ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

ΑΡΜΕΝΗΣ ΣΠΥΡΟΣ – ΦΥΣΙΚΟΣΓΥΜΝΑΣΙΟ ΚΑΜΙΝΙΩΝ ΠΕΙΡΑΙΑ

Την προσανατολισμένη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων την ονομάζουμε ηλεκτρικό ρεύμα.

Η ταχύτητα με την οποία κινούνται τα ηλεκτρόνια είναι μικρή.

Καλώδιο 1m το διανύει σε περίπου 3 ώρες.

Γιατί πάντα απαιτείται η ύπαρξη μιας ηλεκτρικής πηγής ώστε να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα; Τι

<<κάνει>> μια ηλεκτρική πηγή;

Η ηλεκτρική πηγή δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο στο εσωτερικό του μεταλλικού αγωγού, το οποίο ασκεί

δυνάμεις στα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα κινεί.

Πραγματική φορά

ρεύματος

Συμβατική φορά ρεύματος

+

-

ΠΡΟΣΟΧΗ Τα ηλεκτρόνια δεν τα δίνει η μπαταρία αλλά υπάρχουν ήδη μέσα στα καλώδια (ελεύθερα ηλεκτρόνια)

Όλα τα υλικά σώματα αποτελούνται από άτομα. Κάθε άτομο με τη σειρά του

αποτελείται από έναν πυρήνα, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται μικροσκοπικά

σωματίδια που λέγονται ηλεκτρόνια. Σε ορισμένα υλικά που λέγονται μέταλλα, ο πυρήνας δεν μπορεί να συγκρατήσει τα ηλεκτρόνια σταθερά στην τροχιά τους κι

έτσι αυτά περιφέρονται ελεύθερα στο εσωτερικό του υλικού.

Σε συνηθισμένες συνθήκες, η κίνηση τους γίνεται τυχαία, αν όμως συνδεθεί

μια μπαταρία στα άκρα του υλικού, τότε τα ηλεκτρόνια, μιας και είναι αρνητικά

φορτισμένα, έλκονται από το θετικό πόλο της πηγής και επομένως κινούνται

όλα μαζί προς την ίδια κατεύθυνση.

Έτσι τα υλικά που έχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια λέγονται αγωγοί ενώ αυτά που δεν έχουν λέγονται μονωτές. Ενώ οι ημιαγωγοί βρίσκονται ανάμεσα στις δύο κατηγορίες.

(Διαθέτουμε μπαταρία, καλώδια, λαμπάκι)

Δεν ανάβει Δεν ανάβει ανάβει

Ανοικτό κύκλωμα

Κλειστό κύκλωμα

Δεν διαρρέεται από ρεύμα Διαρρέεται από ρεύμα

Από τα καλώδια δεν περνάει πάντα το ίδιο ηλεκτρικό ρεύμα. Πως το μετράμε;

t

qi

q = το φορτίο από μια διατομή του αγωγού

Μονάδα μέτρησης: 1 Αmpere (1A)

Tην μετράμε με συσκευές που λέγονται Αμπερόμετρα, οι οποίες συνδέονται πάντα σε σειρά στο κύκλωμα.

H ένταση του ρεύματος δεκάδες χιλιάδες Αμπέρ!

Σε όλη τη Γη πέφτουν περίπου 100 κεραυνοί το δευτερόλεπτο

Η διάρκεια που κρατά ο κεραυνός είναι μικρότερη από ένα δευτερόλεπτο, αλλά θερμοκρασία που αναπτύσσεται είναι 10.000 βαθμοί Κελσίου

εάν μεσολαβήσουν για παράδειγμα 10 δευτερόλεπτα μεταξύ λάμψης

και βροντής, τότε η απόστασή μας από το σημείο εκδήλωσης της αστραπής

είναι 10 επί 344, δηλαδή 3.440 μέτρα (περίπου τρεισήμισι χιλιόμετρα).

κάθε χρόνο χάνουν τη ζωή τους από 12 έως 17 άτομα από κεραυνοπληξία

Τι θα συμβεί μόλις τα ηλεκτρόνια φτάσουν στο θετικό πόλο της μπαταρίας;

Πως θα συνεχίσουν το ταξίδι τους;

Η ηλεκτρική πηγή ασκεί δυνάμεις στα ηλεκτρόνια και συνεπώς ξοδεύει ενέργεια, για να τα

μετακινήσει από τον θετικό στον αρνητικό πόλο. Μετά λόγω άπωσης

συνεχίζουν μόνα τους. Έτσι έχουμε μετατροπή ενέργειας σε

ηλεκτρική.

Κάθε ηλεκτρική πηγή είναι ένας ενεργειακός μετατροπέας.

Μετατρέπει την Χημική σε

ηλεκτρική ενέργεια

Μπαταρία κινητού

Φωτοστοιχείο

Γεννήτρια

ΘερμοστοιχείοΜετατρέπει

την ενέργεια της

ακτινοβολίας σε ηλεκτρική

ενέργεια

Μετατρέπει την Θερμική σε ηλεκτρική

ενέργεια

Μετατρέπει την Κινητική σε ηλεκτρική

ενέργεια

Η μπαταρία αυτή είναι 9Volt. Δηλαδή προσφέρει ενέργεια 9Joule για κάθε 1C ηλεκτρονίων που διέρχονται μέσα από

αυτή.

Τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια αποδίδουν την ενέργεια που πήραν σε

κάποιο στοιχείο του κυκλώματος. (π.χ

λαμπάκι)

Η λάμπα αυτή είναι 12V. Λέμε ότι 1C ηλεκτρονίων

μεταφέρουν στη λάμπα ενέργεια 12Joule. Την ενέργεια αυτή η λάμπα την καταναλώνει

για να παράγει φως.

Η λάμπα όπως και άλλες ηλεκτρικές

συσκευές που καταναλώνουν

ηλεκτρική ενέργεια λέγονται

ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΕΣ

Πως μετράμε τη διαφορά δυναμικού;

Με ένα βολτόμετρο που το τοποθετούμε πάντα παράλληλα στα άκρα του στοιχείου.

Ο Αlessandro Volta έφτιαξε την πρώτη μπαταρία (Ζn, Cu, θειικό οξύ)

Κάθε ηλεκτρική συσκευή που έχει δυο άκρα με τα οποία συνδέεται στο κύκλωμα

Πως διαπιστώνουμε την συμπεριφορά ενός διπόλου στο ηλεκτρικό ρεύμα;

Εφαρμόζουμε στα άκρα του διπόλου διάφορες τάσεις και μετράμε την ένταση του ρεύματος που το διαρρέει. Στη συνέχεια κάνουμε την γραφική παράσταση της τάσης με

την ένταση του ρεύματος και από την μορφή της κάνουμε διάφορες παρατηρήσεις.

Σε κάθε δίπολο αν διαιρέσουμε την τάση V, στα άκρα του, με την ένταση του ρεύματος I, που το διαρρέει βρίσκουμε την αντίστασή του.

V

R

Μονάδα αντίστασης: 1Ohm (1Ω)

1Ω=1V/A

Ωμόμετρα είναι οι συσκευές που μετρούν την αντίσταση

(π.χ λάμπα, ηλεκτρικός κινητήρας κ.τ.λ)

Τώρα θα μελετήσουμε την συμπεριφορά ενός ηλεκτρικού διπόλου που είναι ένα απλό μεταλλικό σύρμα. Εφαρμόζουμε διάφορες τάσεις και μετράμε την ένταση του ρεύματος.

Τα αποτελέσματα...

V(Volt) i(A) R=V/I (Ω)

4.17 0.02 208.5

6.21 0.03 207

10.18 0.05 203.6

12.4 0.06 206.7

Nόμος του Ohmy = 0.0049x - 0.0003

R2 = 0.9996

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 2 4 6 8 10 12 14

V(Volt)

i(A)

Η μέση τιμή της αντίστασης του διπόλου είναι: Rμ=206.5Ω

Η γραφική παράσταση...

Δηλ. σε ένα μεταλλικό αγωγό η ένταση του ρεύματος είναι ανάλογη με την τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του

Ο νόμος του Ohm ισχύει για κάθε ηλεκτρικό δίπολο;

Ισχύει μόνο για τους μεταλλικούς αγωγούς σταθερής θερμοκρασίας.

Οι αγωγοί που υπακούουν στο νόμο του Οhm λέγονται

Αντιστάτες.

Δεν υπακούουν τα παρακάτω

Στις μέρες έχουν ανακαλυφθεί υλικά τα οποία κάτω από μια θερμοκρασία δεν παρουσιάζουν αντίσταση. Τα υλικά αυτά ονομάζονται

υπεραγώγιμα. (Βραβείο Nobel 1986)

μαγνήτης υπερίπταται πάνω από ένα

υπεραγώγιμο μαγνήτη

R

VI

RIV

I

VR

Ο αγωγός Α ή ο Β έχει μεγαλύτερη αντίσταση;

Α

Β

V

I

Άλλο ένα...