PHYSIC LESSONS: ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΙ ΦΟΡΤΙΟ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΙ ΦΟΡΤΙΟ

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ

Οι αρχαίοι Έλληνες είναι οι πρώτοι που γνώρισαν την ιδιότητα του ηλεκτρισμού να έλκει διάφορα αντικείμενα.

Στην Αρχαία Ελλάδα γνώριζαν την ιδιότητα του ηλεκτρισμού

Πρώτος ο Θαλής ο Μιλήσιος, τον 7ο π.Χ., παρατήρησε πως τρίβοντας το ήλεκτρο (κεχριμπάρι) πάνω σε μάλλινο ύφασμα, αποκτούσε αυτό την ιδιότητα να έλκει διάφορα ελαφρά σώματα,όπως μικρά κομματάκια χαρτιού, λεπτά φύλλα χρυσού κ.λπ.

Ο Θαλής ο Μιλήσιος, (περ 630/635 π.Χ. - 543 π.Χ.) ήταν αρχαίος Έλληνας, ο πρώτος των επτά σοφών της αρχαιότητας, μαθηματικός, φυσικός,αστρονόμος, μηχανικός,
μετεωρολόγος και προσωκρατικός φιλόσοφος, ιδρυτής της Μιλησιακής σχολής της φυσικής φιλοσοφίας

Γι' αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε ηλεκτρισμός.

Παράλληλα παρατηρήθηκε η ιδιότητα που έχουν κάποια πετρώματα , να έλκουν τα σιδερένια αντικείμενα.Το φαινόμενο αυτό αντίστοιχα, ονομάστηκε Μαγνητισμός.

Το ήλεκτρο (κεχριμπάρι)

Μαγνήτης ονομάζεται οποιοδήποτε τεμάχιο υλικού ή σώμα, συνήθως μεταλλικό, που δημιουργεί μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο.

Μαγνήτης ονομάζεται οποιοδήποτε τεμάχιο υλικού ή σώμα, συνήθως μεταλλικό, που δημιουργεί μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο

Στην πράξη,το μαγνητικό πεδίο εντοπίζεται από την αλληλεπίδραση του μαγνήτη με άλλα σώματα, όπως τη δυνατότητα να έλκει μικρά τεμάχια σιδήρου ή να προσανατολίζεται παράλληλα με τις δυναμικές γραμμές του γήινου μαγνητικού πεδίου.

O γιατρός της βασίλισσας της Αγγλίας Γουίλιαμ Γκίλμπερτ (1544-1603) ήταν ένας Άγγλος γιατρός και φυσικός. Είναι γνωστός σήμερα σε μεγάλο βαθμό για το βιβλίο του De Magnete (1600), και πιστώνεται ως ένας από τους δημιουργούς του όρου ηλεκτρικής ενέργειας. Θεωρείται από ορισμένους ως ο πατέρας του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού

Η εποχή του Μεσαίωνα δεν πρόσφερε τίποτε στον τομέα αυτό της Φυσικής. Την παρατήρηση του Θαλή, επανέλαβε ο γιατρός της βασίλισσας της Αγγλίας Γκίλμπερτ (1544-1603) και με άλλα σώματα, όπως το γυαλί, τη ρητίνη,το θείο,τα οποία ονόμασε ιδιοηλεκτρικά και τ' άλλα σώματα, όπως τα μέταλλα, που ονόμασε ανηλεκτρικά.Τα πρώτα είναι τα λεγόμενα μονωτικά ή κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού και τα δεύτερα είναι οι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού.

Ο Ότο φον Γκέρικε (Otto von Guericke, αρχικώς Gericke, 20 Νοεμβρίου 1602 – 11 Μαΐου 1686) ήταν Γερμανός φυσικός επιστήμονας, εφευρέτης και πολιτικός. Το μεγαλύτερο επιστημονικό του επίτευγμα ήταν η θεμελίωση της Φυσικής του κενού

Την πρώτη ηλεκτρική μηχανή την κατασκεύασε ο Ότο φον Γκέρικε (1602-1688),δήμαρχος του Μαγδεβούργου.Αυτός έκανε μια σφαίρα από θειάφι που περιστρεφόταν,πάνω στην οποία έβαζε ένα άτομο τα χέρια του για την ανάλογη τριβή. Με την τριβή αυτή παραγόταν ηλεκτρικός σπινθήρας.

Η πρώτη ηλεκτρική μηχανή που κατασκεύασε ο Ότο φον Γκέρικε

Πρώτος που μετέφερε με επιτυχία ηλεκτρική ενέργεια είναι ο Γκρέι (1670-1736) και συνέχισε την εργασία του ο Ντι Φε (1689 -1739) που ανακάλυψε την ιδιότητα της ηλεκτρίσεως όλων των σωμάτων. Αυτός χρησιμοποίησε τους όρους υαλώδης και ρητινώδης ηλεκτρισμός που μετονομάστηκαν από το Βενιαμίν Φραγκλίνο σε θετικός και αρνητικός ηλεκτρισμός αντίστοιχα.

Ο Βενιαμίν Φραγκλίνος (1706 – 1790) αποτέλεσε έναν από τους Εθνοπατέρες των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής. Αξιόλογα πολυμαθής, ο Φραγκλίνος ήταν διακεκριμένος συγγραφέας και τυπογράφος, θεωρητικός της πολιτικής, πολιτικός επιστήμων, εφευρέτης, κοινωνικός ακτιβιστής, στρατιωτικός και διπλωμάτης. Με την ιδιότητα του επιστήμονα, αποτέλεσε σημαντική φιγούρα του Διαφωτισμού και της ιστορίας της φυσικής για τις ανακαλύψεις και τις θεωρίες του αναφορικά με τον ηλεκτρισμό

Χάρη στον Πίτερ Βαν Μούσενμπρουκ το 1746 έγινε δυνατή η μελέτη των ηλεκτρικών σπινθήρων στην πόλη Λούγδουνο (Λέιντεν) της Ολλανδίας.Ακολούθησε η ανακάλυψη από το Φραγκλίνο (1706-1790) της δύναμης της ακίδων και του αλεξικέραυνου. Το 1754 ο Κάντον πραγματοποίησε την ηλέκτριση από επίδραση.

Ο Σαρλ Ογκυστέν ντε Κουλόμπ γεννήθηκε στις 14 Ιουνίου του 1736 στην Ανγκουλέμ της Γαλλίας και πέθανε στις 23 Αυγούστου του 1806 στο Παρίσι.

Οι ανακαλύψεις από δω και πέρα διαδέχτηκαν η μια την άλλη. Στον τομέα της ηλεκτροστατικής ο Κουλόμπ μέτρησε τις ηλεκτρικές έλξεις και απώσεις και απέδειξε ότι οι δράσεις αυτές είναι αντίστροφα ανάλογες με το τετράγωνο της αποστάσεως.Το συμπεράσματα του Κουλόμπ περιλαμβάνονται στη θεωρία των επιδράσεων του Φαραντέι.

Ο Αλεσάντρο Βόλτα (Ιταλ.: Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta) (18 Φεβρουαρίου 1745 - 5 Μαρτίου 1827) ήταν Ιταλός φυσικός, ο οποίος έγινε κυρίως γνωστός για την ανακάλυψη της ηλεκτρικής μπαταρίας το 1800

Στην ηλεκτροκινητική ο Βόλτ ανακάλυψε το ομώνυμο στοιχείο, ο Τενάρ προκάλεσε το κοκκίνισμα μεταλλικού σύρματος, ο Ζέεμπεκ το 1821 κατασκεύασε το πρώτο θερμοηλεκτρικό στοιχείο και το 1830 ο Μιλόνι χρησιμοποίησε θερμοηλεκτρικά στοιχεία για να μελετήσει την ακτινοβόλα θερμότητα.

Ο Γερμανός φυσικός Γκέοργκ Σίμον Ωμ (1987 -1854) που διατύπωσε τον Νόμο του Ωμ που συνδέει την τάση και την ένταση του ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό

Ο Γκεόργκ Ωμ μελέτησε την αντίσταση, ο Τζάουλ μελέτησε τα θερμικά φαινόμενα του ηλεκτρικού ρεύματος κι ο Γκρότα μας έδωσε μια ερμηνεία της ηλεκτρολύσεως.

Ο λαμπτήρας πυρακτώσεως που εφευρέθηκε από τον Αμερικανό Τόμας Έντισον. Περιλαμβάνει ένα λεπτό μεταλλικό νήμα, από βαρύ, δύστηκτο μέταλλο, συνήθως βολφράμιο, τυλιγμένο σε σπείρες. Αυτό φέρεται από τις άκρες του συγκολλημένο σε δύο παχύτερα σύρματα από όπου εφαρμόζεται η ηλεκτρική τάση η οποία θέτει τα ηλεκτρικά φορτία σε κίνηση και η οποία εξαναγκάζει το νήμα να φωτοβολεί από τη θέρμανση του στους 2600°C. Όταν το μήκος του νήματος είναι μεγαλύτερο των 2 cm, τότε αυτό συγκρατείται και ενδιάμεσα από μη ηλεκτροφόρα σύρματα σε ακτινική διάταξη. Η κατασκευή αυτή περικλείεται σε γυάλινη σφαιρική ή ελλειπτική φύσιγγα χαμηλής πίεσης αερίου. Η φύσιγγα αυτή σε λαμπτήρες μικρής ισχύος είναι αερόκενη, ή περιέχει αδρανές αέριο, συνήθως άζωτο σε λαμπτήρες μεγάλης ισχύος ή και αλογόνο (ιώδιο) στους λαμπτήρες αλογόνου. Ο λαμπτήρας μπορεί να διαθέτει βιδωτή επαφή που συνδέεται με τον έναν πόλο και μια επαφή στην βάση που συνδέεται με τον άλλο πόλο. Η ισχύς που καταναλώνεται είναι 25-1000W

Επανάσταση στον ηλεκτρισμό έφερε ο Έντισον με το λαμπτήρα πυρακτώσεως, για να συνεχιστεί με τις ανακαλύψεις της χρησιμοποιήσεως του βολφραμίου και ατμών υδραργύρου και αργότερα του φθορισμού.

Ο Δανός φυσικός Χανς Κρίστιαν Έρστεντ (1777-1851) προσπάθησε ν' αποδείξει και να συσχετίσει τα μαγνητικά και ηλεκτρικά φαινόμενα.

Πολλοί ερευνητές του 18ου αι. προσπάθησαν ν' αποδείξουν και να συσχετίσουν τα μαγνητικά και ηλεκτρικά φαινόμενα. Αυτό κατόρθωσε ο Έρστεντ (1777-1851) που απέδειξε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα αποκλίνει τη μαγνητική βελόνα και συνέχισαν ο Αμπέρ και ο Ζήμενς κατασκευάζοντας ηλεκτρομαγνήτες. Τις γνώσεις αυτές τις χρησιμοποίησε και ανακάλυψε τον τηλέγραφο ο Μορς.

Ο Μάικλ Φαραντέι (22 Σεπτεμβρίου 1791 – 25 Αυγούστου 1867) ήταν ένας Άγγλος επιστήμονας με σημαντική συμβολή στην εξέλιξη του ηλεκτρομαγνητισμού και της ηλεκτροχημείας.Δεν είχε κοινοπολιτειακή υπηκοότητα, αλλά είχε αποκτήσει τον τίτλο του Εταίρου της Βασιλικής Εταιρείας,που δίνονταν σε πολίτες ή μόνιμους κατοίκους της Κοινοπολιτείας των Εθνών

Ο Μάικλ Φαραντέι έδειξε τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Αργότερα, το 1860, παρουσιάστηκαν οι βιομηχανικές γεννήτριες το 1864 άρχισε η χρησιμοποίηση του λευκού άνθρακα (νερό) για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και το 1875 εφευρέθηκε το τηλέφωνο.Ακολούθησαν οι ανακαλύψεις των ακτίνων Χ (Ραίντγκεν) της ραδιενέργειας του ασύρματου τηλεφώνου, της ραδιοφωνίας, της ραδιοτηλεφωνίας, και της τηλεοράσεως.

Ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ (James Clerk Maxwell) ήταν Σκωτσέζος φυσικός. Γεννήθηκε στο Εδιμβούργο στις 13 Ιουνίου 1831 και πέθανε στο Καίμπριτζ στις 5 Νοεμβρίου 1879

Ο J.C. Maxwell μετά από μελέτες έφτασε στο συμπέρασμα ότι και το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Ο Maxwell με τέσσερις εξισώσεις του (1864), ολοκλήρωσε τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού.

Η ενοποίηση ηλεκτρισμού-μαγνητισμού

Η ενοποίηση ηλεκτρισμού-μαγνητισμού (θεωρία ηλεκτρομαγνητισμού) αποτέλεσε ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της ανθρώπινης διανόησης.

Ο Γάλλος φυσικός Σαρλ Ογκυστέν ντε Κουλόμπ (1736 – 1806) έθεσε τις πειραματικές βάσεις του μαγνητισμού και του ηλεκτρισμού

Ο Νόμος του Κουλόμπ που διατυπώθηκε από τον Γάλλο φυσικό Σαρλ Ογκυστέν ντε Κουλόμπ,εκ του οποίου έλαβε και το όνομα,αναφέρεται στον ηλεκτρισμό,και είναι αυτός που παρέχει το μέτρο της ασκούμενης κάθε φορά δύναμης μεταξύ δύο ποσοτήτων ηλεκτρισμού .

ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ

Όταν τρίψουμε ένα πλαστικό στυλό με τα μάλλινα ρούχα μας και το μεταφέρουμε σε μικρά χαρτάκια,τα χαρτάκια έλκονται από το στυλό.

Όταν τα μαλλιά μας είναι στεγνά έλκονται από την χτένα

Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και στο χτένισμα.Όταν τα μαλλιά μας είναι στεγνά έλκονται από την χτένα.

Τρίβουμε μια χτένα με ένα κομμάτι ύφασμα και την φέρνουμε κοντά σε κομματάκια από χαρτί.Παρατηρούμε τα χαρτάκια να πλησιάζουν στη χτένα.Συμπεραίνουμε ότι η χτένα έλκει τα κομματάκια από χαρτί

Επίσης τα μικρά χαρτάκια έλκονται από το κεχριμπάρι που προηγουμένως το έχουμε τρίψει με ένα κομμάτι μάλλινου υφάσματος.

Τα μικρά χαρτάκια έλκονται από το κεχριμπάρι που προηγουμένως το έχουμε τρίψει με ένα κομμάτι μάλλινου υφάσματος.

Ηλεκτρισμένα ή ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα ονομάζονται τα σώματα που έχουν την ιδιότητα να έλκουν διάφορα μικρά αντικείμενα.

Ηλέκτριση ονομάζεται η πράξη που κάνουμε για να τα φορτίσουμε

Ηλέκτριση ονομάζεται η πράξη που κάνουμε για να τα φορτίσουμε.
Ηλεκτρική ονομάζεται η δύναμη που ασκείται μεταξύ των ηλεκτρισμένων σωμάτων.

Το ηλεκτρικό εκκρεμές

Με το ηλεκτρικό εκκρεμές μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι ένας μαγνήτης δεν είναι ηλεκτρισμένο σώμα.Ο μαγνήτης δεν έλκει το ηλεκτρικό εκκρεμές. Έλκει μόνον αντικείμενα που περιέχουν σιδηρομαγνητικά υλικά.Η ηλεκτρική δύναμη επομένως είναι διαφορετική από τη μαγνητική

Το ηλεκτρικό εκκρεμές δείχνει ότι ένας μαγνήτης δεν είναι ηλεκτρισμένο σώμα. Ο μαγνήτης δεν έλκει το ηλεκτρικό εκκρεμές. Έλκει μόνον αντικείμενα που περιέχουν σιδηρομαγνητικά υλικά

Από τις προηγούμενες παρατηρήσεις προκύπτει ότι ένα ηλεκτρισμένο σώμα ασκεί ηλεκτρική δύναμη σε άλλο χωρίς τα δύο σώματα να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους.Δηλαδή,η ηλεκτρική δύναμη δρα από απόσταση.

Οι ηλεκτρικές δυνάμεις ασκούνται από απόσταση.

Οι ηλεκτρικές δυνάμεις ασκούνται από απόσταση

Μέχρι τώρα είδαμε ότι ένα ηλεκτρισμένο σώμα ασκεί ελκτική ηλεκτρική δύναμη. Ωστόσο αυτό δε συμβαίνει πάντοτε.Όταν ηλεκτρίσουμε με όμοιο τρόπο δύο γυάλινες ράβδους (π.χ. τρίβοντας τες με μάλλινο ύφασμα) και τις πλησιάσουμε μεταξύ τους,παρατηρούμε ότι η μια απωθεί την άλλη.Επομένως η ηλεκτρική δύναμη,άλλοτε είναι ελκτική και άλλοτε απωστική.
Οι ηλεκτρικές δυνάμεις με τις οποίες αλληλεπιδρούν δύο σώματα άλλοτε είναι ελκτικές και άλλοτε απωστικές.

ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι το θεμελιώδες μέγεθος που αποδίδουμε σε ορισμένα σώματα για να μπορούμε να εξηγήσουμε τις ελκτικές ή τις απωστικές δυνάμεις που εμφανίζουν μεταξύ τους.

Ηλεκτρικό φορτίο ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που περικλείεται στα διάφορα ηλεκτρισμένα σώματα και που προκαλεί τα ηλεκτρικά φαινόμενα

Ηλεκτρικό φορτίο ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που περικλείεται στα διάφορα ηλεκτρισμένα σώματα και που προκαλεί τα ηλεκτρικά φαινόμενα.Το φορτίο το συμβολίζουμε με το γράμμα Q η q και η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου το 1 Coulomb ή πιο σύντομα 1Cb.

Όταν τα φορτισμένα σώματα έλκονται μεταξύ τους λέμε ότι είναι αντίθετα φορτισμένα δηλαδή έχουν διαφορετικό είδος φορτίο

Υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη φορτίου.Όταν δύο η περισσότερα φορτισμένα σώματα απωθούνται μεταξύ τους λέμε ότι είναι όμοια φορτισμένα δηλαδή έχουν το ίδιο είδος φορτίο.Αντίθετα όταν τα φορτισμένα σώματα έλκονται μεταξύ τους λέμε ότι είναι αντίθετα φορτισμένα δηλαδή έχουν διαφορετικό είδος φορτίο.

Τρίβουμε μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα και την κρεμάμε από μεταξωτό νήμα. Αν πλησιάσουμε μια δεύτερη γυάλινη ράβδο, όμοια φορτισμένη, παρατηρούμε ότι απωθούνται. Αν αντικαταστήσουμε τη μια γυάλινη ράβδο με μια παρόμοια από εβονίτη που έχει τριφτεί σε γούνα, παρατηρούμαι ότι έλκονται. Αν αντικαταστήσουμε την άλλη γυάλινη ράβδο με μια άλλη ράβδο εβονίτη, όμοια φορτισμένη, παρατηρούμε ότι επίσης απωθούνται

Μπορούμε να δείξουμε ότι υπάρχουν δυο είδη ηλεκτρικού φορτίου.Τρίβουμε μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα και την κρεμάμε από μεταξωτό νήμα. Αν πλησιάσουμε μια δεύτερη γυάλινη ράβδο, όμοια φορτισμένη, παρατηρούμε ότι απωθούνται.Αν αντικαταστήσουμε τη μια γυάλινη ράβδο με μια παρόμοια από εβονίτη που έχει τριφτεί σε γούνα, παρατηρούμαι ότι έλκονται. Αν αντικαταστήσουμε την άλλη γυάλινη ράβδο με μια άλλη ράβδο εβονίτη, όμοια φορτισμένη, παρατηρούμε ότι επίσης απωθούνται.

Από τα παραπάνω φαίνεται ότι τρίβοντας τις ράβδους εμφανίζονται πάνω τους ηλεκτρικά φορτία,διαφορετικά στο γυαλί από ότι στον εβονίτη.

Ο Βενιαμίν Φραγκλίνος(1709-1790), που έκανε τα πρώτα καταγραμμένα τέτοια πειράματα, ονόμασε τα ηλεκτρικά φορτία στο γυαλί θετικά (+) και εκείνα στον εβονίτη αρνητικά (-). Αν και ουσιαστικά ήταν μια αυθαίρετη ονοματοδοσία διατηρείται ως τις μέρες μας.
Ο βασικός κανόνας που διατύπωσε ήταν: Τα ομώνυμα φορτία απωθούνται και τα ετερώνυμα έλκονται.

Τα ομώνυμα φορτία απωθούνται και τα ετερώνυμα έλκονται

Τα φαινόμενα αυτά δεν περιορίζονται φυσικά μόνο στο γυαλί και τον εβονίτη. Οποιαδήποτε ουσία τριφτεί με μια άλλη, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, εμφανίζει ηλεκτρικό φορτίο, θετικό ή αρνητικό. Μπορούμε να συγκρίνουμε τη συμπεριφορά της με μια γυάλινη ή από εβονίτη ράβδο όπως παραπάνω,΄ώστε να προσδιορίσουμε το πρόσημο του ηλεκτρικού φορτίου που εμφανίζεται κάθε φορά. Κανονικά η ύλη βρίσκεται σε ουδέτερη (μη φορτισμένη) κατάσταση. Κατά τη διάρκεια της τριβής όμως η ηλεκτρική ουδετερότητα καταστρέφεται, γιατί μικρή ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου μεταφέρεται από τη μια ουσία στην άλλη. Αν όπως στο παραπάνω παράδειγμα οι ουσίες είναι γυαλί και μετάξι, το γυαλί φορτίζεται θετικά και το μετάξι αρνητικά.

Το θετικά φορτισμένο σώμα λέμε ότι έχει θετικό φορτίο

Έτσι έχουμε δύο διαφορετικά φορτισμένα σώματα,τα θετικά φορτισμένα και λέμε ότι έχουν θετικό φορτίο και αρνητικά φορτισμένα και λέμε ότι έχουν αρνητικό φορτίο.

Το αρνητικά φορτισμένο σώμα λέμε ότι έχει αρνητικό φορτίο

Ένα σώμα είναι θετικά φορτισμένο όταν έχει έλλειψη από ηλεκτρόνια ενώ είναι αρνητικά φορτισμένο όταν έχει παραπάνω ηλεκτρόνια.Ένα σώμα με ίσες ποσότητες ηλεκτρικού φορτίου και από τα δύο είδη χαρακτηρίζεται ηλεκτρικά ουδέτερο.

Το ηλεκτροσκόπιο είναι όργανο που χρησιμοποιούμε στο εργαστήριο για να διαπιστώσουμε αν ένα σώμα είναι φορτισμένο ή όχι

Ένα ουδέτερο σώμα μπορεί να αποκτήσει ηλεκτρικό φορτίο με τρεις τρόπους, με επαφή, με τριβή και με επαγωγή.Το όργανο που χρησιμοποιούμε στο εργαστήριο για να διαπιστώσουμε αν ένα σώμα είναι φορτισμένο ή όχι λέγεται ηλεκτροσκόπιο.Στις διάφορες διεργασίες μεταξύ φορτισμένων και αφόρτιστων σωμάτων το συνολικό φορτίο παραμένει σταθερό. Λέμε τότε ότι ισχύει η αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου.Το μικρότερο φορτίο που θα συναντήσουμε είναι εκείνο του ηλεκτρονίου.Όλα τα ηλεκτρισμένα σώματα έχουν φορτίο ίσο με ακέραιο πολλαπλάσιο του φορτίου του ηλεκτρονίου, θετικό ή αρνητικό.

ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ

Ο Λεύκιππος (5ος αιώνας π.Χ.) και ο μαθητής του Δημόκριτος (470-380 π.Χ.) είχαν διατυπώσει στην Αρχαιότητα την ιδέα περί ατομικής συγκρότησης των υλικών.

Ο Λεύκιππος (5ος αιώνας π.Χ.) ήταν Έλληνας φιλόσοφος του 5ου αι. π.Χ. από τα Άβδηρα ή την Μίλητο, εισηγητής της ατομικής θεωρίας, δάσκαλος του Δημόκριτου. Διατύπωσε πρώτος την υπόθεση ότι η ύλη αποτελείται από άτομα

Αυτή η ιδέα διαδόθηκε κυρίως με τη διδασκαλία του Επίκουρου, του ιδρυτή της Σχολής του Κήπου στην Αθήνα (341-270 π.Χ.).

Ο Δημόκριτος ο Αβδηρίτης (460π.X.-390π.X.) ήταν μεγάλος φιλόσοφος της αρχαίας Ελλάδας.Υιός του Ηγησιστράτου. Βασικός εκπρόσωπος της Αρχαίας Ελληνικής Ατομικής θεωρίας. Μαθητής του Λευκίππου στην σχολή στα Άβδηρα και του Αναξαγόρου

Πέρα από αυτό, ο Δημόκριτος όριζε ότι άτομα είναι τα έσχατα μόρια ύλης που δεν επιδέχονται τομές (άτμητα) ή αυξομειώσεις, είναι αγέννητα, άφθαρτα, αναλλοίωτα και αδιαίρετα, πλήρη και τέλεια, συμπαγή, ενιαία και απλά, ενώ είναι αριθμητικά άπειρα, απέραντα ποικιλόμορφα σε σχήμα και κινούνται αδιάκοπα στο κενό.

Ο Έρνεστ Ράδερφορντ, 1ος Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον Μέλος του Τάγματος της Αξίας, Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας (πήρε αργότερα τον τιμητικό τίτλο Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον) ήταν Νεοζηλανδός φυσικός και χημικός.Ο Έρνεστ Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι το άτομο έχει συγκεντρωμένο το θετικό φορτίο στο κέντρο του και το αρνητικό περιφερειακά

Ο Έρνεστ Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι το άτομο έχει συγκεντρωμένο το θετικό φορτίο στο κέντρο του και το αρνητικό περιφερειακά και δημιούργησε το πλανητικό μοντέλο του ατόμου, που διαδέχτηκε το μοντέλο της "σταφίδας" του Τόμσον.

Το εργαστήριο του Έρνεστ Ράδερφορντ

Το μοντέλο του Ράδερφορντ τροποποιήθηκε αργότερα από τον Νηλς Μπορ (Bohr), που δημιούργησε το τραχειακό μοντέλο του ατόμου.

Το πλανητικό μοντέλο του ατόμου

Το μοντέλου του ατόμου Η2

Τα κύρια χαρακτηριστικά του τραχειακού μοντέλου του ατόμου του Έρνεστ Ράδερφορντ και του Νήλς Μπορ είναι:
α) Κάθε άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα γύρω από τον οποίο περιφέρονται τα ηλεκτρόνια.Ο πυρήνας έχει θετικό φορτίο ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο.Έτσι ο πυρήνας έλκει κάθε ηλεκτρόνιο, ενώ τα ηλεκτρόνια απωθούνται μεταξύ τους.

β) Όλα τα ηλεκτρόνια είναι όμοια. Έχουν την ίδια μάζα και το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο.

γ) Ο πυρήνας είναι σύνθετο σωματίδιο.Αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια.Το πρωτόνιο και το νετρόνιο έχουν σχεδόν ίσες μάζες.Τα πρωτόνια έχουν θετικό φορτίο ενώ τα νετρόνια δεν έχουν φορτίο,είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Όλα τα πρωτόνια και όλα τα νετρόνια όπως και όλα τα ηλεκτρόνια είναι πανομοιότυπα.Έχουν την ίδια μάζα και το ίδιο φορτίο.

δ) Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια έχουν αντίθετα φορτία ίδιου μεγέθους. Το φορτίο κάθε πρωτονίου είναι +1.6×10⁻¹⁹C,ενώ το φορτίο κάθε ηλεκτρονίου είναι - 1.6×10⁻¹⁹C.Τα φορτία αυτά είναι στοιχειώδη δηλαδή είναι τα μικρότερα φορτία που υπάρχουν στη φύση.

ε) Ο αριθμός των πρωτονίων του ατόμου είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων,με αποτέλεσμα το ολικό φορτίο ενός ατόμου είναι ίσο με μηδέν.Άρα τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.Ωστόσο, ένα άτομο μπορεί να προσλάβει ή να αποβάλλει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια και να γίνει ιόν.

Πως τα σώματα αποκτούν ηλεκτρικό φορτίο

Όλα τα σώματα αποτελούνται από άτομα ,τα οποία είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.Άρα και τα σώματα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.
Όταν ένα σώμα έχει προσλάβει ηλεκτρόνια αποκτά πλεόνασμα ηλεκτρονίων,οπότε δεν είναι πια ηλεκτρικά ουδέτερο και αποκτά αρνητικό φορτίο.Όταν ένα σώμα έχει αποβάλλει ηλεκτρόνια,έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων και έχει ολικό φορτίο θετικό.

Όταν ένα σώμα έχει προσλάβει ηλεκτρόνια αποκτά πλεόνασμα ηλεκτρονίων,οπότε δεν είναι πια ηλεκτρικά ουδέτερο και αποκτά αρνητικό φορτίο

Η φόρτιση των σωμάτων γίνεται με μεταφορά ηλεκτρονίων.Τα πρωτόνια δε μπορούν να μετακινηθούν γιατί έχουν μεγάλη μάζα και βρίσκονται παγιδευμένα στο εσωτερικό των πυρήνων των ατόμων.

Όταν ένα σώμα έχει αποβάλλει ηλεκτρόνια,έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων και έχει ολικό φορτίο θετικό

Για να φύγουν ηλεκτρόνια από τα άτομα ενός σώματος απαιτείται προσφορά ενέργειας,έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να μπορέσουν να υπερνικήσουν την έλξη των πυρήνων.Η προσφορά ενέργειας γίνεται με τριβή,με την ακτινοβολία κ.λ.π.

ΔΥΟ ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ

ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ

Η φόρτιση των σωμάτων οφείλεται σε μετακίνηση ηλεκτρονίων.Τα ηλεκτρόνια ούτε παράγονται ούτε καταστρέφονται αλλά μεταφέρονται.Άρα ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων παραμένει σταθερός.Συνεπώς στο μικρόκοσμο ή στο μακρόκοσμο το ολικό φορτίο παραμένει σταθερό.

Τα φορτία των σωμάτων που βρίσκονται στο εσωτερικό των ατόμων , ούτε δημιουργούνται ,ούτε καταστρέφονται.ε οποιαδήποτε διαδικασία , το ολικό φορτίο διατηρείται σταθερό

Συνεπώς:
Τα φορτία των σωμάτων που βρίσκονται στο εσωτερικό των ατόμων , ούτε δημιουργούνται ,ούτε καταστρέφονται.ε οποιαδήποτε διαδικασία , το ολικό φορτίο διατηρείται σταθερό.

ΚΒΑΝΤΩΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ

Κάθε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα , έχει περίσσεια ή έλλειμμα ηλεκτρονίων. Ένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να διαιρεθεί.Συνεπώς το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισμένου σώματος είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου (ή του πρωτονίου).Το ηλεκτρικό φορτίο εμφανίζεται σε πακέτα φορτίου που τα ονομάζουμε κβάντα.

Το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισμένου σώματος είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου

Το φορτίο κάθε ηλεκτρονίου είναι e=- 1.6×10⁻¹⁹C.Άρα το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισμένου σώματος Q είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου.Συνεπώς ισχύει η σχέση:

Q=Ν×e

όπου Ν=1,2,3,4,5,6......

ΤΡΟΠΟΙ ΗΛΕΚΤΡΙΣΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Στην καθημερινότητα παρατηρούμε γύρω μας πολλά φαινόμενα που οφείλονται στην ηλέκτριση των σωμάτων που μας περιβάλλουν.

Όταν πιάνουμε ένα μεταλλικό χερούλι μιας πόρτας μερικές φορές αισθανόμαστε ένα τίναγμα

Αν τρίψουμε ένα μπαλόνι πάνω σ' ένα μάλλινο ρούχο,αυτό μπορεί να κολλήσει σε έναν κατακόρυφο τοίχο.Όταν πιάνουμε ένα μεταλλικό χερούλι μιας πόρτας μερικές φορές αισθανόμαστε ένα τίναγμα.

Παραδείγματα ηλέκτρισης είναι ο κεραυνός και η αστραπή

Άλλα παραδείγματα ηλέκτρισης είναι ο κεραυνός και η αστραπή.Ένα ουδέτερο σώμα μπορεί να ηλεκτριστεί,δηλαδή μπορεί να αποκτήσει ηλεκτρικό φορτίο με τρεις τρόπους:
α) με επαφή,
β) με τριβή και
γ) με επαγωγή.

ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΜΕ ΤΡΙΒΗ

Ο Έλληνας σοφός Θαλής ο Μιλήσιος τον 6ο π. Χ. αιώνα παρατήρησε ότι το ήλεκτρο (κεχριμπάρι) όταν τρίβεται σε μάλλινο ύφασμα,αποκτά την ιδιότητα να έλκει τρίχες,φτερά, κ.ά.Την ιδιότητα αυτή ονομάζουμε ηλέκτριση με τριβή.Την ιδιότητα αυτή εμφανίζουν και άλλα υλικά όταν συμβαίνει ηλέκτριση με τριβή.Η ερμηνεία της ηλέκτρισης με τριβή γίνεται με τις σύγχρονες επιστημονικές απόψεις της δομής της ύλης.

ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΜΕ ΤΡΙΒΗ

Η ύλη αποτελείται από άτομα.Τα άτομα αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια,τα πρωτόνια,τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια.Στον πυρήνα του ατόμου υπάρχουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια ενώ γύρω από τον πυρήνα περιστρέφονται τα ηλεκτρόνια,τα οποία έλκονται από τον πυρήνα.

Με την τριβή τα ηλεκτρόνια ορισμένων υλικών αποσπώνται από τα άτομα τους

Το φορτίο του πρωτονίου είναι θετικό ενώ το ηλεκτρόνιο έχει ίσο και αντίθετο φορτίο από το φορτίο του πρωτονίου.Το νετρόνιο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.Στη φυσική τους κατάσταση τα άτομα είναι ουδέτερα,εφ' όσον ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων.Με την τριβή όμως τα ηλεκτρόνια ορισμένων υλικών αποσπώνται από τα άτομα τους.

Τα μαλλιά έλκονται από τα μπαλόνια

Έτσι αν τρίψουμε μια πλαστική ράβδο με ένα κομμάτι γούνας τότε τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από τη γούνα στο πλαστικό.Αν τρίψουμε ένα πλαστικό καλαμάκι με χαρτομάντιλο τα ηλεκτρόνια από τα άτομα του χαρτομάντιλου αποσπώνται και μεταφέρονται στο καλαμάκι.Το καλαμάκι έχει τώρα πλεόνασμα ηλεκτρονίων δηλαδή είναι αρνητικά φορτισμένο, ενώ το χαρτομάντιλο έχει έλλειψη ηλεκτρονίων δηλαδή είναι θετικά φορτισμένο και τα άτομα που έχασαν τα ηλεκτρόνια τους είναι θετικά ιόντα.

Αν τρίψουμε μια ράβδο από γυαλί ή πλαστικό με μεταξωτό ύφασμα,τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη ράβδο στο μετάξι έτσι η ράβδος φορτίζεται θετικά και το μετάξι αρνητικά

Αν τρίψουμε μια ράβδο από γυαλί ή πλαστικό με μεταξωτό ύφασμα,τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη ράβδο στο μετάξι έτσι η ράβδος φορτίζεται θετικά και το μετάξι αρνητικά.Το ποια ηλεκτρόνια αποσπώνται από τα άτομα των σωμάτων έχει σχέση με την έλξη των εξωτερικών ηλεκτρονίων των ατόμων από τον πυρήνα τους.Η έλξη αυτή διαφέρει από άτομο σε άτομο.Στην περίπτωση της πλαστικής ράβδου και της γούνας η έλξη των εξωτερικών ηλεκτρονίων των ατόμων της πλαστικής ράβδου είναι μεγαλύτερη από την έλξη των εξωτερικών ηλεκτρονίων της γούνας με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια από τα άτομα της γούνας να μεταφέρονται στη ράβδο.

Όταν τρίβoυμε μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα,ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη ράβδο στο ύφασμα.Τώρα η ράβδος έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων και το ύφασμα περίσσεια.Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που απέβαλε η ράβδος είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που προσέλαβε το ύφασμα.Το φορτίο της ράβδου είναι ίσο και αντίθετο με το φορτίο του υφάσματος.

Έτσι η πλαστική ράβδος φορτίζεται αρνητικά και η γούνα θετικά.Από τα παραπάνω μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ένα σώμα που έχει άνισο αριθμό ηλεκτρονίων και πρωτονίων είναι ηλεκτρικά φορτισμένο.Αν πλεονάζουν τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένο ενώ εάν υπάρχει έλλειψη ηλεκτρονίων είναι θετικά φορτισμένο.

Στην περίπτωση της πλαστικής ράβδου και της γούνας η έλξη των εξωτερικών ηλεκτρονίων των ατόμων της πλαστικής ράβδου είναι μεγαλύτερη από την έλξη των εξωτερικών ηλεκτρονίων της γούνας με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια από τα άτομα της γούνας να μεταφέρονται στη ράβδο

Δεχόμαστε ότι το γυαλί αποκτά με την τριβή σε μάλλινο ύφασμα, θετικό φορτίο (+) ενώ το ήλεκτρο,ο εβονίτης κ.ά. αποκτούν αρνητικό φορτίο (-).Το πλαστικό καλαμάκι ή η πλαστική σακούλα όταν τα τρίψουμε με μάλλινο ύφασμα ή χαρτομάντιλο αποκτούν αρνητικό φορτίο.Το ύφασμα αποκτά ισοδύναμο θετικό φορτίο.Επειδή το καλαμάκι και το ύφασμα είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού,τα ηλεκτρικά φορτία που αναπτύσσονται με την τριβή παραμένουν στη θέση τους δηλαδή είναι στατικά και τις ιδιότητες τους τις μελετά ο στατικός ηλεκτρισμός.

Κατά την τριβή δύο σωμάτων εξωτερικά ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο με αποτέλεσμα τα δύο σώματα να αποκτούν φορτίο

Στα άτομα,γύρω από τον πυρήνα υπάρχουν τα ηλεκτρόνια.Τα πιο απομακρυσμένα καλούνται εξωτερικά ηλεκτρόνια και είναι αυτά που μπορούν να αποσπαστούν πιο εύκολα από τα άτομα.Κατά την ηλέκτριση με τριβή,εξωτερικά ηλεκτρόνια από τα άτομα του ενός σώματος μεταφέρονται στα άτομα του άλλου σώματος.Κατά την τριβή δύο σωμάτων εξωτερικά ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο με αποτέλεσμα τα δύο σώματα να αποκτούν φορτίο.

Κατά την ηλέκτριση με τριβή,τα σώματα που τρίβονται αποκτούν ίσα και αντίθετα φορτία λόγω της αρχής διατήρησης του ηλεκτρικού πεδίου

Κατά την ηλέκτριση με τριβή,τα σώματα που τρίβονται αποκτούν ίσα και αντίθετα φορτία λόγω της αρχής διατήρησης του ηλεκτρικού πεδίου.

Τρίβουμε τη πλαστική ράβδο σε μάλλινο ύφασμα,οπότε εξωτερικά ηλεκτρόνια από άτομα του υφάσματος μεταφέρονται στη γυάλινη ράβδο.Έτσι,το ύφασμα φορτίζεται με θετικό φορτίο ενώ η ράβδος με αρνητικό φορτίο.Τρίβουμε τη γυάλινη ράβδο στο μεταξωτό ύφασμα,οπότε εξωτερικά ηλεκτρόνια από άτομα του γυαλιού μεταφέρονται στο ύφασμα.Έτσι,το γυαλί φορτίζεται με θετικό φορτίο ενώ το ύφασμα με αρνητικό φορτίο.

ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΜΕ ΕΠΑΦΗ

Κατά τη ηλέκτριση με επαφή φορτισμένο σώμα έρχεται σε επαφή με ένα άλλο ηλεκτρικά ουδέτερο,το δεύτερο σώμα αποκτά φορτίο ίδιου είδους με το πρώτο και το αρχικό φορτίο κατανέμεται στα δύο σώματα.

Κατά τη ηλέκτριση με επαφή φορτισμένο σώμα έρχεται σε επαφή με ένα άλλο ηλεκτρικά ουδέτερο,το δεύτερο σώμα αποκτά φορτίο ίδιου είδους με το πρώτο και το αρχικό φορτίο κατανέμεται στα δύο σώματα

Πιο συγκεκριμένα:Όταν θετικά φορτισμένο (που έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων), ακουμπά ένα άλλο ουδέτερο,τότε κάποια ηλεκτρόνια του ουδέτερου σώματος μεταφέρονται στο θετικά φορτισμένο σώμα.Αποτέλεσμα είναι το αρχικά ουδέτερο σώμα να φορτίζεται και αυτό θετικά.

Κατά τη ηλέκτριση με επαφή φορτισμένο σώμα έρχεται σε επαφή με ένα άλλο ηλεκτρικά ουδέτερο, το δεύτερο σώμα αποκτά φορτίο ίδιου είδους με το πρώτο και το αρχικό φορτίο κατανέμεται στα δύο σώματα

Όταν αρνητικά φορτισμένο (που έχει περίσσεια ηλεκτρονίων) ακουμπά ένα ουδέτερο σώμα,τότε κάποια από τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια μεταφέρονται στο ουδέτερο σώμα.Αποτέλεσμα το αρχικά ουδέτερο σώμα να φορτίζεται και αυτό αρνητικά.

Κατά την ηλέκτριση με επαφή ισχύει η αρχή διατήρησης του φορτίου

Κατά την ηλέκτριση με επαφή ισχύει η αρχή διατήρησης του φορτίου, οπότε το άθροισμα των φορτίων που αποκτούν τα δύο σώματα είναι ίσο με το φορτίο που αρχικά είχε το ένα.

AΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΩΤΕΣ

Η ράβδος από εβονίτη,η γυάλινη ράβδος,το μάλλινο ύφασμα κτλ.,όταν φορτίζονται,διατηρούν τα φορτία ακίνητα στη θέση που πρωτοεμφανίζονται.Αντίθετα,το μεταλλικό στέλεχος του ηλεκτροσκοπίου,καθώς και το σώμα μας,επιτρέπουν στα φορτία να κινηθούν.Έτσι,αν αγγίσουμε ένα φορτισμένο ηλεκτροσκόπιο με το δάχτυλο μας,το ηλεκτροσκόπιο εκφορτίζεται.

ΑΓΩΓΟΙ

Αγωγοί ονομάζονται τα σώματα που επιτρέπουν το διασκορπισμό του ηλεκτρικού φορτίου σε όλη την έκτασή τους.Παραδείγματα από αγωγούς είναι όλα τα μέταλλα.

Σε ένα μέταλλο,τα εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων συγκρατούνται τόσο χαλαρά από τους πυρήνες,ώστε διαφεύγουν και κινούνται ελεύθερα και τυχαία σε όλη την έκταση του μετάλλου

Σε ένα μέταλλο,τα εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων συγκρατούνται τόσο χαλαρά από τους πυρήνες,ώστε διαφεύγουν και κινούνται ελεύθερα και τυχαία σε όλη την έκταση του μετάλλου.

Η αγωγιμότητα των μετάλλων οφείλεται στα ελεύθερα ηλεκτρόνια

Γι αυτό,τα ηλεκτρόνια αυτά καλούνται ελεύθερα ηλεκτρόνια.Τα άτομα του μετάλλου μετατρέπονται σε θετικά ιόντα σχηματίζοντας ένα πλέγμα μέσα στο μέταλλο.

Αν το μέταλλο προσλάβει ή αποβάλλει ηλεκτρόνια σε μια περιοχή του,τότε λόγω της τυχαίας κίνησης των ηλεκτρονίων το πλεόνασμα ή το έλλειμμα των ηλεκτρονίων κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλη την έκταση του αγωγού.

ΜΟΝΩΤΕΣ

Μονωτές ονομάζονται τα σώματα που δεν επιτρέπουν το διασκορπισμό του ηλεκτρικού φορτίου σε όλη την έκταση τους.Το φορτίο που αποκτούν παραμένει εντοπισμένο στην περιοχή που φορτίσαμε.

Παραδείγματα από Μονωτές.Τα σώματα αυτά δεν επιτρέπουν την κίνηση των φορτίων

Παραδείγματα από μονωτές είναι πλαστικό, γυαλί, καουτσούκ, εβονίτης, ξύλο, καθαρό νερό,ξηρός αέρας.

Στους μονωτές,τα εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων συγκρατούνται ισχυρά από τους πυρήνες.Έτσι δε μπορούν να μετακινηθούν.

Μεταφορά θερμότητας στους αγωγούς και μονωτές

Αν ένας μονωτής προσλάβει ηλεκτρόνια, αυτά παραμένουν παγιδευμένα στην περιοχή της φόρτισης,ενώ αν ο μονωτής αποβάλλει ηλεκτρόνια,πάλι το έλλειμμα παραμένει παγιδευμένο στο σημείο που δημιουργήθηκε.

Κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος

Τα υλικά που περιέχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια ονομάζονται καλοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος και είναι τα μέταλλα,το φυσικό νερό,ο γραφίτης κ.ά.

Οι μονωτές δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια

Υπάρχουν και υλικά που δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια και έτσι δεν μπορεί να υπάρξει ροή ηλεκτρονίων συνεπώς ηλεκτρικό ρεύμα.Αυτά τα υλικά ονομάζονται κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος ή μονωτές και είναι το πλαστικό,το γυαλί,το στεγνό ξύλο.

Ο χαλκός είναι ένας από τους καλύτερους αγωγούς του ηλεκτρικού ρεύματος σε σχέση με τα άλλα μέταλλα

Ο χαλκός είναι ένας από τους καλύτερους αγωγούς του ηλεκτρικού ρεύματος σε σχέση με τα άλλα μέταλλα.Έτσι δικαιολογείται η χρήση του χαλκού για τη κατασκευή των καλωδίων,των ρευματοληπτών και των ρευματοδοτών.

Ο χαλκός περιβάλλεται από πλαστικό περίβλημα που είναι μονωτικό υλικό

Ο χαλκός περιβάλλεται από πλαστικό περίβλημα που είναι μονωτικό υλικό ώστε να αποφεύγεται ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας και να προστατεύεται ο χαλκός από την οξείδωση.

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ

ΗΛΕΚΤΡΟΣΚΟΠΙΟ

Το ηλεκτροσκόπιο είναι ένα επιστημονικό όργανο που χρησιμοποιείται για να ανιχνεύσει την παρουσία και το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου σε ένα σώμα.Ήταν το πρώτο ηλεκτρικό όργανο μέτρησης.

Το ηλεκτροσκόπιο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για να ανιχνεύσει την παρουσία και το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου σε ένα σώμα

Το πρώτο ηλεκτροσκόπιο,μια περιστρεφόμενη βελόνα εφευρέθηκε από τον βρετανικό γιατρό William Gilbert γύρω στο 1600.

Ένα από τα πρώτα ηλεκτροσκόπια που κατασκευάστηκαν

Είναι συσκευή που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και τον καθορισμό του είδους των ηλεκτρικών φορτίων.Ένα από τα πιο διαδεδομένα είναι εκείνο με κινητά φύλλα.

Είναι συσκευή που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και τον καθορισμό του είδους των ηλεκτρικών φορτίων

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.

Ηλεκτροσκόπιο με κινητά φύλλα

Αν πλησιάσουμε μία ράβδο φορτισμένη θετικά χωρίς να ακουμπήσουμε το δίσκο,τότε αυτός φορτίζεται από επαγωγή αρνητικά και τα φύλλα θετικά,οπότε τα απωθούμενα αποκλίνουν.Το ίδιο θα γίνει αν πλησιάσουμε μία ράβδο φορτισμένη αρνητικά,μόνο που τώρα τα φύλλα θα αποκτήσουν (πάλι από επαγωγή) αρνητικό φορτίο.

Αν πλησιάσουμε μία ράβδο φορτισμένη θετικά χωρίς να ακουμπήσουμε το δίσκο,τότε αυτός φορτίζεται από επαγωγή αρνητικά και τα φύλλα θετικά,οπότε τα απωθούμενα αποκλίνουν

Και στις δύο περιπτώσεις, απομακρύνοντας τη ράβδο,ξανάρχονται τα φύλλα στην κατακόρυφη θέση τους,γιατί τα φορτία του συστήματος δίσκος-φύλλα εξουδετερώνονται μεταξύ τους.Έτσι βλέπουμε πως ένα αρχικά αφόρτιστο η. φανερώνει την παρουσία ηλεκτρικού φορτίου.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.Πλησιάζοντας τώρα μία ράβδο με αρνητικό φορτίο στο δίσκο του θετικά φορτισμένου,θα παρατηρήσουμε προσέγγιση των φύλλων.Ενώ,αν κάνουμε το ίδιο με τη θετική ράβδο,παρατηρούμε ότι τα φύλλα αποκλίνουν ακόμα περισσότερο.Έτσι μ' ένα φορτισμένο ηλεκτροσκόπιο μπορούμε να διαπιστώσουμε το είδος του ηλεκτρικού φορτίου που έχει ένα σώμα.

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΚΟΥΛΟΜΠ

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΚΟΥΛΟΜΠ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Ο Κουλόμπ κατάφερε να μετρήσει τις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων.Τα συμπεράσματα διατύπωσε με τον παρακάτω νόμο που φέρει το όνομά του.

«Κάθε σημειακό ηλεκτρικό φορτίο ασκεί δύναμη σε κάθε άλλο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο.Το μέτρο της δύναμης είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων που αλληλεπιδρούν και αντίστροφα ανάλογο με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης.»

Θεωρούμε δύο μικρές σφαίρες,φορτισμένες με φορτία q1 η μία και q2 η άλλη,σε απόσταση r όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Οι σφαίρες θα έλκονται ή θα απωθούνται,ανάλογα με το είδος των φορτίων τους.

Κάθε σημειακό ηλεκτρικό φορτίο ασκεί δύναμη σε κάθε άλλο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο.Το μέτρο της δύναμης είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων που αλληλεπιδρούν και αντίστροφα ανάλογο με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης

Η δύναμη F που ενεργεί σε κάθε σφαίρα,όπως αποδεικνύεται πειραματικά,εξαρτάται από την ποσότητα των φορτίων q1 και q2,την απόσταση r,και από το υλικό που υπάρχει ανάμεσα στα φορτία

Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται μεταξύ των δυο φορτίων είναι ανάλογη προς το γινόμενο των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης τους

Μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων ασκούνται ηλεκτρικές δυνάμεις.Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται μεταξύ των δυο φορτίων είναι ανάλογη προς το γινόμενο των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης τους.
Η σχέση αυτή ανακαλύφθηκε από τον Coulomb τον 19ο αιώνα και ονομάστηκε νόμος του Coulomb.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB

Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης F με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q1,q2) είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης r.

F=k·|q1·q2|/r²

όπου:
F το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q1,q2)
q1 η ποσότητα ενός φορτίου,
q2 η ποσότητα του άλλου φορτίου

Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης F με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q1,q2) είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης r

Τα ηλεκτρικά φορτία q1 και q2 θεωρούνται σημειακά,δηλαδή οι ακτίνες των σφαιρών πάνω στις οποίες είναι συγκεντρωμένα είναι αμελητέες συγκρινόμενες με την απόσταση των κέντρων των σφαιρών
r η μεταξύ τους απόσταση.

ΣΤΑΘΕΡΑ ΑΝΑΛΟΓΙΑ K

To K είναι μια σταθερά αναλογίας και η τιμή της εξαρτάται από το υλικό μέσο μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δύο φορτισμένα σώματα,καθώς και από το σύστημα μονάδων που χρησιμοποιούμε.

Όταν τα δύο σώματα βρίσκονται στο κενό (ή στον αέρα) η τιμή της σταθεράς Κ στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων είναι ίση με:

k=9·10⁹N·m²/c²

Όταν τα ηλεκτρικά φορτία που αλληλεπιδρούν βρίσκονται στο κενό και κατά προσέγγιση στον αέρα,η σταθερά k δίνεται από τη σχέση:

k=1/4π·ε0

όπου:
εo μία φυσική σταθερά που ονομάζεται απόλυτη διηλεκτρική σταθερά του κενού και έχει τιμή στο S.I.:

ε0=8,85·10^-12C²/N·m²

Επομένως η σταθερά k έχει τιμή στο S.I. κατά προσέγγιση

k=9·10⁹N·m²/C²

Η τιμή σταθερά αναλογίας K εξαρτάται από το υλικό μέσο μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δύο φορτισμένα σώματα,καθώς και από το σύστημα μονάδων που χρησιμοποιούμε.

ΔΥΝΑΜΗ ΤΟΥ COULOMB

H δύναμη είναι διανυσματικό μέγεθος και σχεδιάζεται με βελάκια.

Η δύναμη του Coulomb

Έτσι τα χαρακτηριστικά της δύναμη είναι:

Διεύθυνση: Η διεύθυνση της ευθείας που ενώνει τα δύο σημειακά φορτία,που είναι και φορέας της.

Φορά: Καθορίζεται από το είδος των φορτίων.Αν τα φορτία είναι ομώνυμα η δύναμη είναι απωστική, ενώ αν τα φορτία είναι ετερώνυμα η δύναμη είναι ελκτική.
μέτρο:

F=k·|q1·q2|/r²

Σημείο εφαρμογής: Τα σημειακά φορτία q1 και q2.

Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο S.I. είναι το 1 Coulomb:

1 C

ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB

Η δύναμη εφαρμόζεται κατά την ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και είναι απωστική μεταξύ των ομωνύμων φορτίων και ελκτική μεταξύ των ετερωνύμων φορτίων.

Η δύναμη εφαρμόζεται κατά την ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και είναι απωστική μεταξύ των ομωνύμων φορτίων και ελκτική μεταξύ των ετερωνύμων φορτίων

Ο νόμος του Coulomb ακολουθεί τον νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου,όπως και ο νόμος της παγκόσμιας έλξης δηλαδή

F=σταθ./r²

Για να αποδείξει ο Σαρλ Ογκυστέν ντε Κουλόμπ το 1785 το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου χρησιμοποίησε τον ομώνυμο «ζυγό στρέψης του Coulomb»,επιβεβαίωσε το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου.

O νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου στο νόμο του Coulomb

Σύμφωνα με το νόμο δράσης–αντίδρασης του Νεύτωνα,οι δύο δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των φορτίων έχουν πάντα ίσα μέτρα και αντίθετη φορά,ανεξάρτητα από την τιμή που έχουν τα φορτία.

Ο ζυγός στρέψης του Coulomb

Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται ανάμεσα σε δύο σημειακά φορτία του 1 C που βρίσκονται σε απόσταση 1 m είναι ίση με 9 δισεκατομμύρια Ν

Σύμφωνα με τον νόμο του Κουλόμπ η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται ανάμεσα σε δύο σημειακά φορτία του 1 C που βρίσκονται σε απόσταση 1 m είναι ίση με 9 δισεκατομμύρια Ν.

Αυτή η δύναμη είναι πολύ μεγάλη και έτσι το C είναι πολύ μεγάλη μονάδα φορτίου.Όμως τέτοια συνολικά φορτία δεν εμφανίζονται στα φαινόμενα της καθημερινότητας.

Στον μικρόκοσμο,δηλαδή στον κόσμο των ατόμων και των μορίων κυριαρχούν οι ηλεκτρικές δυνάμεις

Οι ηλεκτρικές δυνάμεις παίζουν σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό των ατόμων,των μορίων από τα άτομα,των κρυστάλλων και επομένως στις χημικές αντιδράσεις.

Αντίθετα από το μικρόκοσμο,στο μακρόκοσμο δηλαδή στον κόσμο των πλανητών,των δορυφόρων τους,των αστέρων και των γαλαξιών κυριαρχούν οι βαρυτικές δυνάμεις

Τα ουράνια σώματα όμως έχουν ολικό φορτίο ίσο με το μηδέν.Έτσι οι ηλεκτρικές δυνάμεις είναι ασήμαντες στο μακρόκοσμο.Οι κινήσεις των ουράνιων σωμάτων προσδιορίζονται μόνο από τις βαρυτικές δυνάμεις.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Μέχρι στιγμής έχουμε ασχοληθεί με την ηλεκτρική δύναμη που δρα από απόσταση χωρίς να μεσολαβεί κάποιο υλικό μέσο μεταξύ των φορτισμένων σωμάτων.

Ο Μάικλ Φαραντέι (1791–1867) ήταν ένας Άγγλος επιστήμονας με συμβολή στην εξέλιξη του ηλεκτρομαγνητισμού και θεωρείται ένας από τους κορυφαίους πειραματικούς επιστήμονες

Ο Μάικλ Φαραντέι (1791–1867) ήταν ένας Άγγλος επιστήμονας με σημαντική συμβολή στην εξέλιξη του ηλεκτρομαγνητισμού και της ηλεκτροχημείας.

Το εργαστήριο του Μάικλ Φαραντέι

Ο Φαραντέι κατέχει ξεχωριστή θέση όσον αφορά το πειραματικό κομμάτι των φυσικών επιστημών,καθώς ήταν ιδιαίτερα παραγωγικός όσον αφορά στην επινόηση,το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός μεγάλου πλήθους πειραμάτων.Ήταν ο πρώτος που επινόησε την έννοια του πεδίου δυνάμεων.

Πεδίο ονομάζεται μια περιοχή του χώρου που μπορεί να ασκεί δύναμη

Πεδίο ονομάζεται μια περιοχή του χώρου που μπορεί να ασκεί δύναμη.
Αν είναι δύναμη βαρύτητας μιλάμε για βαρυτικό πεδίο,αν είναι ηλεκτρική για ηλεκτρικό πεδίο,αν είναι μαγνητική για μαγνητικό πεδίο.Για να γίνει ένας χώρος ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να υπάρχει σε αυτόν ένα τουλάχιστον φορτίο.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Θεωρούμε τώρα μία σφαίρα με ένα σταθερό φορτίο Q.Αν σε ένα σημείο του χώρου γύρω από το φορτίο Q τοποθετήσουμε ένα άλλο φορτίο q,θα ασκηθεί πάνω του μία ηλεκτρική δύναμη που θα δίνεται από τον νόμο του Κουλόμπ.

Μία φορτισμένη σφαίρα με φορτίο Q.Αν σε ένα σημείο του χώρου γύρω από το φορτίο Q τοποθετήσουμε ένα άλλο φορτίο q,θα ασκηθεί πάνω του μία ηλεκτρική δύναμη

Στο χώρο γύρω από το φορτισμένο σώμα ασκούνται ηλεκτρικές δυνάμεις.Τον χώρο αυτό τον ονομάζουμε ηλεκτρικό πεδίο.
Η θεωρία του ηλεκτρικού πεδίου είναι ένα τρόπος να περιγράψουμε τον μηχανισμό με τον οποίο μεταφέρονται οι ηλεκτρικές δυνάμεις μεταξύ των φορτίων.

Στο χώρο γύρω από το ένα φορτισμένο σώμα ασκούνται ηλεκτρικές δυνάμεις

Ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται ο χώρος που έχει την ιδιότητα να ασκεί ηλεκτρικές δυνάμεις σε κάθε φορτισμένο σώμα που θα βρεθεί μέσα σε αυτό.

Ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται ο χώρος που έχει την ιδιότητα να ασκεί ηλεκτρικές δυνάμεις σε κάθε φορτισμένο σώμα που θα βρεθεί μέσα σε αυτό

Γύρω από τους πυρήνες των ατόμων υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο όμοιο με το πεδίο που σχηματίζεται γύρω από μια φορτισμένη σφαίρα.Μέσα στο πεδίο αυτό κινούνται τα ηλεκτρόνια των ατόμων.

Το φορτισμένο σώμα που δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται πηγή του πεδίου.
Αν σε ένα ηλεκτρικό πεδίο βρεθεί ένα άλλο φορτίο τότε ασκείται σε αυτό δύναμη.Το φορτίο που δέχεται την δύναμη το λέμε υπόθεμα.Με την εισαγωγή της έννοιας του ηλεκτρικού πεδίου η άσκηση της ηλεκτρικής δύναμης περιγράφεται ως διαδικασία δύο βημάτων.

Το φορτισμένο σώμα που δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται πηγή του πεδίου

α) Γύρω από κάθε φορτισμένο σώμα δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο.
β) Τα φορτισμένα σώματα αλληλεπιδρούν μέσω των ηλεκτρικών πεδίων που δημιουργούν.

Για να αποδείξουμε πειραματικά την ύπαρξη του ηλεκτρικού πεδίου σε κάποιο σημείο,χρησιμοποιούμε ένα σημειακό ηλεκτρικό φορτίο που ονομάζουμε δοκιμαστικό φορτίο.Αν το δοκιμαστικό φορτίο δεχτεί ηλεκτρική δύναμη,υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο στο σημείο εκείνο.

ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Σε κάποιο σημείο του χώρου θεωρούμε ακίνητο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο +Q.Το φορτίο +Q δημιουργεί σε κάθε σημείο του χώρου γύρω από αυτό,ηλεκτρικό πεδίο.
Το φορτίο +Q το ονομάζουμε πηγή του πεδίου.

Σε κάποιο σημείο του χώρου θεωρούμε ακίνητο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο +Q.Η δύναμη που ασκείται από το φορτίο πηγή Q, σε ένα δοκιμαστικό φορτίο q που βρίσκεται στη θέση (Α),είναι ανάλογη των φορτίων Q και q

Η δύναμη που ασκείται από το φορτίο πηγή Q,σε ένα δοκιμαστικό φορτίο q που βρίσκεται στη θέση (Α),είναι ανάλογη των φορτίων Q και q.Από το νόμο του Coulomb έχουμε:

F1=k·|Q|/r²· |q|

Αν στην ίδια θέση Α που ήταν το q τοποθετήσουμε ένα άλλο δοκιμαστικό φορτίο q′=2·q,η δύναμη που δέχεται είναι:

F2=k·|Q|/r²· |q'|=k|Q|/r²· 2|q|

Το συμπέρασμα είναι ότι η δύναμη που δέχεται το δοκιμαστικό φορτίο διπλασιάζεται όταν αυτό διπλασιασθεί.

Η ένταση του πεδίου που δημιουργεί ένα θετικό σημειακό φορτίο Q,απομακρύνεται από το φορτίο

Επομένως για να εκφράσουμε την ηλεκτρική επίδραση ενός φορτίου Q στα διάφορα δοκιμαστικά φορτία που τοποθετούνται σε συγκεκριμένη θέση γύρω από το Q,είναι περισσότερο χρήσιμο να την εκφράσουμε μέσω ενός νέου φυσικού μεγέθους που είναι ίσο με το πηλίκο F/q ονομάζεται ένταση και ορίζεται ως εξής:

Η ένταση του πεδίου που δημιουργεί ένα αρνητικό σημειακό φορτίο Q,κατευθύνεται προς το φορτίο

Ένταση σε σημείο ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται το φυσικό διανυσματικό μέγεθος που έχει μέτρο ίσο με το πηλίκο του μέτρου της δύναμης που ασκείται σε φορτίο q που βρίσκεται σ' αυτό το σημείο προς το φορτίο αυτό και κατεύθυνση την κατεύθυνση της δύναμης,αν αυτή ασκείται σε θετικό φορτίο.

Αν το δοκιμαστικό φορτίο ήταν αρνητικό,η ένταση του πεδίου στη θέση Α δεν θα άλλαζε κατεύθυνση και μέτρο.

Ένταση σε σημείο ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται το φυσικό διανυσματικό μέγεθος που έχει μέτρο ίσο με το πηλίκο του μέτρου της δύναμης που ασκείται σε φορτίο q που βρίσκεται σ' αυτό το σημείο προς το φορτίο αυτό και κατεύθυνση την κατεύθυνση της δύναμης, αν αυτή ασκείται σε θετικό φορτίο

Όπως γίνεται αντιληπτό,η ένταση έχει φορά προς το φορτίο Q αν αυτό είναι αρνητικό και αντίθετη,αν το φορτίο είναι θετικό,ανεξάρτητα από το είδος του δοκιμαστικού φορτίου q.

Tο μέτρο της έντασης σε κάποιο σημείου του πεδίου,μας δείχνει πόσο ισχυρό είναι το πεδίο στο σημείο αυτό

Δηλαδή το μέτρο της έντασης σε κάποιο σημείου του πεδίου,μας δείχνει πόσο ισχυρό είναι το πεδίο στο σημείο αυτό.

ΜΟΝΑΔΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Μονάδα μέτρησης της έντασης στο S.I. είναι το ένα νιούτον ανά κουλόμπ 1 N/C.

Η μονάδα μέτρησης αυτή βρίσκεται από τον ορισμό της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου.

ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ COULOMB

Ηλεκτροστατικό πεδίο Coulomb ονομάζεται το πεδίο που δημιουργείται από ένα ακίνητο σημειακό φορτίο Q.

ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ COULOMB

Όπως αναφέραμε από τον ορισμό της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου,το μέτρο της είναι E=F/q.

Το δοκιμαστικό φορτίο q δέχεται δύναμη Coulomb λόγω του φορτίου Q F=k·|Q·q|/r²

Πρέπει να βρούμε μια σχέση η οποία ισχύει για το ηλεκτροστατικό πεδίο Coulomb.

Το μέτρο της έντασης ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb ως συνάρτηση της απόστασης r από το φορτίο Q

Το δοκιμαστικό φορτίο q δέχεται δύναμη Coulomb λόγω του φορτίου Q,η οποία σύμφωνα με τη σχέση FC=k·|q1·q2|/r² είναι:

F=k·|Q·q|/r²

Άρα λόγω του μέτρου της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου E=F/q έχουμε:

E=k·|Q·q|/r²/|q|

E=k·|Q|/r²

όπου:
Ε το μέτρο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου.
k η ηλεκτρική σταθερά.
|Q| η απόλυτη τιμή του φορτίου που δημιουργεί το πεδίο.
r η απόσταση μεταξύ του σημείου και του φορτίου Q.

ΔYNAMIKEΣ ΓΡΑΜΜΕΣ

Όπως είπαμε,ένα ακίνητο σημειακό φορτίο Q δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο.Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου,διαφέρει από το ένα σημείο στο άλλο.

Ένα ακίνητο σημειακό φορτίο Q δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο

Επειδή με τις αισθήσεις μας δεν μπορούμε να αντιληφθούμε απ'ευθείας το ηλεκτρικό πεδίο,χρησιμοποιούμε τις δυναμικές γραμμές γι'αυτόν το σκοπό.Ο πρώτος που εισήγαγε την έννοια των δυναμικών γραμμών ήταν ο Μάικλ Φαραντέι (1791-1867).

Οι δυναμικές γραμμές είναι φανταστικές γραμμές που σχεδιάζουμε σε μία περιοχή το χώρου έτσι ώστε σε κάθε σημείο, το διάνυσμα του ηλεκτρικού πεδίου να εφάπτεται σε εκείνο ακριβώς το σημείο

Επειδή είναι αδύνατο να σχεδιάσουμε άπειρα διανύσματα έντασης,μπορούμε να χαράξουμε αντιπροσωπευτικά μερικές γραμμές.
Οι δυναμικές γραμμές είναι φανταστικές γραμμές που σχεδιάζουμε σε μία περιοχή το χώρου έτσι ώστε σε κάθε σημείο,το διάνυσμα του ηλεκτρικού πεδίου να εφάπτεται σε εκείνο ακριβώς το σημείο.

Δυναμικές γραμμές ονομάζονται οι γραμμές οι οποίες σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο, ώστε η ένταση του πεδίου να είναι εφαπτόμενη σε κάθε σημείο τους

Δυναμικές γραμμές ονομάζονται οι γραμμές οι οποίες σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο,ώστε η ένταση του πεδίου να είναι εφαπτόμενη σε κάθε σημείο τους.

Οι ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές δείχνουν την κατεύθυνση του σε κάθε σημείο.Απομακρύνονται από τα θετικά φορτία και καταλήγουν σε αρνητικά.

Δυναμικές γραμμές ανάμεσα σε δυο ετερώνυμα και ομώνυμα φορτία

Σε κάθε σημείο,το ηλεκτρικό πεδίο έχει μία μόνο κατεύθυνση, οπότε από κάθε σημείο του χώρου περνάει μία μόνο δυναμική γραμμή.

Οι δυναμικές γραμμές ενός ηλεκτρικού πεδίου μπορούν να γίνουν ορατές,αν πραγματοποιήσουμε το εξής πείραμα.

Σε μία λεκάνη με μονωτικό υγρό (π.χ. καστορέλαιο) ρίχνουμε σπόρους χλόης ή σουσάμι οι οποίοι επιπλέουν

Σε μία λεκάνη με μονωτικό υγρό (π.χ. καστορέλαιο) ρίχνουμε σπόρους χλόης ή σουσάμι οι οποίοι επιπλέουν.Στη συνέχεια τοποθετούμε με κατάλληλο τρόπο ένα μικρό φορτισμένο σώμα σε ένα σημείο του υγρού και διαπιστώνουμε ότι οι σπόροι διατάσσονται.Αυτό το φαινόμενο ερμηνεύεται με την επαγωγική φόρτιση των σπόρων.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ

Οι δυναμικές γραμμές έχουν τις παρακάτω ιδιότητες:

α) Οι δυναμικές γραμμές είναι ανοικτές,δηλαδή απομακρύνονται από τα θετικά φορτία και κατευθύνονται προς τα αρνητικά.

β) Η ένταση του πεδίου έχει μεγάλο μέτρο στις περιοχές του χώρου,όπου είναι πιο πυκνές,ενώ η ένταση του πεδίου έχει μικρό μέτρο στις περιοχές του χώρου, όπου είναι πιο αραιές.

γ) Δεν τέμνονται γιατί αν τέμνονταν,σε ένα σημείο θα είχαμε δύο εντάσεις του ηλεκτρικού πεδίου πράγμα που δεν ισχύει.

ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΠΕΔΙΩΝ

Ηλεκτρικά πεδία δημιουργούνται και από συστήματα δύο ή περισσότερων ηλεκτρικών φορτίων.

Ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται το πεδίο που δεν έχει την ίδια ένταση σε όλα τα σημεία του

Ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται το πεδίο που δεν έχει την ίδια ένταση σε όλα τα σημεία του.

Στην φύση συναντάμε πάντα ανομοιογενή πεδία και έχουν ένταση διαφορετικού μέτρου και κατεύθυνσης.

ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Ομογενές ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται το πεδίο το οποίο έχει την ίδια ένταση ε σε όλα τα σημεία του.

Ομογενές ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται το πεδίο το οποίο έχει την ίδια ένταση ε σε όλα τα σημεία του

Το πεδίο αυτό απεικονίζεται με τη βοήθεια δυναμικών γραμμών, οι οποίες είναι παράλληλες,ίδιας φοράς και ισαπέχουν.

Το ομογενές πεδίο απεικονίζεται με τη βοήθεια δυναμικών γραμμών,οι οποίες είναι παράλληλες,ίδιας φοράς και ισαπέχουν

Ένα τέτοιο πεδίο μπορούμε να το πραγματοποιήσουμε με δυο παράλληλες μεταλλικές πλάκες,που βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους.

Το ομογενές πεδίο μπορούμε να το πραγματοποιήσουμε με δυο παράλληλες μεταλλικές πλάκες,που βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους.Αν φορτίσουμε τις πλάκες με αντίθετα φορτία,τότε ανάμεσα στις δυο πλάκες δημιουργείται ομογενές ηλεκτρικό πεδίο

Αν φορτίσουμε τις πλάκες με αντίθετα φορτία,τότε ανάμεσα στις δυο πλάκες δημιουργείται ομογενές ηλεκτρικό πεδίο.Το σύστημα αυτό ονομάζεται επίπεδος πυκνωτής.