ΤΑΣΗ HALL (ΧΟΛ)

ΤΑΣΗ HALL (ΧΟΛ)

ΤΑΣΗ HALL (ΧΟΛ)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 To 1879 o Edwin Hall διαπίστωσε ότι σε ένα πλακίδιο που διαρρέεται από ρεύμα,τοποθετημένο μέσα σε μαγνητικό πεδίο,δημιουργείται διαφορά δυναμικού σε διεύθυνση που είναι κάθετη στο ρεύμα και στο μαγνητικό πεδίο. 

Το φαινόμενο Ηall οφείλεται στην απόκλιση που υφίστανται οι φορείς του ρεύματος,εξ αιτίας της δύναμης που δέχονται από το μαγνητικό πεδίο

 Το φαινόμενο αυτό,που είναι γνωστό ως φαινόμενο Ηall οφείλεται στην απόκλιση που υφίστανται οι φορείς του ρεύματος,εξ αιτίας της δύναμης που δέχονται από το μαγνητικό πεδίο.

Ο Edwin Herbert Hall (7,Νοεμβρίου 1855-20 Νοεμβρίου, 1938) ήταν ένας Αμερικανός φυσικός ο οποίος ανακάλυψε το "φαινόμενο Hall".Έγραψε πολλά βιβλία φυσικής και εργαστηριακά εγχειρίδια.

 Η ανάλυση των αποτελεσμάτων του φαινομένου Ηall σε ένα αγώγιμο πλακίδιο δίνει πληροφορίες για τους φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος και για την πυκνότητά τους.Το φαινόμενο το εκμεταλλευόμαστε στη μέτρηση μαγνητικών πεδίων.

ΤΑΣΗ HALL

 Έστω ένας αγωγός σε σχήμα πλάκας που διαρρέεται από ρεύμα κατά τη θετική κατεύθυνση του άξονα x.Στην κατεύθυνση y υπάρχει ομογενές μαγνητικό πεδίο Β.Εάν οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια,αυτά θα κινούνται προς την αρνητική κατεύθυνση του άξονα x με μια μέση ταχύτητα υd (ταχύτητα διολίσθησης).Στα ηλεκτρόνια αυτά το μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη F με κατεύθυνση προς τα επάνω,και συνεπώς αποκλίνουν από την πορεία τους και συσσωρεύονται στο επάνω μέρος της πλάκας.

Η ανάλυση των αποτελεσμάτων του φαινομένου Ηall σε ένα αγώγιμο πλακίδιο δίνει πληροφορίες για τους φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος και για την πυκνότητά τους

 Με τη συσσώρευση των ηλεκτρονίων στο επάνω μέρος της πλάκας δημιουργείται περίσσεια θετικού φορτίου στο κάτω μέρος της.Η συσσώρευση ίσων ποσοτήτων θετικού και αρνητικού φορτίου στο κάτω και επάνω μέρος της πλάκας συνεπάγεται τη δημιουργία στο εσωτερικό της πλάκας ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου το οποίο ασκεί στα ελεύθερα ηλεκτρόνια  δύναμη Ε·q,με φορά προς τα κάτω.H συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου συνεχίζεται μέχρις ότου η ηλεκτρική δύναμη Ε·q εξισορροπήσει τη μαγνητική δύναμη F.

Εάν οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια, αυτά θα κινούνται προς την αρνητική κατεύθυνση του άξονα x με μια μέση ταχύτητα υd (ταχύτητα διολίσθησης)

 Με ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο μπορούμε να μετρήσουμε τη διαφορά δυναμικού που δημιουργείται μεταξύ του κάτω και του επάνω μέρους της πλάκας εξαιτίας της συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου.
 Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται τάση Ηall (VH).

 Εάν οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι θετικοί, (όπως συμβαίνει σε ορισμένους ημιαγωγούς)αυτοί θα εκτραπούν προς τα πάνω και έτσι στο επάνω μέρος συσσωρεύεται θετικό φορτίο ενώ στο κάτω αρνητικό.Στην περίπτωση αυτή το πρόσημο της τάσης Ηall είναι αντίθετο από ότι πριν,όταν οι φορείς ήταν ηλεκτρόνια.Προσδιορίζοντας λοιπόν την πολικότητα της τάσης Ηall προσδιορίζεται το πρόσημο των φορέων φορτίου.

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ HALL

 Μπορούμε να βρούμε μια έκφραση για την τάση Ηall αν θυμηθούμε ότι στην κατάσταση ισορροπίας η δύναμη του μαγνητικού πεδίου F=Bqυd  εξισορροπείται από τη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου Eq.

                                                                                 B·q·υd=Ε·q         ή

                                                                               B·υd=E

 Εάν το πλάτος του αγωγού είναι d,τότε E=VH/d  και η σχέση B·υd=E γίνεται B·υ·d=VH/d οπότε:

                                                                               VH=B·d·υd

 Από τη σχέση VH=B·d·υd παρατηρούμε ότι αν γνωρίζουμε την τάση Hall το Β και το d, μπορούμε να υπολογίσουμε την ταχύτητα διολίσθησης των φορέων του ρεύματος.

 Η ένταση του ρεύματος μπορεί να εκφρασθεί και ως συνάρτηση του αριθμού n των φορέων φορτίου ανά μονάδα όγκου,όπως υπολογίστηκε στη σχέση n·A·q·υ=Ι

Με ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο μπορούμε να μετρήσουμε τη διαφορά δυναμικού που δημιουργείται μεταξύ του κάτω και του επάνω μέρους της πλάκας εξαιτίας της συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου.Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται τάση Ηall (VH)

 Ας πάρουμε την περίπτωση όπου η ηλεκτρική δύναμη είναι αρκετά μεγάλη και το σταγονίδιο κινείται προς τα πάνω, τότε η αντίσταση F,κατευθύνεται προς τα κάτω.Αν υ΄ είναι η νέα οριακή ταχύτητα που θα αποκτήσει η σταγόνα,ισχύει:

                                                                                 I=n·q·A·υd           ή

                                                                              υd=Ι/n·q·A

όπου: 

Α το εμβαδόν της διατομής της πλάκας.

 Θέτοντας στη σχέση VH=B·d·υd την υd=Ι/n·q·A  βρίσκουμε:

                                                                               VH=Ι·Β·d/n·q·A

 Από τη σχέση αυτή μπορούμε να υπολογίσουμε την πυκνότητα φορέων ρεύματος του αγωγού.
 Τέλος γνωρίζοντας τις ιδιότητες του αγώγιμου πλακιδίου,δηλαδή την πυκνότητα φορέων ρεύματος και το είδος των φορέων φορτίου,μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το φαινόμενο για τη μέτρηση άγνωστων μαγνητικών πεδίων.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ HALL

 To φαινόμενο Hall έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές σε διάφορους χώρους,μεταξύ αυτών και στην ιατρική.Το αίμα περιέχει ιόντα τα οποία κινούνται με την ταχύτητα ροής του.Μπορούμε να θεωρήσουμε την κίνηση των ιόντων σαν ηλεκτρικό ρεύμα.Εφαρμόζουμε ένα μαγνητικό πεδίο κάθετα σε μια αρτηρία και μετράμε την τάση Hall που αναπτύσσεται στα τοιχώματά της.Από τη σχέση που δίνει τη τάση Hall μπορούμε να υπολογίσουμε την ένταση του ρεύματος και στη συνέχεια από τη σχέση υd=Ι/n·q·A την ταχύτητα των ιόντων που είναι και η ταχύτητα ροής του αίματος.Γνωρίζοντας την ταχύτητα ροής του αίματος στην αρτηρία οι γιατροί μπορούν να βγάλουν συμπεράσματα για την κατάσταση του κυκλοφορικού συστήματος του ασθενή.

ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ

ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ

ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Το αλεξικέραυνο είναι μια διάταξη η οποία χρησιμοποιείται για την προφύλαξη των οικοδομών,πλοίων,εγκαταστάσεων,στύλων ηλεκτρικού ρεύματος κτλ. από κεραυνούς.

Το αλεξικέραυνο είναι μια διάταξη η οποία χρησιμοποιείται για την προφύλαξη των οικοδομών,πλοίων,εγκαταστάσεων,στύλων ηλεκτρικού ρεύματος κτλ. από κεραυνούς

 Το αλεξικέραυνο απαιτεί σύνδεση με τη γη για να εκτελέσει την προστατευτική του λειτουργία.Τα αλεξικέραυνα έχουν διαφορετικές μορφές,όπως κοίλες,συμπαγείς,μυτερές,στρογγυλεμένες,επίπεδες λωρίδες ή ακόμα και βούρτσες.
 Το κύριο χαρακτηριστικό κοινό όλων των αλεξικέραυνων είναι ότι όλα κατασκευάζονται από αγώγιμα υλικά,όπως χαλκός και αλουμίνιο.Ο χαλκός και τα κράματά του είναι τα πιο συνηθισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται στην προστασία από κεραυνούς.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ

 Εφευρέτης του αλεξικέραυνου είναι ουσιαστικά ο Βενιαμίν Φραγκλίνος.Ήταν ο πρώτος που ανάλυσε την αρχή του αλεξικέραυνου στην Πενσυλβάνια το 1749.
 Ύστερα κατασκεύασε το πρώτο αλεξικέραυνο μετά το πείραμά του για την απόδειξη του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού το 1752.Τα επόμενα χρόνια ανέπτυξε την εφεύρεσή του για οικιακή εφαρμογή (που δημοσιεύθηκε το 1753) και έκανε περαιτέρω βελτιώσεις προς ένα αξιόπιστο σύστημα γύρω στο 1760.

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

 Το πρώτο αλεξικέραυνο που κατασκεύασε ο Benjamin Franklin είχε σχήμα μυτερού αγωγού,που ονομάζεται επίσης ελκυστήρας αστραπής ή ράβδος Franklin.Αν και δεν ήταν ο πρώτος που πρότεινε μια συσχέτιση μεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας και κεραυνών,ο Franklin ήταν ο πρώτος που πρότεινε ένα λειτουργικό σύστημα για να δοκιμάσει την υπόθεσή του. 
 Ο Φράνκλιν σκέφτηκε  μια ράβδο σιδήρου ακονισμένη σε ένα σημείο.
 Ένα είδος αλεξικέραυνου είχε χρησιμοποιηθεί στον Πύργο του Nevyansk.Ο πύργος του κτιρίου είχε μεταλλική ράβδο σε σχήμα επιχρυσωμένης σφαίρας με αιχμές.Αυτό το αλεξικέραυνο είναι γειωμένος μέσα από το σκελετό των οπλισμών,που διαπερνά ολόκληρο το κτίριο.

Τα πρώτα έγγραφα του Βενιαμίν Φραγκλίνου για την ηλεκτρική ενέργεια

 Ο πύργος του Nevyansk χτίστηκε μεταξύ του 1721 και του 1745,κατόπιν εντολής του βιομηχάνου Akinfiy Demidov.Ο πύργος Nevyansk χτίστηκε 28 χρόνια πριν από το πείραμα και την επιστημονική εξήγηση του Benjamin Franklin.Ωστόσο,η αληθινή πρόσθεση του αλεξικέραυνου πίσω από τη μεταλλική στέγη και τις ράβδους παραμένει άγνωστη.
 Τον 19ο αιώνα,το αλεξικέραυνο έγινε ένα διακοσμητικό μοτίβο.Τα αλεξικέραυνα διακοσμούνται με γυάλινες σφαίρες (που τώρα αποτιμώνται από τους συλλέκτες).Η διακοσμητική έκκληση αυτών των γυάλινων σφαιρών έχει χρησιμοποιηθεί σε πτερύγια καιρού.Ο κύριος σκοπός αυτών των μπάλων,ωστόσο,είναι να παράσχουν αποδείξεις για απουσία αστραπής με θραύση ή πτώση.Αν μετά από καταιγίδα ανακαλυφθεί μια μπάλα που λείπει ή σπάει, ο ιδιοκτήτης του ακινήτου θα πρέπει στη συνέχεια να ελέγξει το κτίριο,τη ράβδο και το καλώδιο γείωσης για ζημιές.

Ο πύργος του Nevyansk στη Ρωσία στέφθηκε με μια μεταλλική ράβδο γειωμένη μέσα από ένα περίπλοκο σύστημα ράβδων (μερικοί βλέπουν στο υπόγειο)

 Μπάλες από συμπαγές γυαλί περιστασιακά χρησιμοποιήθηκαν με μια μέθοδο που υποτίθεται ότι εμποδίζει την εμφάνιση κεραυνού σε πλοία και άλλα αντικείμενα.Η ιδέα ήταν ότι τα γυάλινα αντικείμενα,που δεν είναι αγωγοί,σπάνια χτυπιούνται από αστραπές.Ως εκ τούτου,πηγαίνει η θεωρία,πρέπει να υπάρχει κάτι για το γυαλί που απωθεί τις αστραπές.Ως εκ τούτου,η καλύτερη μέθοδος για την αποτροπή ενός κεραυνού σε ένα ξύλινο πλοίο ήταν να θάψει μια μικρή συμπαγή γυάλινη σφαίρα στην άκρη του υψηλότερου ιστού.
 Τα πρώτα αλεξικέραυνα στα πλοία έπρεπε να ανυψωθούν όταν αναμενόταν αστραπές και είχαν χαμηλό ποσοστό επιτυχίας.Το 1820 ο William Snow Harris εφηύρε ένα επιτυχημένο σύστημα για την τοποθέτηση κεραυνικής προστασίας στα ξύλινα ιστιοπλοϊκά της εποχής,αλλά παρά τις επιτυχείς δοκιμές που ξεκίνησαν το 1830,το Βρετανικό Βασιλικό Ναυτικό δεν υιοθέτησε το σύστημα μέχρι το 1842,οπότε το Imperial Russian Navy είχε ήδη υιοθετήσει το σύστημα.
 Στη δεκαετία του 1990,τα «κεραυνοστάσια» αντικαταστάθηκαν όπως είχαν αρχικά κατασκευαστεί όταν αποκαταστάθηκε το άγαλμα της ελευθερίας στην κορυφή του κτιρίου του Καπιτωλίου των Ηνωμένων Πολιτειών στην Ουάσινγκτον.Το άγαλμα σχεδιάστηκε με πολλαπλές συσκευές οι οποίες είναι επικαλυμμένες με πλατίνα.Το μνημείο της Ουάσιγκτον ήταν επίσης εξοπλισμένο με πολλαπλά σημεία κεραυνού.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ

 Τα αλεξικέραυνα που χρησιμοποιούνται σήμερα αποτελούνται από τα εξής μέρη: 
α) την κεραία, 
β) τον αγωγό μεταφοράς, 
γ) τη «γείωση».

Περιγραφή αλεξικέραυνου

 Η κεραία αποτελείται από σιδερένια ράβδο με μήκος 1-3 μέτρα,η οποία στηρίζεται κατακόρυφα στο ψηλότερο σημείο του κτίσματος ή της κατασκευής.Στο πάνω άκρο της η κεραία οπλίζεται με χάλκινη,συνήθως επιχρυσωμένη,ακίδα. 

Η κεραία αποτελείται από σιδερένια ράβδο με μήκος 1-3 μέτρα,η οποία στηρίζεται κατακόρυφα στο ψηλότερο σημείο του κτίσματος

 Ο αγωγός μεταφοράς είναι χάλκινο καλώδιο με διατομή μεγαλύτερη από 50 mm³. 
  Η γείωση είναι μια χάλκινη πλάκα που βυθίζεται στο έδαφος,ώστε να υπάρχει αρκετή υγρασία.Αν υπάρχει πηγάδι στην περιοχή,η χάλκινη πλάκα βυθίζεται μέσα στο νερό.

Η γείωση είναι μια χάλκινη πλάκα που βυθίζεται στο έδαφος,ώστε να υπάρχει αρκετή υγρασία

 Στην περίπτωση που το κτίσμα είναι μεγάλο σε επιφάνεια,χρησιμοποιούνται περισσότερα αλεξικέραυνα,τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με αγωγούς και καταλήγουν στην ίδια «γείωση».

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ

 Ο κεραυνός κατά τη διαδρομή του ανάμεσα στο σύννεφο και το κτίριο συναντά παντού ηλεκτρική αντίσταση,με αποτέλεσμα η ενέργειά του να μετατρέπεται σε θερμότητα,κίνηση,ήχο και χημική ενέργεια,και να προκαλεί μεγάλες καταστροφές.

Ο κεραυνός κατά τη διαδρομή του ανάμεσα στο σύννεφο και το κτίριο συναντά παντού ηλεκτρική αντίσταση

 Η προστατευτική λειτουργία των αλεξικέραυνων οφείλεται στο ότι ο κεραυνός,μέσω του αλεξικέραυνου,υποχρεώνεται να ακολουθήσει μια προκαθορισμένη τροχιά με πολύ μικρή ηλεκτρική αντίσταση και δεσμεύεται χωρίς να προκαλέσει βλάβες.

Θεωρούμε ότι ένα αλεξικέραυνο προστατεύει το χώρο,ο οποίος βρίσκεται μέσα σ’ έναν κύκλο που έχει ακτίνα διπλάσια από το ύψος του αλεξικέραυνου από το έδαφος

 Πρακτικά,θεωρούμε ότι ένα αλεξικέραυνο προστατεύει το χώρο,ο οποίος βρίσκεται μέσα σ’ έναν κύκλο που έχει ακτίνα διπλάσια από το ύψος του αλεξικέραυνου από το έδαφος.

ΤΥΠΟΙ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΟΥ

 Ανάλογα με την περίπτωση χρησιμοποιείται και διαφορετικός τύπος αλεξικέραυνου. 
  Οι πιο γνωστοί τύποι είναι: 
α) αλεξικέραυνο Melsen, 
β) αλεξικέραυνο «κερατοειδές»,για την προστασία των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος, 
γ) αλεξικέραυνο με «μαγνητικό φύσημα», 
δ) αλεξικέραυνο με «κυλινδρίσκους», 
ε) αλεξικέραυνο τηλεγραφικών στύλων κ.ά.

Είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση αλεξικέραυνων,όταν τα κτίρια ή άλλες κατασκευές βρίσκονται σε υψηλά σημεία του εδάφους

 Γενικά,είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση αλεξικέραυνων,όταν τα κτίρια ή άλλες κατασκευές βρίσκονται σε υψηλά σημεία του εδάφους και επομένως είναι,λόγω του «φαινομένου της ακίδας»,πόλοι έλξης κεραυνών. 

ΣΧΕΣΗ ΕΝΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΤΟ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΣΧΕΣΗ ΕΝΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΤΟ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΣΧΕΣΗ ΕΝΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΤΟ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η ένταση και το δυναμικό είναι μεγέθη που περιγράφουν το ηλεκτρικό πεδίο.Λογικό είναι,λοιπόν,τα δύο μεγέθη να σχετίζονται.

Η ένταση και το δυναμικό είναι μεγέθη που περιγράφουν το ηλεκτρικό πεδίο

 Πράγματι υπάρχει μια γενική σχέση ανάμεσα στην ένταση και το δυναμικό η οποία όμως απαιτεί μαθηματικά που ξεφεύγουν από το επίπεδο αυτό.Εμείς θα δούμε πώς σχετίζονται αυτά τα δύο μεγέθη στην περίπτωση που το ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές.

ΣΧΕΣΗ ΕΝΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΑΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ

 Έστω το ομογενές ηλεκτρικό πεδίο του σχήματος.Αν στο σημείο Α αφεθεί ένα θετικό φορτίο q,θα δεχτεί δύναμη F=Ε·q στην κατεύθυνση των δυναμικών γραμμών και θα κινηθεί κατά μήκος της δυναμικής γραμμής στην οποία βρίσκεται.

Θετικό σημειακό φορτίο q αφήνεται στο σημείο Α ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου.Το πεδίο ασκεί δύναμη που έχει την κατεύθυνση των δυναμικών γραμμών

 Έστω ότι Β είναι ένα άλλο σημείο,πάνω στην ίδια δυναμική γραμμή που απέχει από το σημείο Α απόσταση x.Το έργο της δύναμης F κατά τη μετακίνηση του φορτίου από το σημείο Α στο σημείο Β είναι:

  

W=F·x=E·q·x

 Γνωρίζουμε όμως ότι :

W=(VΑ-VΒ)·q

 Έτσι,η σχέση W=E·q·x γίνεται:

E·q·x=(VΑ-VΒ)·q  ή

Ε=VΑ-VΒ/x          ή

                                                                                          Ε=V/x

όπου: 

V η διαφορά δυναμικού των σημείων Α και Β.

 Ας εξετάσουμε τώρα τη γενικότερη περίπτωση στην οποία τα σημεία Α και Β δεν βρίσκονται πάνω στην ίδια δυναμική γραμμή.

Το έργο της δύναμης του πεδίου κατά τη μετακίνησή του από το Α στο Β είναι ίσο με το έργο κατά τη μετακίνησή του από το Α στο Γ

 Αν αναγκάσουμε ένα φορτίο q,να κινηθεί από το σημείο Α στο Β κατά μήκος της ευθείας ΑΒ το έργο της δύναμης του πεδίου είναι:

W=F·(AB)·συνθ=F·(AB)·ΑΓ/AB=F·(AΓ)=E·q·x  

και επειδή 

W=(VΑ-VΒ)·q

προκύπτει πάλι η σχέση:

                                                                                             Ε=V/x

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

 Γενικεύοντας το συμπέρασμα της σχέσης μπορούμε να πούμε ότι η ένταση στο ομογενές ηλεκτρικό πεδίο είναι ίση με το πηλίκο της διαφοράς δυναμικού δύο οποιωνδήποτε σημείων του ηλεκτρικού πεδίου προς την απόστασή τους x,μετρημένη κατά μήκος μιας δυναμικής γραμμής.

ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΦΙΑΛΗ

ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΦΙΑΛΗ

ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΦΙΑΛΗ

  Η τροχιά που διαγράφει ένα φορτισμένο σωματίδιο μέσα σε ανομοιογενές μαγνητικό πεδίο είναι γενικά πολύπλοκη και εξαρτάται κάθε φορά από τη μορφή του πεδίου.

  Ένα ανομοιογενές πεδίο που δημιουργείται από δυο κυκλικά πηνία (πηνία που το μήκος τους είναι πολύ μικρότερο από τη διάμετρό τους),τα οποία έχουν τοποθετηθεί σε μεγάλη απόσταση,με τα επίπεδά τους παράλληλα.Ένα τέτοιο πεδίο είναι ισχυρό κοντά στα πηνία και ασθενές στο μέσο της διάταξης.

Ένα ανομοιογενές πεδίο

  Ένα φορτισμένο σωματίδιο που ξεκινάει από το ένα άκρο του πεδίου κάνει ελικοειδή κίνηση.Όταν φτάσει στο άλλο άκρο του πεδίου η κίνησή του αναστρέφεται και το σωματίδιο,διαγράφοντας και πάλι ελικοειδή τροχιά, επιστρέφει στο σημείο εκκίνησης.Η κίνηση αυτή του σωματιδίου επαναλαμβάνεται διαρκώς

  Ένα τέτοιο πεδίο παγιδεύει τα φορτισμένα σωματίδια και αναφέρεται συχνά ως «μαγνητική φιάλη».

Η μαγνητική φιάλη

 Σε μαγνητικές φιάλες έχει επιτευχθεί η παγίδευση μεγάλων ποσοτήτων πλάσματος (δηλαδή «αερίου» που βρίσκεται σε θερμοκρασία πάνω  από 10⁶ Κ και αποτελείται από ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα).Η παγίδευση του πλάσματος είναι ένα από τα προβλήματα που πρέπει να λυθούν προκειμένου να επιτύχουμε ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη και να εκμεταλλευτούμε για ειρηνικούς σκοπούς την ενέργεια που μας δίνει.

   Μια μαγνητική φιάλη,που μόλις περιγράψαμε,σχηματίζει το μαγνητικό πεδίο της Γης.Όπως είναι γνωστό,οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου της Γης έχουν ίδια μορφή με τις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου ενός ευθύγραμμου μαγνήτη που θα είχε τους πόλους του κοντά στους γεωγραφικούς πόλους της Γης.Οι δυναμικές γραμμές αυτού του πεδίου είναι πυκνότερες στους πόλους.

Στην ατμόσφαιρα της Γης εισέρχονται φορτισμένα σωματίδια,κυρίως ηλεκτρόνια και πρωτόνια.Μερικά από τα σωματίδια αυτά εγκλωβίζονται στο μαγνητικό πεδίο της Γης και κινούνται διαρκώς από τον ένα πόλο στον άλλο

  Στην ατμόσφαιρα της Γης εισέρχονται φορτισμένα σωματίδια,κυρίως ηλεκτρόνια και πρωτόνια.Αυτά τα σωματίδια κυρίως προέρχονται από τον Ήλιο.Μερικά από τα σωματίδια αυτά εγκλωβίζονται στο μαγνητικό πεδίο της Γης και κινούνται διαρκώς από τον ένα πόλο στον άλλο.

Γύρω από τον πλανήτη Γη υπάρχουν δύο θανατηφόρες περιοχές ακτινοβολίας,που βρίσκονται όμως πολύ πιο πέρα από την θερμόσφαιρα.Πρώτος που μελέτησε τις ζώνες αυτές ήταν ο Δρ Van Allen εκ του οποίου και έλαβαν το όνομά τους.Οι ζώνες Βαν Άλεν αποτελούνται από σωματίδια με μεγάλο ηλεκτρικό φορτίο που φέρονται να παγιδεύτηκαν από το γήινο μαγνητικό πεδίο.Η κάθε ζώνη απ΄ αυτές έχει το σχήμα ενός πελώριου δακτυλιδιού και που η μία βρίσκεται στο εσωτερικό της άλλης

   Το 1958,από τις καταγραφές των οργάνων που έφερε ο δορυφόρος Explorer 1 ανακαλύφθηκε ότι η Γη περιβάλλεται από δυο ζώνες στις οποίες παρατηρήθηκε  μεγάλη  πυκνότητα φορτισμένων σωματιδίων.Οι ζώνες αυτές ονομάστηκαν ζώνες Van Allen (Βαν Άλεν) και αποτελούνται από δυο δακτυλίους που απέχουν από τη Γη 3.000 km,ο εσωτερικός,και 15.000 km,ο εξωτερικός.

Η «ακτινοβολία Cerenkov»

  Η πυκνότητα των φορτισμένων σωματιδίων είναι ιδιαίτερα μεγάλη κοντά στους πόλους, όπου οι δυναμικές γραμμές του πεδίου πυκνώνουν.Εκεί,οι κρούσεις των φορτισμένων σωματιδίων με τα άτομα των αερίων της ατμόσφαιρας έχουν ως αποτέλεσμα την εκπομπή ορατής ακτινοβολίας.Η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται «ακτινοβολία Cerenkov» (Τσερένκοφ).

Το βόρειο σέλας

  Το βόρειο σέλας,είναι αποτέλεσμα  αυτής της ακτινοβολίας.Αντίστοιχο φαινόμενο,βέβαια,εκδηλώνεται και κοντά στο νότιο πόλο.

Το νότιο Σέλας

  Το Σέλας είναι το φωτεινό ουράνιο φαινόμενο που συμβαίνει στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και που παρατηρείται ιδίως στις πολικές περιοχές,τόσο στο Βόρειο ημισφαίριο όσο και στο Νότιο.

ΔYNAMIKEΣ ΓΡΑΜΜΕΣ

ΔYNAMIKEΣ ΓΡΑΜΜΕΣ

ΔYNAMIKEΣ ΓΡΑΜΜΕΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 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.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΔYNAMIKΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ

 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.

ΑΝΟΜΟΙΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

 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.

Οι δυναμικές γραμμές ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου

 Όπως είπαμε τα ηλεκτρικά πεδία που εμφανίζονται στη φύση είναι ανομοιογενή.