Ηλεκτριςμόσ Ηλεκτρική ενέργεια

Transcript

1 Ηλεκτριςμόσ Ηλεκτρική ενέργεια Θεομικά απξηελέζμαηα ηξρ ηλεκηοικξύ οεύμαηξπ Πειοαμαηική μελέηη ηξρ θαιμξμέμξρ Joule Νόμξπ θεομιδξμεηοίαπ Τμ πμζό ζενμόηεηαξ (Q) πμο μεηαθένεηαη ζε έκα ζώμα γημ μνηζμέκμ πνμκηθό δηάζηεμα ζοκδέεηαη με ηε μάδα (m) ημο ζώμαημξ θαη ηε μεηαβμιή ηεξ ζενμμθναζίαξ ημο (Δζ). Q m c Δ όπμο c ε εηδηθή ζενμόηεηα ημο ζώμαημξ. Γηα ημ κενό c=4200j/kg oc Νόμξπ ηξρ Joule: Τμ πμζό ηεξ ζενμόηεηαξ Q πμο ακαπηύζζεηαη ζε έκακ ακηηζηάηε ακηίζηαζεξ R ζε πνόκμ t, όηακ αοηόξ δηαννέεηαη από νεύμα έκηαζεξ Ι, είκαη: ακάιμγμ ημο ηεηναγώκμο ηεξ έκηαζεξ ημο ειεθηνηθμύ νεύμαημξ πμο δηαννέεη ημκ ακηηζηάηε, ακάιμγμ ηεξ ακηίζηαζεξ ημο ακηηζηάηε, ακάιμγμ ημο πνόκμο δηέιεοζεξ ημο νεύμαημξ μέζα από ημκ ακηηζηάηε. H μαζεμαηηθή έθθναζε ημο κόμμο ημο Joule είκαη ε ελήξ: Q I 2 R t όπμο όια ηα μεγέζε μεηνημύκηαη ζε μμκάδεξ SI, μπόηε θαη ε ζενμόηεηα ζε Joule (1J) αθμύ είκαη μμνθή εκένγεηαξ

2 Εομημεία ηξρ θαιμξμέμξρ Joule: Η θίκεζε ηςκ ειεθηνμκίςκ μέζα ζημοξ μεηαιιηθμύξ αγςγμύξ μθείιεηαη ζηεκ ύπανλε δηαθμνάξ δοκαμηθμύ, άνα ζηεκ άζθεζε ειεθηνηθήξ δύκαμεξ από ημ ειεθηνηθό πεδίμ πμο δεμημονγεί μηα ειεθηνηθή πεγή (μπαηανία). Καζώξ ηα ειεθηνόκηα θηκμύκηαη μέζα ζημοξ μεηαιιηθμύξ αγςγμύξ αιιειεπηδνμύκ με ηα αθίκεηα ζεηηθά ηόκηα ημο αγςγμύ, πάκμοκ μένμξ ηεξ θηκεηηθήξ ημοξ εκένγεηαξ. Ταοηόπνμκα όμςξ ζηα ειεθηνόκηα αζθείηαη θαη ε δύκαμε ειεθηνηθμύ πεδίμο ηεξ πεγήξ, μπόηε ακαπιενώκεηαη ε παμέκε εκένγεηα. Με ημκ ηνόπμ αοηό ηα ηόκηα ημο μεηάιιμο παίνκμοκ εκένγεηα θαη θηκμύκηαη άηαθηα εθηειώκηαξ παιηκδνμμηθέξ θηκήζεηξ γύνς από ηε ζέζε ημοξ. Η εκένγεηα αοηή είκαη ε ζενμηθή εκένγεηα πμο εθιύεηαη από ημ μέηαιιμ. Όζμ πημ άηαθηε είκαη ε θίκεζε ηςκ ηόκηςκ ηόζμ πημ μεγάιε είκαη ε ζενμηθή εκένγεηα πμο εθιύεηαη. Τμ θαηκόμεκμ Τδάμοι είκαη γεκηθό θαη εμθακίδεηαη ζε θάζε πενίπηςζε πμο μηα ζοζθεοή δηαννέεηαη από ειεθηνηθό νεύμα. Κάζε ειεθηνηθή ζοζθεοή πμο έπεη δύμ πόιμοξ-άθνα με ημοξ μπμίμοξ ζοκδέεηαη ζε θάπμημ ειεθηνηθό θύθιςμα ή απεοζείαξ με μηα πεγή μκμμάδεηαη ειεθηνηθό δίπμιμ. Η εκένγεηα πμο μεηαθένεη ημ ειεθηνηθό νεύμα ζε μηα ειεθηνηθή ζοζθεοή δίκεηαη από ηε ζπέζε: E ει. V I t όπμο V ε δηαθμνά δοκαμηθμύ ζηα άθνα ηεξ ζοζθεοήξ, Ι ε έκηαζε ημο ειεθηνηθμύ νεύμαημξ πμο δηαννέεη ηε ζοζθεοή θαη t μ πνόκμξ ιεηημονγίαξ ηεξ. Η ζπέζε αοηή ηζπύεη γηα θάζε είδμξ ειεθηνηθήξ ζοζθεοήξ. Μμκάδα μέηνεζεξ ηεξ ειεθηνηθήξ εκένγεηαξ είκαη ημ 1Joule (1J)

3 1 Joule είκαη ε εκένγεηα πμο μεηαθένεηαη ζε μηα ζοζθεοή πμο δηαννέεηαη από ειεθηνηθό νεύμα έκηαζεξ 1 Αmpere, όηακ ε ηάζε ζηα άθνα ηεξ είκαη 1 Volt. Εμέογεια και ιζςύπ ηξρ ηλεκηοικξύ οεύμαηξπ Η ιζςύπ (Ρ) μνίδεηαη ςξ ημ πειίθμ ηεξ εκένγεηαξ πμο θαηακαιώκεη ή πανάγεη μηα ζοζθεοή πνμξ ημ ακηίζημηπμ πνμκηθό δηάζηεμα ζημ μπμίμ ζομβαίκεη αοηό. E P t Μμκάδα μέηνεζεξ ηεξ ηζπύμξ είκαη ημ 1Watt (1W). 1Watt είκαη ε ηζπύξ πμο θαηακαιώκεη ή πανάγεη μηα ειεθηνηθή ζοζθεοή όηακ δηαννέεηαη από ειεθηνηθό νεύμα έκηαζεξ 1 Ampere έπμκηαξ ζηα άθνα ηεξ δηαθμνά δοκαμηθμύ 1 Volt. Ξεθηκώκηαξ από ηε βαζηθή ζπέζε ηεξ ηζπύμξ γηα μηα ειεθηνηθή ζοζθεοή ( P E. t ) πνμζπάζεζε κα απμδείλεηξ ηηξ αθόιμοζεξ ζπέζεηξ: P V I P V R 2 E Από ηε ζπέζε μνηζμμύ ηεξ ηζπύμξ ( P ) παίνκμομε E P t. Όηακ ε t ηζπύξ μεηνηέηαη ζε KW θαη ημκ πνόκμ t ζε ώνεξ (h), ηόηε ε εκένγεηα Γ ζα μεηνηέηαη ζε θηιμβαηώνεξ (kwh). Ιζπύεη: 1kWh 1kW 1h 10 3 W 3600 s 10 3 J 3600 s s 5 J

4 Σημοξ ιμγανηαζμμύξ ηεξ ΔΓΗ ακαγνάθεηαη ε πμζόηεηα εκένγεηαξ πμο θαηακαιώκμομε, δειαδή πόζεξ kwh θαηακαιώκμομε, θαη όπη ε ηζπύξ (kw) 1. Έκαξ ειεθηνηθόξ ιαμπηήναξ έπεη ακηίζηαζε R=100Ω θαη ε ηάζε ζηα άθνα ημο είκαη 220V. Πμηα είκαη ε έκηαζε ημο νεύμαημξ πμο ημκ δηαννέεη; Πόζε ηζπύ θαηακαιώκεη γηα κα ιεηημονγήζεη; Πόζε ζενμόηεηα πανάγεη ζε πνόκμ 80s; 2. Έκαξ ζενμμζίθςκαξ ιεηημονγεί με ηάζε V=200V. Όηακ μ ζενμμζίθςκαξ ιεηημονγήζεη γηα πνόκμ t=15min θαηακαιώκεη ειεθηνηθή εκένγεηα E=0,5kWh. Να οπμιμγίζεηε: α) Τεκ ηζπύ ημο ζενμμζίθςκα. β) Τεκ έκηαζε ημο νεύμαημξ πμο ημκ δηαννέεη. γ) Τεκ ακηίζηαζε ημο

5 3. Δύμ ακηηζηάηεξ R 1 =4Ω θαη R 2 =4Ω είκαη ζοκδεδεμέκμη πανάιιεια. Ακ μ ακηηζηάηεξ R 1 δηαννέεηαη από νεύμα έκηαζεξ Ι 1 =2Α, κα ζπεδηάζεηε ημ ειεθηνηθό θύθιςμα θαη κα βνείηε: α) Η ζοκμιηθή ακηίζηαζε. β) Η ηάζε ηνμθμδμζίαξ. γ) Η ζοκμιηθή ηζπύξ πμο θαηακαιώκεηαη ζημ θύθιςμα. δ) Η εκένγεηα πμο θαηακαιώκεηαη ζημ θύθιςμα ζε πνόκμ t=10 s

6 Οπτική Ανπηθά, από ηηξ παναηενήζεηξ ηςκ επηζηεμόκςκ, πνμέθορε όηη ημ θςξ πμο εθπέμπμοκ ηα μονάκηα ζώμαηα δεκ θζάκεη αθανηαία ζηε Γε. Ανγόηενα αθμιμύζεζακ αθνηβείξ μεηνήζεηξ, με ηηξ μπμίεξ δηαπηζηώζαμε όηη ε ηαπύηεηα ημο θςηόξ ζημ θεκό θαη ημκ αένα είκαη πηιηόμεηνα ημ δεοηενόιεπημ. Σε άιια οιηθά ημ θςξ δε δηαδίδεηαη ηόζμ γνήγμνα όζμ ζημκ αένα ή ζημ θεκό. Αμάκλαζη ηξρ θτηόπ Όηακ ημ θςξ ζοκακηήζεη ηεκ επηθάκεηα εκόξ ζώμαημξ θαη αιιάλεη θαηεύζοκζε παναμέκμκηαξ μέζα ζημ ίδημ δηαθακέξ οιηθό ιέμε όηη ακαθιάηαη. Όηακ ημ θςξ πνμζπέζεη πάκς ζε μηα επηθάκεηα ακαθιάηαη με δύμ ηνόπμοξ ακάιμγα με ημ είδμξ ηεξ επηθάκεηαξ ζηεκ μπμία πνμζπίπηεη (αθμιμοζμύκ ζπήμαηα γηα θάζε πενίπηςζε)

7 Έηζη, όηακ ημ θςξ πνμζπέζεη πάκς ζε γοαιηζηενή επηθάκεηα (π.π. ζε έκακ θαζνέθηε) ζομβαίκεη καμξμική αμάκλαζη θαη ε ακαθιώμεκε αθηίκα είκαη θαζμνηζμέκε. Όηακ ημ θςξ πνμζπέζεη πάκς ζε ηναπηά επηθάκεηα (π.π. ζηεκ άζθαιημ) ζομβαίκεη διάςρζη θαη ε ακαθιώμεκε αθηίκα δεκ είκαη θαζμνηζμέκε. Καηξπηοική αμάκλαζη Η δέζμε ιέηδεν ακαθιάηαη από ημ επίπεδμ θάημπηνμ. Οη πνμζπίπημοζεξ πανάιιειεξ αθηίκεξ παναμέκμοκ πανάιιειεξ θαη μεηά ηεκ ακάθιαζε. Διάςρζη α) Η δέζμε ιέηδεν δηαζθμνπίδεηαη πάκς ζηεκ ηναπηά επηθάκεηα. β) Οη πανάιιειεξ αθηίκεξ μεηά ηεκ ακάθιαζε απμθημύκ δηαθμνεηηθέξ θαηεοζύκζεηξ

8 Οι μόμξι ηηπ αμάκλαζηπ ηξρ θτηόπ Η αθηίκα πνόζπηςζεξ ε αθηίκα ακάθιαζεξ θαη ε θάζεηε εοζεία επάκς ζημκ θαζνέθηε (ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ) βνίζθμκηαη ζημ ίδημ επίπεδμ. Η γςκία πνόζπηςζεξ είκαη ίζε με ηε γςκία ακάθιαζεξ. xa: πνμζπίημοζα αθηίκα za: κμεηή θάζεηε πάκς ζηε δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ ρα: ακαθιώμεκε αθηίκα π: γςκία πνόζπηςζεξ α: γςκία ακάθιαζεξ Η γτμία ποόζπητζηπ ζπεμαηίδεηαη από ηεκ πνμζπίπημοζα αθηίκα ζε μηα δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα θαη από ηεκ θάζεηε ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ. Η γτμία αμάκλαζηπ ζπεμαηίδεηαη από ηεκ θάζεηε ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ ζε μηα δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα θαη από ηεκ ακαθιώμεκε αθηίκα. Η γςκία πνόζπηςζεξ θαη ε γςκία ακάθιαζεξ ζπεμαηίδμκηαη από ηεκ πνμζπίπημοζα ή ηεκ ακαθιώμεκε αθηίκα ακηίζημηπα, θαη από ηεκ θάζεηε ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ

9 1. Πόηε ζομβαίκεη θακμκηθή ακάθιαζε θαη πόηε δηάποζε; 2. Σομπιενώζηε ηηξ παναθάης πνμηάζεηξ: Γςκία πνόζπηςζεξ είκαη ε γςκία πμο ζπεμαηίδεηαη από ηεκ... θαη ηεκ... ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ. Γςκία ακάθιαζεξ είκαη ε γςκία πμο ζπεμαηίδεηαη μεηαλύ ηεξ... θαη ηεξ.... Η πνμζπίπημοζα αθηίκα, ε... θαη ε θάζεηε ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ βνίζθμκηαη ζημ ίδημ.... Η γςκία πνόζπηςζεξ είκαη... με ηε γςκία Μμκμπνςμαηηθή αθηίκα θςηόξ πνμζπίπηεη ζε ακαθιαζηηθή επηθάκεηα, έηζη ώζηε ε πνμζπίπημοζα αθηίκα κα είκαη θάζεηε ζηεκ ακαθιώμεκε. Η γςκία ακάθιαζεξ ηζμύηαη με: α) 30 μ β) 45 μ γ) 60 μ Να δηθαημιμγήζεηε ηεκ επηιμγή ζαξ

10 * 4. Ονηδόκηηα μμκμπνςμαηηθή αθηίκα θςηόξ πνμζπίπηεη ζε επίπεδε ακαθιαζηηθή επηθάκεηα, ε μπμία ζπεμαηίδεη γςκία ζ με ημκ μνίδμκηα. Ακ ε ακαθιώμεκε δέζμε είκαη θαηαθόνοθε ηόηε ε γςκία ζ ηζμύηαη με: α) 30 μ β) 45 μ γ) 60 μ Να δηθαημιμγήζεηε ηεκ επηιμγή ζαξ

11 * 5. Οη επίπεδμη θαζνέθηεξ ημο ζπήμαημξ είκαη θάζεημη μεηαλύ ημοξ. Η αθηίκα πμο πνμζπίπηεη ζημκ μνηδόκηημ θαζνέθηε οθίζηαηαη δηαδμπηθέξ ακαθιάζεηξ. Να ζπεδηάζεηε ηεκ πμνεία ηεξ αθηίκαξ θαη κα οπμιμγίζεηε (αιηιξλξγώμηαπ ηημ 30 μ απάμηηζή ζαπ) όιεξ ηηξ γςκίεξ πμο ζπεμαηίδμκηαη μέπνη θαη ηεκ ακάθιαζε ηεξ αθηίκαξ ζημκ θαηαθόνοθμ θαζνέθηε

12 Διάθλαζη ηξρ θτηόπ Όηακ από έκα δηαθακέξ οιηθό ημ θςξ πενκά ζε έκα άιιμ δηαθακέξ οιηθό, ζημ μπμίμ δηαδίδεηαη με δηαθμνεηηθή ηαπύηεηα, ε δηεύζοκζε ημο αιιάδεη. Αοηό ημ θαηκόμεκμ μκμμάδεηαη διάθλαζη ημο θςηόξ. Η γτμία διάθλαζηπ ζπεμαηίδεηαη από ηε δηαζιώμεκε αθηίκα θαη ηεκ θάζεηε ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ ζε μηα δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα. Οι μόμξι ηηπ διάθλαζηπ ηξρ θτηόπ Η πνμζπίπημοζα αθηίκα, ε δηαζιώμεκε θαη ε εοζεία πμο πενκά από ημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ θαη είκαη θάζεηε ζηεκ επηθάκεηα επαθήξ ηςκ δομ οιηθώκ, βνίζθμκηαη ζημ ίδημ επίπεδμ. Όηακ ημ θςξ πενκά από έκα δηαθακέξ ζώμα ζε άιιμ θαη ζημ δεύηενμ δηαδίδεηαη με μηθνόηενε ηαπύηεηα από όζε ζημ πνώημ (όπςξ όηακ πενκά από ημκ αένα ζε κενό) ηόηε ε γςκία δηάζιαζεξ είκαη μηθνόηενε από ηε γςκία πνόζπηςζεξ. Μπμνμύμε κα ζογθνίκμομε δύμ ζώμαηα με βάζε ηεκ ηαπύηεηα δηάδμζεξ ημο θςηόξ μέζα από αοηά. Έηζη, όηακ ημ θςξ πενκά από έκα δηαθακέξ ζώμα ζε άιιμ θαη ζημ δεύηενμ δηαδίδεηαη με μηθνόηενε ηαπύηεηα από όζε ζημ πνώημ, όπςξ όηακ πενκά από ημκ αένα ζε κενό, ηόηε ιέμε όηη μ αέναξ είκαη ξπηικά αοαιόηεοξ ζώμα ζε ζπέζε με ημ κενό ή ακηίζηνμθα ημ κενό είκαη ξπηικά πρκμόηεοξ ζώμα ζε ζπέζε με ημκ αένα. Όηακ ημ θςξ πενκά από έκα μπηηθά ποθκόηενμ ζώμα ζε έκα μπηηθά αναηόηενμ (όπςξ π.π. από ημ κενό ζημκ αένα), ε δηαζιώμεκε αθηίκα απμμαθνύκεηαη από ηεκ θάζεηε ζηε δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα (επμμέκςξ ε γςκία δηάζιαζεξ ζα είκαη μεγαιύηενε από ηε γςκία πνόζπηςζεξ)

13 Πτπ ενηγείηαι η θαιμξμεμική αμύστζη εμόπ αμηικειμέμξρ ζηξ μεοό; Αθηίκεξ θςηόξ πμο λεθηκμύκ από έκα ζεμείμ ημο ποζμέκα δηαδίδμκηαη από ημ κενό ζημκ αένα θαη θζάκμοκ ζημ μάηη μαξ. Σημκ αένα ημ θςξ δηαδίδεηαη με μεγαιύηενε ηαπύηεηα από όζε ζημ κενό. Έηζη, μόιηξ ε θςηεηκή δέζμε δηέιζεη από ημ κενό ζημκ αένα, ε γςκία πμο ζπεμαηίδεη με ηεκ θάζεηε εοζεία ζηεκ δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα, αολάκεηαη. Τμ θςξ θαίκεηαη όηη εθπέμπεηαη από έκα ζεμείμ πμο βνίζθεηαη ρειόηενα από ηεκ πναγμαηηθή ζέζε ημο ζεμείμο εθπμμπήξ ημο. Μαξ δεμημονγείηαη ιμηπόκ ε εκηύπςζε όηη μ ποζμέκαξ βνίζθεηαη ρειόηενα από όζμ είκαη ζηεκ πναγμαηηθόηεηα. 6. Να ζομπιενώζεηε ηηξ ιέλεηξ πμο ιείπμοκ ζηηξ αθόιμοζεξ πνμηάζεηξ: α) Μηα θςηεηκή αθηίκα πμο δηαδίδεηαη ζημκ αένα ζοκακηά ηεκ επίπεδε επηθάκεηα κενμύ. Η γςκία πνόζπηςζεξ είκαη 30. Η δηαζιώμεκε αθηίκα ζπεμαηίδεη με ηεκ θάζεηε ζηεκ επηθάκεηα ημο κενμύ, ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ, γςκία... (μεγαιύηενε - μηθνόηενε) ηςκ 30 μμηνώκ. β) Μηα θςηεηκή αθηίκα δηαδίδεηαη από ημκ αένα ζημ κενό, με δηεύζοκζε πμο ζπεμαηίδεη γςκία ζ με ηε δηαπςνηζηηθή ημοξ επηθάκεηα. Τόηε ε δηαζιώμεκε αθηίκα... (πιεζηάδεη απμμαθνύκεηαη) από ηεκ θάζεηε ζηε δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα, ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ

14 γ) Μηα θςηεηκή αθηίκα δηαδίδεηαη από ημ κενό ζημκ αένα, με δηεύζοκζε πμο ζπεμαηίδεη γςκία ζ με ηε δηαπςνηζηηθή ημοξ επηθάκεηα. Τόηε ε δηαζιώμεκε αθηίκα... (πιεζηάδεη απμμαθνύκεηαη) από ηεκ θάζεηε ζηε δηαπςνηζηηθή επηθάκεηα, ζημ ζεμείμ πνόζπηςζεξ. 7. Πόηε μηα πηζίκα θαίκεηαη βαζύηενε; Όηακ είκαη θεκή ή όηακ είκαη γεμάηε με κενό; Πώξ ενμεκεύεηαη ημ θαηκόμεκμ αοηό; Βηβιημγναθία Φοζηθή Γ' Γομκαζίμο, Ονγακηζμόξ Γθδόζεςξ Σπμιηθώκ Βηβιίςκ Φοζηθή Γ' Γομκαζίμο, Γθδόζεηξ: Γιιεκηθά Γνάμμαηα, Σογγναθέαξ: Γθηώθαξ Σίκμξ Φοζηθή Γ' Γομκαζίμο, Γθδόζεηξ Παηάθε, Σαννεγηάκκεξ Ακηώκεξ Ι. Φοζηθή Γ' Γομκαζίμο, Γθδόζεηξ Παηάθε, Σογγναθέαξ: Πνςημπαπάξ Νεθηάνημξ Φοζηθή Γ' Γομκαζίμο, Γθδόζεηξ: Σαββάιαξ, Σογγναθέαξ: Σαββάιαξ Άγγειμξ, Σαββάιαξ Σπύνμξ