- PDF ΔΩΡΕΑΝ Λήψη

Transcript

1

2

3

4 Φίιε καζεηή, Τν βηβιίν απηό, πνπ θξαηάο ζηα ρέξηα ζνπ πξνέθπςε ηειηθά κέζα από ηελ εκπεηξία θαη δηδαθηηθή δηαδηθαζία πνιιώλ ρξόλσλ ζηνλ Εθπαηδεπηηθό Όκηιν Άιθα. Είλαη ην απνηέιεζκα ζπγγξαθήο πνιιώλ θαζεγεηώλ καο θαη ν ζηόρνο ηεο ύπαξμήο ηνπ δελ είλαη λα ππνθαηαζηήζεη ην ζρνιηθό βηβιίν, αιιά λα εμππεξεηήζεη δύν ζθνπνύο : λα είλαη έλα βηβιίν νξγαλσκέλν θαη κεζνδεπκέλν έηζη ώζηε λα είλαη νπζηαζηηθό, πξαθηηθό θαη θηιηθό γηα ην καζεηή, πιήξεο ζε ζεσξία, κεζνδνινγία, παξαηεξήζεηο αιιά θαη θαηεγνξίεο αζθήζεσλ, λα είλαη έλα πιήξεο, ιεηηνπξγηθό θαη ρξήζηκν εξγαιείν γηα ηνλ θαζεγεηή ηνπ καζήκαηνο θαη λα δηεπθνιύλεη ηελ εθπαηδεπηηθή ηνπ δξαζηεξηόηεηα Ειπίδνληαο όηη ην βηβιίν απηό ζα ζε βνεζήζεη ζηελ θαιύηεξε θαηαλόεζε θαη νξγάλσζε ηεο δηδαθηέαο ύιεο θαη νπζηαζηηθόηεξε επαθή κε ηε γλώζε θαη ηελ εθπαίδεπζε, ζνπ επρόκαζηε θαιή πνξεία ζηνπο δξόκνπο ηεο γλώζεο θαη θαιή επηηπρία ζηνπο ζηόρνπο ζνπ. Οη ζπγγξαθείο - θαζεγεηέο ηνπ Οκίινπ

5

6 Πίνακας Περιεχομένων ει. Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα Δλφηεηα

7

8 Δλόηεηα 1.1 «Γλσξηκία κε ηελ ειεθηξηθή δύλακε» Κπνξνχκε λα δερζνχκε σο αξρηθή ζεκαζία ηεο ιέμεο ειεθηξηζκόο, ηελ ηδηφηεηα πνπ παξνπζηάδεη ην θερξηκπάξη ή αιιηψο ην ήιεθηξν κεηά απφ ηξηβή λα έιθεη κηθξά ή ειαθξά αληηθείκελα. Ρα ζψκαηα πνπ παξνπζηάδνπλ ηελ ίδηα ηδηφηεηα κε ην ήιεθηξν νλνκάδνληαη ειεθηξηζκέλα. Ζ δχλακε πνπ αζθείηαη κεηαμχ ησλ ειεθηξηζκέλσλ ζσκάησλ νλνκάδεηαη ειεθηξηθή. Γηα λα δηαπηζηψζνπκε αλ έλα ζψκα είλαη ειεθηξηζκέλν ρξεζηκνπνηνχκε ην ειεθηξηθό εθθξεκέο. Ρν ειεθηξηθφ εθθξεκέο απνηειείηαη απφ έλα λήκα(θισζηή) ζην άθξν ηνπ νπνίνπ έρνπκε θξεκάζεη έλα κηθξφ ειαθξχ κπαιάθη (θειηδνι). Ξιεζηάδνληαο ην ειεθηξηζκέλν ζψκα, παξαηεξνχκε φηη ην κπαιάθη έιθεηαη απφ ην ζψκα ρσξίο λα έξρεηαη ζε επαθή καδί ηνπ. Άξα νη ειεθηξηθέο δπλάκεηο δξνπλ από απόζηαζε. Νη ειεθηξηθέο δπλάκεηο κεηαμχ δχν ειεθηξηζκέλσλ ζσκάησλ κπνξεί λα είλαη ειθηηθέο ή απσζηηθέο. Γηα παξάδεηγκα, δχν γπάιηλεο ξάβδνη απσζνχληαη κεηαμχ ηνπο ελψ κία γπάιηλε θαη κία πιαζηηθή έιθνληαη. Γηα λα εμεγήζνπκε ηηο δπλάκεηο κεηαμχ ησλ ειεθηξηζκέλσλ ζσκάησλ, δερφκαζηε φηη ε χιε έρεη κία ηδηφηεηα πνπ ηε ζπλδένπκε κε έλα θπζηθφ κέγεζνο: ην ειεθηξηθό θνξηίν. ηαλ δχν ζψκαηα έρνπλ ειεθηξηθφ θνξηίν ηφηε αιιειεπηδξνχλ κε ειεθηξηθέο δπλάκεηο θαη ιέκε φηη ηα ζψκαηα είλαη θνξηηζκέλα. Ηιεθηξηθό θνξηίν είλαη ην θπζηθό κέγεζνο πνπ πξνζδηνξίδεη ηηο ειεθηξνζηαηηθέο ηδηόηεηεο ηεο ύιεο. Σπκβνιίδεηαη κε q ή Q. πάξρνπλ δχν δηαθνξεηηθά είδε θνξηίνπ. ηαλ δχν ζψκαηα έρνπλ ην ίδην είδνο θνξηίνπ( φκνηα θνξηηζκέλα) ηφηε απσζνχληαη ελψ φηαλ έρνπλ δηαθνξεηηθά είδε θνξηίνπ (αληίζεηα θνξηηζκέλα) ηφηε έιθνληαη. Ν Βεληακίλ Φξαγθιίλνο πξφηεηλε φηη ηα ζψκαηα πνπ είλαη φκνηα θνξηηζκέλα κε κία γπάιηλε ξάβδν ηελ νπνία έρνπκε ηξίςεη ζε έλα κεηαμσηφ χθαζκα είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλα δειαδή έρνπλ ζεηηθό θνξηίν, ελψ ηα ζψκαηα πνπ είλαη φκνηα θνξηηζκέλα κε πιαζηηθή ξάβδν ηελ νπνία ηξίςακε ζε κάιιηλν χθαζκα, είλαη αξλεηηθά θνξηηζκέλα δειαδή έρνπλ αξλεηηθό θνξηίν. Γεληθά δερόκαζηε όηη ε ειεθηξηθή δύλακε πνπ αζθεί ή δέρεηαη έλα θνξηηζκέλν ζώκα είλαη αλάινγε κε ην θνξηίν ηνπ. Κε βάζε ηελ παξαδνρή απηή κπνξνχκε λα ζπγθξίλνπκε άξα θαη λα κεηξήζνπκε ηα θνξηία δχν ζσκάησλ κεηξψληαο ηηο ειεθηξηθέο δπλάκεηο πνπ αζθνχλ ζε έλα ηξίην ζψκα ππφ ηηο ίδηεο ζπλζήθεο π.ρ. ίδηα α- πφζηαζε. Μνλάδα κέηξεζεο ηνπ θνξηίνπ ζην Δηεζλέο ύζηεκα είλαη ην 1Coulomb ( C). Σν 1 C είλαη πνιύ κεγάιε κνλάδα κέηξεζεο θνξηίνπ θαη γη απηό ρξεζηκνπνηνύκε ππνπνιιαπιάζηα. Τπνπνιιαπιάζηα 1mC= 10-3 C 1κC=10-6 C 1nC=10-9 C 1pC=10-12 C -7- Δλόηεηα 1.2 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν»

9 Δλόηεηα 1.1 «Γλσξηκία κε ηελ ειεθηξηθή δύλακε» Θεσξνχκε δχν θνξηηζκέλα ζψκαηα κε θνξηία q 1 =+3nC θαη q 2 =-4nC. Ρν ζπλνιηθφ θνξηίνπ ηνπ ζπζηήκαηνο ησλ δχν ζσκάησλ είλαη: q=q 1 +q 2 =+3nC+(-4nC)=-1 nc. Γεληθά ην ζπλνιηθό θνξηίν δύν ή πεξηζζνηέξσλ θνξηηζκέλσλ ζσκάησλ ηζνύηαη κε ην αιγεβξηθό άζξνηζκα ησλ θνξηίσλ ηνπο. Όηαλ ην ζπλνιηθό θνξηίν είλαη κεδέλ, ηόηε ην ζώκα ή ην ζύλνιν ησλ ζσκάησλ είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξν. Δ Λ Δ Γ Υ Ο Γ Ν Ω Δ Ω Ν Να ζπκπιεξώζεηε ηα θελά ζηηο παξαθάησ πξνηάζεηο. 1. Κεηαμχ δχν ειεθηξηζκέλσλ ζσκάησλ αζθείηαη είηε δχλακε, είηε.. δχλακε. Γχν θνξηηζκέλα ζψκαηα αιιειεπηδξνχλ ρσξίο λα έξρνληαη απαξαίηεηα ζε. κεηαμχ ηνπο. Ζ ειεθηξηθή δχλακε δξα απφ 2. Πηε θχζε εκθαλίδνληαη δχν είδε θνξηηζκέλσλ ζσκάησλ, ηα.. θαη ηα.. θνξηηζκέλα. Γχν θνξηηζκέλα ζψκαηα απσζνχληαη ελψ δχν θνξηηζκέλα ζψκαηα έιθνληαη. ηηο εξσηήζεηο πνπ αθνινπζνύλ λα επηιέμεηε ηε ζσζηή απάληεζε. 3. Γχν ζεηηθά θνξηηζκέλα ζψκαηα αιιειεπηδξνχλ. Νη δπλάκεηο: a. είλαη ειθηηθέο b. είλαη απσζηηθέο c. είλαη κεδεληθέο d. δελ εμαξηψληαη απφ ηα θνξηία ηνπο. 4. Φέξλνπκε ζε επαθή δχν θνξηηζκέλεο κεηαιιηθέο ζθαίξεο κε θνξηία +10κC θαη 6κC. Ρν ζπλνιηθφ θνξηίν πνπ ζα έρνπλ νη δχν ζθαίξεο ζα είλαη: a. +16 κc b. +4 κc c. -4 κc d. 0 Να απαληήζεηε ζηηο παξαθάησ εξσηήζεηο. 5. Ξνπ βαζίδεηαη ε κέηξεζε ηνπ ειεθηξηθνχ θνξηίνπ ελφο ζψκαηνο; 6. πφζα είδε ειεθηξηθνχ θνξηίνπ ππάξρνπλ ζηε θχζε; Δμεγήζηε. 7. Έρεηε ηέζζεξηο θνξηηζκέλεο ζθαίξεο Α, Β, Γ θαη Γ. Ζ Α έιθεη ηε Β, ε Β έιθεη ηε Γ θαη ε Γ απσζεί ηε Γ. Αλ γλσξίδεηε φηη ε Γ είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλε, ηη θνξηίν έρνπλ νη άιιεο ζθαίξεο; 8. Γηαζέηεηο κία γπάιηλε ξάβδν ηελ νπνία έρεηο θνξηίζεη ηξίβνληάο ηελ ζε έλα κεηαμσηφ χθαζκα. Ξσο ζα βξεηο αλ έλα άγλσζην θνξηηζκέλν ζψκα είλαη ζεηηθά ή αξλεηηθά θνξηηζκέλν. -8- Δλόηεηα 1.2 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν»

10 ΓΟΜΗ ΣΟΤ ΑΣΟΜΟΤ Δλόηεηα 1.3 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν ζην εζσηεξηθό ηνπ αηόκνπ» Γλσξίδνπκε φηη ην άηνκν απνηειείηαη απφ κηθξφηεξα ζσκαηίδηα. Νη Ernest Rutherford θαη Niels Bohr θαηέιεμαλ ζηελ πεξηγξαθή ηνπ αηφκνπ ζε έλα πξφηππν ζχκθσλα κε ην νπνίν: Α) Κάζε άηνκν απνηειείηαη από ηνλ ππξήλα γύξω από ηνλ νπνίν πεξηθέξνληαη ηα ειεθηξόληα. Ο ππξήλαο θαη ηα ειεθηξόληα είλαη θνξηηζκέλα ζωκαηίδηα. Ο ππξήλαο έρεη ζεηηθό θνξηίν, ελώ θάζε ειεθηξόλην αξλεηηθό. Έηζη ν ππξήλαο έιθεη θάζε ειεθηξόλην, ελώ ηα ειεθηξόληα απωζνύληαη κεηαμύ ηνπο. Β) Όια ηα ειεθηξόληα είλαη όκνηα, δειαδή έρνπλ ηελ ίδηα κάδα θαη ην ίδην θνξηίν. Γ) Οη ππξήλεο απνηεινύληαη από πξωηόληα θαη λεηξόληα. Σν πξωηόλην θαη ην λεηξόλην έρνπλ ζρεδόλ ίζεο κάδεο. Όκωο ην πξωηόλην είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλν, ελώ ην λεηξόλην δελ έρεη θνξηίν δειαδή είλαη νπδέηεξν. Όια ηα πξωηόληα είλαη παλνκνηόηππα δειαδή έρνπλ ηελ ίδηα κάδα θαη ην ίδην θνξηίν. Γ) Σν πξωηόλην θαη ην ειεθηξόλην έρνπλ αληίζεηα θνξηία αθξηβώο όκωο ίδηνπ κεγέζνπο. Σν θνξηίν ηνπ πξωηνλίνπ είλαη + 1, C ελώ ηνπ ειεθηξνλίνπ είλαη - 1, C. Σα θνξηία ηνπ ειεθηξνλίνπ θαη ηνπ πξωηνλίνπ είλαη ηα πην κηθξά θνξηία πνπ έρνπλ παξαηεξεζεί ειεύζεξα ζηε θύζε. Δ) Ο αξηζκόο ηωλ πξωηνλίωλ ελόο αηόκνπ είλαη ίζνο κε ηνλ αξηζκό ηωλ ειεθηξνλίωλ ηνπ. Επνκέλωο όια ηα άηνκα έρνπλ κεδεληθό θνξηίν δειαδή είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξα. Είλαη δπλαηόλ όκωο έλα άηνκα λα απνβάιιεη έλα ή πεξηζζόηεξα ειεθηξόληα θαη λα κεηαηξαπεί ζε ηόλ. Γύν ζεκαληηθέο ηδηόηεηεο ηνπ ειεθηξηθνύ θνξηίνπ. ηαλ έλα ζψκα είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλν, ηφηε έρεη έιιεηκκα ειεθηξνλίσλ δειαδή έρεη πεξηζζφηεξα πξσηφληα απφ φηη ειεθηξφληα. Αληίζηνηρα φηαλ έλα ζψκα είλαη αξλεηηθά θνξηηζκέλν, ηφηε έρεη πεξίζζεηα ειεθηξνλίσλ δειαδή έρεη πεξηζζφηεξα ειεθηξφληα απφ φηη πξσηφληα. Η θόξηηζε ηωλ ζωκάηωλ γίλεηαη κε κεηαθνξά ειεθηξνλίωλ θαη όρη πξωηνλίωλ. Ρα πξσηφληα είλαη παγηδεπκέλα ζην εζσηεξηθφ ππξήλα ησλ αηφκσλ. Κπνξεί φκσο ηα ειεθηξφληα λα κεηαθέξνληαη απφ ηα έλα ζψκα ζην άιιν αιιά δελ θαηαζηξέθνληαη αιιά θαη νχηε παξάγνληαη. Έηζη ν ζπλνιηθφο αξηζκφο ησλ ειεθηξνλίσλ παξακέλεη ζηαζεξφο. Απηό έρεη ζαλ ζπλέπεηα όηη ζε νπνηαδήπνηε δηαδηθαζία είηε απηή ζπκβαίλεη ζην κηθξόθνζκν είηε ζην καθξόθνζκν ην ζπλνιηθό θνξηίν λα δηαηεξείηαη ζηαζεξό. Ζ παξαπάλσ πξφηαζε είλαη γλσζηή σο Αξρή ηεο Γηαηήξεζεο ηνπ Ηιεθηξηθνύ Φνξηίνπ. Θάζε ειεθηξηθά θνξηηζκέλν ζψκα έρεη πεξίζζεηα ή έιιεηκκα ειεθηξνλίσλ. Θάζε ειεθηξφλην δελ κπνξεί λα δηαηξεζεί. πλεπώο ην ειεθηξηθό θνξηίν θάζε θνξηηζκέλνπ ζώκαηνο είλαη αθέξαην πνιιαπιάζην ηνπ θνξηίνπ ηνπ ειεθηξνλίνπ ( ή ηνπ θνξηίνπ -9- Δλόηεηα 1.4 «Σξόπνη ειέθηξηζεο θαη κηθξνζθνπηθή εξκελεία»

11 Δλόηεηα 1.3 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν ζην εζσηεξηθό ηνπ αηόκνπ» ηνπ πξωηνλίνπ). Δειαδή ην ειεθηξηθό θνξηίν εκθαλίδεηαη ζε παθεηάθηα ηα νπνία νλνκάδνπκε θβάληα θαη ηελ ηδηόηεηα απηή ηνπ θνξηίνπ ηελ νλνκάδνπκε θβάλησζε. Ηιέθηξηζε νλνκάδεηαη ε δηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία έλα ζψκα απνθηά ειεθηξηζκφ, δειαδή ηδηφηεηεο παξαπιήζηεο κε απηέο ηνπ ήιεθηξνπ. Ζ ειέθηξηζε ελφο ζψκαηνο κπνξεί λα γίλεη κε : α) ηξηβή, β) επαθή θαη γ) επαγσγή. Ζιέθηξηζε κε ηξηβή ηαλ ηξίβνπκε κία γπάιηλε ξάβδν ζε έλα κεηαμσηφ χθαζκα ηφηε ε ξάβδνο θνξηίδεηαη ζεηηθά θαη ην χθαζκα αξλεηηθά. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη εμσηεξηθά ειεθηξφληα απφ ηα άηνκα ηνπ γπαιηνχ κεηαθέξνληαη ζην χθαζκα. Γηαηί δελ κεηαθηλνύληαη ειεθηξόληα από ην ύθαζκα ζην γπαιί; Ρα άηνκα δηαθνξεηηθψλ πιηθψλ είλαη δηαθνξεηηθά κεηαμχ ηνπο. Ρα εμσηεξηθά ειεθηξφληα ησλ αηφκσλ ηνπ πθάζκαηνο ζπγθξαηνχληαη κε ηζρπξφηεξεο δπλάκεηο απφ φηη εθείλα ηνπ γπαιηνχ. Έηζη απαηηείηαη ιηγφηεξε ελέξγεηα γηα λα θχγνπλ ηα ειεθηξφληα απφ ην γπαιί πξνο ην χθαζκα θαη αληίζηξνθα. Πχκθσλα κε ηελ αξρή δηαηήξεζεο ηνπ ειεθηξηθνχ θνξηίνπ, επεηδή ηα ζψκαηα είλαη αξρηθά νπδέηεξα δειαδή ην ζπλνιηθφ θνξηίν είλαη κεδέλ, ηφηε κεηά ηελ ηξηβή ηα ζψκαηα απνθηνχλ ίζα θαη αληίζεηα θνξηία ψζηε ην ζπλνιηθφ θνξηίν λα είλαη θαη πάιη κεδέλ. Ζιέθηξηζε κε επαθή ηαλ αγγίμνπκε κε έλα θνξηηζκέλν ζψκα έλα άιιν ειεθηξηθά νπδέηεξν ηφηε ην δεχηεξν ζψκα απνθηά θνξηίν ίδηνπ είδνπο κε ην θνξηηζκέλν. Αλ ην θνξηηζκέλν ζψκα έρεη αξλεηηθφ θνξηίν ηφηε έρεη πιεφλαζκα ειεθηξνλίσλ. Δπεηδή απηά απσζνχληαη κεηαμχ ηνπο ηφηε κεηαθέξνληαη ζην δεχηεξν ζψκα θαη έηζη απηφ θνξηίδεηαη αξλεηηθά. Αλ ην θνξηηζκέλν ζψκα έρεη ζεηηθφ θνξηίν, ηφηε ειεθηξφληα κεηαθέξνληαη απφ ην νπδέηεξν ζψκα ζην ζεηηθά θνξηηζκέλν. Σύκθσλα κε ηελ αξρή δηαηήξεζεο ηνπ ειεθηξηθνύ θνξηίνπ, ην άζξνηζκα ησλ θνξηίσλ πνπ απνθηνύλ ηα δύν ζώκαηα είλαη ίζν κε ην θνξηίν πνπ αξρηθά είρε ην έλα ζώκα. Ζιέθηξηζε κε επαγσγή Θαζψο πιεζηάδνπκε ην άθξν Α κίαο κεηαιιηθήο ξάβδνπ ζε κία ζεηηθά θνξηηζκέλε ζθαίξα ηφηε ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα έιθνληαη θαη θηλνχληαη πξνο ην άθξν Α ηεο ξάβδνπ. Ρα ζεηηθά ηφληα δελ κεηαθηλνχληαη. Ρφηε ζην άθξν Α ζα έρνπκε πιεφλαζκα ειεχζεξσλ ειεθηξνλίσλ, νπφηε θνξηίδεηαη αξλεηηθά. Αληίζεηα απφ ην άθξν Β έρεη κεηαθηλεζεί ζεκαληηθφο αξηζκφο ειεθηξνλίσλ θαη πιενλάδεη ην ζεηηθφ θνξηίν ησλ ηφλησλ. Άξα ην άθξν Β θνξηίδεηαη ζεηηθά. Ζ ξάβδνο είλαη ειεθηξηζκέλε. Ζ δηαδηθαζία απηή νλνκάδεηαη ειέθηξηζε κε επαγσγή Δλόηεηα 1.4 «Σξόπνη ειέθηξηζεο θαη κηθξνζθνπηθή εξκελεία»

12 ΑΓΩΓΟΙ ΜΟΝΩΣΔ Ρα ζψκαηα πνπ επηηξέπνπλ ηε κεηαθίλεζε ειεθηξηθνχ θνξηίνπ δειαδή ηα ζψκαηα κέζα απφ ηα νπνία ην ειεθηξηθφ θνξηίν άγεηαη, ιέγνληαη ειεθηξηθνί αγσγνί. Γηαηί ηα κέηαιια ζπκπεξηθέξνληαη σο αγσγνί; Πηα κέηαιια ηα εμσηεξηθά ειεθηξφληα είλαη ηφζν ραιαξά ζπλδεδεκέλα κε ηνλ ππξήλα ψζηε λα κπνξνχλ λα θηλεζνχλ άηαθηα θαη πξνο φιεο ηηο θαηεπζχλζεηο. Ρα νλνκάδνπκε ειεχζεξα ειεθηξφληα. Ρα ζψκαηα πνπ δελ επηηξέπνπλ ηε κεηαθίλεζε ειεθηξηθνχ θνξηίνπ κέζα απφ απηά ιέγνληαη κνλσηέο. Πωο εξκελεύεηαη ε ζπκπεξηθνξά ηωλ κνλωηώλ θαηά ηελ ειέθηξηζή ηνπο; Πηνπο κνλσηέο ηα εμσηεξηθά ειεθηξφληα ησλ αηφκσλ ζπγθξαηνχληαη ηζρπξά απφ ηνπο ππξήλεο. Έηζη δελ κπνξνχλ λα κεηαθέξνληαη εχθνια απφ ηελ κία πεξηνρή ζηελ άιιε. Αλ πξνζιεθζνχλ ή απνβιεζνχλ ειεθηξφληα, ηφηε ε πεξίζζεηα ή ην έιιεηκκα ειεθηξνλίσλ ζα παξακείλεη εληνπηζκέλν ζηελ πεξηνρή ηεο θφξηηζεο. ΜΟΝΩΣΔ Ιάζηηρν Γπαιί Μχιν Δ Λ Δ Γ Υ Ο Δλόηεηα 1.3 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν ζην εζσηεξηθό ηνπ αηόκνπ» ΑΓΩΓΟΙ Πίδεξνο Αινπκίλην Άλζξσπνο, Γε Γ Ν Ω Δ Ω Ν Να επηιέμεηε ηε ζσζηή απάληεζε ζηηο εξσηήζεηο πνπ αθνινπζνύλ. 1. Ιέγνληαο φηη έλα ζψκα είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλν, ελλννχκε φηη a. έρεη κφλν ζεηηθά θνξηία. b. έρεη πεξηζζφηεξα ζεηηθά παξά αξλεηηθά θνξηία. c. δελ έρεη θαζφινπ αξλεηηθά θνξηία. d. δελ έρεη θαζφινπ ειεθηξφληα. 2. Έλα ζψκα είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξν, γηαηί a. Γελ πεξηέρεη ειεθηξφληα b. Γελ πεξηέρεη πξσηφληα c. Ξεξηέρεη κφλν λεηξφληα d. Ξεξηέρεη ίζν αξηζκφ πξσηνλίσλ θαη ειεθηξνλίσλ. 3. Θαηά ηελ ειέθηξηζε κε ηξηβή κεηαθέξνληαη απφ ην έλα ζψκα ζην άιιν a. πξσηφληα. b. ειεθηξφληα. c. λεηξφληα. d. ηφληα Δλόηεηα 1.4 «Σξόπνη ειέθηξηζεο θαη κηθξνζθνπηθή εξκελεία»

13 Δλόηεηα 1.3 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν ζην εζσηεξηθό ηνπ αηόκνπ» 4. ηαλ θνξηίδνπκε κηα γπάιηλε ξάβδν, ηξίβνληάο ηελ κε κάιιηλν χθαζκα, ε ξάβδνο θνξηίδεηαη ζεηηθά θαη ην κάιιηλν χθαζκα αξλεηηθά. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη a. κεηαθέξζεθαλ ειεθηξφληα απφ ην γπαιί ζην χθαζκα. b. κεηαθέξζεθαλ πξσηφληα απφ ην χθαζκα ζην γπαιί. c. δεκηνπξγήζεθαλ λέα θνξηία. d. κεηαθηλήζεθαλ πξσηφληα θαη ειεθηξφληα. 5. Γχν αξρηθά αθφξηηζηα ζψκαηα ηξίβνληαη κεηαμχ ηνπο θαη ειεθηξίδνληαη. Ρα θνξηία πνπ απνθηνχλ είλαη: a. Ηζφπνζα θαη νκφζεκα b. άληζα θαη εηεξφζεκα c. ηζφπνζα θαη εηεξφζεκα d. άληζα θαη νκφζεκα Να ζπκπιεξώζεηε ηα θελά ζηηο παξαθάησ πξνηάζεηο. 6. ηαλ ηξίβνπκε δχν νπδέηεξα ζψκαηα κεηαθηλνχληαη απφ ην έλα ζην άιιν θαη ηα ζψκαηα θνξηίδνληαη. ηαλ αγγίμνπκε κε έλα. ζψκα έλα άιιν ειεθηξηθά νπδέηεξν ηφηε ην δεχηεξν θνξηίδεηαη κε. είδνο θνξηίνπ. 7. ηαλ έλα πιηθφ θνξηίδεηαη κε επαθή ζε φιε ηνπ ηελ έθηαζε ην νλνκάδνπκε.. θαη φηαλ θνξηίδεηαη κφλν ηνπηθά ην νλνκάδνπκε Ρν πιαζηηθφ θαη ην γπαιί είλαη ελψ ηα κέηαιια είλαη Να απαληήζεηε ζηηο παξαθάησ εξσηήζεηο 8. Θξαηάηε κε ην ρέξη ζαο κία κεηαιιηθή ξάβδν θαη ηελ ηξίβεηε πάλσ ζε κάιιηλν χθαζκα. Ζ πξνζπάζεηά ζαο λα ηε θνξηίζεηε απνηπγράλεη. Γηαηί ; κε πνηφλ ηξφπν ζα κπνξνχζαηε λα θνξηίζεηε ηελ κεηαιιηθή ξάβδν; 9. Ρη ελλννχκε κε ηε θξάζε «ην ζπλνιηθφ θνξηίν δηαηεξείηαη ζηαζεξφ»; Λα ε- μεγήζεηε δίλνληαο έλα παξάδεηγκα. 10. Ρη ελλννχκε κε ηε θξάζε»ην ειεθηξηθφ θνξηίν εκθαλίδεηαη ζε θβάληα»; Λα εμεγήζεηε δίλνληαο έλα παξάδεηγκα. 11. Κε κία πιαζηηθή ζαθνχια ηξίβεηο κία κεηαιιηθή ζθαίξα. Γηαπηζηψλεηο φηη ε ζθαίξα θνξηίζηεθε ζεηηθά. Ξνην είλαη ην είδνο ηνπ θνξηίνπ πνπ απέθηεζε ε ζαθνχια κεηά ηελ ηξηβή; Λα εμεγήζεηε. 12. Κε έλα αξλεηηθά θνξηηζκέλν αληηθείκελν αγγίδεηο ην δίζθν ελφο ειεθηξνζθνπίνπ. Ρη ζα παξαηεξήζεηο ζηα θχιια ηνπ ειεθηξνζθνπίνπ; Ξσο εμεγείο απηφ πνπ ζπκβαίλεη; -12- Δλόηεηα 1.4 «Σξόπνη ειέθηξηζεο θαη κηθξνζθνπηθή εξκελεία»

14 Δλόηεηα 1.3 «Σν ειεθηξηθό θνξηίν ζην εζσηεξηθό ηνπ αηόκνπ» 13. Γηαζέηεηο δχν ίδηεο κεηαιιηθέο ζθαίξεο. Ζ κία είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξε θαη ε άιιε έρεη θνξηίν +10 κc. Ξφζν είλαη ην ειεθηξηθφ θνξηίν θάζε ζθαίξαο κεηα ηελ επαθή ησλ δχν ζθαηξψλ; Λα αηηηνινγήζεηο ηελ απάληεζή ζνπ. 14. πεξαπινπζηεχνληαο ηελ πξαγκαηηθή δνκή ησλ ζσκάησλ, ππνζέηνπκε φηη κηα γπάιηλε ξάβδνο έρεη 100 ειεθηξφληα θαη 100 πξσηφληα θαη ην κάιιηλν χθαζκα έρεη 70 ειεθηξφληα θαη 70 πξσηφληα. Κεηά ηελ ηξηβή, ε γπάιηλε ξάβδνο βξέζεθε κε 20 ειεθηξφληα ιηγφηεξα απφ απηά πνπ είρε πξηλ ηελ ηξηβή. Α)Ξφζα ειεθηξφληα έρεη ην χθαζκα κεηά ηελ ηξηβή; Β)Πε πνηα ζεκειηψδε αξρή βαζηζηήθαηε γηα λα απαληήζεηε ζην πξνεγνχκελν εξψηεκα; 15.Ζ γπάιηλε ξάβδνο, κφιηο ηελ ηξίςακε ζε κεηαμσηφ χθαζκα, απέθηεζε θνξηίν +1,6nC. α)ζ ξάβδνο απέβαιε θάπνηα ειεθηξφληα ή πξνζέιαβε θη άιια απφ ην χθαζκα; β)λα ππνινγίζεηο ην πιήζνο (Λ) ησλ ειεθηξνλίσλ πνπ απέβαιε ή πξνζέιαβε ε ξάβδνο. Γίλεηαη q e =-1, C Δλόηεηα 1.4 «Σξόπνη ειέθηξηζεο θαη κηθξνζθνπηθή εξκελεία»

15 Δλόηεηα 1.5 «Νόκνο ηνπ COULOMB» -14- Από πνηα κεγέζε εμαξηάηαη ην κέηξν ηεο δύλακεο αλάκεζα ζε δύν ειεθηξηζκέλα ζώκαηα; Ν Coulomb δηαπίζησζε φηη θξαηψληαο ην θνξηίν ησλ δχν ζθαηξψλ ζηαζεξφ θαη αιιάδνληαο ηελ κεηαμχ ηνπο απφζηαζε, ηφηε άιιαδε θαη ην κέηξν ηεο δχλακεο. Ππγθεθξηκέλα, φηαλ δηπιαζηαζηεί ε απφζηαζε ησλ ζσκάησλ ηφηε ην κέηξν ηεο δχλακεο ππνηεηξαπιαζηάδεηαη, φηαλ ππνδηπιαζηαζηεί ε κεηαμχ ηνπο απφζηαζε ηφηε ην κέηξν ηεο δχλακεο ηεηξαπιαζηάδεηαη θ.ν.θ. Απηό ζεκαίλεη όηη ε ειεθηξηθή δύλακε είλαη αληηζηξόθσο αλάινγε κε ην ηεηξάγσλν ηεο κεηαμύ ηνπο απόζηαζεο. Πηε ζπλέρεηα ν Coulomb, θξαηψληαο ζηαζεξή ηελ απφζηαζε ησλ δχν ζθαηξψλ, παξαηήξεζε φηη αιιάδνληαο ην θνξηίν ηνπο, ην κέηξν ηεο δχλακεο άιιαδε. Ππγθεθξηκέλα, φηαλ δηπιαζίαζε ην θνξηίν ηεο κίαο ζθαίξαο ε δχλακε δηπιαζηαδφηαλ, φηαλ ηξηπιαζίαδε ην θνξηίν θαη ησλ δχν ζθαηξψλ ηφηε ε δχλακε γηλφηαλ ελλέα θνξέο κεγαιχηεξε θ.ν.θ. Απηό ζεκαίλεη όηη ε ειεθηξηθή δύλακε είλαη αλάινγε κε ην θνξηίν θάζε ζθαίξαο θαη επνκέλσο κε ην γηλόκελό ηνπο όηαλ ε απόζηαζε είλαη ζηαζεξή. Ππλνςίδνληαο ηα παξαπάλσ ζπκπεξάζκαηα, δηαηππψλνπκε ην λφκν ηνπ COULOMB ζχκθσλα κε ηνλ νπνίν: Σν κέηξν ηεο ειεθηξηθήο δύλακεο κε ην νπνίν αιιειεπηδξνύλ δύν ζεκεηαθά θνξηία είλαη αλάινγν ηνπ γηλνκέλνπ ησλ θνξηίσλ θαη αληηζηξόθσο αλάινγν ηνπ ηεηξαγώλνπ ηεο κεηαμύ ηνπο απόζηαζεο. F Κ Q Q r φπνπ Θ είλαη ε ζηαζεξά αλαινγίαο πνπ νλνκάδεηαη ζηαζεξά ηνπ Coulomb. H αξηζκεηηθή ηεο ηηκή εμαξηάηαη: α) απφ ην ζχζηεκα κνλάδσλ θαη β) απφ ηε θχζε ηνπ πιηθνχ κέζα ζην νπνίν βξίζθνληαη ηα θνξηία. Γηα ηνλ αέξα ή ην θελφ θαη γηα ην S.I ε ζηαζεξά έρεη ηελ ηηκή: Θ= N m 2 /Cb 2. Ζ δχλακε Coulomb έρεη: Μέηξν : πνινγίδεηαη απφ ηε ζρέζε (1) Γηεύζπλζε: Ρε δηεχζπλζε ηεο επζείαο πνπ ελψλεη ηα δχν ζεκεηαθά θνξηία Φνξά : Νη δπλάκεηο Coulomb είλαη ειθηηθέο γηα εηεξψλπκα θαη απσζηηθέο γηα νκψλπκα θνξηία. Πην λφκν ηνπ Coulomb δελ βάδνπκε ηα πξόζεκα ησλ θνξηίσλ! Ν Λφκνο ηνπ Coulomb ηζρχεη γηα θνξηηζκέλα ζψκαηα ησλ νπνίσλ νη δηαζηάζεηο είλαη πνιχ κηθξέο ζε ζρέζε κε ηε κεηαμχ ηνπο απφζηαζε, ή γηα νκνηφκνξθα θνξηηζκέλεο ζθαίξεο. Ρα ζψκαηα απηά νλνκάδνληαη ζεκεηαθά θνξηία.

16 Δ Λ Δ Γ Υ Ο Δλόηεηα 1.5 «Νόκνο ηνπ COULOMB» -15- Γ Ν Ω Δ Ω Ν 1. Ρν ζρήκα απεηθνλίδεη δπν ειεθηξηθά θνξηία q 1 θαη q 2, ηε κεηαμχ ηνπο απφζηαζε r θαη ηηο δπλάκεηο Coulomb. a. Ζ δχλακε F 1 αζθείηαη απφ ην θνξηίν q 1. q 1 F 1 F 2 r q 2 b. Ζ δχλακε F 2 αζθείηαη απφ ην θνξηίν q 2. c. Ρα κέηξα ησλ δπλάκεσλ είλαη ίζα. d. Ρα θνξηία q 1 θαη q 2 είλαη ζεηηθά. 2. Γχν ζεκεηαθά θνξηία απέρνπλ κεηαμχ ηνπο απφζηαζε r θαη αιιειεπηδξνχλ κε δχλακε κέηξνπ F. Αλ δηπιαζηάζνπκε ηε κεηαμχ ηνπο απφζηαζε, ηφηε ε δχλακε γίλεηαη a. 2F b. 4F c. F/4 d. F/2 3. Πην λφκν ηνπ Coulomb, ε ζηαζεξά k: a. Δίλαη θαζαξφο αξηζκφο b. Έρεη κνλάδεο κέηξεζεο Nm 2 /C 2 c. Δμαξηάηαη κφλν απφ ην ζχζηεκα κνλάδσλ d. Έρεη ηελ ίδηα ηηκή είηε ηα θνξηία βξίζθνληαη κέζα ζηνλ αέξα είηε κέζα ζην λεξφ. 4. Γχν φκνηα ειεθηξηθά θνξηία απέρνπλ ζηαζεξή απφζηαζε. Ζ δχλακε Coulomb πνπ αλαπηχζζεηαη δηπιαζηάδεηαη, φηαλ a. Γηπιαζηαζηνχλ θαη ηα δχν θνξηία b. Γηπιαζηαζηεί ην έλα θνξηίν θαη ππνδηπιαζηαζηεί ην άιιν c. Γηπιαζηαζηεί ε απφζηαζε d. Ρεηξαπιαζηαζηεί ην έλα θνξηίν θαη ππνδηπιαζηαζηεί ην άιιν. 5. Γχν εηεξψλπκα ειεθηξηθά θνξηία q 1 θαη q 2 έιθνληαη κε δχλακε κέηξνπ F φηαλ ε απφζηαζή ηνπο είλαη r. Ζ απφζηαζε ζηελ νπνία πξέπεη λα ηνπνζεηεζνχλ, ψζηε ε ειθηηθή δχλακε λα γίλεη 9F, είλαη: a. r/3 b. 3r c. 9r I. Να επηιέμεηε ηε ζωζηή απάληεζε. II. Να δηθαηνινγήζεηε ηελ απάληεζή ζαο. 6. Γχν κεηαιιηθέο ζθαίξεο είλαη θνξηηζκέλεο κε θνξηία -1κC θαη +4κC. Ρα θέληξα ηνπο βξίζθνληαη ζε απφζηαζε 2 m. Λα ππνινγίζεηε θαη λα ζρεδηάζεηε ηε δχλακε πνπ αζθεί ε κία ζθαίξα ζηελ άιιε. Κπνξείο λα ζπλδέζεηο απηφ πνπ ζρεδίαζεο κε ηνλ ηξίην λφκν ηνπ Λεχησλα; Γίλεηαη ε ζηαζεξά K= N m 2 / C 2