ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

Με τθν εμπειρία μασ διαπιςτϊνουμε ότιτο θλεκτρικό ρεφμα είναι θ κοινι αιτίαλειτουργίασ μιασ πολφ μεγάλθσκατθγορίασ ςυςκευϊν πουχρθςιμοποιοφνται ςτθν κακθμερινι μασηωι.

Οι φυςικοί αναηθτϊντασ τθν ερμθνεία όλων των φαινόμενων τα οποίαπροκαλοφνται από το θλεκτρικό ρεφμα οδθγικθκαν ςτον μικρόκοςμο και τθ δομιτθσ φλθσ. Συνζδεςαν το θλεκτρικό ρεφμα με τισ κεμελιϊδεισ ζννοιεσ τουθλεκτριςμοφ: το φορτίο και το θλεκτρικό πεδίο. Το θλεκτρικό ρεφμα και τααποτελζςματά του περιγράφονται και ερμθνεφονται από τθν κίνθςθ φορτιςμζνωνςωματιδίων μζςα ςε θλεκτρικά πεδία.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ονομάηουμε θλεκτρικό ρεφμα τθνπροςανατολιςμζνθ κίνθςθ τωνθλεκτρονίων ι γενικότερα τωνφορτιςμζνων ςωματιδίων.

Γενικά ς’ ζναν αγωγό είναι δυνατόν ναδθμιουργθκεί προςανατολιςμζνθκίνθςθ, δθλαδι κίνθςθ προσ μιαςυγκεκριμζνθ κατεφκυνςθ φορτιςμζνωνςωματιδίων, ενϊ κάτι τζτοιο δενςυμβαίνει ςτουσ μονωτζσ. Στουσμεταλλικοφσ αγωγοφσ τα ςωματίδια πουεκτελοφν τθν προςανατολιςμζνθ κίνθςθείναι τα ελεφκερα θλεκτρόνια. Λζμε τότεότι θλεκτρικό ρεφμα διαρρζει τον αγωγό.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Τα θλεκτρόνια δεν κινοφνται με τθν ίδιαευκολία ςε όλουσ τουσ αγωγοφσ, γιαπαράδειγμα, ς’ ζνα χάλκινο ςφρμα κινοφνταιευκολότερα απ’ ότι ς’ ζνα ςιδερζνιο ςφρμαίδιων διαςτάςεων. Λζμε ότι ο χαλκόσ είναικαλφτεροσ αγωγόσ από το ςίδθρο. Στθνπραγματικότθτα ακόμα και μζςα ςτουσμονωτζσ τα θλεκτρόνια κινοφνται αλλά μεπολφ μεγαλφτερθ δυςκολία απ’ όςθ ςτουσαγωγοφσ. Το γεγονόσ αυτό οφείλεται ςτο ότιοι μονωτζσ διακζτουν ελάχιςτα ελεφκεραθλεκτρόνια.

Οριςμζνα υλικά, όπωσ για παράδειγμα τοπυρίτιο και το γερμάνιο, κάτω από οριςμζνεσςυνκικεσ ςυμπεριφζρονται άλλοτε ωσαγωγοί και άλλοτε ωσ μονωτζσ. Αυτά τα υλικάτα ονομάηουμε θμιαγωγοφσ.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ηλεκτρική πηγή και ηλεκτρικό ρεφμα

Πϊσ δθμιουργείται θλεκτρικό ρεφμα ςε ζναμεταλλικό αγωγό; Ηλεκτρικό ρεφμαμποροφμε εφκολα να προκαλζςουμε με τθβοικεια μιασ μπαταρίασ. Για νακατανοιςουμε πϊσ μποροφμε να τοεπιτφχουμε, ασ μελετιςουμε προςεκτικάμια μπαταρία.

Σε κάκε θλεκτρικι πθγι υπάρχουν δφο αντίκετα θλεκτριςμζνεσ περιοχζσ τισ οποίεσονομάηουμε θλεκτρικοφσ πόλουσ. Συνδζουμε κάκε πόλο μιασ ιςχυρισ θλεκτρικισπθγισ με μια μεταλλικι πλάκα και μεταξφ των πλακϊν τοποκετοφμε ζνα θλεκτρικόεκκρεμζσ. Παρατθροφμε ότι το ςφαιρίδιο του αποκλίνει. Διαπιςτϊνουμε ότι μεταξφ τωνπόλων τθσ θλεκτρικισ πθγισ δθμιουργείται θλεκτρικό πεδίο.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ηλεκτρική πηγή και ηλεκτρικό ρεφμα

Τι ςυμβαίνει ςτο εςωτερικό μεταλλικοφςφρματοσ όταν αυτό ςυνδεκεί με μια μπαταρία;

Γνωρίςαμε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο ότι ςτοεςωτερικό ενόσ μεταλλικοφ αγωγοφ υπάρχουνκετικά ιόντα και ελεφκερα θλεκτρόνια. Ταελεφκερα θλεκτρόνια κινοφνται τυχαία προσ κάκεκατεφκυνςθ, ενϊ τα ιόντα πάλλονται γφρω απόκακοριςμζνεσ κζςεισ.

Συνδζουμε τουσ δφο πόλουσ μιασ μπαταρίασ μεςφρμα. Τότε ςτο εςωτερικό του ςφρματοσδθμιουργείται θλεκτρικό πεδίο, οπότε ςταελεφκερα θλεκτρόνιά του αςκείται θλεκτρικιδφναμθ. Η κίνθςι τουσ προςανατολίηεται από τθνκατεφκυνςθ τθσ δφναμθσ. Ζτςι αυτά κινοφνται απότον αρνθτικό προσ το κετικό πόλο και ςτομεταλλικό αγωγό εμφανίηεται προςανατολιςμζνθκίνθςθ θλεκτρονίων, δθλαδι θλεκτρικό ρεφμα. Ημπαταρία είναι μια θλεκτρικι πθγι.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ένταςη του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Συνδζεισ διαδοχικά ζνα λαμπτιρα μεμια καινοφργια μπαταρία και μιαακριβϊσ ίδια αλλά πολυκαιριςμζνθ.Στθν πρϊτθ περίπτωςθ ο λαμπτιρασφωτοβολεί πολφ πιο ζντονα απ’ ότι ςτθδεφτερθ. Λζμε ότι ςτθν πρϊτθπερίπτωςθ ιςχυρότερο ρεφμα διαρρζειτο λαμπτιρα. Στθ δεφτερθ φωτοβολείαμυδρά και λζμε ότι αςκενζςτεροθλεκτρικό ρεφμα διαρρζει το λαμπτιρα.

Πώσ όμωσ κα μποροφςαμε ναπροςδιορίςουμε αν ζνασ αγωγόσ διαρρζεταιαπό ιςχυρότερο ι αςκενζςτερο θλεκτρικόρεφμα ςε ςχζςθ με κάποιον άλλο;

Όπωσ είδαμε, το θλεκτρικό ρεφμα είναι θ προςανατολιςμζνθ κίνθςθ των θλεκτρονίων κατάμικοσ των μεταλλικϊν αγωγϊν. Συνδζουμε το πόςο ιςχυρό ι αςκενζσ είναι το θλεκτρικό ρεφμαπου διαρρζει το λαμπτιρα με τον αρικμό των θλεκτρονίων που διζρχονται από μια διατομιτου ςφρματόσ του ςτθ μονάδα του χρόνου. Πώσ κα μποροφςαμε όμωσ να μετριςουμε τοναρικμό των θλεκτρονίων που διζρχονται από το λαμπτιρα ςε οριςμζνο χρόνο;

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ένταςη του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Αντί να μετριςουμε τον αρικμό των θλεκτρονίων, αρκεί να μετριςουμε το ολικό φορτίο πουμεταφζρουν κακϊσ κινοφνται κατά μικοσ ενόσ αγωγοφ. Όςο περιςςότερα θλεκτρόνιαδιζρχονται από μια κάκετθ διατομι (ι απλά διατομι) του αγωγοφ ςε οριςμζνο χρόνο, τόςοπεριςςότερο φορτίο κα περνάει από αυτιν και τόςο ιςχυρότερο κα είναι το θλεκτρικό ρεφμα

Ορίηουμε τθν ζνταςθ (I) του θλεκτρικοφ ρεφματοσ που διαρρζει ζναν αγωγό ωσ το φορτίο (q) που διζρχεται από μια διατομι του αγωγοφ ςε χρονικό διάςτθμα (t) προσ το

χρονικό διάςτθμα.

Στο Διεκνζσ Σφςτθμα Μονάδων θ ζνταςθ του θλεκτρικοφ ρεφματοσ είναι κεμελιώδεσ μζγεκοσκαι μονάδα μζτρθςισ τθσ είναι το 1 Ampere (1 A) (Αμπζρ).

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ένταςη του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Η ςχζςθ που ςυνδζει το 1 Α με τθ μονάδα του θλεκτρικοφφορτίου 1 C όπωσ προκφπτει από τθν (1) είναι:1 Coulomb=1 Ampere · 1 second ι 1 C=1 A · 1 sΖνα Coulomb είναι το φορτίο που διζρχεται κάκεδευτερόλεπτο από μια διατομι ενόσ αγωγοφ πουδιαρρζεται από θλεκτρικό ρεφμα ζνταςθσ 1 Ampere.Σε θλεκτρονικζσ διατάξεισ που διαρρζονται από ρεφματαμικρισ ζνταςθσ ωσ μονάδεσ μζτρθςθσ τθσ ζνταςθσ τουθλεκτρικοφ ρεφματοσ χρθςιμοποιοφμε υποπολλαπλάςιατου αμπζρ όπωσ το μιλιαμπζρ (1 mA=10-3 A) και τομικροαμπζρ (1 μΑ=10-6 Α). Για ρεφματα μεγάλθσ ζνταςθσχρθςιμοποιοφμε πολλαπλάςια του αμπζρ, π.χ. τοκιλοαμπζρ (1 kΑ=103 Α).Τα όργανα που χρθςιμοποιοφμε για να μετράμε τθνζνταςθ του θλεκτρικοφ ρεφματοσ ονομάηονταιαμπερόμετρα. Κάκε αμπερόμετρο ζχει δφο ακροδζκτεσ μετουσ οποίουσ ςυνδζεται με τθν μπαταρία και τουσαγωγοφσ.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Ένταςη του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Για να μετριςουμε τθν ζνταςθ του θλεκτρικοφ ρεφματοσ που διζρχεται από ζναναγωγό, παρεμβάλλουμε το αμπερόμετρο, ζτςι ϊςτε το προσ μζτρθςθ ρεφμα να διζλκει μζςααπό αυτό. Αυτόσ ο τρόποσ ςφνδεςθσ του οργάνου λζγεται ςφνδεςθ ςε ςειρά. Τα ςφγχρονααμπερόμετρα είναι ενςωματωμζνα ςε όργανα πολλαπλισ χριςθσ που ονομάηονταιπολφμετρα. Με το πολφμετρο μποροφμε να μετράμε και άλλα μεγζκθ, όπωσ θλεκτρικι τάςθκαι αντίςταςθ.

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Η φορά του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Yπάρχουν αμπερόμετρα που ζχουν το 0 ςτο μζςο τθσ κλίμακασ

Συνδζουμε ζνα τζτοιο αμπερόμετρο ς’ ζνακφκλωμα.Η βελόνα αποκλίνει προσ κάποια κατεφκυνςθ.Αν αντιςτρζψουμε τουσ πόλουσ τθσ πθγισ, θβελόνα αποκλίνει προσ τθν αντίκετθκατεφκυνςθ.Το θλεκτρικό ρεφμα ζχει οριςμζνθ φορά. Κάκεφορά θ απόκλιςθ τθσ βελόνασ δείχνει τθ φοράτου ρεφματοσ. Πϊσ ςυνδζεται αυτι θ φορά μετθ φορά τθσ προςανατολιςμζνθσ κίνθςθσ τωνφορτιςμζνων ςωματιδίων;

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Η φορά του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Γνωρίηουμε ότι τα μόνα φορτιςμζνα ςωματίδιαπου μποροφν να κινθκοφν ελεφκερα και προσκάκε κατεφκυνςθ ςτο εςωτερικό των μεταλλικϊναγωγϊν είναι τα ελεφκερα θλεκτρόνια. Επειδι ταθλεκτρόνια είναι αρνθτικά φορτιςμζνα, κακινοφνται από τον αρνθτικό προσ το κετικό πόλοτθσ μπαταρίασ. Η φορά κίνθςθσ των θλεκτρονίωνς’ ζνα μεταλλικό αγωγό είναι θ πραγματικι φοράτου θλεκτρικοφ ρεφματοσ.

Ωςτόςο, αν ςτο εςωτερικό των αγωγϊν κινοφνταν κετικά φορτιςμζνα ςωματίδια, θκίνθςι τουσ κα ιταν από το κετικό πόλο τθσ πθγισ προσ τον αρνθτικό. Ζχειεπικρατιςει, για ιςτορικοφσ λόγουσ, να κεωροφμε ότι θ φορά του θλεκτρικοφ ρεφματοσταυτίηεται με τθ φορά κίνθςθσ φανταςτικϊν κετικϊν φορτίων που κινοφνται κατά μικοστων αγωγϊν. Η φορά κίνθςθσ των κετικών φορτίων ς’ ζναν αγωγό ονομάηεταιςυμβατικι φορά του θλεκτρικοφ ρεφματοσ

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Αποτελέςματα του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Θερμικά αποτελζςματα:Το θλεκτρικό ρεφμα προκαλεί τθ κζρμανςθ τωνςωμάτων τα οποία διαρρζει. Συςκευζσ πουλειτουργοφν με βάςθ τα κερμικά αποτελζςματα τουθλεκτρικοφ ρεφματοσ είναι ο κερμοςίφωνασ, θθλεκτρικι κουηίνα, οι κερμοςυςςωρευτζσ

Οι αγωγοί τουσ οποίουσ διαρρζει θλεκτρικό ρεφμαδθμιουργοφν γφρω τουσ μαγνθτικά πεδία. Ζτςι μποροφν καιαλλθλεπιδροφν με ςιδερζνια υλικά, μαγνιτεσ ι και μεταξφτουσ, αςκϊντασ μαγνθτικζσ δυνάμεισ.

Στα θλεκτρομαγνθτικά φαινόμενα ςτθρίηεται θ λειτουργία των θλεκτρομαγνθτικϊν γερανϊν, οιαυτόματοι διακόπτεσ, οι κεφαλζσ εγγραφισ ιχου και εικόνασ, κακϊσ και θ κίνθςθ των τρζνωνμαγνθτικισ ανφψωςθσ κ.λπ. Στα ίδια φαινόμενα ςτθρίηεται θ καταςκευι τωνθλεκτροκινθτιρων, με τουσ οποίουσ κινοφνται τα θλεκτρικά τρζνα και λεωφορεία, λειτουργοφντα θλεκτρικά ψυγεία, ο εκκινθτισ (μίηα) του αυτοκινιτου κ.λπ.

Ηλεκτρομαγνθτικά αποτελζςματα:

ΗΛΕΚΤΡΙΚO ΡΕΥΜΑ

2.1Το θλεκτρικό ρεφμα

Αποτελέςματα του ηλεκτρικοφ ρεφματοσ

Χθμικά αποτελζςματα:Όταν θλεκτρικό ρεφμα διζρχεται διαμζςου χθμικϊνουςιϊν, προκαλεί χθμικζσ μεταβολζσ. Εκμεταλλευόμαςτετα χθμικά φαινόμενα που προκαλεί το θλεκτρικό ρεφμαςτθν καταςκευι των θλεκτρικϊν μπαταριϊν, τωνςυςςωρευτϊν θλεκτρικισ ενζργειασ, ςτθν παραςκευιχθμικϊν ςτοιχείων, όπωσ νατρίου, υδρογόνου, αλουμινίουκ.λπ.

Φωτεινά αποτελζςματα:Σε κάποιεσ περιπτϊςεισ το θλεκτρικό ρεφμα προκαλεί τθνεκπομπι φωτόσ είτε λόγω αφξθςθσ τθσ κερμοκραςίασ(λαμπτιρασ πυράκτωςθσ) είτε λόγω τθσ διζλευςισ τουαπό αζρια (λαμπτιρασ φκοριςμοφ).