Δευτέρα, 1 Οκτωβρίου 2012

Το ηλεκτρικό ρεύμα

Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα;
Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρισμένων σωματιδίων. Ειδικότερα, στους μεταλλικούς αγωγούς το ηλεκτρικό ρεύμα είναι προσανατολισμένη κίνηση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων.

Τι ονομάζουμε ηλεκτρικό κύκλωμα;
Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται κάθε διάταξη που αποτελείται από αγώιμους “δρόμους” μέσα από τους οποίους μπορεί να διέλθει ηλεκτρικό ρεύμα.

Πως η μπαταρία προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα μεταλλικό σύρμα;
Σε κάθε μπαταρία, υπάρχουν δύο αντίθετα φορτισμένες περιοχές τις οποες ονομάζουμε ηλεκτρικούς πόλους ή αλλιώς ηλεκτρόδια. Μεταξύ των πόλων της μπαταρίας υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο, για αυτό αν συνδέσουμε τους πόλους με μεταλλικό σύρμα, ασκείται ηλεκτρική δύναμη στα ηλεκτρισμένα σωματίδια του σύρματος. Τα αρνητικά σωματίδια κινούνται από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο της μπαταρίας και στο σύρμα εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Πως διαπιστώνουμε την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα σύρμα;
Όταν το σύρμα διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, τα αρνητικά σωματίδια κατά την κίνησή τους συγκρούονται με τα θετικά. Μετά από κάθε σύγκρουση, τα θετικά σωματίδια κινούνται εντονότερα και η θερμοκρασία του αυξάνεται. Αν το σύρμα είναι πολύ λεπτό, όπως στις λάμπες πυρακτώσεως, τότε το σύρμα φωτοβολεί. Χρησιμοποιώντας μία λάμπα πυρακτώσεως, μπορούμε να διαπιστώ-
σουμε την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος.

Πότε ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται κλειστό και πότε ανοικτό;
Κλειστό κύκλωμα είναι το κύκλωμα στο οποίο τα αρνητικά σωματίδια μπορούν να ακολουθήσουν μία κλειστή διαδρομή. Αν στο κλειστό κύκλωμα υπάρχει μπαταρία, αυτό διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Ανοιχτό ονομάζεται το κύκλωμα στο οποίο τα αρνητικά σωματίδια δεν μπορούν να ακολουθήσουν μία κλειστή διαρομή. Στα ανοιχτά κυκλώματα δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα κλειστό κύκλωα μετατρέπεται σε ανοιχτό και αντίστροφα, με τη χρήση του διακόπτη.

Τι είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα;
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα μας δείχνει πόσο εύκολα μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρισμένα σωματίδια σε ένα υλικό.
Για παράδειγμα:
Στα χάλκινα σύρματα, τα αρνητικά σωματίδια κινούνται ευκολότερα από ότι στα σιδερένια. Αυτο συμβαίνει γιατί ο χαλκός έχει μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμόητα από το σίδηρο.

Ποια υλικά ονομάζονται αγωγοί, μονωτές, ημιαγωγοί;
Αγωγοί είναι τα υλικά με μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στους αγωούς τα ηλεκτρισμένα σωματίδια κινούνται με μεγάλη ευκολία. Οι πιο συνηθιμένοι αγωγοί είναι τα μέταλλα, π.χ. άργυρος, χαλκός, σίδηρος.
Μονωτές είναι τα υλικά με πάρα πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στους μονωτές τα ηλεκτρισμένα σωματίδια κινούνται με πολύ μεγάλη δυσκολία. Οριμένοι μονωτές είναι το ξύλο, το γυαλί, το λάστιχο.
Ημιαγωγοί είναι τα υλικά των οποίων η ηλεκτρική αγωγιμότητα δεν είναι τόσο μικρή όσο των μονωτών, ούτε τόσο μεγάλη όσο των αγωγών. Ορισμένοι ημιαγωγοί είναι το γερμάνιο και το πυρίτιο.
Πως περιγράφεται η λειτουργία ενός κλειστού κυκλώματος με την έννοια της ενέργειας;
Στα ηλεκτρισμένα σωματίδια που κινούνται κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος ασκείται ηλεκτρική δύναμη, άρα έχουν και δυναμική ενέργεια. Η δυναμική ενέργεια των ηλεκτρισμένων σωματιδίων ονομάζεται ηλεκτρική. Όταν τα αρνητικά ηλεκτρισμένα σωματίδια κινούνται, η ηλεκτρική ενέργεια μεταρέπεται σε ισοδύναμη κινητική. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι η κινητική ενέρεια των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα κλειστό κύκλωμα είναι ίση με την
ηλεκτρική ενέργεια.

Ποιες συσκευές ονομάζονται ηλεκτρικές πηγές;
Ηλεκτρική πηγή ονομάζεται κάθε συσκευή στην οποία μία μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική.

Να αναφέρετε ορισμένες ηλεκτρικές πηγές, καθώς και τις μετατροπές ενέργειας που συμβαίνουν σε αυτές.
Ορισμένες ηλεκτρικές πηγές είναι:
• Μπαταρία: Η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.
• Ηλεκτροστατική γεννήτρια: Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.
• Φωτοστοιχείο: Η ενέργεια του φωτός μετατρέπεται σε ηλεκτρική.
• Θερμοστοιχείο: Η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.
Ποιες συσκευές ονομάζονται καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας;
Καταναλωτές ονομάζονται οι ηλεκτρικές συσκευές στις οποίες η ηλεκτρι-
κή ενέργεια μετατρέπεται σε άλλου είδους ενέργεια.

Να αναφέρετε ορισμένους καταναλωτές, καθώς και τις μετατροπές ενέργειας που πραγματοποιούνται σε αυτούς.
Ορισμένοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας είναι:
• Ηλεκτρικός κινητήρας: Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική.
• Ηλεκτρόλυση: Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική.
• Σύρμα: Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική.
Ποια είναι η πραγματική και ποια η συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα;
Η πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των
αρνητικών σωματιδίων, δηλαδή, από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της
πηγής. Συμβατική φορά είναι η φορά κίνησης των θετικών σωματιδίων, δηλα-
δή από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της πηγής