άτομα

γλιστράνε το ένα πάνω στο άλλο

: τα άτομα κινούνται γύρω από καθορισμένες θέσεις

Page 11: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Δομή του ΑτόμουΔομή του Ατόμου

‐‐

++++

+

Εικόνα ΟνομασίαΑναλογία Μαζών

Αναλογία Φορτίου

Αναλογία Ποσότητας

Ηλεκτρόνιο 1 1 1

‐ Πυρήνας

Ηλεκτρόνιο 1 ‐1 1

Πρωτόνιο 1836 1 1

Νε ρό ο 1836 0 ο ίλε

+

Νετρόνιο 1836 0 ποικίλει

Page 12: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Φόρτιση ΣωμάτωνΦόρτιση Σωμάτων

• Τα πρωτόνια δεν μπορούν να μετακινηθούν εύκολα γιατί έχουν μεγάλη μάζα και επιπλέον βρίσκονται παγιδευμένα στο εσωτερικό των πυρήνων των ατόμωνεσωτερικό των πυρήνων των ατόμων.

• Η φόρτιση των σωμάτων γίνεται με μεταφορά ηλεκτρονίων. 

Στην περίπτωση που το σώμα έχει προσλάβει ηλεκτρόνια– Στην περίπτωση που το σώμα έχει προσλάβει ηλεκτρόνια αποκτά πλεόνασμα ηλεκτρονίων και αποκτά αρνητικό φορτίο.φ ρ

– Αν έχει αποβάλλει ηλεκτρόνια, τότε έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων, οπότε υπερισχύει το θετικό φορτίο των πρωτονίων και το σώμα έχει ολικό φορτίο θετικό 

Page 13: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Φόρτιση ΣωμάτωνΦόρτιση Σωμάτων

• Επειδή στο εσωτερικό των ατόμων υπάρχουνσωματίδια με δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου (πρωτόνια και ηλεκτρόνια) γι' αυτό στη φύση εμφανίζονται μόνο δύο είδηηλεκτρόνια). γι  αυτό στη φύση εμφανίζονται μόνο δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου (θετικά και αρνητικά).

• Η απόσπαση ηλεκτρονίων από τα άτομα ενός σώματοςΗ απόσπαση ηλεκτρονίων από τα άτομα ενός σώματος απαιτεί την προσφορά ενέργειας, έτσι ώστε να μπορέσουν τα ηλεκτρόνια να υπερνικήσουν την έλξη των πυρήνων.

Page 14: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ιδιότητες Ηλεκτρικού ΦορτίουΙδιότητες Ηλεκτρικού Φορτίου

• Αρχή Διατήρησης Ηλ. Φορτίου

– Το Ηλ. φορτίο δεν καταστρέφεται ούτε δημιουργείται, ό φέ Charles Augustinμόνο μεταφέρεται.

• Το Ηλ. φορτίο οφείλεται στα ηλεκτρόνια οπότε θα είναι ακέραιο πολλαπλάσιο αυτού

Charles Augustinde Coulomb 

ακέραιο πολλαπλάσιο αυτού.

– Ένα ηλεκτρόνιο δεν είναι δυνατό να διαιρεθεί

• Μονάδα μέτρησης φορτίου: Coulomb (C)• Μονάδα μέτρησης φορτίου: Coulomb (C)

– 1 C = φορτίο 6.24x1018 ηλεκτρονίων

Page 15: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Τρόποι ΗλέκτρισηςΤρόποι Ηλέκτρισης

• Υπάρχουν 3 τρόποι:– ΤΡΙΒΗ

ΕΠΑΦΗ– ΕΠΑΦΗ– ΕΠΑΓΩΓΗ

Page 16: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Τα Χαλαρά ηλεκτρόνιαΤα Χαλαρά ηλεκτρόνια

• Στα άτομα κάποιων αντικειμένων (π.χ. Γυαλί) τα ηλεκτρόνια βρίσκονται μακριά από τον πυρήνα.

Ο ή δ ί άλ δύ– Ο πυρήνας δεν τα συγκρατεί με μεγάλη δύναμη

• Αυτά τα εξωτερικά ηλεκτρόνια μπορούν εύκολα να φύγουν από τα άτομα π χ με τριβήαπό τα άτομα π.χ. με τριβή

Page 17: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Τα Δέσμια ΗλεκτρόνιαΤα Δέσμια Ηλεκτρόνια

• Σε κάποια άλλα αντικείμενα (π.χ. ύφασμα) τα άτομα συγκρατήσουν όλα τους τα  ηλεκτρόνια με ισχυρές δυνάμεις.

Τό έ ύ λ ύ ά λέ• Τόσο ισχυρές που εύκολα μπορούν να πάρουν και επιπλέον ηλεκτρόνια.

Page 18: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Φόρτιση με ΤριβήΦόρτιση με Τριβή

• Όταν τρίβεις τη γυάλινη ράβδο στο μεταξωτό ύφασμα εξωτερικά ηλεκτρόνια από άτομα του γυαλιού μετακινούνται στο ύφασμα Έτσι η γυάλινη ράβδος φορτίζεται θετικά και τοστο ύφασμα. Έτσι η γυάλινη ράβδος φορτίζεται θετικά και το ύφασμα αρνητικά.

Page 19: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Φόρτιση με ΤριβήΦόρτιση με Τριβή

• Γιατί αν τρίψω μία πλαστική ράβδο με γούνα θα έχω αντίστροφα αποτελέσματα;

Όλ λ ά δ λ ύ ό ίδ ά• Όλα τα υλικά δεν αποτελούνται από τα ίδια άτομα

Page 20: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Παράδειγμα: Τρίψιμο μαλλιών σε μπαλόνιΠαράδειγμα: Τρίψιμο μαλλιών σε μπαλόνι

• Τι φορτίο θα αποκτήσει το μπαλόνι και τι τα μαλλιά μας;

– Ηλεκτρόνια φεύγουν από τα μαλλιά προς το μπαλόνι

– Μαλλιά αποκτούν (+) φορτίο

– Μπαλόνι αποκτά (‐) φορτίο

• Θα έλκονται ή θα απωθούνται;

Page 21: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Αγωγοί και ΜονωτέςΑγωγοί και Μονωτές

• (α) Φόρτιση με επαφή μιας μεταλλικής ράβδου. Η ράβδος φορτίζεται σε όλη της τηνφορτίζεται σε όλη της την επιφάνεια 

• (β)Φόρτιση με επαφή μιας(β) Φόρτιση με επαφή μιαςπλαστικής ράβδου. Φορτίζεται μόνο η περιοχή που ήρθε σε επαφή με τη φορτισμένη σφαίρα.

Page 22: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικοί ΑγωγοίΗλεκτρικοί Αγωγοί

• Στα άτομα κάποιων αντικειμένων (π.χ. μέταλλα) τα ηλεκτρόνια βρίσκονται μακριά από τον πυρήνα άτομα δεν μπορούν να συγκρατήσουν τα (εξωτερικά) ηλεκτρόνιαμπορούν να συγκρατήσουν τα (εξωτερικά) ηλεκτρόνια

• Αυτά διαφεύγουν και κινούνται τυχαία από άτομο σε άτομο.

• Ονομάζονται Ελεύθερα Ηλεκτρόνια• Ονομάζονται Ελεύθερα ΗλεκτρόνιαΜεταλλική Ράβδος

Page 23: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικοί ΑγωγοίΗλεκτρικοί Αγωγοί

• Τα σώματα που επιτρέπουν το διασκορπισμό του ηλεκτρικούφορτίου σε όλη τους την έκταση ονομάζονται ηλεκτρικοί αγωγοίαγωγοί.

• Αν προσληφθούν ή αποβληθούν ηλεκτρόνια από μια περιοχή του μεταλλικού αγωγού τότε λόγω της τυχαίας κίνησης τωντου μεταλλικού αγωγού, τότε λόγω της τυχαίας κίνησης των ελεύθερων ηλεκτρονίων αυτό το πλεά/ασμα ή το έλλειμμα θα κατανεμηθεί ομοιόμορφα σε όλη την έκταση του αγωγού.

• Όλα τα μέταλλα είναι αγωγοί. Ο σίδηρος, ο χαλκός, το αλου‐μίνιο. ο υδράργυρος, ο μόλυβδος.

Page 24: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικοί ΜονωτέςΗλεκτρικοί Μονωτές

• Κάποια άλλα άτομα συγκρατήσουν όλα τους τα  ηλεκτρόνια με ισχυρές δυνάμεις.

Α ά λ ό ύ έ ή• Αυτά τα ηλεκτρόνια κινούνται περιορισμένα στον πυρήνα τους

Μάλλινο πανί

Page 25: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικοί ΜονωτέςΗλεκτρικοί Μονωτές

• Τα σώματα στα οποία το φορτίο δεν διασκορπίζεται,αλλά παραμένει εντοπισμένο στην περιοχή του σώματος που φορτίσαμε ονομάζονται ηλεκτρικοί μονωτέςφορτίσαμε ονομάζονται ηλεκτρικοί μονωτές.

• Αν προσληφθούν ηλεκτρόνια, αυτά θα παραμείνουν παγιδευμένα από τα άτομα στην περιοχή της φόρτισης Ανπαγιδευμένα από τα άτομα στην περιοχή της φόρτισης. Αν αποβληθούν, το έλλειμμα των ηλεκτρονίων θα παραμείνει πάλι εντοπισμένο.

• Μονωτικά υλικά είναι: Το πλαστικό, το γυαλί, το καουτσούκ, ο εβονίτης, η πορσελάνη, το κερί, το ξύλο και το καθαρό νερό.

Page 26: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Φόρτιση με ΕπαφήΦόρτιση με Επαφή

• Φέροντας σε εεπαφήπαφή ένα φορτισμένο αντικείμενο με ένα αφόρτιστο προκαλείται η ροήροή ηλεκτρονίων από το ένα στο άλλοάλλο

Page 27: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Το ΗλεκτροσκόπιοΤο Ηλεκτροσκόπιο

ύ ά• Ανιχνεύει και μετράει το ηλεκτρικό φορτίο

Μεταλλική πλάκα

• Η ποσότητα φορτίου είναι ανάλογη της 

ή

γωνίας εκτροπής των μεταλλικών ελασμάτων

• Μεγαλύτερη γωνία περισσότερο φορτίορ ρ φ ρ

Ελ φ ά ά

Μέτρηση γωνίας εκτροπής

Ελαφρά κινητά μεταλλικά ελάσματα

Page 28: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Φόρτιση ΗλεκτροσκοπίουΦόρτιση Ηλεκτροσκοπίου

Φορτισμένη μεταλλική σφαίρα

Μονωτική ήλαβή

Page 29: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Επαγωγή σε αγωγούςΕπαγωγή σε αγωγούς

• Πλησιάζοντας ένα φορτισμένο αντικείμενο κοντά σε ένα αφόρτιστο αγωγό (χωρίς επαφή) προκαλείται η αναδιάταξη των ηλεκτρονίων στον αγωγότων ηλεκτρονίων στον αγωγό.

Page 30: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Επαγωγή σε ΜονωτέςΕπαγωγή σε Μονωτές

• Πλησιάζοντας ένα φορτισμένο αντικείμενο κοντά σε ένα αφόρτιστο μονωτή προκαλείται η πόλωση των ατόμων στο αντικείμενο αυτόαντικείμενο αυτό.

Page 31: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Γείωση (Αποφόρτιση)Γείωση (Αποφόρτιση)

• Έδαφος

– Μία άπειρη δεξαμενή e‐

– Μπορεί να δώσει ή να πάρει e‐ για να εξουδετερώσει  το φορτίο ενός αντικειμένουαντικειμένου

• Η Γείωση μας προστατεύει από ηλεκτροπληξίεςηλεκτροπληξίες

Page 32: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

ΚεραυνοίΗ σύγκρουση μεταξύ των σταγονιδίων νερού δημιουργεί φορτία Τα αρνητικάΚεραυνοί νερού δημιουργεί φορτία. Τα αρνητικά κατεβαίνουν χαμηλά και ψηλά υπάρχει 

περίσσια θετικών

‐ ‐‐ ‐ ‐ ‐ ‐‐ ‐ ‐‐ ‐ ‐‐ ‐ ‐ ‐ ‐‐+ + + +++

++++

++

+ Οι κεραυνοί προκαλούνται λόγω μεγάλης κλίμακας στατικών φορτίων

+ ++

++ ++ ++ ++++++

Λόγω των μεγάλων φορτίων ο αέρας γίνεται λό ό λ ό φ άκαλός αγωγός και τα ηλεκτρόνια φτάνουν στο 

έδαφος με τη μορφή κεραυνού

Page 33: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

ΚεραυνοίΚεραυνοί

• Στα φορτία αρέσει να πηγαίνουν στις μύτες

• Τα αλεξικέραυνα εμποδίζουν τους κεραυνούς να ή    ψ λά  έ  ( ή  δέ   λ)  δ ώ  κτυπήσουν σε ψηλά μέρη (κτήρια, δέντρα κτλ) οδηγώντας 

το φορτίο τους στο έδαφος

Page 34: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρική ΔύναμηΗλεκτρική Δύναμη

• Από ποια μεγέθη και πως εξαρτάται το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται από έναηλεκτρικής δύναμης που ασκείται από ένα φορτισμένο σωματίδιο σε ένα άλλο;

• Charles Augustin de• Charles Augustin de Coulomb (1736‐1806)

Γάλλ ό– Γάλλος στρατιωτικός που έθεσε τις βάσεις του μαγνητισμού καιμαγνητισμού και στατικού ηλεκτρισμού

Page 35: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Πειραματικά ευρήματα CoulombΠειραματικά ευρήματα Coulomb

Page 36: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Νόμος CoulombΝόμος Coulomb

•• Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης με την οποία Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά στατικά φορτία είναιαλληλεπιδρούν δύο σημειακά στατικά φορτία είναιαλληλεπιδρούν δύο σημειακά στατικά φορτία είναι αλληλεπιδρούν δύο σημειακά στατικά φορτία είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου τηςαντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου τηςαντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης τους.απόστασης τους.

• Το Κ είναι μια σταθερά 21 qq Το Κ είναι μια σταθερά αναλογίας και εξαρτάται από το υλικό που

221

rqq

KF από το υλικό που βρίσκονται τα φορτία. 

Για το κενό έχει τιμή:2

29109

CmNK

Page 37: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Παρατηρήσεις στο νόμο CoulombΠαρατηρήσεις στο νόμο Coulomb

• Ισχύει για στατικά (ακίνητα) φορτία.

• Η δύναμη είναι διανυσματικό μέγεθος.

– Για να την ορίσουμε πλήρως εκτός από το μέτρο χρειαζόμαστε τη διεύθυνση και τη φορά

Page 38: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

ΠαράδειγμαΠαράδειγμα

• Άσκηση 1 (σελ 32, σχολικό βιβλίο)

m

CCr

qqKFC

mN2

669

221

2104101109 2

2

mC

CmN

2

2129

4104109 2

2

mr 2N

m3109

4

mr 2

Cq 11 Cq 42 F

F

Page 39: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικές και Βαρυτικές δυνάμειςΗλεκτρικές και Βαρυτικές δυνάμεις

• Στον κόσμο του διαστήματος (μακρόκοσμο) κυριαρχούν οι βαρυτικές δυνάμεις ενώ στον κόσμο των ατόμων (μικρόκοσμο) οι ηλεκτρικές(μικρόκοσμο) οι ηλεκτρικές.

qqmm2

21

rqqKF

221

rmmGF

Page 40: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

ΠεδίοΠεδίο

• Ο χώρος στον οποίο εάν εισέλθει ένα άτομο ή αντικείμενο θα υποστεί μια δράση

Ο ό δί– Οπτικό πεδίο

Page 41: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικό ΠεδίοΗλεκτρικό Πεδίο

• Ηλεκτρικό πεδίο υπάρχει σε μια περιοχή γύρω από ένα φορτισμένο αντικείμενο (πηγή). Όταν ένα άλλοένα φορτισμένο αντικείμενο (πηγή).  Όταν ένα άλλο φορτισμένο αντικείμενο (δοκιμαστικό) εισέλθει στην περιοχή αυτή θα του ασκηθεί ηλεκτρικήστην περιοχή αυτή θα του ασκηθεί ηλεκτρική δύναμη. 

– Το δοκιμαστικό φορτίο– Το δοκιμαστικό φορτίο πρέπει να είναι μικρότερο σε σχέση με την πηγή για χ η μ η ηγή γνα μην αλλάξει η κατανομή φορτίου της πηγής

Page 42: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ανίχνευση Ηλεκτρικού ΠεδίουΑνίχνευση Ηλεκτρικού Πεδίου

• Πως θα διαπιστώσουμε αν σε μια περιοχή του χώρου υπάρχει (ή όχι) ηλεκτρικό πεδίο;

Α ί θ ή ή έ ό– Αρκεί να τοποθετήσουμε στην περιοχή ένα μικρό φορτισμένο σώμα.

Αν υπάρχει πεδίο θα ασκηθεί πάνω σε αυτό δύναμη– Αν υπάρχει πεδίο θα ασκηθεί πάνω σε αυτό δύναμη (ελκτική ή απωστική)

??

Page 43: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Δυναμικές ΓραμμέςΔυναμικές Γραμμές

• Περιγράφουν με εύκολο γραφικό τρόπο ένα πεδίο δυνάμεων

– Μεγαλύτερη πυκνότητα δυναμικών γραμμών συνεπάγεται λύ έ δύμεγαλύτερο μέτρο δύναμης 

– Σε κάθε σημείο τους το διάνυσμα της δύναμης είναι εφαπτόμενοεφαπτόμενο

Page 44: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικές Δυναμικές ΓραμμέςΗλεκτρικές Δυναμικές Γραμμές

• Μικρά κομμάτια από κλωστή αιωρούμενα σε λάδι που ευθυγραμμίζονται λόγω του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από ένα μικρό αγωγό στο κέντρο.

• Η φορά των δυναμικών γραμμών μας δείχνει τη δύναμη που ί έ ό ίθα ασκηθεί σε ένα δοκιμαστικό  φορτίο.

Page 45: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικές Δυναμικές ΓραμμέςΗλεκτρικές Δυναμικές Γραμμές

• Η φορά των δυναμικών γραμμών μας δείχνει τη δύναμη που θα ασκηθεί σε ένα δοκιμαστικό  φορτίο

Page 46: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ομογενές Ηλεκτρικό ΠεδίοΟμογενές Ηλεκτρικό Πεδίο

• Το ηλεκτρικό πεδίο που οι δυναμικές του γραμμές είναι παράλληλες λέγεται ομογενές.

Σ έ έ δί έ φ ί δέ ύ ίδ• Σε ένα ομογενές πεδίο ένα φορτίο δέχεται παντού την ίδιαδύναμη.

Αφού η πυκνότητα των δυναμικών γραμμών είναι η ίδια– Αφού η πυκνότητα των δυναμικών γραμμών είναι η ίδια

Page 47: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Στατικός Ηλεκτρισμόςvgargan.gr/wp-content/uploads/2009/12/KEF1_DIAFAN_PHYS...– το 1 μμC (έναμικροκουλόμπένα μικροκουλόμπ)

Φυσική Γ’ Γυμνασίου – Κεφάλαιο 1: Στατικός Ηλεκτρισμός - http://vgargan.gr

Ηλεκτρικό Πεδίο και ΕνέργειαΗλεκτρικό Πεδίο και Ενέργεια

• Αφού το φορτισμένο σφαιρίδιο βρίσκεται μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο, ασκείται σ' αυτό ηλεκτρική δύναμη. Επομένως έχει δυναμική ενέργεια που την ονομάζουμεΕπομένως έχει δυναμική ενέργεια που την ονομάζουμε ηλεκτρική δυναμική ενέργεια.– Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε κινητική η ρ ή μ ή ργ μ ρ μ ρ η ή

όπως ακριβώς με την βαρυτική δυναμική ενέργεια.