ο ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ο ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ"

Φωτεινή Ελευθερόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ο ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

2 η ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΓΕΓΟΝΟΤΑ και ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ

3 οι ΙΔΕΕΣ και οι ΕΝΝΟΙΕΣ

4 ηλεκτρικό φορτίο και ηλεκτρικό φορτίο

6 στο µεταξύ κάποιος τον αναγκάζει να µε πλησιάζει κι όσο µε πλησιάζει τόσο περισσότερο τον απωθώ κι εκείνος ΘΕΤΙΚΟ φορτίο κι εγώ ΘΕΤΙΚΟ φορτίο είµαστε φτιαγµένοι για.. άπωση δεν τον θέλω.. ούτε κι εκείνος µε θέλει

7 µια ιστορία εντελώς διαφορετική

8 + - -

10 Εντάξει το καταλάβαµε... το ηλεκτρικό φορτίο ασκεί ΔΥΝΑΜΗ στο ηλεκτρικό φορτίο ΕΛΚΤΙΚΗ εάν τα φορτία είναι ετερώνυµα ΑΠΩΣΤΙΚΗ εφόσον είναι οµώνυµα Τι είναι όµως αυτή η δύναµη; µεγάλη; µικρή; Από τι εξαρτάται η τιµή της; Τι εννοεί µε αυτό ΟΣΟ.. ΤΟΣΟ ; Ότι εάν διπλασιαστεί η απόσταση, η δύναµη θα υποδιπλασιαστεί; Για ένα πράγµα είµαι σίγουρος... ότι ΟΣΟ πιο µακριά βρίσκονται ΤΟΣΟ πιο µικρή είναι η δύναµη Ναι, αλλά η τιµή της δύναµης πρέπει να εξαρτάται ΚΑΙ από το «πόσο φορτίο» έχει ο «δράστης» οι µετρήσεις του Coulomb έδειχναν ότι εξαρτάται ΚΑΙ από το «πόσο φορτίο» έχει ο «δράστης» αλλά ΚΑΙ από το πόσο φορτίο έχει το «θύµα» ο Coulomb, ο πρώτος που κατάφερε να µετρήσει τις ηλεκτρικές δυνάµεις, απέδειξε ότι εάν διπλασιαστεί η απόσταση, η δύναµη θα υποτετραπλασιαστεί

11 ο Νόµος του Coulomb, F F = + k - q 1 R 2 q 2 + F - - F

12 1. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑ µε ηλεκτρικό φορτίο. Η αντίστοιχη δύναµη είναι µόνο ΕΛΚΤΙΚΗ ή ΑΠΩΣΤΙΚΗ 2. Εµφανίζεται µε δύο τύπους. ΘΕΤΙΚΟ και ΑΡΝΗΤΙΚΟ 3. Είναι δυνατόν να ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΤΕΙ από ένα σώµα σε ένα άλλο 4. ΜΕΤΑΚΙΝΕΙΤΑΙ µέσα σε αγώγιµα υλικά 5. Θεωρείται ΠΟΣΟΤΗΤΑ την οποία µπορούµε να µετρήσουµε

13 6. Εφόσον βρίσκεται σε κίνηση ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑ µε ΜΑΓΝΗΤΕΣ 7. Είναι δυνατόν να ΑΠΟΘΗΚΕΥΘΕΙ 8. ΔΕΝ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙΤΑΙ ούτε καταστρέφεται 9. Είναι πάντοτε ΑΚΕΡΑΙΟ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΟ του ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΟΥΣ ηλεκτρικού φορτίου 10. Ως ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΕΣ, µεταφέρεται από δύο συγκεκριµένα σωµατίδια, το ΠΡΩΤΟΝΙΟ και το ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ.

14 ώς ύ «ό» ό ί ; ό

15 Η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Τι λέγεται ηλεκτρικό πεδίο ; Πώς δηµιουργείται ; Πώς περιγράφεται ;

16 ό ί ; ή ; Από ηλεκτρικό φορτίο το οποίο θα θεωρείται η ΠΗΓΗ του πεδίου επισκέπτης µε ηλεκτρικό φορτίο F Χώρος στον οποίο ασκείται ΔΥΝΑΜΗ σε οποιονδήποτε «επισκέπτη» µε ηλεκτρικό φορτίο ώς ί έ ό ί ;

ασκείται ΔΥΝΑΜΗ» + Q F - q την ασκεί «το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ που έχει δηµιουργηθεί από

17 ς ί ή ύ ; Τα δύο φορτία Q και q αλληλεπιδρούν. Ένας τρόπος για να περιγράψουµε την αλληλεπίδραση είναι να πούµε ότι «στο q ασκείται ΔΥΝΑΜΗ» + Q F - q την ασκεί «το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ που έχει δηµιουργηθεί από το φορτίο Q» ά ά, Michael Faraday, 1820 την ασκεί «το φορτίο Q... ακαριαία και από απόσταση» ά ά, έ ς 1784, Charles Coulomb

18 για να περιγράψει το φαινόµενο ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ στη δική της γλώσσα, η Φυσική επινόησε διάφορες έννοιες ύ ό ς ό ές ί έ ΔΥΝΑΜΗ ά 150 ό «ώ» έ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

19 Για να περιγράψουµε την αλληλεπίδραση του µήλου µε τον πλανήτη Γη µπορούµε να πούµε είτε ότι η Γη το πεδίο βαρύτητας - ασκεί ΔΥΝΑΜΗ στο µήλο είτε ότι το µήλο στο πεδίο της Γης έχει βαρυτική ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Για να περιγράψουµε αυτό που θα συµβεί εάν αφήσουµε το µήλο να πέσει µπορούµε να πούµε είτε ότι θα κινηθεί προς την κατεύθυνση της δύναµης βάρος είτε ότι θα κινηθεί έτσι ώστε να ελαττωθεί η δυναµική του ενέργεια

20 Πώς περιγράφεται ένα ηλεκτρικό πεδίο ; έ ΕΝΤΑΣΗ ί ί ό ς ς έ ς έ ς ό έ ί ό ς ς έ ς έ ς ό Με τη γεωµετρική έννοια ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ

21 έ ό ί ί ί έ ό ί q έ ς Α ί q ί η τιµή, F, της δύναµης θα είναι ανάλογη µε την τιµή του q θα είναι ίση µε «κάτι» επί «q» F = E q Το «κάτι» είναι ΤΟ ΜΕΤΡΟ - η τιµή - της ΕΝΤΑΣΗΣ του πεδίου στο σηµείο Α. Περιγράφει το «πόσο ισχυρό» είναι το πεδίο «εκεί» η κατεύθυνση της δύναµης θα είναι πάντα η ίδια ανεξάρτητα από το πόσο µεγάλη είναι η τιµή του q η σταθερή αυτή κατεύθυνση της δράσης όλων των δυνάµεων σε οποιοδήποτε θετικό φορτίο βρεθεί στο σηµείο Α είναι ένα χαρακτηριστικό στοιχείο του σηµείου Α και λέγεται ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ του πεδίου στο σηµείο Α

22 ό ά ί q, ά ά ή ί ί ά έ ί U/q ή έ έ ό ί ί ί έ ί q έ ς ή Α U = V q η τιµή, U, της ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ θα είναι ανάλογη µε την τιµή του q θα είναι ίση µε «κάτι» επί «q» Το «κάτι» είναι η τιµή V του ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Το Δυναµικό έχει ως µονάδα µέτρησης το ένα βολτ, 1 V. Η τιµή του δυναµικού µπορεί να είναι θετική ή αρνητική Η τιµή της ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ του σωµατιδίου µπορεί να είναι θετική ή αρνητική. Εφόσον είναι αρνητική περιγράφει το «πόσος κόπος» απαιτείται για να «στείλουµε» το σωµατίδιο µε το φορτίο q εκτός πεδίου. Εφόσον είναι θετική περιγράφει το «πόσος κόπος» απαιτήθηκε για να βρεθεί το σωµατίδιο στο σηµείο Α προερχόµενο από περιοχή εκτός πεδίου.

23 ί ό ό ό ώ ό ί ά ός έ «έ» ή, έ ό ί ί έ ό. έ,, Η εννοιακή οικοδόµηση της περιγραφής του πεδίου γίνεται έτσι ώστε ά ό ί ί, «έ» µία ΕΝΤΑΣΗ Α V Α = 50 βολτ Β V Β = 30 βολτ Ε Β = 8 Ν/C και ένα ΔΥΝΑΜΙΚΟ Γ V Γ = 45 βολτ Δ V Δ = 26 βολτ

24 Όλοι µας έχουµε ανάγκη την εικόνα Μας βοηθάει να κατανοήσουµε το αόρατο Την τρίτη δεκαετία του 19ου αιώνα, ο Michael Faraday πρότεινε να εικονογραφήσουµε το αόρατο πεδίο µε ΓΡΑΜΜΕΣ. Η ΙΔΕΑ ήρθε στη σκέψη του από την ΕΜΠΕΙΡΙΑ µε µαγνήτη και σιδηρορινίσµατα. «Είδε» τα ρινίσµατα να ξαπλώνουν πάνω σε ΓΡΑΜΜΕΣ. Τις είπε ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Και η ιδέα επεκτάθηκε και σε ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ηλεκτρικού πεδίου είναι µια γραµµή σε κάθε σηµείο της οποίας το διάνυσµα της ΕΝΤΑΣΗΣ είναι εφαπτόµενο Η πυκνότητα των δυναµικών µας δίνει πληροφορία για την τιµή της ΕΝΤΑΣΗΣ. Όπου είναι πυκνότερες είναι περιοχή µεγαλύτερης έντασης Εφόσον οι δυναµικές γραµµές είναι ευθείες το διάνυσµα της έντασης θα είναι «ξαπλωµένο»

25 Το πιο απλό πεδίο του Κόσµου ή ς ύ ύ ό = V = k k Q R 2 Q R ή ύ ύ ό είναι αυτό που έχει ως πηγή ένα σηµειακό φορτίο Ας δούµε την περίπτωση που το φορτίο πηγή είναι ΑΡΝΗΤΙΚΟ Q < 0 Οι φυσικοί το λένε και ΠΕΔΙΟ COULOMB

26 Το πεδίο Coulomb εάν η πηγή είναι ΘΕΤΙΚΟ φορτίο

27 Υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο µε τις δυναµικές γραµµές ΠΑΡΑΛΛΗΛΕΣ ; Και πώς µπορούµε να φτιάξουµε ένα τέτοιο πεδίο; Ίσως µε δύο σηµειακά φορτία; ί ό ί.. ί έ Ό ό ί έ ά ή ά ό

28 Δηλαδή στο ΟΜΟΓΕΝΕΣ ηλεκτρικό πεδίο όλα τα σηµεία έχουν την ίδια ΕΝΤΑΣΗ και το ίδιο ΔΥΝΑΜΙΚΟ 40V 50V 60V 70V 80V 90V Τι θα πει ΟΧΙ.. ΟΧΙ.. ΟΧΙ ; ό ς ύ ό. ό ύ ά ό ά ύ ύ ί ί ί ό ς Έ ί ς V V = E d ό ά ς έ ό. ά ή ς ς ής ής ς ς,

29 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ και κρυµµένη πίσω από το παραβάν βρίσκεται η πηγή του. Τι υπάρχει άραγε πίσω από το παραβάν ; ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ διαφορετικό από το προηγούµενο και πίσω από το παραβάν βρίσκεται η πηγή του ( ; ) ή ί ί ύ ά ί ή ί ί έ ά ί

30 αποθήκη ΗΛΕΚΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ αποθήκη ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ηλεκτρικού πεδίου

Οι δύο αγωγοί είναι δυνατόν να φορτίζονται µε αντίθετο ή φορτίο ή ά, ό ή ά ά ά

31 ί Και πώς γίνεται αυτό; ή ί ό ά ί ί ύ ί. 18 ώ έ ό - 18 ώ - ό ί Ά έ capacitor, ά condensateur ίς έ ά ή έ ί ί ή ή ό ές ές ά ή έ ί ς Οι δύο αγωγοί είναι δυνατόν να φορτίζονται µε αντίθετο ή φορτίο ή ά, ό ή ά ά ά ς έ ό. Έ ά ί έ Άκου.. ΠΥΚΝΩΤΗΣ Τι παράξενη λέξη.. Γιατί τον λένε έτσι ; Και τι είναι ο ΠΥΚΝΩΤΗΣ ;

32 Κι αν τον φορτίσουµε µε 6 βολτ ΠΟΣΟ ΦΟΡΤΙΟ θα... ; Τι είναι πάλι αυτοί οι ΟΠΛΙΣΜΟΙ; Πόλεµο έχουµε; Έ κάτι καταλαβαίνουµε κι εµείς Μπορεί και να µου ανέβασες το ηθικό αλλά νοµίζω ότι πάλι κατάλαβα. ΦΟΡΤΙΟ ΠΥΚΝΩΤΗ = ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΕΠΙ ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Κι αν η µπαταρία είναι 6 βολτ η διαφορά δυναµικού µεταξύ των δύο ΟΠΛΙΣΜΩΝ θα είναι 6 βολτ; Έ έ ί ή Έ ώ ά ό ό armature ές ές ί ς ύ ό έ ί έ ς έ έ. ό ί 4 ά ί ί 24 C έ ό ό ς ί ς έ, ό ό ά ής ί

33 ά ής ί ό. ό συµβολίζεται µε το γράµµα C ό έ ά έ ς έ ά, 1F Γιατί διάλεξαν το γράµµα C ; ίς ή ς ί ύ ί ό ό ς έ ς capacitance ύ Ά ό ς έ ς capacité ύ ό ί Δηλαδή πώς πρέπει να απαντήσω αν µε ρωτήσουν «τι λέγεται ά ό ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ί ό ς έ ενός πυκνωτή» ; ά ή = C = Q V Αν δηλαδή οι µπάτσοι σταµατήσουν έναν πυκνωτή στο δρόµο και του ζητήσουν ταυτότητα αυτός πρέπει να δείξει τη ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ του ;

34 Και από τι ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ η τιµή της χωρητικότητας ενός πυκνωτή ; ό ά ί ό ή ά ά ς ύς Αν δηλαδή τριπλασιάσουµε την απόσταση των δύο οπλισµών η χωρητικότητα θα υποτριπλασιαστεί Αυτό το «γεωµετρικά στοιχεία» δεν µου λέει τίποτα ό ά ής ί ί ς - ύ ή ί ί ές ώ ς ά ς έ ς ά ά ώ ά ί ό έ C = ε 0 ε S l S ά ό ά ύ l ύ ς ό ό ή ά «ί ό ώ. 0 ί ό ά.

35 Το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισµένου πυκνωτή είναι βέβαια ΠΗΓΗ ηλεκτρικού πεδίου Αν ο πυκνωτής είναι επίπεδος το ηλεκτρικό πεδίο µεταξύ των οπλισµών του είναι ΟΜΟΓΕΝΕΣ Να πώς µπορούµε να φτιάξουµε ένα ΟΜΟΓΕΝΕΣ ηλεκτρικό πεδίο

36 Πώς είναι; Πώς θα µπορούσα να φτιάξω έναν πυκνωτή; Πόσο θα µου στοιχίσει ; Αν πάω στο σούπερµάρκετ και.... Ναι αλλά αυτός ο «δικός µου» πυκνωτής δεν θα µοιάζει µε αυτούς που έχω δει ά ς ί ό, ό ς ύ ό ύ ά ς ά ά ς έ ύ ό ί ή έ ς ύ έ ή 3,5 Ξέρω ότι το πάχος ενός φύλλου χαρτιού σαν αυτό που λες είναι 0,1 mm. Αν µετρήσω µε ένα υποδεκάµετρο τις διαστάσεις του ενός φύλλου του αλουµινόχαρτου θα µπορέσω να υπολογίσω τη χωρητικότητα του πυκνωτή µου. Πόσο είναι η διηλεκτρική σταθερά του χαρτιού; ς ί ί ές έ ς έ ς ώς ί «έ»

37 ς ό ό ς ό ό ό ( ό ) ά ά ύ ί ( ί ) ό

φορτισµένος σε διεργασία ΕΚΦΟΡΤΙΣΗΣ πώς γίνεται η εκφόρτισή του

38 Ένας πυκνωτής µπορεί να είναι αφόρτιστος Να ΑΝΑΨΕΙ ένα λαµπάκι; Και που τη βρίσκει την ενέργεια; σε διεργασία ΦΟΡΤΙΣΗΣ φορτισµένος σε διεργασία ΕΚΦΟΡΤΙΣΗΣ πώς γίνεται η εκφόρτισή του ; ύ ά. ί ς έ ώ έ ς ώ ς ύ ύς ά ί έ ς ά έ ή ό ί ά έ ά.. για λίγο βέβαια ύ ή ώ

39 λένε οι φυσικοί ότι κάθε φορτισµένος πυκνωτής είναι «αποθήκη ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ» Μπορούν και υπολογίζουν µάλιστα ότι η ενέργεια αυτή είναι ίση µε 1 2 C V 2 V, η ΤΑΣΗ ( ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ) µεταξύ των δύο οπλισµών του C, η ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ του

Σχετικά έγγραφα

Ηλεκτρισμός: Το φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου

Ηλεκτρισμός: Το φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου TINA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 «Ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις -Ηλεκτρικό φορτίο» ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο «Απλά ηλεκτρικά κυκλώματα» ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο «Ηλεκτρική ενέργεια» 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ