ΓΓ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 2ο: Ηλεκτρικό ρεύμα

Transcript

1 ΓΓ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ Τεύχος 2ο: Ηλεκτρικό ρεύμα

2 ΕΚΔΟΤΙΚΕΣ ΤΟΜΕΣ ΟΡΟΣΗΜΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΗ ΕΚΔΟΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΚΑΙ ΤΟ ΛΥΚΕΙΟ Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α Φυσική για την Γ' Τάξη του Γυμνασίου 1. Το ηλεκτρικό ρεύμα - Ηλεκτρική αγωγιμότητα σελ Το ηλεκτρικό ρεύμα - Αιτίες δημιουργείας του σελ Νόμος του Ωμ και αντίσταση - Αντίσταση - Το ηλεκτρικό δίπολο σελ Εφαρμογές στη μελέτη ηλεκτρικών κυκλωμάτων σελ. 54

3 Το ηλεκτρικό ρεύμα - Ηλεκτρική αγωγιμότητα Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα; Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρισμένων σωματιδίων. Ειδικότερα, στους μεταλλικούς αγωγούς το ηλεκτρικό ρεύμα είναι προσανατολισμένη κίνηση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων. Τι ονομάζουμε ηλεκτρικό κύκλωμα; Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται κάθε διάταξη που αποτελείται από αγώγιμους δρόμους μέσα από τους οποίους μπορεί να διέλθει ηλεκτρικό ρεύμα. Πως η μπαταρία προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα μεταλλικό σύρμα; Σε κάθε μπαταρία, υπάρχουν δύο αντίθετα φορτισμένες περιοχές τις οποίες ονομάζουμε ηλεκτρικούς πόλους ή αλλιώς ηλεκτρόδια. Μεταξύ των πόλων της μπαταρίας υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο, για αυτό αν συνδέσουμε τους πόλους με μεταλλικό σύρμα, ασκείται ηλεκτρική δύναμη στα ηλεκτρισμένα σωματίδια του σύρματος. Τα αρνητικά σωματίδια κινούνται από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο της μπαταρίας και στο σύρμα εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Πως διαπιστώνουμε την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα σύρμα; Όταν το σύρμα διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, τα αρνητικά σωματίδια κατά την κίνησή τους συγκρούονται με τα θετικά. Μετά από κάθε σύγκρουση, τα θετικά σωματίδια κινούνται εντονότερα και η θερμοκρασία του αυξάνεται. Αν το σύρμα είναι πολύ λεπτό, όπως στις λάμπες πυρακτώσεως, τότε το σύρμα φωτοβολεί. Χρησιμοποιώντας μία λάμπα πυρακτώσεως, μπορούμε να διαπιστώσουμε την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος.

4 32 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Πότε ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται κλειστό και πότε ανοικτό; Κλειστό κύκλωμα είναι το κύκλωμα στο οποίο τα αρνητικά σωματίδια μπορούν να ακολουθήσουν μία κλειστή διαδρομή. Αν στο κλειστό κύκλωμα υπάρχει μπαταρία, αυτό διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Ανοιχτό ονομάζεται το κύκλωμα στο οποίο τα αρνητικά σωματίδια δεν μπορούν να ακολουθήσουν μία κλειστή διαδρομή. Στα ανοιχτά κυκλώματα δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα κλειστό κύκλωμα μετατρέπεται σε ανοιχτό και αντίστροφα, με τη χρήση του διακόπτη. Τι είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα; Η ηλεκτρική αγωγιμότητα μας δείχνει πόσο εύκολα μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρισμένα σωματίδια σε ένα υλικό. Για παράδειγμα: Στα χάλκινα σύρματα, τα αρνητικά σωματίδια κινούνται ευκολότερα από ότι στα σιδερένια. Αυτο συμβαίνει γιατί ο χαλκός έχει μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από το σίδηρο. Ποια υλικά ονομάζονται αγωγοί, μονωτές, ημιαγωγοί; Αγωγοί είναι τα υλικά με μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στους αγωγούς τα ηλεκτρισμένα σωματίδια κινούνται με μεγάλη ευκολία. Οι πιο συνηθισμένοι αγωγοί είναι τα μέταλλα, π.χ. άργυρος, χαλκός, σίδηρος. Μονωτές είναι τα υλικά με πάρα πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στους μονωτές τα ηλεκτρισμένα σωματίδια κινούνται με πολύ μεγάλη δυσκολία. Ορισμένοι μονωτές είναι το ξύλο, το γυαλί, το λάστιχο. Ημιαγωγοί είναι τα υλικά των οποίων η ηλεκτρική αγωγιμότητα δεν είναι τόσο μικρή όσο των μονωτών, ούτε τόσο μεγάλη όσο των αγωγών. Ορισμένοι ημιαγωγοί είναι το γερμάνιο και το πυρίτιο.

5 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 33 Πως περιγράφεται η λειτουργία ενός κλειστού κυκλώματος με την έννοια της ενέργειας; Στα ηλεκτρισμένα σωματίδια που κινούνται κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος ασκείται ηλεκτρική δύναμη, άρα έχουν και δυναμική ενέργεια. Η δυναμική ενέργεια των ηλεκτρισμένων σωματιδίων ονομάζεται ηλεκτρική. Όταν τα αρνητικά ηλεκτρισμένα σωματίδια κινούνται, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε ισοδύναμη κινητική. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι η κινητική ενέργεια των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα κλειστό κύκλωμα είναι ίση με την ηλεκτρική ενέργεια. Ποιες συσκευές ονομάζονται ηλεκτρικές πηγές; Ηλεκτρική πηγή ονομάζεται κάθε συσκευή στην οποία μία μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Να αναφέρετε ορισμένες ηλεκτρικές πηγές, καθώς και τις μετατροπές ενέργειας που συμβαίνουν σε αυτές. Ορισμένες ηλεκτρικές πηγές είναι: Μπαταρία: Η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Ηλεκτροστατική γεννήτρια: Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Φωτοστοιχείο: Η ενέργεια του φωτός μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Θερμοστοιχείο: Η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Ποιες συσκευές ονομάζονται καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας; Καταναλωτές ονομάζονται οι ηλεκτρικές συσκευές στις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλου είδους ενέργεια.

6 34 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Να αναφέρετε ορισμένους καταναλωτές, καθώς και τις μετατροπές ενέργειας που πραγματοποιούνται σε αυτούς. Ορισμένοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας είναι: Ηλεκτρικός κινητήρας: Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική. Ηλεκτρόλυση: Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. Σύρμα: Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική. Ποια είναι η πραγματική και ποια η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα; Η πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των αρνητικών σωματιδίων, δηλαδή, από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της πηγής. Συμβατική φορά είναι η φορά κίνησης των θετικών σωματιδίων, δηλαδή από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της πηγής. Η πραγματική και η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος.

7 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 35 Ανακεφαλαίωση: Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρισμένων σωματιδίων. Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται κάθε διάταξη που αποτελείται από αγώγιμους δρόμους μέσα από τους οποίους μπορεί να διέλθει ηλεκτρικό ρεύμα. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα μας δείχνει πόσο εύκολα μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρισμένα σωματίδια σε ένα υλικό. Αγωγοί είναι τα υλικά με μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα, ενώ μονωτές τα υλικά με πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ηλεκτρική πηγή ονομάζεται κάθε συσκευή στην οποία μία μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Καταναλωτές ονομάζονται οι ηλεκτρικές συσκευές στις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλου είδους ενέργεια. Η πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο της πηγής, ενώ η συμβατική είναι από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της πηγής.

8 36 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Λυμένες ασκήσεις: 7. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Στους μεταλλικούς αγωγούς το ηλεκτρικό ρεύμα είναι προσανατολισμένη κίνηση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων. β. Όταν ένα κύκλωμα είναι κλειστό, δε διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. γ. Οι μονωτές έχουν πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα. δ. Στις μπαταρίες η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Λύση α. Η πρόταση είναι σωστή. β. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί τα κλειστά ηλεκτρικά κυκλώματα διαρρέονται από ρεύμα. γ. Η πρόταση είναι σωστή. δ. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί στις μπαταρίες η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. 8. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Σε κάθε μπαταρία, υπάρχουν δύο αντίθετα φορτισμένες περιοχές τις οποίες ονομάζουμε.... β. Ένα κύκλωμα μετατρέπεται από κλειστό σε ανοιχτό και αντίστροφα, με τη χρήση του.. γ... είναι τα υλικά με μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα. δ. Στην ηλεκτρόλυση η.. ενέργεια μετατρέπεται σε.. Λύση α. ηλεκτρικοί πόλοι β. διακόπτη γ. αγωγοί δ. ηλεκτρική, χημική

9 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 37 Ασκήσεις για λύση: 10. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Όταν ένα μεταλλικό σύρμα διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, η θερμοκρασία του αυξάνεται. β. Όταν σε ένα κλειστό κύκλωμα υπάρχει ηλεκτρική πηγή, αυτό διερρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. γ. Το πυρίτιο είναι ημιαγωγός του ηλεκτρισμού. δ. Η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος αντιστοιχεί στη φορά κίνησης των αρνητικών σωματιδίων. 11. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Η.... μας δείχνει πόσο εύκολα μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρισμένα σωματίδια σε ένα υλικό. β. Ηλεκτρική πηγή ονομάζεται κάθε συσκευή στην οποία μία μορφή.. μετατρέπεται σε.. γ. Στους ηλεκτρικούς κινητήρες η.. ενέργεια μετατρέπεται σε.. δ. Η πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των.. σωματιδίων. 12. Ποιο από τα παρακάτω υλικά είναι μονωτής; α. αλουμίνιο β. γυαλί γ. άργυρος δ. πυρίτιο 13. Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική: α. στη μπαταρία β. στο φωτοστοιχείο γ. στην ηλεκτροστατική γεννήτρια δ. στο θερμοστοιχείο

10 38 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Θέμα 1 ο 4 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: α. Τι ονομάζουμε ηλεκτρικό ρεύμα; β. Να συμπληρώσετε τα κενά στην ακόλουθη φράση: Όταν το σύρμα διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, τα... σωματίδια κατά την κίνησή τους συγκρούονται με τα... Μετά από κάθε σύγκρουση, τα... σωματίδια κινούνται εντονότερα και η... του σύρματος αυξάνεται. Θέμα 2 ο α. Ποιες συσκευές ονομάζονται ηλεκτρικές πηγές και ποιες καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας; β. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; 1. Στους ημιαγωγούς, η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι θεωρητικά μηδενική. 2. Η μπαταρία σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα δημιουργεί αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. 3. Στον ηλεκτρικό κινητήρα η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική.

11 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 39 Θέμα 3 ο α. Ποια είναι η πραγματική και ποια η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος; β. Για να διαρρέεται ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα από ηλεκτρικό ρεύμα, είναι απαραίτητη η παρουσία: 1. ηλεκτρικής πηγής 2. ηλεκτρικού λαμπτήρα 3. διακόπτη 4. καταναλωτή ηλεκτρικής ενέργειας Θέμα 4 ο Να περιγράψετε πως η μπαταρία δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα.

12 40 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Θέμα 1 ο 5 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Α. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Στους μεταλλικούς αγωγούς το ηλεκτρικό ρεύμα είναι προσανατολισμένη κίνηση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων. β. Όταν ένα κύκλωμα είναι κλειστό, δε διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. γ. Οι μονωτές έχουν πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα. δ. Στις μπαταρίες η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Β. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. Όταν το υλικό ηλεκτρίζεται με επαφή σε όλη την έκτασή του, το ονομάζουμε... β. Όταν ένα σώμα ηλεκτρίζεται χωρίς να έρθει σε επαφή με το ηλεκτρισμένο σώμα, τότε έχουμε ηλέκτριση με... γ. Στα στερεά σώματα, μπορούν να κινηθούν μόνο τα... σωματίδια. δ. Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναι το... ε. Κάθε... φορτίου είναι ίσο με 1, C. Θέμα 2 ο α. Να περιγράψετε τους τρόπους ηλέκτρισης που γνωρίζετε. β. Ποια σώματα λέγονται αγωγοί και ποια μονωτές.

13 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 41 Το ηλεκτρικό ρεύμα - Αιτίες δημιουργείας του Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα; Η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων καλείται ηλεκτρικό ρεύμα. Για παράδειγμα στους μεταλλικούς αγωγούς υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια τα οποία, με τη βοήθεια ηλεκτρικής πηγής, κινούνται προς μια κατεύθυνση. Ποια είναι η φορά του ηλεκτρικού ρεύματος στους μεταλλικούς αγωγούς; Στους μεταλλικούς αγωγούς η φορά ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των ελεύθερων ηλεκτρονίων που καλείται πραγματική φορά. Η αντίθετη φορά λέγεται συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος. Παρατήρηση! Ο συμβολισμός της φοράς του ηλεκτρικού ρεύματος δίνει τη συμβατική φορά και είναι πάντα από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της ηλεκτρικής πηγής. Σε όλα τα φαινόμενα η- λεκτρικού ρεύματος έχουμε μετατροπή ενέργειας από μια μορφή σε άλλη. Ποια είναι τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος; Θερμικά αποτελέσματα: αγωγός που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα θερμαίνεται (π.χ. θερμοσίφωνας). Χημικά αποτελέσματα: η ηλεκτρόλυση (π.χ. μπαταρία αυτοκινήτου).

14 42 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Ηλεκτρομαγνητικά αποτελέσματα: αγωγός που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα επηρεάζει τη μαγνητική βελόνα δημιουργώντας μαγνητικό πεδίο (π.χ. ηλεκτρογεννήτρια). Ποιά είναι η αιτία δημιουργίας ηλεκτρικού ρεύματος; Παρατήρηση! Το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρει την ενέργεια από την πηγή στον καταναλωτή. Ι = Δq / Δt Παρατήρηση! Η πηγή είναι αιτία δημιουργίας του ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν μια πηγή (π.χ. μπαταρία) συνδέεται στο κύκλωμα δημιουργεί (λόγω διαφοράς δυναμικού στα άκρα της) ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό έχει ως συνέπεια να ασκούνται δυνάμεις στα ηλεκτρόνια και να τίθενται σε κίνηση, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Εάν είναι άγνωστος το Δt: Τι ονομάζεται ένταση ηλεκτρικού ρεύματος; Εφαρμόζοντας διαφορά δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα (κίνηση ηλεκτρονίων). Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια διέρχονται από μια διατομή του αγωγού τόσο περισσότερη ενέργεια μεταφέρεται σε κάποιο χρονικό διάστημα σε ένα τμήμα του αγωγού. Για να μπορέσουμε να μετρήσουμε το πόσο ισχυρό είναι το ρεύμα ορίζουμε: Ένταση (Ι) ηλεκτρικού ρεύματος είναι το μονόμετρο μέγεθος που είναι ίσο με το πηλίκο του φορτίου (Δq) που διέρχεται από μια διατομή ενός αγωγού σε κάποιο χρονικό διάστημα προς το χρονικό διάστημα Δt. Δq q I I Δt t Μονάδα μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος στο S.I. είναι το 1Ampere (όταν 1C 1A ) 1s Δq Δt = I Εάν είναι άγνωστος το I: Δq I = Δt Εάν είναι άγνωστος το Δq: Δq = I Δt

15 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 43 Μονάδες μέτρησης έντασης ηλεκτρικού ρεύματος: 1A 1mA 3 10 A 6 1μA 10 A Tα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος λέγονται αμπερόμετρα. Η ένταση είναι ανάλογη του φορτίου που διέρχεται από μια διατομή ενός αγωγού σε κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. 1. Στους μεταλλικούς αγωγούς κινούνται τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. 2. Η φορά κίνησης των ηλεκτρονίων καλείται πραγματική φορά ηλεκτρικού ρεύματος (η αντίθετη ονομάζεται συμβατική). 3. Αιτία δημιουργίας ηλεκτρικού ρεύματος είναι η διαφορά δυναμικού που δημιουργείται από μια πηγή σε ένα κύκλωμα. 4. Αποτέλεσμα της διαφοράς δυναμικού σε ένα κύκλωμα είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. 5. Οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος μεταφέρουν ενέργεια από την πηγή στα στοιχεία του κυκλώματος. 6. Ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι το φορτίο που διέρχεται από μια Δq διατομή αγωγού προς τον χρόνο που χρειάζεται για να διέλθει I. Δt Το φορτίο αυτό είναι ίσο με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που διέρχονται επί το φορτίο τους Ανακεφαλαίωση: Δq N e e.

16 44 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Ερωτήσεις: 1. Να συμπληρώσεις τα κενά: Η... κίνηση των... σωματιδίων, λέγεται ηλεκτρικό Στο ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται μια πληθώρα φαινομένων, όπως:... φαινόμενα.... φαινόμενα.... φαινόμενα. 3. Ποιά από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Μέσα σε ένα μεταλλικό αγωγό μπορούν να κινηθούν ελεύθερα: α. Μόνο τα θετικά φορτία. β. Τα θετικά φορτία και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. γ. Μόνο τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. δ. Κανένα από τα παραπάνω. 4. Να σημειώσεις ποιές από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές. α. Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλείται από τη διαφορά δυναμικού. β. Το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρει ενέργεια. γ. Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί θερμικά φαινόμενα. δ. Το ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται στην κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. 5. Ποιά από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; α. Για τη μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος σε κάποιο κύκλωμα χρησιμοποιούμε το αμπερόμετρο β. Η πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των θετικών φορτίων. γ. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται σε Volt. δ. Για τη μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος σε κάποιο κύκλωμα χρησιμοποιούμε το βολτόμετρο.

17 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Να γίνουν οι αντιστοιχίσεις: Στήλη Α Στήλη Β Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος J Διαφορά δυναμικού C Ηλεκτρικό φορτίο Α Ηλεκτρική ενέργεια V

18 46 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Λυμένες ασκήσεις: 9. Μέσα σε ένα καλώδιο διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα έντασης I = 2,5A, σε χρόνο Δt = 20s. α. Πόσο φορτίο πέρασε από το καλώδιο; β. Με πόσα ηλεκτρόνια αντιστοιχεί αυτό το φορτίο; γ. Σε χρόνο Δt = 2min, πόσο φορτίο θα έχει περάσει; Δίνεται το φορτίο του ηλεκτρονίου Λύση -19 e = 1,6 10 C. Δq α. Γνωρίζουμε ότι I Δq Ι Δt Δq 2,5Α 20s Δq 50C. Δt β. Το συνολικό φορτίο Δq έχει την εξής σχέση με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου: Δq 50C Δq N e N N N 31, e 1,6 10 C 19 ηλεκτρόνια. 19 γ. Ο χρόνος είναι Δt ' 2min Δt ' 2 60s Δt ' 120s. Επίσης Δq' I Δq ' I Δt ' Δq ' 2,5A 120s Δq ' 300C Δt ' 10. Από μια διατομή του σύρματος μιας λάμπας πυράκτωσης διέρχεται -1 φορτίο q = 9,6 10 C σε χρόνο 0,1s. α. Πόση είναι η ένδειξη του αμπερόμετρου που θα συνδεθεί με τη λάμπα; β. Σε πόσο χρόνο διέρχεται N e = 10 ηλεκτρόνια από τη διατομή του σύρματος. (Δίνεται -19 e = 1,6 10 C ) 18

19 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 47 Λύση α. Το αμπερόμετρο μετράει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος στο κύκλωμα. Άρα: 1 q 9,6 10 C I I I 9,6A t 0,1s β. Αφού η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι I 9,6A έχουμε q q I t t I αλλά το φορτίο q είναι ίσο q N e (Ι). Άρα: (I) q N e 10 1,6 10 C t t t t 0,017s I I 9,6A

20 48 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Ασκήσεις για λύση: 14. Mέσα από ένα καλώδιο περνά ηλεκτρικό φορτίο Δq = 4C σε χρόνο Δt = 50s. Πόση είναι η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το καλώδιο; 15. Όταν λειτουργεί μια λάμπα, διαρρέεται από ρεύμα έντασης I = 0,3A. Σε χρόνο Δt = 1h, πόσο ηλεκτρικό φορτίο περάσε μέσα από τη λάμπα; 16. Ένας αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό φορτίο Δq = 10C σε χρόνο Δt = 30min. α. Πόση είναι η ένταση του ρεύματος, που τον διαρρέει; β. Σε χρόνο Δt 1,5h, πόσο ηλεκτρικό φορτίο θε περάσει μέσα από τον αγωγό; γ. Όταν έχει περάσει φορτίο Δq 2C, πόσος χρόνος Δt θα έχει χρειαστεί; 17. Μια ηλεκτρική συσκευή διαρρέεται από ρεύμα έντασης 500mΑ. α. Να εκφράσετε αυτό το ρεύμα σε Α και σε ΚΑ. β. Πόσο φορτίο περνά μέσα από τη συσκευή, αν αυτή λειτουργεί συνεχώς για 5,5h; γ. Μετά από πόσο χρόνο θα περάσει μέσα από τη συσκευή συνολικό φορτίο Δq 100mC. 18. Μια ηλεκτρική συσκευή διαρρέεται από ρεύμα τέτοιας εντάσεως, ώστε 15 μέσα σε χρόνο Δt = 25s να διέρχονται από τη συσκευή N = 10 ηλεκτρόνια. α. Σε πόσο φορτίο αντιστοιχεί αυτός ο αριθμός των ηλεκτρονίων; β. Πόση είναι η ένταση του ρεύματος, που διαρρέει τη συσκευή; γ. Μετά από πόσο χρόνο θα έχει διέλθει από τη συσκευή ηλεκτρικό φορτίο Δq 400mC; 19 Δίνεται ότι κάθε ηλεκτρόνιο έχει φορτίο q 1,6 10 C (σε απόλυτη τιμή). e

21 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 49 6 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Ερώτηση 1 1. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; α. Μέσα από ένα λαμπτήρα διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα. β. Μέσα από ένα λαμπτήρα διέρχεται διαφορά δυναμικού. γ. Το ηλεκτρικό ρεύμα στους μεταλλικούς αγωγούς οφείλεται και στα θετικά φορτία. δ. Για να μετρήσουμε το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιούμε αμπερόμετρο, το οποίο λειτουργεί στηριζόμενο στα χημικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος. 2. Να συμπληρώσεις τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: Το ηλεκτρικό ρεύμα στους μεταλλικούς αγωγούς οφείλεται Μετριέται σε... και ισχύει... Για τη μέτρησή του χρησιμοποιούμε... το οποίο... στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Ερώτηση 2 1. Ποια ειναι τα φαινόμενα που προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα. Να δώσετε και από ένα παράδειγμα. 2. Πώς ορίζεται η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού ρεύματος; 3. Δίνεται ρεύμα έντασης I = 0,4KA. Να μετατρέψετε αυτό το ρεύμα σε Α.

22 50 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Άσκηση 1 Μέσα από ένα νήμα βολφραμίου διέρχεται ηλεκτρικό φορτίο Δq = +0,5mC σε χρόνο Δt = 2s. Να βρείτε την ένταση του ρεύματος. Άσκηση 2 Ένας φακός, όταν λειτουργεί, διαρρέεται από ρεύμα I = 40mA. á. Πόσα φορτία περνούν σε χρόνο Δt 20min ; β. Για πόσο χρόνο πρέπει να λειτουργεί ο φακός, ώστε να περάσουν από μέσα του συνολικά 25 N 10 ηλεκτρόνια;

23 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 51 Νόμος του Ωμ και αντίσταση - Αντίσταση - Το ηλεκτρικό δίπολο Ποιά σχέση συνδέει την ηλεκτρική τάση με την ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα αγωγό; (Νόμος του Ohm). Η ένταση (Ι) του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό είναι ανάλογη της διαφοράς δυναμικου που εφαρμόζεται στα άκρα του. Ποιά γραφική παράσταση δίνει την σχέση έντασης (Ι) τάσης (V) στα άκρα ενός αγωγόυ; Η γραφική παράσταση δείχνει τη σχέση τάσης και έντασης που είναι ποσά άναλογα. Όταν μεγαλώνει η τάση δηλαδή η ενέργεια που έχουν τα ηλεκτρόνια φυσικό είναι να κινούνται γρήγορα, άρα να περνούν από τον αγωγό περισσότερα με αποτέλεσμα να μεγαλώνει και η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. 1Ω είναι η μονάδα αντίστασης του αγωγού. Πολλαπλάσια της μονάδας Ωμ είναι: 1KΩ κιλοώμ 1ΜΩ μεγαώμ Παρατήρηση! 3 10 Ω 6 10 Ω Τι λέγεται αντίσταση αγωγού; Μονάδα αντίστασης; Η δυσκολία διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος από ένα αγωγό λέγεται αντίσταση, συμβολίζεται με R και είναι ίση με το πηλίκο της τάσης στα άκρα του αγωγού προς την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό. Ω Α όπου R : αντίσταση V R όπου V : τάση V I όπου I : ένταση

24 52 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 1Ω (Ωμ) είναι η αντίσταση του αγωγού ο οποίος διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα έντασης 1Α όταν στα άκρα του εφαρμόζεται τάση 1V. Ποιά είναι η μαθηματική έκφραση του νόμου του Ωμ; Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό είναι ανάλογη της τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα του αγωγού με σταθερή αναλογία το 1 R δηλαδή: 1 I V R 1 Ι: ένταση, V: τάση, R : σταθερά. (Το 1 R είναι το αντίστροφο της αντίστασης και εκφράζει την αγωγιμότητα). Ισχύει ο νόμος του Ωμ για όλα τα σώματα που άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα; Ο νόμος του Ωμ ισχύει μόνο για τους μεταλλικούς αγωγούς εφόσον διατηρούν τη θερμοκρασία τους σταθερή, δηλαδή οι αγωγοί αυτοί έχουν σταθερή αντίσταση για κάθε μεταβολή τάσης ή έντασης εφόσον η θερμοκρασία μένει σταθερή. Πώς λέγονται οι αγωγοί για τους οποίους ισχύει ο νόμος του Ωμ; Τι ιδιότητα έχουν; Οι αγωγοί για τους οποίους ισχύει ο νόμος του Ωμ λέγονται αντιστάτες. Έχουν την αντίσταση τους σταθερή σε κάθε θερμοκρασία λειτουργίας τους. Οι αντιστάτες μετατρέπουν εξ ολοκλήρου την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική. R = V / I Εάν είναι άγνωστος το V: V = R I Εάν είναι άγνωστος το R: V R = I Εάν είναι άγνωστος το I: V I = R

25 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 53 Ποια είναι η προέλευση της αντίστασης ενός αγωγού; Η δυσκολία για να περάσουν τα ηλεκτρόνια μέσα από ένα αγωγό είναι η ερμηνεία της προέλευσης της αντίστασης. Παράδειγμα: Όπως κινούνται τα συγκρουόμενα αυτοκινητάκια στο λούνα πάρκ, έτσι κινούνται και τα ηλεκτρόνια μέσα σε ένα αγωγό. Όσα περισσότερα αυτοκίνητα υπάρχουν τόσο μεγαλύτερη δυσκολία κίνησης και μετά κάθε σύγκρουση ξανά επιταχύνουν και ξανά συγκρούονται. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού (ενός αντιστάτη) Η αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού που έχει σταθερό πάχος σε όλο το μήκος του (σταθερή διατομή) εξαρτάται από τους παρακάτω παράγοντες: Είναι ανάλογη του μήκους του αγωγού (L). Είναι αντιστρόφως ανάλογη του εμβαδού Α της διατομής του. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αγωγού. Εξαρτάται από το είδος του υλικού που είναι κατασκευασμένος ο αγωγός - (στη φυσική το εκφράζουμε με το συντελεστή ρ που ονομάζεται ειδική αντίσταση). Η μαθηματική έκφραση είναι: L R ρ A R: αντίσταση (Ω), ρ: ειδική αντίσταση (Ω m), 2 L: μήκος αγωγού (m), Α: εμβαδόν διατομής m.

26 54 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Τι είναι ο ροοστάτης; Πώς λειτουργεί; Ροοστάτης είναι ο αντιστάτης του οποίου η αντίσταση μεταβάλλεται, μεταβάλλοντας το μήκος του με κατάλληλη κατασκευή (δρομέας). Μετακινώντας το δρομέα μεταβάλλεται το μήκος του αντιστάτη άρα μεγαλώνει η αντίσταση του αγωγού ή μικραίνοντας το μήκος μειώνεται η αντίσταση του αγωγού. Εφαρμογές στη μελέτη ηλεκτρικών κυκλωμάτων Ποιοι αντιστάτες λέγεται ότι είναι συνδεδεμένοι σε σειρά; Σε σειρά είναι οι αντιστάτες που διαρρέονται από την ίδια ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος δηλαδή I I1 I2. Πώς εξηγείται αυτό το φαινόμενο; Ισχύει η αρχή της διατήρησης του φορτίου, επειδή το ίδιο φορτίο διαπερνά τον αγωγό στον ίδιο χρόνο. Τι λέγεται ισοδύναμη αντίσταση; Ισοδύναμη λέγεται η αντίσταση ενός αντιστάτη στην οποία όταν εφαρμόσουμε στα άκρα της την ίδια τάση, διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα ίδιας έντασης με το σύστημα των αντιστάσεων που αντικαθιστά.

27 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 55 Τι ισχύει σε σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά; Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος I I1 I2 I3. Η ισοδύναμη αντίσταση R που θα αντικαταστήσει τις R 1,R 2,R 3, είναι: R R1 R 2 R3. Η τάση στα άκρα του συστήματος είναι V V1 V2 V. Για κάθε αντιστάτη 3 ισχύει ο νόμος του Ωμ. Η σχέση V V1 V2 V3 εκφράζει την αρχή διατήρησης της ενέργειας η οποία κατανέμεται αντίστοιχα στους αντιστάτες R 1,R 2,R 3, για την διέλευση των ηλεκτρονίων μέσα από αυτούς. Ποια σύνδεση λέγεται παράλληλη; Παράλληλη λέγεται η σύνδεση που τα άκρα των αντιστάσεων έχουν την ίδια τάση V (διαφορά δυναμικού), δηλαδή V V1 V2 V3 Τι ισχύει για την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος στην παράλληλη σύνδεση; Στην παράλληλη σύνδεση η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με το άθροισμα των εντάσεων που διαρρέουν τους αντιστάτες I I1 I2 I3. Με τι ισούται η ισοδύναμη αντίσταση παράλληλα συνδεδεμένων αντιστατών; Η ισοδύναμη αντίσταση ισούται: R R R R 1 2 3

28 56 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Με τι ισούται για δύο παράλληλα συνδεδεμένους αντιστάτες η ισοδύναμη αντίσταση; Η ισοδύναμη αντίσταση ισούται: R R R 1 2 Παρατήρηση! Μεικτή σύνδεση έχουμε εάν υπάρχει και παράλληλη και σε σειρά σύνδεση στο ίδιο σύστημα. 1 R R 1 R R R R R R R R R R και αν αντιστραφούν R R 1 R 2 R R 2 1. Πώς εργαζόμαστε σε μεικτή σύνδεση για να βρούμε την ισοδύναμη αντίσταση R; Εντοπίζουμε που υπάρχουν σε παραλληλία. R R R 2 3 2,3 R2 R3 αντικαθιστούμε με την ισοδύναμη αντίσταση R 2,3. Υπάρχουν ξεχωριστές σε σειρά. R2,3 R2 R αντικαθιστούμε με την ισοδύναμη 3 α- ντίσταση R. 2,3

29 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 57 Ισοδύναμη αντίσταση συστήματος R R R 1 2,3 Ισοδύναμη αντίσταση συστήματος R R R R R 1 2,3 1 2,3 Τι είναι το βολτόμετρο και πώς συβολίζεται; Το βολτόμετρο είναι το ηλεκτρικό όργανο που μετρά την τάση V (διαφορά δυναμικού) στα άκρα ενός αντιστάτη ή ενός συστήματος αντιστατών. Συμβολισμός: Πώς συνδέεται το βολτόμετρο; Το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα με τον αντιστάτη που θέλουμε να μετρήσουμε στην άκρη του την τάση. Επειδή έχει μεγάλη αντίσταση δεχόμαστε ότι διαρρέεται από ελάχιστο ρεύμα. Τι είναι το αμπερόμετρο και πώς συμβολίζεται σε κύκλωμα; Το αμπερόμετρο είναι το ηλεκτρικό όργανο που μετρά την ένταση του ηλεκτρικού ρέυματος που διαρρέει ένα τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Συμβολισμός:

30 58 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Πώς συνδέεται στο ηλεκτρικό κύκλωμα και τί αντίσταση έχει; Το αμπερόμετρο συνδέεται σε σειρά και θεωρούμε ότι έχει μηδενική αντίσταση. Σύμβολα αναπαράστασης στοιχείων κυκλώματος.

31 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Η αντίσταση R ενός αγωγού εκφράζει τη δυσκολία με την οποία διέρχονται τα ηλεκτρικά φορτία μέσα από τον αγωγό. 2. Ο νόμος του Οhm ισχύει μόνο για μεταλλικούς αγωγούς σταθερής θερμοκρασίας και η μαθηματική έκφρασή του είναι: V I R 3. Η αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού εξαρτάται από τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά, το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένος και τη θερμοκρασία. 4. Στη σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά, οι αντιστάσεις διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα και η ισοδύναμη αντίστασή τους είναι R R1 R2 R3. 5. Στη σύνδεση αντιστάσεων παράλληλα, οι αντιστάσεις έχουν την ίδια τάση στα άκρα τους και η ισοδύναμη αντίστασή τους δίνεται από τον τύπο: R R R R Ανακεφαλαίωση:

32 60 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Ερωτήσεις: 7. Να συμπληρώσεις τα κενά: Η... του ρεύματος, που... έναν αγωγό είναι... της διαφοράς δυναμικού, που... στα άκρα του. 8. Να συμπληρώσεις τα κενά: Αντίσταση ενός αγωγού, ονομάζεται το... της προς την... του... που τον διαρρέει. 9. Να συμπληρώσεις τα κενά: Στο διεθνές σύστημα μονάδων (S.I.) η μονάδα αντίστασης ονομάζεται Να σημειώσεις ποιές από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές. Α. Κατά τη σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά, όλοι οι αντιστάτες έχουν Β. Κατά τη σύνδεση αντιστατών παράλληλα, όλοι οι αντιστάτες έχουν Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Η αντίσταση αγωγού συμβολίζεται με το γράμμα R. β. Η αντίσταση κάθε αγωγού είναι σταθερή. γ. Αντιστάτης είναι μια άλλη ονομασία του τρανζίστορ. δ. 1ΚΩ αντίστασης είναι ίσο με 100Ω. 12. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Η αντίσταση εκφράζει την ευκολία που προβάλλει ένας αγωγός στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από αυτόν. β. Αν στα άκρα δύο αντιστατών, εφαρμόσουμε ίδια τάση, τότε θα διαρρέεται από το μεγαλύτερο ρεύμα ο αντιστάτης με τη μεγαλύτερη αντίσταση. γ. Όταν ηλεκτρόνια κινούνται μέσα σε μεταλλικό αγωγό, συγκρούονται με τα ιόντα του μετάλλου. δ. Η αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού είναι ανεξάρτητη του ρεύματος, που τον διαρρέει. 13. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού: α. Είναι ανάλογη του εμβαδού της διατομής του. β. Είναι ανάλογη με το μήκος του.

33 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 61 γ. Είναι σταθερή και εξαρτάται μόνο από το υλικό, από το οποίο είναι κατασκευασμένος ο αγωγός. 14. Ποιές από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Ο ροοστάτης είναι μια αντίσταση που μεγαλώνει όσο αυξάνεται το μήκος του. β. Ο ροοστάτης χρησιμεύει για τον έλεγχο (ροή) του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κύκλωμα. γ. Μέσα σε ένα κύκλωμα πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των θετικών φορτίων. δ. Σε ένα κύκλωμα οι αντιστάσεις αποτελούν τους καταλύτες ενέργειας. 15. Ποιές από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αντιστάτης είναι: α. Η κρυσταλλοδίοδος. β. Κάθε μεταλλικός αγωγός. γ. Κάθε ηλεκτρονική λυχνία. δ. Το νήμα, που υπάρχει μέσα τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. ε. Το τρανζίστορ, που χρησιμοποιείται στους ηλ. υπολογιστές. 16. Να γίνουν οι αντιστοιχίσεις: Στήλη Α Στήλη Β α. 1.Σύνδεση σε σειρά β. 2. Σύνδεση παράλληλα 3. Πολύπλοκη σύνδεση γ. δ.

34 62 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 17. Να γίνουν οι αντιστοιχίσεις: Στήλη Α Στήλη Β α. 1.R ολ. = 10 Ω β. 2. R ολ. = 25 Ω 3. R ολ. = 40 Ω γ. 4. R ολ. = 5 Ω δ. 18. Προσέξτε το διπλανό κύκλωμα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; α. Οι αντιστάτες R 2 και R 3 είναι συνδεδεμένοι σε σειρά. β. Οι αντιστάτες R 1 και R 4 είναι συνδεδεμένοι παράλληλα. γ. Οι αντιστάτες R 1 και R 2 διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα. δ. Οι αντιστάτες R 1 και R 2 είναι συνδεδεμένοι σε σειρά. ε. Όλοι οι αντιστάτες διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα. στ. Όλοι οι αντιστάτες έχουν στα άκρα τους ίδια τάση. ζ. Τα ρεύματα του κυκλώματος είναι τρία.

35 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 63 Λυμένες ασκήσεις: 11. Δίνεται η ακόλουθη γραφική παράσταση. α. Να βρείτε την αντίσταση R του μεταλλικού αγωγού, που ικανοποιεί αυτή τη γραφική παράσταση. β. Αν ο αγωγός είναι κατασκευασμένος από υλικό με αντίσταση 0,5ΚΩ ανα μέτρο μήκους, πόσα μέτρα υλικού χρειάστηκαν; Λύση α. Η αντίσταση του αγωγού θα βρεθεί από τα δεδομένα της γραφικής παράστασης. Έτσι V 1000V 1000Volt R R R R 2000Ω ή 2KΩ. I 500mA 0,5A β. Επειδή η αντίσταση μεταλλικού αγωγού είναι ανάλογη με το μήκος, ε- φαρμόζουμε την απλή μέθοδο των τριών. Δηλαδή: Για 1m υλικού προκύπτει αντίσταση R 0, 5KΩ Για x; υλικού προκύπτει αντίσταση R 2KΩ 0,5ΚΩ x 1m 2KΩ 0,5ΚΩ x 1m KΩ x 4m 0,5KΩ 0,5ΚΩ υλικού. 12. Δίνεται το ακόλουθο κύκλωμα. α. Να υπολογισθεί η ισοδύναμη αντίσταση του κυκλώματος. β. Ποιά είναι η ένταση του ολικού ρεύματος; γ. Να υπολογισθούν τα I 1,I 2,I 3 και V 1,V 2,V 3. Λύση α. Επειδή είναι σε σειρά η ισοδύναμη αντίσταση R είναι β. R R1 R 2 R3 R 10Ω 20Ω 30Ω R 60Ω V 120V Ι I I 2A R 60Ω

36 64 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός γ. Επειδή είναι σε σειρά I I1 I2 I3 2A V I V I R V 2A 10Ω V 20V R1 V I V I R V 2A 20Ω V 40V R 2 V I V I R V 2A 30Ω V 60V R3 13. Δίνεται το ακόλουθο κύκλωμα. α. Να υπολογισθεί η ισοδύναμη αντίσταση του κυκλώματος. β. Ποια είναι η ένταση του ολικού ρεύματος; γ. Να υπολογισθεί το I 1,I 2,I 3 και V 1,V 2,V 3 ; Λύση α. R R 40Ω 40Ω R R R 20Ω 2 3 2,3 2,3 2,3 R 2 R3 40Ω 40Ω R R1 R2,3 R 20Ω 20Ω R 40Ω β. Ι Ι1 3Α V I R V 3A 20Ω V 60Volt Επειδή V V1 V2,3 V2,3 V V1 V2,3 120V 60V V2,3 60V Επειδή V 2, V 3 είναι παράλληλα V2,3 V2 V3 60V V 60V I I I 1,5Α R 2 40Ω V 60V Ι I I 1,5Α R3 40Ω

37 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 65 Ασκήσεις για λύση: 19. Μία συσκευή συνδέεται με μπαταρία τάσης V = 6V, οπότε διαρρέεται από ρεύμα Ι = 2 ma. Να βρείτε την αντίσταση της συσκευής. 20. Μία λάμπα παρουσιάζει αντίσταση R = 2000 Ω και συνδέεται με τάση V = 200 Volt. Να βρείτε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τη λάμπα. 21. Ένα κομμάτι σύρμα διαρρέεται από φορτίο q = 2 mc σε χρόνο Δt = 4 s. α. Να βρείτε το ρεύμα που το διαρρέει. β.αν το σύρμα παρουσιάζει αντίσταση R = 4 KΩ, να βρείτε την τάση στα άκρα του. 22. Ένα σύρμα, όταν είναι συνδεδεμένο σε δίκτυο τάσης V 1 = 400V διαρρέεται από ρεύμα έντασης I 1 = 10 ma. Να βρείτε: α. Την ένταση του ρεύματος που διαρρέει το σύρμα αν συνδεθεί με δίκτυο τάσης V 2 = 1000V. β. Την αντίσταση του σύρματος. 23. Μια ηλεκτρική κουζίνα συνδέεται με τάση V = 220V, οπότε διαρρέεται από Ν = ηλεκτρόνια σε χρόνο Δt = 2 s. α. Να βρείτε το συνολικό φορτίο. β. Να βρείτε το ρεύμα που διαρρέει την κουζίνα. γ. Να βρείτε την αντίσταση της κουζίνας σε Ω και ΚΩ. 19 Δίνεται ότι κάθε ηλεκτρόνιο έχει φορτίο q 1,6 10 C (σε απόλυτη τιμή). e 24. Για κάποιον αγωγό δίνεται η διπλανή γραφική παράσταση. Να βρείτε την αντίστασή του.

38 66 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 25. Ένας μαθητής κάνει το ακόλουθο πείραμα. Παίρνει ένα κομμάτι σύρμα, το συνδέει σε δίκτυο τάσης, η οποία μπορεί να μεταβάλλεται και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας αμπερόμετρο και βολτόμετρο παίρνει τα δεδομένα του παρακάτω πίνακα: α. Μπορείτε να σχεδιάσετε το κύκλωμα του μαθητή; β. Να κάνετε τη γραφική παράσταση V - I. γ. Να υπολογίσετε την αντίσταση του σύρματος. 26. Ένα καλώδιο παρουσιάζει αντίσταση 0,2 Ω ανά μέτρο μήκους. Πόσα μέτρα από το καλώδιο θα χρειαστούν ώστε αν συνδεθεί με τάση V = 20 Volt να διαρρέεται από ρεύμα έντασης I = 2 A; 27. Δίνεται το διπλανό κύκλωμα ροοστάτη. Πηγή δίνει τάση V = 500 V. Αν το αμπερόμετρο μετρά ρεύμα Ι = 0,5 Α, πόση είναι η αντίσταση του ροοστάτη; Ο ροοστάτης παρουσιάζει αντίσταση R = 2 MΩ ανά μέτρο μήκους. Πόσο είναι το μήκος του, που διαρρέεται από ρεύμα; 28. Ένας μαθητής συνδέει μία μπαταρία τάσης 12 V με λαμπάκι αντίστασης 40 Ω. Σε σειρά με το λαμπάκι συνδέει αμπερόμετρο ενώ παράλληλα με το λαμπάκι τοποθετεί ένα βολτόμετρο. Στη συνέχεια κλείνει το υπόλοιπο κύκλωμα με καλώδια. α. Να σχεδιάσετε το κύκλωμα του μαθητή. β. Να υπολογίσετε την ένδειξη του αμπερόμετρου. Τα όργανα μέτρησης είναι ιδανικά. 29. Δίνεται το κύκλωμα στην επόμενη σελίδα για το οποίο έχουμε Volt, Ι Α = 1,25 Α.

39 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 67 α. Να υπολογίσετε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος. β. Αν τα όργανα μέτρησης είναι ιδανικά και R 1 = 12 Ω, πόση είναι η αντίσταση R 2 ; γ. Να υπολογίσετε τις ενδείξεις των βολτομέτρων V 1 και V Δίνεται το διπλανό κύκλωμα που έχει αντιστάσεις R 1 = 20 Ω, R 2 = 0,01 ΚΩ και R 3 = 30 Ω. α. Να υπολογίσετε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος. Τα όργανα να θεωρηθούν ιδανικά. β. Το αμπερόμετρο δείχνει 6 Α. i. Πόση είναι η ένδειξη του βολτόμετρου V 1 ; ii. Πόση είναι η παρεχόμενη τάση V της πηγής; 31. Δίνεται το διπλανό κύκλωμα που έχει αντιστάσεις R 1 = 40 Ω, R 2 = 10 Ω, R 3 = 40 Ω και R 4 = 12 Ω. Γνωρίζουμε επίσης ότι V 1 = 40 V και το αμπερόμετρο Α δείχνει ένταση 0,8 Α. α. Να υπολογίσετε τη ολική αντίσταση του κυκλώματος. β. Να υπολογίσετε το συνολικό ρεύμα. γ. Πόσο ρεύμα διαρρέει την αντίσταση R 3 ; δ. Ποια είναι η ένδειξη του βολτομέτρου V 2 ; Τα όργανα μέτρησης είναι ιδανικά. 32. Κατασκευάζουμε ένα κύκλωμα ώστε να λειτουργήσει μία λάμπα αντίστασης R Λ = 200 Ω, η οποία απαιτεί ρεύμα Ι = 0,5 Α. Το κύκλωμα είναι το διπλανό, με αντιστάσεις R 1 = 20 Ω, R 2 = 20 Ω, R 3 = 100 Ω και R 4 = 90 Ω, αντίστοιχα. α. Να υπολογίσετε τη ολική αντίσταση του κυκλώματος. β. Η λάμπα θα λειτουργεί κανονικά; γ. Ποια είναι η ένδειξη του βολτομέτρου; Τα όργανα μέτρησης είναι ιδανικά.

40 68 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 7 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Ερώτηση 1 1. Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό είναι: α. Ανάλογη της διαφοράς δυναμικού V. β. Ανάλογη της αντίστασης R του αγωγού. γ. Αντιστρόφως ανάλογη της διαφοράς δυναμικού V. δ. Σταθερή και ανεξάρτητη από τη διαφορά δυναμικού ή την αντίσταση ΜΩ είναι αντίσταση ίση με: α Ω β ΚΩ γ. 0,01 Ω δ. 1 Ω Ερώτηση 2 1. Να δώσετε τον ορισμό της αντίστασης. Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα στους όρους αντίσταση και αντιστάτης; 2. Δίνεται το κύκλωμα του διπλανού σχήματος. Ποιες από τις ακόλουθες σχέσεις είναι σωστές; α. Ι 1 = Ι 2 = Ι 3 β. R ολ. = R 1 + R 2 + R 3 γ. Ι 2 R 2 = I 3 R 3 δ. V 1 = V 2 Άσκηση 1 Μία αντίσταση όταν συνδέεται σε δίκτυο τάσης V 1 = 1 KV διαρρέεται από ρεύμα έντασης I 1 = 250 ma. α. Να υπολογίσετε την αντίσταση. β. Αν η αντίσταση συνδεθεί σε δίκτυο τάσης V 2 = 500 V πόσο θα μεταβληθεί το ρεύμα; Άσκηση 2 Διαθέτετε μία λάμπα αντίστασης R = 250 Ω, αμπερόμετρο, βολτόμετρο (ιδανικά όργανα μέτρησης) και πηγή τάσης V = 400 Volt. α. Να σχεδιάσετε ένα κύκλωμα με όλα τα παραπάνω στοιχεία συνδεδεμένα σωστά. β. Να υπολογίσετε το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση.

41 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 69 8 Ο Κριτήριο Αξιολόγησης: Ερώτηση 1 1. Μέσα σε έναν αγωγό διέρχεται φορτίο Δq = 300 mc σε χρόνο Δt = 2,5s. Το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό είναι: α. Ι = 450 Α β. Ι = 200 Α γ. Ι = 0,12 Α δ. Ι = 4,5 Α 2. Μεταξύ δύο σημείων Α και Β ηλεκτρικού πεδίου υπάρχει διαφορά δυναμικού V AB = +300 Volt. Αν κάποιο φορτίο q = +3 μc κινηθεί από το σημείο Α προς το σημείο Β, τότε η ενέργεια που κερδίζει είναι: α. ΔΕ = 900 J β. ΔΕ = 0,9 J γ. ΔΕ = J δ. ΔΕ = 100 J 3. Ως ένταση ηλεκτρικού ρεύματος ορίζεται: α. Το πηλίκο τάσης προς αντίσταση. β. Το πηλίκο φορτίου προς χρόνο. γ. Το γινόμενο τάσης επί αντίσταση. δ. Το γινόμενο φορτίου επί χρόνο. Ερώτηση 2 1. Τι γνωρίζετε για το ροοστάτη; 2. Τα Χριστουγενιάτικα λαμπάκια είναι συνδεδεμένα σε σειρά ή παράλληλα; Εξηγήστε. 3. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: Δεν ακολουθούν όλοι οι... το νόμο του... Για παράδειγμα όταν μεταβάλλουμε την ηλεκτρική... που ε- φαρμόζουμε στα άκρα μιας..., τότε η... του ρεύματος που τη διαρρέει δεν είναι... με αυτήν.

42 70 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Άσκηση 1 Μέσα από έναν αγωγό διέρχεται φορτίο Δq = 0,4 C σε χρόνο Δt = 20 s. Αν το στοιχειώδες φορτίο είναι e = 1, C: α. Πόση είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό; β. Με πόσα ηλεκτρόνια αντιστοιχεί το φορτίο που δόθηκε; γ. Αν ο αγωγός παρουσιάζει αντίσταση R = 25 Ω, πόση είναι η ηλεκτρική τάση στα άκρα του; Άσκηση 2 Όταν ένα ηλεκτρόνιο διέρχεται από δύο σημεία Α και Β ηλεκτρικού πεδίου, κερδίζει ηλεκτρική ενέργεια ΔΕ = J. α. Πόση είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων Α και Β; β. Το ηλεκτρόνιο για να μετακινηθεί από το Α στο Β χρειάζεται χρόνο Δt = s. Με πόσο ρεύμα ισοδυναμεί; Δίνεται το φορτίο του ηλεκτρονίου e = 1, C.

43 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός 71 Τυπολόγιο Αγωγοί είναι τα σώματα που επιτρέπουν την διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Μονωτές είναι τα σώματα που δεν επιτρέπουν τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ημιαγωγοί: επιτρέπουν κάτω από ειδικές συνθήκες τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ηλεκτρικό ρεύμα: λέγεται η προσανατολισμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρονίων) Πραγματική φορά: η κίνηση από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της πηγής. Συμβατική φορά: η κίνηση από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της πηγής. Ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος (Ι) που διαρρέει αγωγό ορίζεται ως το φορτίο που διέρχεται από μια διατομή του αγωγού (Δq) σε χρονικό διάστημα Δt προς το χρονικό διάστημα Δt. Μονάδα το 1Α (Ampere). Δq I Δt Νόμος του Ωμ: Η ένταση του ρεύματος (Ι) που διαρρέει αγωγό είναι ανάλογη με την τάση (V) που εφαρμόζεται στα άκρα του αγωγού. 1 I V R Αντιστάτες λέγονται οι αγωγοί που υπακούουν στο νόμο του Ωμ.

44 72 ΦΥΣΙΚΗ: Ηλεκτρισμός Αντίσταση R: το πηλίκο της τάση (V) προς την ένταση (Ι) Μονάδα 1Ω. V R. I Αντίσταση: Εξαρτάται μόνο από μήκος αγωγού (L), εμβαδόν διατομής (S), υλικό αγωγού και θερμοκρασία. L R ρ S Iσοδύναμη αντίσταση: η αντίσταση που έχει τα ίδια αποτελέσματα με αυτές που αντικαθιστά. Σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά: Οι αντιστάσεις που διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα. I I I I V V V V R R R R Σύνδεση αντιστάσεων παράλληλα: Οι αντιστάσεις που έχουν την ίδια τάση στα άκρα τους. I I I I V V V V R R R R V I R 1 2 3