Επανάληψη στο ηλεκτρικό ρεύμα

Ηλεκτρικό ρεύμα: ο θεμέλιος λίθος του τεχνολογικού πολιτισμού

Ας ανακαλύψουμε την τεράστια επίδραση του ηλεκτρισμού στο σύγχρονο κόσμο

Επιμέλεια μαθήματος: Δήμητρα Δουδουσάκη

• Το ηλεκτρικό ρεύμα "τροφοδοτεί" το σύγχρονο πολιτισμό καθώς οι περισσότερες συσκευές που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι στις μέρες μας είναι ηλεκτρικές.

• Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζουμε την προσανατολισμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων.

• Η κατανόηση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι σημαντική τόσο για την τεχνολογία όσο και για την καθημερινή ζωή.

​Ηλεκτρικό ρεύμα

Ηλεκτρικό Ρεύμα

Όπως αναφέρθηκε, ηλεκτρικό ρεύμα, ονομάζουμε την ροσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Αν πρόκειται για τα καλώδια και τις συσκευές μιας οικιακής εγκατάστασης, τότε τα φορτισμένα σωματίδια είναι τα ηλεκτρόνια.

Λέμε σε αυτήν την περίπτωση ότι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των μεταλλικών αγωγών. Συνεπώς το ηλεκτρικό ρεύμα που κυκλοφορεί στα καλώδια των συσκευών του σπιτιού μας είναι ουσιαστικά η προσανατολισμένη ροή ελεύθερων ηλεκτρονίων που ανήκουν στους μεταλλικούς αγωγούς.

Ηλεκτρικό Ρεύμα

Ένας τρόπος για να κατανοήσεις το ηλεκτρικό ρεύμα είναι να το σκεφτείς ως ένα ποτάμι. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι σαν το νερό που ρέει στον ποταμό ενώ ο αγωγός είναι σαν την κοίτη του ποταμού που επιτρέπει τη ροή του νερού.

Μία άλλη αναλογία για το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα τρένο που κινείται σε μια συγκεκριμένη διαδρομή. Τα βαγόνια του τρένου αντιπροσωπεύουν τη ροή των ηλεκτρονίων και η σιδηροτροχιά αντιπροσωπεύει τον αγωγό που επιτρέπει τη μετακίνησή τους.

Multiple Choice

Ποια από τα παρακάτω σωματίδια είναι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα μεταλλικό σύρμα;

• Τα δέσμια ηλεκτρόνια των ατόμων του μετάλλου.

• Τα ιόντα του μεταλλικού πλέγματος.

• Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του μετάλλου.

• Ελεύθερα νετρόνια που υπάρχουν στο μέταλλο.

Multiple Choice

Πώς ονομάζεται η προσανατολισμένη ροή των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό;

• Ηλεκτρικό δυναμικό

• Ηλεκτρικό ρεύμα

• Ηλεκτρική αγωγιμότητα

• Ηλεκτρική ενέργεια

Multiple Choice

Ένα κύκλωμα περιλαμβάνει μία μπαταρία, καλώδια, ηλεκτρικό λαμπτήρα και διακόπτη. Η προέλευση των ηλεκτρονίων στο κύκλωμα αυτό είναι

• η μπαταρία του κυκλώματος.

• ο ηλεκτρικός λαμπτήρας μόνο.

• ο διακόπτης μόνο όταν είναι κλειστός.

• 
  το υλικό κατασκευής των αγωγών του κυκλώματος.

Αγωγοί - μονωτές - ημιαγωγοί

Το ηλεκτρικό ρεύμα δηλαδή μπορεί να «κυκλοφορήσει» παντού;
Χμ… εσύ τι λες… μπορεί; Ο ηλεκτρολόγος λέει πως, ευτυχώς, όχι! Κι έχει δίκιο. Μπορούμε να κατατάξουμε λοιπόν τα σώματα σε τρεις κατηγορίες με βάση την ηλεκτρική τους αγωγιμότητα:

• ΑΓΩΓΟΙ: στο εσωτερικό τους μπορεί να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Για παράδειγμα, στο εσωτερικό των μεταλλικών αγωγών, υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια (ηλεκτρόνια δηλαδή που έχουν «δραπετεύσει» από τα άτομα των μετάλλων) και μπορούν να κινηθούν προσανατολισμένα.
  Αγωγοί είναι τα μέταλλα (χαλκός, άργυρος, σίδηρος κ.λπ.), το μεταλλικό νερό (περιέχει ιόντα μετάλλων) κ.ά.

Αγωγοί - μονωτές - ημιαγωγοί

• ΜΟΝΩΤΕΣ: στο εσωτερικό τους δεν μπορεί να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα.
  Οι μονωτές δεν διαθέτουν ούτε ελεύθερα ηλεκτρόνια ούτε άλλους φορείς ηλεκτρικού ρεύματος.
  Μονωτές είναι τα πλαστικά υλικά, τo απιονισμένο νερό κ.ά.

• ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ: συμπεριφέρονται άλλοτε ως μονωτές και άλλοτε ως αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος.

  Τέτοιο υλικό (ημιαγωγός) είναι το πυρίτιο οι ιδιότητες του οποίου το κάνουν ιδανικό για την κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή υπολογιστών, κινητών τηλεφώνων κ.λπ.

Ηλεκτρική πηγή

Για να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα μέσα σε έναν μεταλλικό αγωγό θα πρέπει κάποιος να «καθοδηγήσει» τα ηλεκτρόνια. Θα πρέπει, δηλαδή να τα εξαναγκάσει να κινηθούν σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Στην ουσία θα πρέπει κάποιος να δώσει στα ηλεκτρόνια την ενέργεια που είναι απαραίτητη ώστε αυτά να κινηθούν προσανατολισμένα.
Τον «καθήκον» αυτό αναλαμβάνει η ηλεκτρική πηγή.

Επομένως ο ρόλος της πηγής είναι να δώσει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του μετάλλου, την ενέργεια που είναι απαραίτητη ώστε να κινηθούν προσανατολισμένα.

Ηλεκτρική πηγή

• Μια ηλεκτρική πηγή μπορεί να είναι μια μπαταρία, μια γεννήτρια… με λίγη καλή φαντασία και οργάνωση, ακόμη κι ένα λεμόνι!

• Κάθε ηλεκτρική πηγή έχει δύο πόλους, τον θετικό (+) και τον αρνητικό (-).

• Όταν στους πόλους μιας πηγής συνδέσουμε ένα μεταλλικό σύρμα, τότε στο εσωτερικό του σύρματος δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο το οποίο ασκεί δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του μετάλλου, και τα αναγκάζει να κατευθυνθούν προς τον θετικό πόλο της πηγής.

Multiple Choice

Όταν στο εσωτερικό ενός υλικού μπορεί να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα τότε αυτό χαρακτηρίζεται ως

• ημιαγωγός

• μονωτής

• αγωγός

Fill in the Blank

Πώς ονομάζεται ένα υλικό που συμπεριφέρεται άλλοτε ως αγωγός και άλλοτε ως μονωτής;

Multiple Choice

Το πλαστικό περίβλημα των καλωδίων είναι αγωγός.

• ΣΩΣΤΟ

• ΛΑΘΟΣ

Multiple Choice

«Ο ρόλος της πηγής σε ένα κύκλωμα είναι να μεταβιβάζει ενέργεια στα ελεύθερα ηλεκτρόνια». Η πρόταση αυτή είναι...

• ΣΩΣΤΗ

• ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ

Multiple Choice

Κάθε μπαταρία έχει δύο θετικούς πόλους.

• ΣΩΣΤΟ

• ΛΑΘΟΣ

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος

Η φορά κίνησης των ηλεκτρονίων

Εφόσον σε έναν μεταλλικό αγωγό οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι τα ηλεκτρόνια, είναι λογικό να υποθέσουμε πως η πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι εκείνη της κίνησης των ηλεκτρονίων, δηλαδή από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της πηγής.
Και πράγματι αυτό ισχύει.

​+

​-

Η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος

Δυστυχώς όμως, δεν είναι η πραγματική φορά της κίνησης των ηλεκτρονίων στους μεταλλικούς αγωγούς εκείνη που σχεδιάζεται. Για ιστορικούς -κυρίως- λόγους έχει επικρατήσει να σχεδιάζουμε τη λεγόμενη συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος, δηλαδή την κίνηση από τον θετικό προς τον αρνητικό πόλο της πηγής.

​-

​+

Μονάδα μέτρησης έντασης ρεύματος

Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού ρεύματος είναι το 1Α (Ampere/Αμπέρ).

Ένας αγωγός διαρρέεται με ρεύμα έντασης 1Α όταν από μία διατομή του περνάει φορτίο 1C σε χρονικό διάστημα 1s.

Multiple Choice

Ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό ονομάζουμε

• το γινόμενο του φορτίου που περνά από μία διατομή του αγωγού σε κάποιο χρονικό διάστημα επί τον χρόνο αυτό.

• το πηλίκο του χρονικού διαστήματος προς το φορτίο που περνάει από μια διατομή του αγωγού στο χρόνο αυτό.

• το πηλίκο του φορτίου που περνά από μία διατομή του αγωγού σε κάποιο χρονικό διάστημα δια τον χρόνο αυτό.

Multiple Choice

Η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι αυτή της φοράς κίνησης των ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα.

• ΣΩΣΤΟ

• ΛΑΘΟΣ

Multiple Choice

Ποια είναι η μονάδα μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος;

• Αμπέρ (Ampere)

• Βατ (Watt)

• Βολτ (Volt)

• Ωμ (Ohm)

Multiple Choice

Ποιος είναι ο μαθητικός τύπος ορισμού της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος;

• $$I=q\cdot t$$

• $$I=\frac{q}{t}$$

• $$I=\frac{t}{q}$$

Multiple Choice

Από μία διατομή ενός καλωδίου περνάει φορτίο 15C σε χρόνο 5s. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος σε αυτή την περίπτωση είναι

• 10Α

• 75Α

• 20Α

• 3Α

Multiple Choice

Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό είναι 0,2Α. Το φορτίο που περνάει από μία διατομή του αγωγού σε 1 λεπτό είναι

• 0,2C

• 2C

• 12C

• 120C

Ampere (A)

To γνώριζες?
Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται Αμπέρ (Ampere). Πήρε το όνομά της από τον σπουδαίο Γάλλο φυσικό André-Marie Ampère η εργασία του οποίου συνέβαλε στην κατανόηση των ηλεκτρικών φαινομένων τα οποία χρησιμοποιούνται σήμερα σε πληθώρα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών που χρησιμοποιούμε σε καθημερινή βάση.

Poll

Οι ερωτήσεις του κουίζ σου φάνηκαν:

• Πολύ εύκολες

• Εύκολες

• Μέτριες

• Δύσκολες

• Πολύ δύσκολες

Ευχαριστώ
για την προσοχή σου!!!