ΗΕΔ ηλεκτρικής Πηγής-Ισχύς. Γραμμικοί μή γραμμικοί αγωγοί Πηγές (μπαταρίες) Ηλεκτρική ισχύς

Transcript

1 ΗΕΔ ηλεκτρικής Πηγής-Ισχύς Γραμμικοί μή γραμμικοί αγωγοί Πηγές (μπαταρίες) Ηλεκτρική ισχύς

2 ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΚΑΙ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΑΓΩΓΟΙ Ένα υλικό, που υπακούει στον νόμο του Ohm αρκετά ικανοποιητικά ονομάζεται ωμικός αγωγός, ή γραμμικός αγωγός. Πολλά υλικά παρουσιάζουν σημαντικές αποκλίσεις από τον νόμο του Ohm. Πρόκειται για μη ωμικούς ή μη γραμμικούς αγωγούς. Ο νόμος του Ohm, όπως η καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων και ο νόμος του Hooke, είναι ένα εξιδανικευμένο μοντέλο που περιγράφει πολύ καλά την συμπεριφορά αρκετών υλικών αλλά δεν συνιστά μία γενική ιδιότητα όλης της ύλης.

3 ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΚΑΙ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΑΓΩΓΟΙ γραμμικός αγωγός. Μη γραμμικός αγωγός.

4 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ (α) (b) (a) αντιστάτης που υπακούει στον νόμο του Ohm (c) (b) δίοδος λυχνία κενού (c) ημιαγωγός.

5 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Τι είδους αγωγοί είναι αυτοί; Κατέταξε τους αγωγούς σε σειρά πρώτα εκείνον με τη μεγαλύτερη αντίσταση Γραμμικοί 3 2 1

6 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Αν για V=5Volt περνά ρεύμα 2Α από τον αντιστάτη ποια η αντίστασή του; Αν θέσω V=15Volt στα άκρα του αντιστάτη ποια η αντίστασή του; Πόσο ρεύμα τον διαρρέει; Ενώ στο γραμμικό αγωγό (παραπάνω σχήμα) η αντίσταση δεν αλλάζει, δεν συμβαίνει το ίδιο για τους μη γραμμικούς αγωγούς.

7 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Μπορείτε να μετρήσετε την αντίσταση του σώματός σας κρατώντας τους ακροδέκτες του ωμομέτρου με αντίχειρα και δείκτη των δύο χεριών σας. Γιατί η αντίσταση αυξομειώνεται; R = L ρ A Μικρές τρεμώδεις κινήσεις του χεριού αυξομείωναν την επιφάνεια επαφής. Γιατί όταν πιάνετε χαλαρά τους ακροδέκτες η αντίσταση έχει μεγαλύτερη τιμή σε σχέση με το σφικτό πιάσιμο; Στο σφικτό πιάσιμο η επιφάνεια επαφής μεγαλώνει.

8 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Έχω χάλκινο καλώδιο 3m με αντίσταση 0,9Ω. Κόβω ένα κομμάτι ενός μέτρου. Τι αντίσταση έχουν τα 2 καλώδια που προκύπτουν; R = L ρ A Άρα οι αντιστάσεις είναι: 0,3Ω και 0,6Ω

9 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Πόσο θα αλλάξει η αντίσταση κυλινδρικού σύρματος χαλκού αν διπλασιάσουμε το μήκος του και τη διάμετρό του; A L R ρ = L 2L '= A D D D A ) (2 4 ' ' = = = = π π π Άρα η καινούργια αντίσταση είναι: R A L A L A L R ' ' ' = = = = ρ ρ ρ

10 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Γιατί τις περισσότερες φορές οι λάμπες πυράκτωσης καίγονται τη στιγμή που τις ανάβουμε; Γιατί οι λαμπτήρες έπειτα από πολλές ώρες που έχουν ανάψει βγάζουν πιο αμυδρό φως;

11 ΗΛΕΚΤΡΕΓΕΡΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΠΗΓΗΣ Η ηλεκτρική πηγή είναι μια αντλία φορτίων

12 ΗΛΕΚΤΡΕΓΕΡΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ Ένα πλήρες ή κλειστό κύκλωμα είναι αγωγός σε σχήμα βρόχου, που παρέχει μόνιμη συνεχή διαδρομή για το ρεύμα. Κλειστό κύκλωμα, το οποίο διαρρέεται από ρεύμα, πρέπει να περιλαμβάνει μία πηγή ηλεκτρεγερτικής δύναμης (ΗΕΔ), που συμβολίζεται με E. Σχηματικό διάγραμμα μιας πηγής με πλήρες, δηλαδή κλειστό κύκλωμα. Φαίνονται η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου F e = qe και η μη ηλεκτροστατική δύναμη F n πάνω σε ένα φορτίο q. Το ρεύμα έχει φορά από το α προς το b στο εξωτερικό κύκλωμα και από το b προς το α μέσα στην πηγή. To παραγόμενο έργο από τη δύναμη F n πάνω σε ένα φορτίο q, που κινείται από το b προς το α είναι ίσο προς q E, όπου E είναι η ηλεκτρεγερτική δύναμη.

13 ΗΛΕΚΤΡΕΓΕΡΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ), που συμβολίζεται με E μιας πηγής είναι η ενέργεια που δίνει η πηγή στη μονάδα θετικού φορτίου για να το μεταφέρει σε ψηλό δυναμικό δηλαδή στο θετικό πόλο. Έτσι αν η πάνω πηγή έχει ηλεκτρεγερτική E=9V αυτό σημαίνει ότι σε κάθε 1C φορτίου που μεταφέρεται στον θετικό πόλο αποδίδεται ενέργεια 9Joule. Αν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος το παραπάνω φορτίο του 1C μεταφερθεί στον αρνητικό πόλο, για παράδειγμα μέσω ενός λαμπτήρα, θα αποδώσει ενέργεια 9Joule με τη μορφή θερμότητας και φωτός.

14 ΗΛΕΚΤΡΕΓΕΡΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ Ιδανική πηγή Καθώς φορτίο q κυκλοφορεί στο κύκλωμα η πηγή αρχικά αυξάνει το δυναμικό του κατά E καθώς αυτό διέρχεται μέσα από την πηγή και έπειτα το δυναμικό του μειώνεται κατά ίσο ποσό IR καθώς διέρχεται από τον αντιστάτη στο εξωτερικό κύκλωμα

15 Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια που μετασχηματίζεται στο εξωτερικό κύκλωμα σε άλλες μορφές όπως φωτεινή, θερμότητα, μηχανική. V ab dq mg dh

16 ΗΛΕΚΤΡΕΓΕΡΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ Η μονάδα της ηλεκτρεγερτικής δύναμης στο SI είναι το volt (V). Μία ιδανική πηγή ΗΕΔ διατηρεί σταθερή διαφορά δυναμικού, ανεξάρτητη από το ρεύμα που διαρρέει την διάταξη. Κάθε πραγματική πηγή ΗΕΔ όμως έχει κάποια εσωτερική αντίσταση r. Η πολική διαφορά δυναμικού V ab εξαρτάται τότε από το ρεύμα I: V ab = E-Ir Το ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα εξακολουθεί να προσδιορίζεται από τη σχέση V = IR. Συνδυάζοντας αυτές τις δυο εξισώσεις, βρίσκουμε ότι E-Ir=IR I=E /(R+r)

17 Συμβολα για διαγραμματα κυκλωματων

18 Σύμβολα για διαγράμματα κυκλωμάτων