Φ Υ Σ Ι Κ Η Τ Α Ξ Η Σ Β 1 ο υ Κ Υ Κ Λ Ο Υ

Transcript

1 Φ Υ Σ Ι Κ Η Τ Α Ξ Η Σ Β 1 ο υ Κ Υ Κ Λ Ο Υ Ε π ι σ η μ ά ν σ ε ι ς Η Λ Ε Κ Τ Ρ Ι Σ Μ Ο Σ a. Σ τ α τ ι κ ό ς Η λ ε κ τ ρ ι σ µ ό ς Ερ.1 Τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο; Απ.1 Κανείς δεν γνωρίζει τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο. Εκείνο που γνωρίζουµε είναι ότι το ηλεκτρικό φορτίο παρουσιάζεται ως µια ιδιότητα των σωµατιδίων που είναι γνωστά ως ηλεκτρόνιο και πρωτόνιο. ( και όχι µόνον αυτών) Ερ.2 ιατυπώστε τον νόµο του Coulomb µε λόγια και µε σύµβολα. Απ.2 Το µέτρο της ελκτικής ή απωστικής δύναµης (δυνάµεων) ανάµεσα σε δύο φορτισµένα σηµειακά σώµατα είναι: α) Ανάλογο των φορτίων των δύο σωµάτων β) Αντιστρόφως ανάλογο µε το τετράγωνο της απόστασής τους Q q Q, q = ηλεκτρικά φορτία F= K ηλ ( 1 ) r = απόσταση µεταξύ των φορτίων r 2 K ηλ = σταθερά που για τον αέρα ή το κενό S.I είναι Nm 2 / Cb 2 F = µέτρο της δύναµης αλληλεπίδρασης µεταξύ των φορτίων Q, q Ερ.3 Τι είναι το ηλεκτρικό πεδίο; Απ.3 Ηλεκτρικό πεδίο είναι ο χώρος ο οποίος έχει την ιδιότητα να ασκεί δύναµη σε κάθε ηλεκτρικό φορτίο που τοποθετείται σε αυτόν. Για να διευκολυνθούµε στη µελέτη των ηλεκτρικών πεδίων δηλαδή για να παίρνουµε πληροφορίες όπως π.χ πόσο ισχυρό είναι ένα ηλεκτρικό πεδίο, ποια είναι η ακτίνα δράσης του, ασκεί σε όλη του την έκταση τις ίδιες δυνάµεις κ.λ.π, εισάγουµε το φυσικό µέγεθος της έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Για να µπορούµε να παρακολουθούµε τις ενεργειακές µεταβολές που λαµβάνουν χώρα µέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο θα χρειαστεί να εισάγουµε ένα ακόµα φυσικό µέγεθος, το δυναµικό ηλεκτρικού πεδίου. Ερ.4.Πως ορίζεται η ένταση ηλεκτροστατικού πεδίου σε κάποιο σηµείο του Α ; Απ.4 Η ένταση σε κάποιο σηµείο Α ηλεκτροστατικού πεδίου είναι διανυσµατικό µέγεθος µε τα εξής στοιχεία: α) Σηµείο εφαρµογής το Α β) Κατεύθυνση ίδια µε την κατεύθυνση της δύναµης που ασκείται στο φορτίο q αν αυτό είναι θετικό, και αντίθετη αν αυτό είναι αρνητικό. γ) Μέτρο που δίνεται από τον τύπο F= E/q * ( 2 ) * Όλα τα παραπάνω µπορούν να αποδοθούν µε τη διανυσµατική σχέση ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ!!! Η ένταση είναι ανεξάρτητη από το φορτίο q που βρίσκεται κάθε φορά στο σηµείο Α ΣΕΛΙΣ 1 ΑΠΟ 13

2 Όταν το φορτίο πηγή Q που δηµιουργεί το πεδίο είναι θετικό, το διάνυσµα της έντασης «φεύγει» από αυτό. Όταν το φορτίο πηγή Q που δηµιουργεί το πεδίο είναι αρνητικό, το διάνυσµα της έντασης «έρχεται» προς αυτό. Ερ.5.Με τι ισούται το µέτρο E της έντασης πεδίου Coulomb ; Απ.5 Συνδυάζοντας τις σχέσεις (1) και (2) βρίσκουµε ότι Q q K ηλ r 2 Ε = = κ ηλ q r 2 Q Ερ.6 Τι είναι οι δυναµικές γραµµές ενός ηλεκτροστατικού πεδίου; Απ.6 Είναι γραµµές µε τις οποίες µπορούµε να «βλέπουµε» πάνω στον πίνακα ή στο χαρτί ένα ηλεκτροστατικό πεδίο. Η µορφή των δυναµικών γραµµών ενός ηλεκτροστατικού πεδίου µας δίνει διάφορες πληροφορίες για το ηλεκτροστατικό πεδίο Θα µπορούσαµε να πούµε ότι δυναµική γραµµή ενός ηλεκτροστατικού πεδίου είναι η νοητή γραµµή σε κάθε σηµείο της οποίας το διάνυσµα της έντασης του ηλεκτροστατικού πεδίου είναι εφαπτόµενο. Ερ.7 Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των ηλεκτροστατικών δυναµικών γραµµών ; Απ.7 1. Είναι ανοικτές γραµµές, δηλαδή έχουν αρχή και τέλος. Ξεκινούν από θετικά φορτία και καταλήγουν σε αρνητικά. 2. Σε περιοχές όπου η ένταση είναι µεγάλη (ισχυρό πεδίο) η πυκνότητα των δυναµικών γραµµών είναι µεγάλη. 3. εν τέµνονται, δηλαδή από κάθε σηµείο του ηλεκτροστατικού πεδίου περνάει µόνο µία δυναµική γραµµή 4. Η κατεύθυνσή τους συµπίπτει µε την κατεύθυνση του διανύσµατος της έντασης του ηλεκτροστατικού πεδίου ΣΕΛΙΣ 2 ΑΠΟ 13

3 Στο παραπάνω σχήµα απεικονίζονται οι δυναµικές γραµµές διαφόρων ηλεκτροστατικών πεδίων που οφείλονται : (α) σε σηµειακό θετικό φορτίο (β) σε σηµειακό αρνητικό φορτίο (γ) σε δύο ετερώνυµα φορτία (δ) σε δύο οµώνυµα φορτία (ε) σε µια φορτισµένη πλάκα (στ) σε δύο αντίθετα φορτισµένες παράλληλες πλάκες ( επίπεδος πυκνωτής] Ερ.8 Ποιο πεδίο ονοµάζουµε οµογενές; Απ.8 Εκείνο στο οποίο η ένταση έχει παντού την ίδια τιµή. Τέτοια πεδία απεικονίζονται µε δυναµικές γραµµές που είναι παράλληλες και ισαπέχουν µεταξύ τους Βλέπετε τα παραπάνω σχήµατα (ε) και (στ) Ερ.9 Πως ορίζεται το δυναµικό ηλεκτροστατικού πεδίου σε κάποιο σηµείο του Α ; Απ.9 υναµικό σε σηµείο Α ηλεκτροστατικού πεδίου, V A, ονοµάζουµε το µονόµετρο µέγεθος που ορίζεται ως το πηλίκο του έργου W A της δύναµης του ηλεκτροστατικού πεδίου που απαιτείται για να µετακινηθεί ένα ηλεκτρικό φορτίο q από το σηµείο Α στο άπειρο δια του φορτίου q. W A Συµβολικά : V A = q Ερ.10 Ποια είναι η φυσική σηµασία του δυναµικού ηλεκτροστατικού πεδίου ; Απ.10 Το δυναµικό ηλεκτροστατικού πεδίου εκφράζει το ανά µονάδα ηλεκτρικού φορτίου έργο της δύναµης του ηλεκτροστατικού πεδίου που απαιτείται για τη µετακίνηση οποιουδήποτε ηλεκτρικού φορτίου από το σηµείο Α στο άπειρο. ΣΕΛΙΣ 3 ΑΠΟ 13

4 Ερ.11 Τι ονοµάζουµε διαφορά δυναµικού V AB των σηµείων Α και Β ; Απ.11 Τη διαφορά των δυναµικών τους, V AB = V A - V B. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ!!! Η ένταση του ηλεκτροστατικού πεδίου µας βοηθάει να περιγράψουµε ένα ηλεκτροστατικό πεδίο µε την γλώσσα των δυνάµεων ενώ το δυναµικό του ηλεκτροστατικού πεδίου µας βοηθάει να περιγράψουµε ένα ηλεκτροστατικό πεδίο µε τη γλώσσα της ενέργειας. Π Υ Κ Ν Ω Τ Ε Σ Ερ.12 Περιγράψτε έναν πυκνωτή ; Απ.12 Πυκνωτής είναι ένα σύστηµα δύο αγωγών που βρίσκονται σε µικρή απόσταση και µεταξύ τους παρεµβάλλεται µονωτικό υλικό. Οι αγωγοί ονοµάζονται οπλισµοί του πυκνωτή. Όταν ο πυκνωτής φορτιστεί τότε οι οπλισµοί του αποκτούν ίσα ετερώνυµα φορτία Ανάλογα την µορφή των οπλισµών του πυκνωτή έχουµε επίπεδους, σφαιρικούς, κυλινδρικούς πυκνωτές. Φορτίο του πυκνωτή λέγεται το φορτίο του ενός οπλισµού κατ απόλυτη τιµή. ( ηλαδή αν ο ένας του οπλισµός έχει φορτίο +5µCb και ο άλλος του οπλισµός έχει φορτίο - 5µCb,τότε λέµε ότι ο πυκνωτής έχει φορτίο 5µCb). Ερ.13 Ποια είναι η φυσική σηµασία της χωρητικότητας ενός πυκνωτή ; Απ.13 Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή µας λέει πόσο φορτίο µπορεί να αποθηκεύσει ένας πυκνωτής όταν µεταξύ των οπλισµών του υπάρχει διαφορά δυναµικού 1 Volt. Ερ.14 Πως ορίζεται η χωρητικότητα ενός πυκνωτή ; Απ.14 Το πηλίκο του φορτίου ενός πυκνωτή δια την διαφορά δυναµικού (τάση) µεταξύ των οπλισµών του δεν εξαρτάται ούτε από το φορτίο του πυκνωτή ούτε από την τάση του. Αυτό το σταθερό πηλίκο το ονοµάζουµε χωρητικότητα C του πυκνωτή. Q 1Coulomb Συµβολικά : C = Μονάδα χωρητικότητας στο S.I 1 Farad= V 1 Volt Επειδή το Farad (F) είναι πολύ µεγάλη µονάδα, περισσότερο εύχρηστα είναι τα υποπολλαπλάσιά του 1µF= 10-6 F και 1pF= F ΣΕΛΙΣ 4 ΑΠΟ 13

5 Ερ.15 Τι λέγεται επίπεδος πυκνωτής και πως υπολογίζεται η χωρητικότητά του; Απ.15 Επίπεδος λέγεται ο πυκνωτής του οποίου οι οπλισµοί είναι δύο παράλληλες µεταλλικές πλάκες. Η χωρητικότητά του υπολογίζεται από τον τύπο Επίπεδος πυκνωτής C 0 = χωρητικότητα ε 0 = διηλεκτρική σταθερά του κενού Α = εµβαδόν των οπλισµών L = απόσταση µεταξύ των οπλισµών ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Η παραπάνω σχέση υπολογισµού της χωρητικότητας ενός επίπεδου πυκνωτή ισχύει στη περίπτωση που µεταξύ των πλακών υπάρχει κενό ή αέρας Ερ.16 Γιατί ένας πυκνωτής περιέχει ενέργεια και µε ποιες µαθηµατικές σχέσεις υπολογίζεται αυτή ; Απ.16 Κατά την φόρτιση ενός πυκνωτή η ηλεκτρική πηγή δαπανά ενέργεια για την µεταφορά των ηλεκτρονίων από τον ένα οπλισµό του πυκνωτή στον άλλο. Το έργο που παράγεται από την πηγή για την µεταφορά των ηλεκτρονίων αποθηκεύεται στον πυκνωτή σαν ηλεκτρική ενέργεια. Η ενέργεια αυτή του ηλεκτροστατικού πεδίου του πυκνωτή ονοµάζεται ενέργεια πυκνωτή. Αποδεικνύεται ότι η ενέργεια του πυκνωτή δίνεται από την σχέση Ε=½ Q V η οποία µε την βοήθεια της σχέσης C=Q/V γίνεται Ε=½ C V 2 και Ε=½ Q 2 /C. Όπου : Q =Φορτίο πυκνωτή V = Τάση πυκνωτή C = Χωρητικότητα πυκνωτή Ε = Ενέργεια πυκνωτή Ερ.17 Τι εκφράζει η ενέργεια ενός πυκνωτή ; Απ.17 Εκφράζει το έργο που απαιτείται για την φόρτισή του b. υ ν α µ ι κ ό ς Η λ ε κ τ ρ ι σ µ ό ς Ερ.18 Τι ονοµάζουµε ηλεκτρικό ρεύµα; Απ.18 Ηλεκτρικό ρεύµα ονοµάζουµε την προσανατολισµένη κίνηση ηλεκτρικών φορέων. Οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύµατος α) στους µεταλλικούς αγωγούς είναι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια β) στα διαλύµατα ηλεκτρολυτών είναι ελεύθερα θετικά και αρνητικά ιόντα γ) στα αέρια είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια, ελεύθερα θετικά και αρνητικά ιόντα. ΣΕΛΙΣ 5 ΑΠΟ 13

6 Ερ.19 Τι είναι η ηλεκτρική πηγή(γεννήτρια) ; Απ.19 Η ηλεκτρική πηγή είναι µια συσκευή που έχει σταθερή διαφορά δυναµικού (τάση) ανάµεσα σε δύο συγκεκριµένα σηµεία της, τα οποία λέγονται πόλοι της πηγής. Ερ.20 Ποιος είναι ο ρόλος της ηλεκτρικής πηγής ; Απ.20 Κάθε ηλεκτρική πηγή είναι µετατροπέας της ενέργειας που είναι αποθηκευµένη σε αυτή σε ηλεκτρική ενέργεια. Ερ.21 Πως ορίζεται η ένταση του ηλεκτρικού ρεύµατος και ποια είναι η µονάδα µέτρησης της έντασης της στο S.I ; Απ.21 Ένταση Ι του ηλεκτρικού ρεύµατος είναι το σταθερό πηλίκο του φορτίου Q που περνάει από διατοµή του αγωγού σε χρονικό διάστηµα t δια το αντίστοιχο χρονικό διάστηµα t. Συµβολικά : I=Q/t Μονάδα µέτρησης έντασης στο S.I είναι η θεµελιώδης µονάδα 1 Ampere (A) Ένα υποπολλαπλάσιο είναι το 1 ma =10-3 A Ερ.22 Τι είναι τα αµπερόµετρα και τι τα βολτόµετρα και πως συνδέονται ; Απ.22 Τα αµπερόµετρα είναι ειδικά όργανα µε τα οποία µετράµε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύµατος. Το αµπερόµετρο συνδέεται σε σειρά στο κύκλωµα, δηλαδή διακόπτεται το κύκλωµα και παρεµβάλλεται το αµπερόµετρο, ώστε όλο το ρεύµα να περνά από µέσα του. Τα βολτόµετρα είναι ειδικά όργανα µε τα οποία µετράµε την διαφορά δυναµικού (τάση) ανάµεσα σε δύο σηµεία Α και Β ενός ηλεκτρικού κυκλώµατος. Το βολτόµετρο συνδέεται παράλληλα µε το τµήµα του κυκλώµατος στο οποίο θέλουµε να µετρήσουµε την διαφορά δυναµικού. Ερ.23 Πως ορίζεται η αντίσταση ενός αντιστάτη και ποια είναι η µονάδα µέτρησής της στο S.I ; Απ.23 Η αντίσταση ενός αντιστάτη είναι το σταθερό πηλίκο της διαφοράς δυναµικού που εφαρµόζεται στα άκρα του αντιστάτη δια της αντίστοιχης έντασης του ηλεκτρικού ρεύµατος που τον διαρρέει. Συµβολικά R = V / Ι Μονάδα μέτρησης της αντίστασης στο S.I είναι το 1 Ohm και συμβολικά 1Ω=1Volt Volt/Ampere ΣΕΛΙΣ 6 ΑΠΟ 13

7 Ερ.24 Ποια είναι η φυσική σηµασία της αντίστασης ; Απ.24 Η αντίσταση εκφράζει την δυσκολία που παρουσιάζει ο κάθε αγωγός (αντιστάτης) στην κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων δια µέσου του υλικού του. Για παράδειγµα η αντίσταση ενός µεταλλικού αγωγού εκφράζει την δυσκολία που συναντούν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κατά την διέλευσή τους ανάµεσα από τα ιόντα του µεταλλικού πλέγµατος του αγωγού. Ερ.25 Να διατυπώσετε τον νόµο του Ohm µε λόγια και µε σύµβολα. Απ.25 Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύµατος που διαρρέει έναν αντιστάτη είναι ανάλογη της διαφοράς δυναµικού που εφαρµόζεται στα άκρα του. Από τη παραπάνω γραφική παράσταση µπορούµε εύκολα να υπολογίσουµε την αντίσταση του αντιστάτη διαιρώντας µία τιµή του οριζόντιου άξονα των Volts µε την αντίστοιχη τιµή του κάθετου άξονα των Ampreres. ( ΠΡΟΣΟΧΗ!!! Οι τιµές του κάθετου άξονα πρέπει να πολλαπλασιαστούν µε 10-2 για να δίνουν Amperes σύµφωνα µε την βαθµολόγηση του κάθετου άξονα) Έτσι έχουµε R=30/ V/A= 10 3 Ω =1000 Ω. ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ!!! Ο νόµος του Ohm ισχύει µόνο για τους αντιστάτες που έχουν σταθερή αντίσταση!!! Τέτοιοι αντιστάτες είναι οι µεταλλικοί αγωγοί. Γι αυτό οι µεταλλικοί αγωγοί ονοµάζονται και ωµικοί αντιστάτες. Ενώ η σχέση ορισµού της αντίστασης (R = V / Ι ) ισχύει για όλους ανεξαιρέτως τους αντιστάτες Ερ.26 Πως µεταβάλλεται η αντίσταση των αντιστατών µε τη θερµοκρασία ; Απ.26 Η παρακάτω σχέση δείχνει την εξάρτηση της αντίστασης από την θερµοκρασία. R Θ = R 0 (1+ α θ ) όπου: R Θ = η αντίσταση σε θερµοκρασία θ 0 C R 0 = η αντίσταση σε θερµοκρασία 0 0 C θ α = η θερµοκρασία του αντιστάτη = θερµικός συντελεστής αντίστασης (εξαρτάται κυρίως από τη φύση του υλικού του αντιστάτη ) ΣΕΛΙΣ 7 ΑΠΟ 13

8 Σηµείωση: Επειδή για τους µεταλλικούς αντιστάτες α>0, η αντίσταση των µεταλλικών αγωγών αυξάνεται όταν αυξάνεται η θερµοκρασία. Ερ.27 Τι ονοµάζουµε ισοδύναµο αντιστάτη και τι γνωρίζετε για την «σε σειρά» και την «παράλληλη» σύνδεση αντιστατών Απ.27 Ισοδύναµος αντιστάτης ενός κυκλώµατος αντιστατών στα άκρα του οποίου εφαρµόζεται τάση V και το οποίο διαρρέεται από ρεύµα έντασης Ι, είναι αυτός ο αντιστάτης που αν αντικαταστήσει αυτό κύκλωµα αντιστατών και τροφοδοτηθεί µε την ίδια τάση V, θα διαρρέεται από ρεύµα ίδιας έντασης I. Σε σειρά σύνδεση αντιστατών R ι σ = R 1 + R R ν Παράλληλη σύνδεση αντιστατών = R ι σ R 1 R 2 R ν Ερ.28 Να γράψετε τις εξισώσεις που δίνουν την ενέργεια και την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύµατος. Απ.28 Σε ένα στοιχείο κυκλώµατος( καταναλωτής) που στα άκρα του εφαρµόζεται τάση V και διαρρέεται για χρόνο t µε ρεύµα που έχει ένταση Ι «µεταβιβάζεται»µέσω του ΣΕΛΙΣ 8 ΑΠΟ 13

9 ηλεκτρικού πεδίου που προέρχεται από την ηλεκτρική πηγή που υπάρχει στο κύκλωµα, ηλεκτρική ενέργεια W που υπολογίζεται από την σχέση : W = V I t (1). Η προηγούµενη σχέση (1) για τους ωµικούς αντιστάτες, αν συνδυαστεί µε τον νόµο του Ohm, µπορεί να πάρει τις µορφές : W = I 2 R t (2) και W = V 2 /R t (3) Η ηλεκτρική ισχύς P ισούται µε το πηλίκο της ηλεκτρικής ενέργειας που «µεταβιβάζεται» στο στοιχείο του κυκλώµατος σε χρονικό διάστηµα t δια του χρόνου t. P = W/ t (4). Συνδυάζοντας την προηγούµενη σχέση (4) µε τις προηγούµενες σχέσεις (1), (2) και (3), παίρνουµε για την ηλεκτρική ισχύ την P = V I (1 ) που έχει γενική ισχύ και τις P = I 2 R (2 ) P = V 2 / R (3 ) που ισχύουν µόνο για ωµικούς αντιστάτες. Ερ.29 Ποιες είναι οι µονάδες ηλεκτρικής ενέργειας και ισχύος στο S.I ; Απ.29 Μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας είναι τι 1 Joule και µονάδα ηλεκτρικής ισχύος είναι το 1 Watt. ΠΡΟΣΟΧΗ! Να µην γίνεται σύγχυση µεταξύ του 1 Kw (Κιλοβάτ) που είναι µονάδα ισχύος ως πολλαπλάσιο του 1 Watt µε την 1 Kwh ( Κιλοβατώρα) που είναι µονάδα ηλεκτρικής ενέργειας. ( Προκύπτει από την σχέση (4) ορισµού της ισχύος, W = P t δηλαδή 1 Kwh = 1 Kw 1 h ) Στη.Ε.Η πληρώνουµε την ηλεκτρική ενέργεια ( όχι την ισχύ) που καταναλώνουµε.εποµένως η µέτρηση γίνεται σε κιλοβατώρες (kwh) και όχι σε κιλοβάτ (kw). Ερ.30 ιατυπώστε τον νόµο του Joule µε λόγια και µε σύµβολα. Απ30 Το ποσό της θερµότητας Q που αποβάλλει ένας αντιστάτης στο περιβάλλον είναι ανάλογο του τετραγώνου της έντασης I του ρεύµατος που τον διαρρέει, ανάλογο της αντίστασής του R και ανάλογο του χρόνου t κατά τον οποίο διαρρέεται µε το ρεύµα I, αν η θερµοκρασία του θ παραµένει σταθερή. Ή µε σύµβολα : Q = I 2 R t θ = σταθερή Αν η θερµότητα µετριέται σε θερµίδες (cal), η προηγούµενη σχέση γίνεται Q =α I 2 R t θ = σταθερή όπου α= 0,24 cal/joule ΠΡΟΣΟΧΗ! Ο νόµος του Joule ισχύει µε την προϋπόθεση ότι η θερµοκρασία του αντιστάτη παραµένει σταθερή. Αυτό συµβαίνει διότι η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει ο αντιστάτης α) αυξάνει την θερµοκρασία του και β) αποβάλλεται στο περιβάλλον µε µορφή θερµότητας ΣΕΛΙΣ 9 ΑΠΟ 13

10 Ερ.31 Ποια είναι τα στοιχεία που φέρει επάνω της γραµµένα κάθε ηλεκτρική συσκευή και τι σηµαίνει το κάθε ένα από αυτά ; Απ31 Πάνω σε κάθε ηλεκτρική συσκευή αναγράφονται: α) η τάση κανονικής λειτουργίας, που είναι η τάση µε την οποία πρέπει να τροφοδοτηθεί η συσκευή, για να λειτουργεί κανονικά β) η ισχύς κανονικής λειτουργίας, που είναι η ισχύς που θα καταναλώσει η συσκευή αν τροφοδοτηθεί µε την τάση κανονικής λειτουργίας Ερ.32 Ποια είναι τα µεγέθη που αποτελούν τα στοιχεία «ταυτότητας» µιας ηλεκτρικής πηγής και τι γνωρίζετε για κάθε ένα από αυτά ; Απ32 α) Η ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε της πηγής β) Η εσωτερική αντίσταση r της πηγής Ερ.33 ώστε τους δύο ορισµούς για την ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε καθώς και την φυσική της σηµασία. Απ33 1 ος Ορισµός : Ονοµάζουµε ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε της πηγής το σταθερό πηλίκο της ενέργειας W, που προσέφερε η πηγή σε φορτίο q για τη µεταφορά του από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο δια του φορτίου αυτού. E= W / q 2 ος Ορισµός : Η ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε µιας πηγής είναι το σταθερό πηλίκο της ηλεκτρικής ισχύος που παρέχει η πηγή δια την αντίστοιχη τιµή της έντασης του ρεύµατος που την διαρρέει. E= P/ I ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ!!! Η ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε µιας πηγής ΕΝ εξαρτάται ούτε από την W, ούτε από την P, ούτε από το Ι, ούτε από το q. H ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε είναι χαρακτηριστικό της πηγής. Στηριζόµενοι στον 1 ο ορισµό της Ε, αν θέσουµε όπου q= 1Coulomb τότε βλέπουµε ότι αριθµητικά η Ε ισούται µε την ενέργεια που προσφέρει η πηγή στο φορτίο αυτό. Με άλλα λόγια µπορούµε να πούµε ότι η φυσική σηµασία της Ε είναι : «Η ηλεκτρεγερτική δύναµη Ε, εκφράζει την ανά µονάδα φορτίου ηλεκτρική ενέργεια που παρέχει η πηγή στο κύκλωµα.» ΣΕΛΙΣ 10 ΑΠΟ 13

11 Ερ.34 Τι είναι η εσωτερική αντίσταση r µιας ηλεκτρικής πηγής ; Απ34 Εσωτερική αντίσταση r µιας ηλεκτρικής πηγής είναι η αντίσταση που παρουσιάζει το αγώγιµο τµήµα που υπάρχει στο εσωτερικό της πηγής. Ερ.35 Να γράψετε τον νόµο του Ohm σε κλειστό κύκλωµα που περιλαµβάνει πηγή ηλεκτρεγερτικής δύναµης Ε και εσωτερικής αντίστασης r και ωµικό αντιστάτη R. Απ35 Η ηλεκτρική ενέργεια W της πηγής µετατρέπεται σε θερµότητα λόγω φαινοµένου Joule τόσο πάνω στην εσωτερική της αντίσταση r,όσο και πάνω στον ωµικό αντιστάτη R. Ισχύει δηλαδή: W πηγής = Q r + Q R E I t = I 2 r t + I 2 R t E E = I ( R + r ) Η σχέση αυτή αποτελεί τον νόμο του Ohm για κλειστό κύκλωμα κ,απ όπου μπορούμε να υπολογίσουμε ττην ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωµα αν την λύσουµε ως προς Ι : Ε I = R + r ΣΕΛΙΣ 11 ΑΠΟ 13

12 Ερ.36 Να υπολογίσετε την πολική τάση στα άκρα µιας πηγής και στη συνέχεια να κάνετε και να µελετήσετε την γραφική παράσταση της πολικής τάσης V= V(Ι) σαν συνάρτηση του ρεύµατος που διαρρέει την πηγή. Απ36 Από το παραπάνω σχήµα παρατηρούµε ότι η τάση στα άκρα της πηγής (πολική τάση) V π είναι ίση µε την τάση V R στα άκρα της αντίστασης R, δηλαδή V π = V R (1) Εφαρµόζοντας τον νόµο του Ohm για το παραπάνω κλειστκύκλωµα έχουµε : Ε= Ι ( r + R ) Ε= Ι r + I R Ε= Ι r + V R (λόγω της (1) Ε= Ι r + V π V π = Ε - Ι r ( 2 ) Η σχέση (2) µας λέει κάτι πολύ σηµαντικό: η πολική τάση µιας πηγής ΕΝ είναι σταθερό χαρακτηριστικό µέγεθος της πηγής Η γραφική παράσταση της σχέσης (2) που γίνεται αµέσως παρακάτω ονοµάζεται χαρακτηριστική καµπύλη της πηγής. Παρατηρούµε στη σχέση (2) και το βλέπουµε και στο παραπάνω γραφική παράσταση ότι για Ι = 0 Α έχουµε V π = Ε ΣΕΛΙΣ 12 ΑΠΟ 13

13 Επίσης όταν V π = 0 Volts έχουµε I = E / r = I β = ρεύµα βραχυκύκλωσης της πηγής. Βλέπουµε δηλαδή ότι η χαρακτηριστική καµπύλη της πηγής τέµνει τον άξονα της πολικής τάσης V στο σηµείο Ε και τον άξονα της έντασης του ρεύµατος Ι στο σηµείο Ι= E / r = I β = ρεύµα βραχυκύκλωσης της πηγής. ΣΕΛΙΣ 13 ΑΠΟ 13