Ενότητα 6: Ηλεκτρισμός

  • Ο ηλεκτρισμός πήρε το όνομά του από το ήλεκτρον, την ελληνική ονομασία για το κεχριμπάρι. Εδώ και χιλιάδες χρόνια ήταν γνωστό ότι το κεχριμπάρι, όταν τρίβεται με ένα ύφασμα, αποκτά ηλεκτρικές ιδιότητες.
  • Ο ηλεκτρισμός δε δημιουργήθηκε από τον άνθρωπο. Ηλεκτρικά φορτία υπάρχουν στη φύση σχεδόν από την αρχή της δημιουργίας του σύμπαντος. 
  • Χαρακτηριστικό παράδειγμα ηλεκτρικού φαινομένου είναι ο κεραυνός, ο οποίος από την αρχαιότητα εντυπωσίαζε τους ανθρώπους.



1. Στατικός ηλεκτρισμός

Στη φύση υπάρχουν δύο είδη φορτίων: 
  • Το θετικό φορτίο ( φορτίο των πρωτονίων που βρίσκονται μέσα στον πυρήνα των ατόμων).
  • Το αρνητικό φορτίο (φορτίο των ηλεκτρονίων που βρίσκονται γύρω από τον πυρήνα των ατόμων).

Τρίβοντας δύο σώματα μεταφέρουμε ηλεκτρόνια από το ένα στο άλλο. Τα σώματα τότε φορτίζονται.
Όταν αφαιρούνται ηλεκτρόνια από ένα σώμα, αυτό φορτίζεται θετικά, ενώ όταν το σώμα δέχεται ηλεκτρόνια, φορτίζεται αρνητικά.


Τα πρωτόνια συγκρατούνται πολύ ισχυρά στους πυρήνες των ατόμων και δε μετακινούνται από το ένα άτομο στο άλλο, παρά μόνο όταν πραγματοποιούνται πυρηνικές αντιδράσεις.



2. Το ηλεκτροσκόπιο

Το ηλεκτροσκόπιο είναι το όργανο με το οποίο μπορούμε να διαπιστώσουμε αν ένα σώμα είναι φορτισμένο ή αφόρτιστο.
Το ηλεκτροσκόπιο αποτελείται από μια μεταλλική σφαίρα η οποία συνδέεται μέσω ενός αγωγού με δύο λεπτά φύλλα αλουμινίου, τα οποία βρίσκονται μέσα σε ένα γυάλινο ή πλαστικό δοχείο.
Αν ένα ηλεκτικά φορτισμένο σώμα έρθει σε επαφή με τη μεταλλική σφαίρα, τα φύλλα του αλουμινίου φορτίζονται με όμοιο φορτίο και απωθούνται με αποτέλεσμα να ανοίγουν.


3. Πότε ανάβει το λαμπάκι;

Ο πιο συνηθισμένος και ασφαλής τύπος ηλεκτρικής πηγής είναι η μπαταρία.
Κυκλοφορεί σε διάφορους τύπους (κυλινδρική, πλακέ κτλ), σε κάθε περίπτωση όμως έχει δύο πόλους, τον θετικό και τον αρνητικό. 

Μια κοινή ηλεκτρική συσκευή, η οποία μπορεί τροφοδοτείται είτε από μπαταρία είτε από το δίκτυο της Δ.Ε.Η. είναι η λυχνία (λάμπα).
Ανάλογα με τον τύπο της λυχνιολαβής στον οποίο θα τοποθετηθεί, μια λάμπα μπορεί να είναι βιδωτή ή μπαγιονέτ (κουμπωτή).

Τα κυριότερα μέρη μιας λάμπας (λυχνίας) είναι:
  • Γυαλί
  • Λεπτό συρματάκι από βολφράμιο (μέταλλο που λιώνει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες).
  • Επαφή
  • Επαφή
  • Στήριγμα από γυαλί ή πορσελάνη
  • Σιδεράκια που στηρίζουν το νήμα βολφράμιου

Για να λειτουργήσει μια ηλεκτρική συσκευή (π.χ. για να ανάψει ένα λαμπάκι) πρέπει να ενώσουμε τις επαφές της με τους πόλους μιας ηλεκτρικής πηγής (π.χ. μπαταρίας) έτσι ώστε να σχηματιστεί ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα.



4. Ένα απλό κύκλωμα

Picture

Κάνε κλικ στην εικόνα
Ένα πολύ απλό ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνει:
  • Ηλεκτρικές πηγές, οι οποίες παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα (μπαταρία, ηλεκτρογεννήτρια κλπ)
  • Καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίοι λειτουργούν με τη βοήθεια του ηλεκτρικού ρεύματος (π.χ. λαμπάκια)
  • Καλώδια για τις συνδέσεις.
Picture


Κάνε κλικ στην εικόνα

5. Το ηλεκτρικό ρεύμα

Σε κάποια υλικά ορισμένα εξωτερικά ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν από το ένα άτομο στο άλλο. Αυτά ονομάζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια.


Στο κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα η ηλεκτρική πηγή (λ.χ. η μπαταρία) αναγκάζει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια να κινηθούν στα υλικά αυτά.


Η ομαδική κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων προς μία συγκεκριμένη κατεύθυνση ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα.

6. Αγωγοί και μονωτές

Τα υλικά στα οποία τα ηλεκτρικά φορτία (π.χ. τα ελεύθερα ηλεκτρόνια) μπορούν να κινηθούν ελεύθερα, άρα έχουμε ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα τους, τα ονομάζουμε αγωγούς. 
Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα (σίδηρος, άργυρος, χρυσός, χαλκός, αλουμίνιο κτλ), ο γραφίτης αλλά και ορισμένες ουσίες όταν είναι διαλυμένες στο νερό όπως το αλατόνερο.
​ Οι ουσίες που είναι διαλυμένες στο νερό είναι γνωστές με το όνομα  ηλεκτρολύτες.

Τα υλικά μέσα από τα οποία δεν είναι δυνατή η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, τα ονομάζουμε μονωτές.
Μονωτές είναι το γυαλί, το καουτσούκ, τα υφάσματα, το ξερό ξύλο αλλά και το καθαρό νερό.

Τα καλώδια είναι κατασκευασμένα από αγωγό, συνήθως χαλκό, ο οποίος περιβάλλεται από μονωτή, συνήθως πλαστικό ή ελαστικό.

7. Ο διακόπτης

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα λέγεται κλειστό όταν περνά ηλεκτρικό ρεύμα από μέσα του.


Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα λέγεται ανοιχτό όταν δεν περνά ηλεκτρικό ρεύμα από μέσα του.


Για να διακόπτουμε εύκολα και για όσο χρόνο θέλουμε τη ροή του ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρησιμοποιούμε τους διακόπτες.

8. Σύνδεση σε σειρά και παράλληλη σύνδεση

Σύνδεση σε σειρά
Παράλληλη σύνδεση
Σε ένα κύκλωμα δύο είναι οι δυνατοί τρόποι σύνδεσης συσκευών (π.χ. λαμπάκια): η σύνδεση σε σειρά και η παράλληλη σύνδεση.


Στη σύνδεση σε σειρά οι συσκευές συνδέονται η μια μετά την άλλη. Αν αποσυνδέσουμε τη μια από αυτές, η ροή του ηλεκτρικού ρεύματοςδιακόπτεται και οι υπόλοιπες σταματούν να λειτουργούν.


Στην παράλληλη σύνδεση οι συνδεδεμένες συσκευές έχουν κοινά άκρα. Δηλαδή, οι επαφές της κάθε συσκευής συνδέονται απευθείας με τους πόλους της πηγής. Ακόμα και αν αποσυνδέσουμε μια συσκευή, οι υπόλοιπες εξακολουθούν να λειτουργούν.


Οι συνδέσεις στα σπίτια μας είναι παράλληλες.

9. Ηλεκτρικό ρεύμα - Μια επικίνδυνη υπόθεση

Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται κατά τα δύο τρίτα περίπου από "αλατόνερο" (νερό + άλατα), το οποίο είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος.
Γι' αυτό, αν το σώμα μας αποτελέσει μέρος ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, υπάρχει σοβαρός κίνδυνος ηλεκτροπληξίας.