Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 1 Απαντήσεις στις ερωτήσεις του σχολικού βιβλίου Χρησιμοποίησε και εφάρμοσε τις έννοιες που έμαθες σελ.29 σχολικού βιβλίου 1. Να σχηματίσεις προτάσεις χρησιμοποιώντας τις έννοιες: ηλεκτρισμένο σώμα, ηλεκτρική δύναμη, ηλεκτρικό εκκρεμές, ηλεκτρικό φορτίο. α) Κάθε υλικό το οποίο, όταν το τρίψουμε με κάποιο άλλο σώμα, συμπεριφέρεται όπως το ήλεκτρο (δηλαδή ασκεί δύναμη σε ελαφρά αντικείμενα) λέγεται ηλεκτρισμένο σώμα. β) Ηλεκτρική δύναμη λέγεται η δύναμη που ασκείται μεταξύ ηλεκτρισμένων σωμάτων. γ) Με το ηλεκτρικό εκκρεμές, διαπιστώνουμε αν ένα σώμα είναι ηλεκτρισμένο. δ) Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα μονόμετρο φυσικό μέγεθος και συμβολίζεται με Q ή q. 2. Να περιγράψεις δύο φαινόμενα που προκαλούνται από ηλεκτρισμένα σώματα. 1 ο παράδειγμα: Τρίβοντας τα παπούτσια μας στο χαλί μπορεί να προκληθεί σπινθήρας.
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 2 http://phet.colorado.edu/sims/travoltage/travoltage_el.jar
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 3 2 ο παράδειγμα: Ο κεραυνός είναι ένα φαινόμενο στατικού ηλεκτρισμού.
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 4 Αστραπή ονομάζεται ο τεράστιος ηλεκτρικός σπινθήρας που δημιουργείται ανάμεσα σε δύο διαφορετικά νέφη ή μεταξύ δύο διαφορετικών τμημάτων του ίδιου του νέφους ή ανάμεσα σε ένα νέφος και στο έδαφος, οπότε και ειδικότερα ονομάζεται κεραυνός. Ο σπινθήρας αυτός δημιουργείται όταν η συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού υπερνικά τη φυσική αντίσταση που προβάλλει ο Ατμοσφαιρικός αέρας στη δίοδο ενός ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν ο αέρας είναι ξηρός τότε η αντίσταση αυτή είναι μεγάλη. Όταν όμως περιέχει υδροσταγόνες αναπτύσσεται τάση 10 εκατομμυρίων βολτ (Volt) που προκαλεί ηλεκτρική εκκένωση, δηλαδή δίοδο ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τον αέρα που συνοδεύεται από μια λάμψη, την αστραπή. 3 ο παράδειγμα: Τα στεγνά φρεσκοπλυμένα συνθετικά ρούχα κολλάνε μεταξύ τους και εμφανίζονται σπινθήρες. 3. Να συμπληρώσεις τις λέξεις που λείπουν από το παρακάτω κείμενο έτσι ώστε οι προτάσεις που προκύπτουν να είναι επιστημονικά ορθές: α. Μεταξύ δύο φορτισμένων σωμάτων ασκείται είτε ελκτική δύναμη είτε απωστική δύναμη. Δύο φορτισμένα σώματα αλληλεπιδρούν χωρίς να βρίσκονται απαραίτητα σε επαφή μεταξύ τους. Η ηλεκτρική δύναμη δρα από απόσταση. β. Στη φύση εμφανίζονται δύο είδη φορτισμένων σωμάτων, τα θετικά και τα αρνητικά φορτισμένα. Δύο όμοια φορτισμένα σώματα απωθούνται, ενώ δύο αντίθετα φορτισμένα σώματα έλκονται. 4. Στις παρακάτω ερωτήσεις να κυκλώσεις το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση: Α. Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα γιατί αποτελούνται από ίσους αριθμούς πρωτονίων και ηλεκτρονίων που: 4
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 5 α. δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, β. έχουν το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο, γ. έχουν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία, δ. είναι λιγότερα από τα νετρόνια. Β. Η φόρτιση με τριβή επιτυγχάνεται με μεταφορά: α. μόνο πρωτονίων, β. μόνο ηλεκτρονίων, γ. και πρωτονίων και ηλεκτρονίων, δ. μόνο νετρονίων. Γ. Τρίβουμε ισχυρά μια ράβδο από εβονίτη με ένα μεταξωτό ή μάλλινο ύφασμα. Το φορτίο που θα αποκτήσει η ράβδος είναι: α. μερικά Κουλόμπ (Ο), β. μερικά χιλιοστά του Κουλόμπ (Ο), γ. μερικά εκατομμυριοστά του Κουλόμπ (Ο), δ. μερικά δισεκατομμυριοστά του Κουλόμπ (Ο). Σημείωση: Η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου Q ενός σώματος δεν μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή, παρά μόνο ορισμένη τιμή. Η τιμή του ηλεκτρικού φορτίου είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του στοιχειώδους φορτίου του ηλεκτρονίου. Δηλαδή ισχύει: Q = Ν q e q e είναι η απόλυτη τιμή του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου (q e = -1,6 10-19 C). Π.χ. το φορτίο ενός σώματος μπορεί να είναι ίσο με το φορτίο 3 ηλεκτρονίων (3 1,6 10-19 = 4,8 10-19 C). Δεν θα μπορούσε όμως το φορτίο ενός σώματος να είναι 3 10-19 C. 5. Να περιγράψεις δύο ηλεκτρικά φαινόμενα και να τα συνδέσεις με τους τρόπους ηλέκτρισης. α) Ηλέκτριση με τριβή: Όταν τρίβουμε μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα, η ράβδος φορτίζεται θετικά ενώ το ύφασμα φορτίζεται αρνητικά. β) Ηλέκτριση με επαγωγή. Αν πλησιάσουμε μια φορτισμένη χτένα σε κομματάκια χαρτιού, θα παρατηρήσουμε ότι τα έλκει. 5
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 6 6. Ποια όργανα ονομάζονται ηλεκτροσκόπια; Να περιγράψεις τα κύρια μέρη από τα οποία αποτελείται ένα ηλεκτροσκόπιο με κινητά φύλλα. Η ανίχνευση του ηλεκτρικού φορτίου μπορεί να γίνει στο εργαστήριο με όργανα που ονομάζονται ηλεκτροσκόπια. Ένα παράδειγμα ηλεκτροσκοπίου είναι το ηλεκτρικό εκκρεμές. Αποτελείται από δύο λεπτά φύλλα από χρυσό ή αλουμίνιο, κατάλληλα προσαρμοσμένα στην άκρη του μετάλλινου στελέχους, το οποίο στην άλλη άκρη καταλήγει σε μεταλλικό δίσκο ή σφαίρα. Το στέλεχος είναι μονωμένο ηλεκτρικά από το περίβλημα του οργάνου μέσα στο οποίο βρίσκονται τα μετάλλινα φύλλα σε κατακόρυφη θέση το ένα δίπλα στο άλλο. Όσο περισσότερο ανοίγουν τα φύλλα τόσο περισσότερο φορτίο έχει το ηλεκτροσκόπιο. Δείτε το βίντεο :http://www.youtube.com/watch?v=t0gr_otjyeq&feature=player_embedded 6
7. Να συμπληρώσεις τις λέξεις που λείπουν από το παρακάτω κείμενο έτσι ώστε οι προτάσεις που προκύπτουν να είναι επιστημονικά ορθές: α. Όταν τρίβουμε δύο ηλεκτρικά ουδέτερα σώματα μετακινούνται εξωτερικά ηλεκτρόνια από το ένα στο άλλο και τα σώματα φορτίζονται αντίθετα. Όταν αγγίξουμε με ένα φορτισμένο σώμα ένα ηλεκτρικά ουδέτερο σώμα, τότε αυτό φορτίζεται με όμοιο είδος φορτίου. β. Όταν ένα υλικό φορτίζεται με επαφή σε όλη του την έκταση το ονομάζουμε αγωγό, ενώ όταν φορτίζεται μόνο τοπικά το ονομάζουμε μονωτή. Το πλαστικό και το γυαλί είναι μονωτές, ενώ τα μέταλλα είναι αγωγοί. Οι αγωγοί επιτρέπουν την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων στο εσωτερικό τους, ενώ οι μονωτές όχι. 8. Στις παρακάτω ερωτήσεις να κυκλώσεις το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση: Α. Τρίβουμε μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα. Η ράβδος φορτίζεται θετικά διότι: α. Πήρε φορτισμένα σωματίδια από την ατμόσφαιρα. β. Μεταφέρθηκαν πρωτόνια από το ύφασμα στη ράβδο. γ. Μεταφέρθηκαν ηλεκτρόνια από τη ράβδο στο ύφασμα. δ. Τα ηλεκτρόνια της ράβδου μετατράπηκαν λόγω της τριβής σε πρωτόνια. Β. Δύο μονωμένες μεταλλικές σφαίρες έχουν φορτία 2 μc και 3 μc αντίστοιχα. Τις φέρνουμε σε επαφή και τις απομακρύνουμε, προσέχοντας να παραμένουν ηλεκτρικά απομονωμένες από το περιβάλλον τους. Με βάση την αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου μετά την επαφή τους οι σφαίρες έχουν φορτία αντίστοιχα: α. 2 μc και 2 μc. β. 1 μc και 4 μc. γ. 5 μc και 1 μc. δ. 3 μc και 3 μc. 9. Τι εννοούμε με τη φράση: «Το συνολικό φορτίο διατηρείται σταθερό»; Να χρησιμοποιήσεις σχετικά παραδείγματα.
Κατά την ηλέκτριση με επαφή, τριβή ή επαγωγή το συνολικό φορτίο των σωμάτων παραμένει το ίδιο πριν και μετά τη διαδικασία της ηλέκτρισης. Δηλαδή το φορτίο δε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται αλλά μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο. α) Στην ηλέκτριση με τριβή το ένα σώμα αποκτά θετικό φορτίο ενώ το άλλο αρνητικό, όμως το συνολικό φορτίο είναι μηδέν πριν και μετά τη φόρτιση των σωμάτων. β) Στην ηλέκτριση με επαφή το τελικό άθροισμα των φορτίων θα είναι ίσο με τον αρχικό αριθμό των φορτίων του ηλεκτρισμένου σώματος. γ) Στην ηλέκτριση με επαγωγή ο αριθμός των φορτίων δε μεταβάλλεται στα σώματα, εφόσον δεν έχουμε μετακίνηση ηλεκτρονίων από το ένα σώμα σε ένα άλλο. 10. Τι εννοούμε με τη φράση: «Το ηλεκτρικό φορτίο εμφανίζεται σε κβάντα»; Να χρησιμοποιήσεις σχετικά παραδείγματα. Tο ηλεκτρικό φορτίο εμφανίζεται στα σώματα σε ποσότητες που είναι ακέραια πολλαπλάσια μιας στοιχειώδους ποσότητας, της 1,6x10-19 C, που είναι το φορτίο του ενός ηλεκτρονίου. Στη φύση το φορτίο που συναντάμε μπορεί να είναι 2x1,6x10-19 C, 5x1,6x10-19 C. Q = Ν q e 11. Να συμπληρώσεις τις λέξεις που λείπουν από το παρακάτω κείμενο, έτσι ώστε οι προτάσεις που προκύπτουν να είναι επιστημονικά ορθές: α. Σύμφωνα με το νόμο του Κουλόμπ το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης που προκύπτει από την αλληλεπίδραση δύο σημειακών φορτίων είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης. Τα διανύσματα που παριστάνουν τις δυνάμεις βρίσκονται στην ευθεία που τα συνδέει.
β. Όταν σ' ένα χώρο ασκούνται δυνάμεις, λέμε ότι στο χώρο υπάρχει ένα πεδίο δυνάμεων. Γύρω από ένα σώμα που έχει ηλεκτρικό φορτίο υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο. γ. Όταν σ' ένα πεδίο οι δυναμικές γραμμές είναι ευθείες παράλληλες και ισαπέχουσες, το πεδίο έχει σταθερή ένταση και λέμε ότι είναι ομογενές. Στο εσωτερικό των αγωγών δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο. Λέμε ότι οι αγωγοί θωρακίζουν τον εσωτερικό τους χώρο από τα ηλεκτρικά πεδία που υπάρχουν στον εξωτερικό. 12. Δύο θετικά φορτισμένες σφαίρες τοποθετούνται σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους. Να χαρακτηρίσεις με Σ τις προτάσεις των οποίων το περιεχόμενο είναι επιστημονικά ορθό και με Λ αυτές που το περιεχόμενό τους είναι επιστημονικά λανθασμένο. α. Οι ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των σφαιρών είναι απωστικές. β. Το μέτρο της δύναμης που ασκεί η πρώτη σφαίρα στη δεύτερη είναι ίσο με το μέτρο της δύναμης που ασκεί η δεύτερη στην πρώτη. γ. Όταν αυξήσουμε την απόσταση μεταξύ των σφαιρών, οι δυνάμεις αυξάνονται. δ. Όταν μειώσουμε την απόσταση των σφαιρών στο μισό, οι δυνάμεις τετραπλασιάζονται. ε. Όταν διπλασιάσουμε τις αποστάσεις των σφαιρών, οι δυνάμεις παραμένουν σταθερές. στ. Όταν διπλασιάσουμε το φορτίο της μίας σφαίρας, οι δυνάμεις διπλασιάζονται. ζ. Όταν διπλασιάσουμε το φορτίο και των δύο σφαιρών, οι δυνάμεις τετραπλασιάζονται. 13. Πλησίασε μια φορτισμένη ράβδο σε μικρά σφαιρίδια από φελιζόλ που είναι αφόρτιστα. Τα σφαιρίδια έλκονται από τη ράβδο. Προσπάθησε να ερμηνεύσεις το φαινόμενο αυτό συνδυάζοντας: α) τις ιδιότητες του ηλεκτρικού φορτίου, β) το μηχανισμό ηλέκτρισης με επαγωγή και γ) το νόμο του Κουλόμπ.
Η θετικά φορτισμένη ράβδος ηλεκτρίζει το κάθε αφόρτιστο σφαιρίδιο με επαγωγή. Το μέρος κάθε σφαιριδίου που βρίσκεται απέναντι από τη ράβδο φορτίζεται αρνητικά, ενώ το μέρος που είναι πιο μακριά από τη ράβδο θετικά. Έτσι η ράβδος έλκει το μέρος που είναι πιο κοντά σε αυτή, ενώ απωθεί το μέρος που βρίσκεται πιο μακριά από τη ράβδο. Οι δυνάμεις Κουλόμπ είναι πιο μεγάλες σε μικρές αποστάσεις, οπότε οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ ράβδου και σφαιριδίων είναι πιο ισχυρές από τις απωστικές μεταξύ ράβδου και σφαιριδίων. 14. Με ποιους τρόπους μπορούμε να περιγράψουμε το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης δύο φορτισμένων σωμάτων; α) Ένα ηλεκτρισμένο σώμα ασκεί δύναμη από απόσταση σε ένα άλλο μέσω των ηλεκτρικών τους πεδίων β) Το ηλεκτρισμένο σώμα δημιουργεί γύρω του ένα πεδίο δυνάμεων. 15. Ποιες πληροφορίες μπορείς να πάρεις για ένα ηλεκτρικό πεδίο αν γνωρίζεις τη μορφή των δυναμικών του γραμμών; Με ποιο τρόπο μπορείς να αντλήσεις αυτές τις πληροφορίες; Διεύθυνση δυναμικών γραμμών: Μάς δείχνει τη διεύθυνση της ηλεκτρικής δύναμης. Πυκνότητα των δυναμικών γραμμών: Μάς δίνει πληροφορεί για το πόσο ισχυρό ή ασθενές είναι το ηλεκτρικό πεδίο. Πυκνές δυναμικές γραμμές σημαίνει ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο.
16. Με μία θετικά φορτισμένη ράβδο αγγίζεις το δίσκο ενός ηλεκτροσκοπίου. Τι θα παρατηρήσεις στα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου; Πώς εξηγείς αυτό που συμβαίνει; Αν η θετικά φορτισμένη ράβδος ακουμπήσει στο δίσκο, μέρος του θετικού φορτίου πηγαίνει στα φύλλα που παραμένουν σε απόκλιση και όταν ακόμα απομακρύνουμε τη ράβδο. Λόγω ηλέκτρισης με επαφή τα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου ανοίγουν γιατί φορτίζονται με ίδιο φορτίο, οπότε και απωθούνται μεταξύ τους.. Όσο περισσότερο ανοίγουν τα φύλλα τόσο περισσότερο φορτίο έχει το ηλεκτροσκόπιο. 17. Πλησιάζεις στο στέλεχος ενός ηλεκτροσκοπίου, χωρίς να το ακουμπήσεις, μια θετικά φορτισμένη ράβδο. Παρατηρείς ότι τα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου ανοίγουν. Προσπάθησε να ερμηνεύσεις αυτό το φαινόμενο. Τι θα παρατηρούσες στην περίπτωση που η ράβδος ήταν αρνητικά φορτισμένη; Εξήγησέ το. Αν πλησιάσουμε μία ράβδο φορτισμένη θετικά χωρίς να ακουμπήσουμε το δίσκο, τότε αυτός φορτίζεται από επαγωγή αρνητικά και τα φύλλα θετικά, οπότε απωθούμενα αποκλίνουν. Το ίδιο θα γίνει αν πλησιάσουμε μία ράβδο φορτισμένη αρνητικά, μόνο που τώρα τα φύλλα θα αποκτήσουν (πάλι από επαγωγή) αρνητικό φορτίο. Και στις δύο περιπτώσεις, απομακρύνοντας τη ράβδο, ξανάρχονται τα φύλλα στην κατακόρυφη θέση τους, γιατί τα φορτία του συστήματος δίσκος - φύλλα εξουδετερώνονται μεταξύ τους. 18. Σύνδεσε το μεταλλικό δίσκο ενός ηλεκτροσκοπίου με το έδαφος μέσω ενός σύρματος και πλησίασε στο δίσκο μια αρνητικά φορτισμένη σφαίρα. Τι θα παρατηρήσεις και πώς το εξηγείς; Τι θα συμβεί αν απομακρύνεις τη σφαίρα α) με το σύρμα συνδεδεμένο; β) αφού αποσυνδέσεις το σύρμα από το ηλεκτροσκόπιο; Εξήγησέ το. Με βάση το παραπάνω πείραμα μπορείς να συμπεράνεις αν ένας αγωγός είναι δυνατόν να φορτιστεί με επαγωγή ή όχι;
α) Αν το σύρμα είναι συνδεδεμένο με το ηλεκτροσκόπιο, τότε όταν αυτό φορτιστεί τα φορτία του μεταφέρονται μέσω του σύρματος στο έδαφος (γείωση), οπότε τα φύλλα του δεν ανοίγουν. β) Αν αποσυνδεθεί το σύρμα και πλησιάσουμε μία ράβδο φορτισμένη αρνητικά χωρίς να ακουμπήσουμε το δίσκο, τότε αυτός φορτίζεται από επαγωγή θετικά και τα φύλλα αρνητικά, οπότε απωθούμενα αποκλίνουν. Ένας αγωγός λοιπόν μπορεί να φορτιστεί με επαγωγή. 19. Μια φορτισμένη χτένα έλκει μικρά κομμάτια χαρτί ή μια λεπτή φλέβα νερού. Να ερμηνεύσεις τα δύο φαινόμενα επισημαίνοντας τις ομοιότητές τους. Μια φορτισμένη χτένα έλκει και τα μικρά κομμάτια χαρτιού και τη λεπτή φλέβα νερού. Αυτό συμβαίνει γιατί η φορτισμένη χτένα ηλεκτρίζει με επαγωγή τα κομμάτια χαρτιού, οπότε το φορτίο που είναι αντίθετο από αυτό που έχει η χτένα έλκεται από το φορτίο της χτένας. Το ίδιο συμβαίνει και στη λεπτή φλέβα νερού. Δηλαδή το μέρος της φλέβας νερού που είναι απέναντι από το μονωτή φορτίζεται λόγω επαγωγής θετικά και το υπόλοιπο μέρος αρνητικά. Το θετικά φορτισμένο μέρος της φλέβας δέχεται ελκτική δύναμη από το μονωτή (π.χ χτένα), η οποία είναι ισχυρότερη από την απωστική που δέχεται το αρνητικά φορτισμένο μέρος της αφού είναι πιο μακριά με αποτέλεσμα το νερό να έλκεται από το νερό. Σημείωση: Έστω ότι η ερώτηση ήταν : «Ένα σώμα έλκεται από μια λεπτή φλέβα νερού. Να ερμηνεύσεις το φαινόμενο. ( εκτός ύλης σχολικού βιβλίου) Σύμφωνα με την αρχή του Bernoulli «Όταν αυξάνεται η ταχύτητα ενός ρευστού η εσωτερική πίεση μειώνεται». Ο αέρας θα θεωρήσουμε ότι είναι ένα ακίνητο ρευστό, όπου η πίεση είναι μεγαλύτερη απ ότι στο κινούμενο (ρεύμα νερού). Ο ατμοσφαιρικός αέρας ωθεί το σώμα στην περιοχή της μικρότερης πίεσης. Έτσι η φλέβα νερού έλκει το σώμα.
20. Τρίβεις ένα μπαλόνι με μάλλινο ύφασμα και το πλησιάζεις σε έναν τοίχο. Παρατηρείς ότι το μπαλόνι αρχικά κολλάει στον τοίχο, αλλά έπειτα από λίγο πέφτει. Εξήγησε με βάση τους τρόπους ηλέκτρισης όλη τη διαδικασία. Αρχικά το μπαλόνι φορτίζεται από το μάλλινο ύφασμα με τριβή οπότε όταν το πλησιάζουμε σε έναν τοίχο τον έλκει άρα και έλκεται απ αυτόν γι αυτό και κολλάει πάνω του. Στη συνέχεια όμως, ο τοίχος φορτίζεται με επαφή από το μπαλόνι με ίδιο φορτίο και συνεπώς απωθείται αμοιβαία με το μπαλόνι. Λόγω μικρής μάζας το μπαλόνι απoσπάται από τον τοίχο και λόγω βαρύτητας πέφτει. (δες προσομοίωση): http://phet.colorado.edu/sims/balloons/balloons_el.jnlp 21. Ένας φοιτητής στο εργαστήριο της βιολογίας ισχυρίστηκε ότι: «Το φορτίο ενός φορτισμένου μορίου έπειτα από μέτρηση προ έκυψε ότι είναι 4 x10-19 C». Μπορείς να αποδείξεις ότι η πρόταση αυτή δεν μπορεί να είναι αληθής; Γνωρίζουμε ότι το φορτίο εμφανίζεται στη φύση σε ακέραιες τιμές του 1,6x10-19 C. Η τιμή 4x10-19 C δεν είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του φορτίου του ηλεκτρονίου, που είναι 1,6x10-19 C. Για το λόγο αυτό η πρόταση δεν είναι αληθής. 22. Με βάση το γεγονός ότι η φόρτιση των σωμάτων οφείλεται σε μετακίνηση ηλεκτρονίων πώς θα ερμηνεύσεις α) τη διατήρηση και β) την κβάντωση του ηλεκτρικού φορτίου; α) Η διατήρηση του φορτίου κατά τη φόρτιση των σωμάτων εξηγεί το γιατί ορισμένα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα σώμα σε ένα άλλο και το φορτίζουν έτσι ώστε συνολικά το φορτίο στα δύο σώματα να μη μεταβληθεί. β) Κατά τη φόρτιση των σωμάτων ορισμένος αριθμός ηλεκτρονίων θα μετακινηθεί από το ένα στο άλλο σώμα, οπότε το φορτίο του σώματος που θα φορτιστεί είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του φορτίου του ηλεκτρονίου, όσο δηλαδή είναι το συνολικό φορτίο των ηλεκτρονίων που μετακινήθηκαν στο σώμα.
23. Με ποιο τρόπο μπορείς να συμπεράνεις αν σ' ένα χώρο υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο όταν διαθέτεις ένα ηλεκτρικό εκκρεμές του οποίου το σφαιρίδιο είναι ηλεκτρικά φορτισμένο; Με την τοποθέτηση στο ηλεκτρικό πεδίο το σφαιρίδιο του εκκρεμούς που είναι φορτισμένο θα αποκλίνει από την κατακόρυφη θέση του λόγω της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου που ασκείται σ αυτό. Αν δεν αποκλίνει το εκκρεμές, τότε δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο. 24. Να σχεδιάσεις ποιοτικά τις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται στο χώρο μεταξύ δύο αντίθετα φορτισμένων παράλληλων μεταλλικών πλακών. 25. Στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται γύρω από ένα φορτισμένο σώμα αποθηκεύεται ενέργεια. Ποια είναι η προέλευση αυτής της ενέργειας; Η ενέργεια που έχει το ηλεκτρικό πεδίο προέρχεται από την μετατροπή της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας και ισούται με το έργο της δύναμης που ασκούμε για να φορτίσουμε το σώμα.
26. Φέρνεις σε επαφή το σφαιρίδιο ενός ηλεκτρικού εκκρεμούς με τον έναν πόλο μιας μηχανής Wimshurst. Παρατηρείς ότι το σφαιρίδιο κινείται από τον έναν πόλο της μηχανής στον άλλο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Να τεκμηριώσεις την επιλογή σου. α. Το σφαιρίδιο είναι φορτισμένο και βρίσκεται μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο που έχει δημιουργηθεί μεταξύ των πόλων της μηχανής. Σ β. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του σφαιριδίου μετατρέπεται σε κινητική. Σ γ. Το σφαιρίδιο κινείται γιατί πάνω του ασκείται το βάρος του και η δύναμη από το νήμα του εκκρεμούς (τάση του νήματος). Λ( Το σφαιρίδιο κινείται λόγω της δύναμης που δέχεται από το ηλεκτρικό πεδίο). δ. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του σφαιριδίου είναι ίση με το έργο της δύναμης που ασκείται στο σφαιρίδιο για να πλησιάσει στον όμοια φορτισμένο πόλο της μηχανής. Σ Ο Νόμος του Κουλόμπ και το ηλεκτρικό πεδίο 1. Δύο μεταλλικές σφαίρες Α και Β είναι φορτισμένες με φορτία -1 μc και +4 μc αντίστοιχα. Τα κέντρα τους βρίσκονται σε απόσταση 2 m. Να υπολογίσεις και να σχεδιάσεις (σε κοινό σχήμα) τη δύναμη που ασκεί η μία σφαίρα στην άλλη. Μπορείς να συνδέσεις αυτό που σχεδίασες με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα που διδάχτηκες στην προηγούμενη τάξη; Q A = -1Μc = 10-6 C Q B = +4 Μc = 4 10-6 C r AB = 2 m K = 9x10-9 Nm 2 /C 2
F A = F B = K = Δράση- αντίδραση (3 ος νόμος του Νεύτωνα) 2. Τα κέντρα δύο μικρών φορτισμένων σφαιρών απέχουν 24 cm. Οι σφαίρες έλκονται με δύναμη της οποίας το μέτρο είναι 0,036 Ν. Σε πόση απόσταση πρέπει να τοποθετηθούν οι σφαίρες ώστε η δύναμη με την οποία έλκονται να γίνει 0,004 Ν; Λύση r 1 =24 cm=0,24 m. F A = K και F B = K Διαιρώ κατά μέλη 3. Μικρή χάλκινη σφαίρα έχει φορτίο +3,2 μc. Η χάλκινη σφαίρα απωθεί μια επίσης φορτισμένη σιδερένια σφαίρα με δύναμη μέτρου 6,4 Ν. Πόσα ηλεκτρόνια πρέπει να μεταφερθούν από τη χάλκινη σφαίρα ώστε η δύναμη να γίνει 3,2 Ν; Q 1 = + 3,2 μc = + 3,2x10-6 C. Η απόσταση είναι r πριν και μετά. Άρα F A = K αρχικά
και F B = K μετά τη μεταφορά ηλεκτρονίων Διαιρώ κατά μέλη =
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 18
24
25
Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 26