1

ΦΥΣΙΚΗ Γ΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Ηλεκτρισμός

Κεφάλαιο 1. Ηλεκτρική δύναμη και φορτίο 1)Φορτία :

Στην φύση υπάρχουν δύο είδη φορτίων τα θετικά και τα αρνητικά φορτία .To μικρότερο αρνητικό φορτίο που υπάρχει στην φύση είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου (qe =- 1,6 . 10-19 cb) και το μικρότερο θετικό φορτίο είναι το φορτίου του πρωτονίου (

qp =+ 1,6 . 10-19 cb) .

Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναι το 1 Coulomb ( 1 cb). Tα σώματα αποτελούνται από άτομα ,τα οποία έχουν ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Επομένως το θετικό

φορτίο των πρωτονίων εξουδετερώνει το αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων και έτσι το άτομο εμφανίζεται ηλεκτρικά

ουδέτερο. Αν για κάποιο λόγο κάποιο άτομο πάρει ηλεκτρόνια ,τότε έχει πλεόνασμα αρνητικού φορτίου και

μετατρέπεται σε αρνητικά φορτισμένο άτομο ή αρνητικό ιόν ή ανιόν. Αν για κάποιο λόγο κάποιο άτομο χάσει ηλεκτρόνια ,τότε έχει πλεόνασμα θετικού φορτίου (λόγω των πρωτονίων του πυρήνα) και μετατρέπεται σε θετικό

φορτισμένο άτομο ή θετικό ιόν ή κατιόν. Τα διάφορα σώματα αποκτούν φορτίο ,είτε γιατί αποκτούν περισσότερα

ηλεκτρόνια ,από όσα είχαν αρχικά, οπότε αποκτούν αρνητικό φορτίο ,είτε γιατί χάνουν ηλεκτρόνια ,οπότε φορτίζονται θετικά.

2)Τρόποι φόρτισης των σωμάτων :

α) Με τριβή : Aν τρίψουμε κεχριμπάρι σε μάλινο ύφασμα ,τότε το κεχριμπάρι αποκτά μια ιδιότητα ,μπορεί να τραβήξει (έλξει) μικρά

αντικείμενα (χαρτάκια ,τρίχες κ.λ.π) , το ίδιο συμβαίνει και αν τρίψουμε ένα πλαστικό στυλό σε μάλλινο ύφασμα ή μια

γυάλινη ράβδο σε μάλλινο ύφασμα ή μια ράβδο από εβονίτη (καουτσούκ) σε πλαστικό. Την ικανότητα αυτή την αποκτούν τα

σώματα ,γιατί λόγω της τριβής χάνουν ηλεκτρόνια ή παίρνουν Ηλεκτρόνια (οπότε φορτίζονται θετικά ή αρνητικά).Κατά την τριβή αποσπώνται ηλεκτρόνια από τα εξωτερικά άτομα του υλικού. Στην φόρτιση με τριβή τα σώματα αποκτούν αντίθετα

φορτία.

β) Με επαφή : Αν φέρουμε σε επαφή μια φορτισμένη ράβδο (γυάλινη) με μια πλαστική ,τότε η πλαστική σφαίρα φορτίζεται με το ίδιο

φορτίο που είναι φορτισμένη η γυάλινη ράβδος και αυτό συμβαίνει πάντα στην φόρτιση με επαφή .Κατά την φόρτιση με

επαφή ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο. Στην φόρτιση με επαφή τα σώματα αποκτούν ίδια φορτία.

γ) Με επαγωγή (ηλέκτριση από απόσταση) : Όταν πλησιάσουμε (χωρίς να ακουμπήσουμε) μια φορτισμένη γυάλινη ράβδο σε μια πλαστική σφαίρα , η πλευρά της

σφαίρας που βρίσκεται προς την μεριά της ράβδου ,φορτίζεται με αντίθετο φορτίο από το φορτίο της ράβδου.

Η φόρτιση αυτή ονομάζεται Επαγωγική φόρτιση.

3)Αρχή διατήρησης του Ηλεκτρικού Φορτίου :

Κατά την φόρτιση των σωμάτων ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο ,όμως ο συνολικός αριθμός

των ηλεκτρονίων παραμένει σταθερός. Σε οποιαδήποτε διαδικασία ανταλλαγής φορτίων που συμβαίνει είτε στον μικρόκοσμο ,είτε στον μακρόκοσμο ,σε ένα σύστημα σωμάτων ή σωματιδίων το ολικό φορτίο διατηρείται σταθερό. Στην

φόρτιση με επαφή και τριβή ισχύει η αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου.

4) Κβάντωση του ηλεκτρικού φορτίου :

Το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισμένου σώματος είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του στοιχειώδους φορτίου του ηλεκτρονίου (-1,6 χ 10-19 coulomb ή του αντίθετου του που είναι το φορτίο του πρωτονίου +1,6 χ 10-19 coulomb).

Άρα κάθε ποσότητα φορτίου Q που υπάρχει στην φύση είναι Q= n x 1,6 x 10-19 coulomb (n είναι ένα ακέραιος αριθμός).

5)Αγωγοί και μονωτές : Τα σώματα που επιτρέπουν την κίνηση ηλεκτρικού φορτίου σε όλη τους την έκταση ,ονομάζονται Αγωγοί. Τα σώματα που

δεν επιτρέπουν την κίνηση ηλεκτρικού φορτίου στην ύλη τους και το φορτίο παραμένει εντοπισμένο σε κάποιο σημείο του

σώματος ,ονομάζονται μονωτές. Τα μέταλλα είναι αγωγοί και στο εσωτερικό τους κινούνται «ελεύθερα ηλεκτρόνια» , δηλαδή

εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων τα οποία έχουν αποσπασθεί από τα άτομα ,επειδή συγκρατούνται με μικρή δύναμη από τον πυρήνα του ατόμου. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται μέσα στο υλικό του σώματος προς οποιαδήποτε

κατεύθυνση . Τα άτομα που έχουν χάσει ηλεκτρόνια μετατρέπονται σε θετικά Ιόντα.

Αγωγοί είναι και τα διαλύματα των οξέων ,Βάσεων και Αλάτων (ηλεκτρολύτες) .Στο εσωτερικό των διαλυμάτων αυτών ,τα φορτία που κινούνται είναι τα θετικά και αρνητικά Ιόντα .Επίσης αγωγοί είναι τα Ιονισμένα αέρια,δηλαδή αέρια που τα άτομα

τους έχουν μετατραπεί σε Ιόντα.

Μονωτές είναι το πλαστικό ,το ξύλο ,το γυαλί , το καουτσούκ ,ο εβονίτης , η πορσελάνη ,το κερί κ.λ.π.

6)Ηλεκτροσκόπιο :

Είναι εάν όργανο με το οποίο μπορούμε να ανιχνεύσουμε ,αν ένα σώμα είναι φορτισμένο ή αν είναι

αφόρτιστο,. Αποτελείται από ένα μεταλλικό δίσκο που συνδέεται με ένα μεταλλικό στέλεχος

το οποίο αποτελείται από ένα ή δύο κινητά φύλλα (ελαφριά μεταλλικά ελάσματα).

2

7)Ηλεκτρικό εκκρεμές. Αποτελείται από ένα νήμα στην άκρη του οποίου κρέμεται ένα πλαστικό σφαιρίδιο.

Αν πλησιάσουμε ένα φορτισμένο σώμα στο σφαιρίδιο ,τότε αυτό φορτίζεται με επαγωγή με αντίθετο φορτίο με συνέπεια να αναπτύσσεται ελκτική δύναμη,

- + ανάμεσα στο σώμα και στο σφαιρίδιο. Έτσι το σφαιρίδιο μετακινείται από

- + την θέση του ,αυτό είναι ένδειξη ότι το σώμα ήταν φορτισμένο. Αν το σφαιρίδιο - + ακουμπήσει στο φορτισμένο σώμα ,τότε το σφαιρίδιο φορτίζεται με ίδιο φορτίο με

το σώμα με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται απωστική δύναμη ,ανάμεσα τους.

8)Ηλεκτρική δύναμη-Νόμος Coulomb :

Ανάμεσα σε 2 όμοια φορτισμένα σώματα αναπτύσσεται απωστική δύναμη ,ενώ ανάμεσα σε δύο αντίθετα φορτισμένα

σώματα αναπτύσσεται ελκτική δύναμη. Η δύναμη αυτή λέγεται ηλεκτροστατική δύναμη .Αν τα σώματα είναι σημειακά φορτία (σώματα με μάζα και φορτίο αλλά με αμελητέες διαστάσεις) ή είναι φορτισμένες σφαίρες τότε η ηλεκτροστατική

δύναμη λέγεται δύναμη Coulomb και το μέτρο της είναι ανάλογο του γινόμενου των φορτίων των δυο σωμάτων και

αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης μεταξύ των δυο σωμάτων .

Ο μαθηματικός τύπος του Νόμου του Coulomb είναι 𝑭 = 𝑲 ∙𝒒𝟏∙𝒒𝟐

𝒓𝟐 , όπου Κ είναι μια σταθερά που η τιμή της στο κενό

είναι 9.109 𝑁.𝑚

𝐶2

9)Ηλεκτρικό πεδίο : O χώρος γύρω από ένα φορτισμένο σώμα ,λέγεται ηλεκτρικό πεδίο.Τα διαφορετικά σημεία του χώρου γύρω από ένα

φορτισμένο σώμα ,έχουν ορισμένες ιδιότητες. π .χ. αν σε κάποιο σημείο του χώρου τοποθετηθεί ένα άλλο ηλεκτρικό

φορτίο αυτό θα δεχτεί ηλεκτρική δύναμη (προερχόμενη από το πεδίο).

10)Ηλεκτρικές Μηχανές παραγωγής στατικού ηλεκτρισμού :

Eίναι μηχανές που παράγουν ηλεκτρικά Φορτία .Οι πιο γνωστές είναι η μηχανή whimhurst και η μηχανή van de graaf.

Στην ηλεκτροστατική μηχανή whimhurst παράγονται με τριβή θετικά και αρνητικά φορτία ,τα οποία οδηγούνται σε δύο

μεταλλικές σφαίρες ,οι οποίες φορτίζονται με αντίθετα φορτία.

11)Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια :

Oταν ένα φορτισμένο σώμα βρεθεί μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο ,δέχεται ηλεκτρική δύναμη, επομένως το σώμα αποκτά

ηλεκτρική δυναμική ενέργεια. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μεταβάλλεται καθώς το σώμα αλλάζει θέση μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο.

Κεφάλαιο 2.Ηλεκτρικό Ρεύμα

1)Ηλεκτρικό ρεύμα :

Όταν ένας μεταλλικός αγωγός συνδεθεί στους πόλους μιας ηλεκτρικής πηγής ,τότε τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που υπάρχουν μέσα στο αγωγό τίθεται σε προσανατολισμένη κίνηση. Στο εσωτερικό των αγωγών δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο, όταν

συνδέονται με μια ηλεκτρική πηγή. Το ηλεκτρικό Πεδίο ασκεί ηλεκτρική δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Η προσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων μέσα στους αγωγούς ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα ηλεκτρόνια στους μεταλλικούς αγωγούς ,κινούνται από τον αρνητικό πόλο της πηγής προς τον θετικό πόλο ,η κίνηση αυτή

ονομάζεται πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος . Η κίνηση υποθετικών θετικών φορτίων από τον θετικό πόλο της

πηγής προς τον αρνητικό, ονομάζεται συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος.

2)’Ενταση ηλεκτρικού ρεύματος (I):

Είναι το πηλίκο του ηλεκτρικού φορτίου q που διέρχεται από μια διατομή του αγωγού σε χρονικό διάστημα t ,προς

το χρονικό διάστημα., δηλαδή t

q .

Μονάδα μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος είναι το 1 Ampere (1 Αμπέρ)= 1 Coulomb/1sec.

Τα όργανα μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζονται Αμπερόμετρα και συνδέονται σε σειρά σε ένα κύκλωμα.

3)Αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος :

Θερμικά : To Ηλεκτρικό ρεύμα ,όταν διαρρέει αγωγούς και συσκευές προκαλεί θέρμανση των αγωγών και των

συσκευών. Ηλεκτρομαγνητικά : Γύρω από τους αγωγούς που διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα ,δημιουργείται μαγνητικό πεδίο

το οποίο ασκεί δυνάμεις σε σιδηρομαγνητικά υλικά.

Χημικά : To ηλεκτρικό ρεύμα ,όταν διέρχεται από διαλύματα οξέων ,βάσεων και αλάτων προκαλεί χημικές αντιδράσεις.

Φωτεινά : Στους λαμπτήρες το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί την εκπομπή φωτός .

3

4)Ηλεκτρικό κύκλωμα :

Κάθε διάταξη που αποτελείται από κλειστούς αγώγιμους δρόμους ,μέσω των οποίων μπορεί να διέλθει ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται ηλεκτρικό Κύκλωμα. Είναι μια διάταξη που αποτελείται από μια ηλεκτρική πηγή (μπαταρία) ,καλώδια

,διακόπτη και μια ή περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές (π.χ. λάμπα). Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός και το κύκλωμα

διαρρέεται από Ηλεκτρικό ρεύμα τότε λέμε ότι το κύκλωμα είναι κλειστό.

5)Διαφορά δυναμικού στους πόλους πηγής Vπηγής ή ηλεκτρική Τάση Πηγής: Μέσα στους αγωγούς τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται υπό την επίδραση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου που

δημιουργεί η ηλεκτρική πηγή. Η δύναμη αυτή παράγει έργο Το έργο αυτής της δύναμης εκφράζει την ενέργεια που

μεταφέρεται από την πηγή στα κινούμενα φορτία. Την ενέργεια αυτή την ονομάζουμε ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος. Ηλεκτρική τάση ή διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο πόλων μιας ηλεκτρικής πηγής ονομάζεται το πηλίκο της ενέργειας

(Εηλεκτρική) που προσφέρεται από την πηγή σε ηλεκτρόνια συνολικού φορτίου (q) όταν διέρχονται από αυτήν προς το φορτίο

q , o μαθηματικός τύπος είναι : q

ήV ή

.

Μονάδα μέτρησης της τάσης είναι το 1 volt = 1joule/1 coulomb.

Την ηλεκτρική τάση την μετράμε με όργανα που λέγονται βολτόμετρα τα οποία συνδέονται παράλληλα στα σημεία του

κυκλώματος που θέλουμε να μετρήσουμε την τάση .

6)Διαφορά δυναμικού στα άκρα καταναλωτή : Καταναλωτής ή μετατροπέας είναι κάθε συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια άλλης μορφής

(π.χ. λαμπτήρας).

Ηλεκτρική τάση ή διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο άκρων ενός καταναλωτή ονομάζεται το πηλίκο της ενέργειας (Εηλεκτρική) που μεταφέρουν στον καταναλωτή ηλεκτρόνια συνολικού φορτίου (q) όταν διέρχονται από αυτόν

προς το φορτίο q , o μαθηματικός τύπος είναι : q

ήV ή

.

7)Ηλεκτρικό Δίπολο –Αντίσταση Διπόλου:

Οι ηλεκτρικές συσκευές που έχουν δύο άκρα ονομάζονται ηλεκτρικά δίπολα.

Ηλεκτρική αντίσταση ενός ηλεκτρικού διπόλου ονομάζεται το πηλίκο της ηλεκτρικής τάσης (V) που εφαρμόζεται στους

πόλους του διπόλου προς την ένταση (Ι) του ηλεκτρικού ρεύματος που το διαρρέει ,ο μαθηματικός τύπος είναι I

VR

Η μονάδα αντίστασης είναι το 1 ohm = 1Volt/1Ampere

8)Aντιστάτες :

Υπάρχουν δίπολα στα οποία ,η αντίσταση τους παραμένει σταθερή ,και είναι ανεξάρτητη από την τιμή της τάσης που

εφαρμόζεται στα άκρα τους και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος που τα διαρρέει .Τα δίπολα αυτά λέγονται αντιστάτες και είναι μεταλλικοί αγωγοί.

9)Νόμος του Ohm :

Η ένταση I του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει ένα αντιστάτη (μεταλλικό αγωγό) ,είναι ανάλογη της διαφοράς δυναμικού

V που εφαρμόζεται στα άκρα του. Ο νόμος του ohm ισχύει μόνο στους μεταλλικούς Αγωγούς, όταν η θερμοκρασία τους είναι

σταθερή : VR

I 1

Η ένταση του ρεύματος και η τάση που εφαρμόζεται στα άκρα ενός αντιστάτη είναι ποσά ανάλογα.

4

10) Συνδεσμολογία αντιστατών σε σειρά :

Στο παραπάνω σχήμα απεικονίζονται 2 αντιστάτες συνδεδεμένοι σε σειρά .

Στην συνδεσμολογία σε σειρά ισχύει : VAB= VAΓ + VΓΒ η τάση στα άκρα και των 2 αντιστατών είναι ίση με το άθροισμα

των τάσεων που υπάρχουν στα άκρα του κάθε αντιστάτη και Iπηγής=IR1 =IR2 , δηλαδή η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το 1ο αντιστάτη είναι ίση με την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον 2ο αντιστάτη και είναι ίση με την ένταση του ρεύματος

που διαρρέει την πηγή.

Ισοδύναμη αντίσταση Rολικό της συνδεσμολογίας 2 αντιστατών σε σειρά είναι μια αντίσταση που μπορεί να αντικαταστήσει

τους 2 αντιστάτες και αν στα άκρα της εφαρμοστεί ίδια τάση που εφαρμόζεται στους 2 αντιστάτες ,τότε το κύκλωμα θα διαρρέεται από το ίδιο ρεύμα που υπήρχε στο κύκλωμα όταν ήταν συνδεδεμένοι οι 2 αντιστάτες.

Η Ισοδύναμη αντίσταση σε συνδεσμολογία σε σειρά αποδεικνύεται ότι είναι Rολικό = R1 + R2.

11)Παράλληλη Συνδεσμολογία αντιστατών :

Στο παραπάνω σχήμα απεικονίζονται 2 αντιστάτες συνδεδεμένοι παράλληλα.Στην παράλληλη συνδεσμολογία ισχύει :

VAB= VR1 = VR2 , ,η τάση στα άκρα των αντιστατών είναι ίδια και Iπηγής=IR1 + IR2 , δηλαδή η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα είναι ίση με το άθροισμα των εντάσεων των ρευμάτων που διαρρέουν τους 2 αντιστάτες.

Ισοδύναμη αντίσταση Rολικό της συνδεσμολογίας 2 αντιστατών συνδεδεμένων παράλληλα είναι μια αντίσταση που

μπορεί να αντικαταστήσει τους 2 αντιστάτες και αν στα άκρα της εφαρμοστεί ίδια τάση που εφαρμόζεται στους 2 αντιστάτες ,τότε το κύκλωμα θα διαρρέεται από ίδιο ρεύμα.

Για την Ισοδύναμη αντίσταση στην παράλληλη συνδεσμολογία αποδεικνύεται ότι ισχύει :21

111

RRR ό

ή

21

21

RR

RRR ό

Κεφάλαιο 3.Ηλεκτρικό Ενέργεια

1)Φαινόμενο Τζάουλ (joule) : Όταν από ένα αντιστάτη διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα τότε η θερμοκρασία του αυξάνεται ,το φαινόμενο αυτό ονομάζεται

«φαινόμενο Τζάουλ».Στους αντιστάτες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.

2)Νόμος Τζάουλ : H μεταβολή της θερμικής ενέργειας ενός αντιστάτη αντίστασης R, όταν από αυτόν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα σταθερής

έντασης Ι ,είναι ίση με την ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από αυτόν προς το περιβάλλον σε χρονικό διάστημα t

και είναι : α)ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτηβ)ανάλογη της

αντίστασης R του αντιστάτη γ)ανάλογη του χρόνου t διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος από τον αντιστάτη, δηλαδή :

tRIQ 2

3)Eφαρμογές του φαινομένου Τζάουλ :

Λαμπτήρας πυρακτώσεως – Ηλεκτρική κουζίνα – Ηλεκτρικός θερμοσίφωνας – Τηκόμενη ασφάλεια..

4)Χημικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος(Ηλεκτρόλυση) : Kατά την διαβίβαση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα σε ένα διάλυμα οξέως ή βάσεως ή άλατος παρατηρούμε την δημιουργία

χημικών αντιδράσεων και την δημιουργία χημικών στοιχείων και ταυτόχρονα παρατηρούμε ότι υπάρχει ροή ηλεκτρικού

ρεύματος και στα ηλεκτρόδια που είναι μέσα στο διάλυμα παρατηρούμε στην επιφάνεια τους χημικές μεταβολές (πχ δημιουργία φυσαλίδων )

5)Μαγνητικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος :

Όταν από ένα αγωγό διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα γύρω του δημιουργείται μαγνητικό πεδίο και έτσι αν πλησιάσουμε μια

μαγνητική βελόνα σε ένα ρευματοφόρο αγωγό θα αλλάξει ο προσανατολισμός της(πείραμα έρστεντ).Επίσης ένα πηνίο που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνήτη και το μαγνητικό του πεδίο μοιάζει με το μαγνητικό πεδίο

ενός ραβδόμορφου μαγνήτη.

5

6)Ενέργεια Ηλεκτρικού ρεύματος :

To ηλεκτρικό ρεύμα όταν διαρρέει οποιαδήποτε συσκευή μεταφέρει σε αυτήν ηλεκτρική ενέργεια ,η οποία μετατρέπεται σε

ενέργεια άλλης μορφής.Ο μαθηματικός τύπος της ηλεκτρικής ενέργειας είναι tIVή

και μονάδα μέτρησης το 1 joule.

7)Ισχύς που καταναλώνει μια ηλεκτρική συσκευή:

Ισχύς είναι η ποσότητα ενέργειας που μετατρέπει ή μεταφέρει μια συσκευή σε κάποιο χρονικό διάστημα προς το

αντίστοιχο χρονικό διάστημα δηλαδή t

EP

H ηλεκτρική ισχύς που καταναλώνει μια συσκευή είναι

IVP ή

Μονάδα ισχύος είναι το 1watt =1volt χ 1Ampere

Aπο τις εταιρείες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται σαν μονάδα μέτρησης της ενέργειας η 1 Kwh

(μια κιλοβατώρα) που είναι ίση με την ενέργεια που καταναλώνεται από μια συσκευή ισχύος 1 Kwatt όταν λειτουργεί μια

ώρα (1h).

Kεφάλαιο 4. Ταλαντώσεις

1)Περιοδική κίνηση : Είναι η κίνηση που επαναλαμβάνεται σε ίσα χρονικά διαστήματα (κίνηση εκκρεμούς, κυκλική κίνηση , η περιστροφή της γής

γύρω από τον άξονα της και γύρω από τον ήλιο κ.λ.π.)

2)Ταλάντωση : Είναι η περιοδική κίνηση που γίνεται ανάμεσα σε 2 ακραία σημεία της τροχιάς. Η ταλάντωση δεν είναι oμαλή κίνηση ,για

να πραγματοποιηθεί πρέπει να ασκείται δύναμη στο σώμα. Η δύναμη αυτή μεταβάλλεται καθώς το σώμα μετακινείται μεταξύ

των 2 ακραίων σημείων της ταλάντωσης. Η δύναμη παίρνει την μεγαλύτερη τιμή της στις ακραίες θέσεις και μηδενίζεται στο κέντρο της τροχιάς ,το οποίο καλείται και θέση ισορροπίας. Η δύναμη αυτή ονομάζεται δύναμη Επαναφοράς. Όταν η

δύναμη επαναφοράς είναι ανάλογη με την απομάκρυνση του σώματος από την θέση ισορροπίας τότε η κίνηση που κάνει το

σώμα ονομάζεται απλή αρμονική Ταλάντωση.

3)Περίοδος (Τ) : Είναι ο χρόνος μιας πλήρους ταλάντωσης .Δηλαδή είναι ο χρόνος που χρειάζεται το σώμα για να κινηθεί από το ένα ακραίο

σημείο της τροχιάς μέχρι να ξαναγυρίσει σε αυτό το ακραίο σημείο της τροχιάς.

4)Συχνότητα (f):

Είναι ο αριθμός των ταλαντώσεων που κάνει το σώμα στην μονάδα του χρόνου (σε 1 sec). t

Nf

αν Δt=T (χρόνος μιας περιόδου) τότε Ν=1 ταλάντωση ,επομένως f=1/T. Μονάδα συχνότητας είναι το 1 Ηz (Hertz) = 1/1sec.

5)Πλάτος Ταλάντωσης :

Eίναι η μέγιστη απομάκρυνση του σώματος από την θέση ισορροπίας του.

6)Απλό Εκκρεμές Το απλό εκκρεμές αποτελείται από ένα μικρό σώμα που είναι κρεμασμένο σε ένα αβαρές νήμα και το άλλο άκρο

του είναι κρεμασμένο σε σταθερό σημείο. Το σώμα κάνει ταλάντωση ανάμεσα σε 2 ακραία σημεία.

θ

Α Β

Όταν η απομάκρυνση του εκκρεμούς από την κατακόρυφη είναι μικρή δηλ η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την

κατακόρυφο είναι μικρότερη από 100 τότε η Περίοδος του απλού εκκρεμούς είναι g

L2 ,δηλαδή η περίοδος

εξαρτάται από το μήκος του αβαρούς νήματος L και από την επιτάχυνση της βαρύτητας g.

7)Ενέργεια και Ταλάντωση :

Kατά την διάρκεια μιας ταλάντωσης πραγματοποιείται περιοδικά μετατροπή της δυναμικής ενέργειας σε κινητική .

Στις ακραίες θέσεις της τροχιάς έχουμε την μέγιστη δυναμική ενέργεια ,ενώ στην θέση ισορροπίας έχουμε την μέγιστη Κινητική ενέργεια. Αν δεν υπάρχουν τριβές τότε η μηχανική ενέργεια παραμένει σταθερή(άθροισμα κινητικής και δυναμικής).

6

Κεφάλαιο 5-Μηχανικά Κύματα

1)Κύμα : είναι η διάδοση μιας διαταραχής στο χώρο. α) αν σε μια λίμνη ρίξουμε μια πέτρα δημιουργείται μια διαταραχή στην επιφάνεια του νερού που διαδίδεται σε όλη την

επιφάνεια ,δημιουργούνται κυκλικά κύματα,

β) αν σε ένα σχοινί που το ένα άκρο του είναι δεμένο σε σταθερό σημείο , θέσουμε σε ταλάντωση το άλλο άκρο του κουνώντας κάθετα προς την διεύθυνση του σχοινιού ,τότε δημιουργείται μια διαταραχή που διαδίδεται κατά μήκος

του σχοινιού …

Kατά την διάδοση του κύματος μεταφέρεται ενέργεια χωρίς να μεταφέρεται ύλη.

2) Εγκάρσια ονομάζονται τα κύματα στα οποία τα σωματίδια του μέσου διάδοσης ταλαντώνονται κάθετα στην διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Τα εγκάρσια κύματα διαδίδονται μόνο στα στερεά σώματα (π.χ.σκοινί ,ελατήριο κλπ)

Τα εγκάρσια κύματα διαδίδονται με μικρότερη ταχύτητα από τα διαμήκη.

3)Διαμήκη ονομάζονται τα κύματα στα οποία τα σωματίδια του μέσου διάδοσης ταλαντώνονται στην διεύθυνση διάδοσης του σώματος. Τα διαμήκη κύματα διαδίδονται στα στερεά ,στα υγρά και στα αέρια.

4)Μηχανικά κύματα είναι εκείνα που διαδίδονται στα υλικά μέσα (στερέα ,υγρά ,αέρια).Π.χ. σεισμικά ,ηχητικά

Για να διαδοθούν τα κύματα αυτά πρέπει να υπάρχει ύλη. Με τα μηχανικά κύματα μεταφέρεται μηχανική ενέργεια.

5)Ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι η διάδοση μεταβολών της έντασης του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου στο Χώρο. Τα κύματα αυτά μεταφέρουν ηλεκτρική και μαγνητική ενέργεια. Διαδίδονται στο κενό (και στην ύλη).Στο κενό

Διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός (c=300000 km/sec).Τα διανύσματα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της

Έντασης του μαγνητικού πεδίου μεταβάλλονται σε επίπεδα κάθετα μεταξύ τους. 6)Περίοδος Τ και συχνότητα f ενός κύματος είναι η περίοδος και η συχνότητα ταλάντωσης κάθε σωματιδίου του μέσου στο

οποίο διαδίδεται το κύμα.

7)Μήκος κύματος λ είναι η μικρότερη απόσταση μεταξύ 2 σημείων του μέσου διάδοσης του κύματος με την ίδια απομάκρυνση από την θέση ισορροπίας.

8)Πλάτος του κύματος είναι το πλάτος της ταλάντωσης των σωματιδίων του μέσου στο οποίο διαδίδεται το κύμα .

9)Θεμελιώδης νόμος της κυματικής

Η ταχύτητα διάδοσης ενός κύματοs σε κάποιο υλικό μέσο δίνεται από τον τύπο f όπου λ είναι το μήκος κύματος

και f είναι η συχνότητα του κύματος. Η ταχύτητα δεν εξαρτάται από το πλάτος του κύματος ,εξαρτάται μόνο από τις

ιδιότητες του μέσου διάδοσης. Στο ίδιο μέσο διάδοσης τα εγκάρσια κύματα διαδίδονται με μικρότερη ταχύτητα απ ́ότι τα

διαμήκη.

Κεφάλαιο 6-Φύση και Διάδοση του φωτός

1)Πηγές φωτός :

Tα σώματα που εκπέμπουν φώς ονομάζονται αυτόφωτα (π.χ. ήλιος ,κερί ..).Τα σώματα που φωτίζονται από πηγές φωτός και αντανακλούν το φώς ονομάζονται ετερόφωτα (π.χ. σελήνη ,…).Υπάρχουν φυσικές πηγές φωτός (π.χ. ήλιος

,αστέρια ) και τεχνητές πηγές φωτός (πχ κερί ,λάμπες πυρακτώσεως…).ι πηγές φωτός χωρίζονται σε θερμές πηγές (είναι οι

πηγές που πρέπει να είναι σε υψηλή θερμοκρασία για να εκπέμψουν φώς ) π.χ. ήλιος ,φωτιά ,λάμπες πυρακτώσεως και

ψυχρές πηγές φωτός (είναι οι πηγές που δεν χρειάζεται να είναι σε υψηλή θερμοκρασία για να εκπέμψουν φώς) π.χ. οθόνη τηλεόρασης ή Η/Υ ή Laser ή λάμπες led…

2)Φώς και ενέργεια :

Το φώς μεταφέρει ενέργεια. Αυτό μπορεί να διαπιστωθεί από τα αποτελέσματα που προκαλεί ,όπως διαπιστώνουμε εκεί που διαδίδεται φώς. Π.χ. Φωτοσύνθεση : μετατροπή ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια… , Φωτοβολταϊκά :μετατροπή ηλιακού

φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια ….., Θέρμανση νερού σε ηλιακούς θερμοσιφώνες :μετατροπή ηλιακής ακτινοβολίας σε

θερμότητα … Ακτινόμετρο : μετατροπή ακτινοβολίας σε κίνηση …..

3)Διάδοση του φωτός :

Το φώς διαδίδεται σε σώματα τα οποία ονομάζονται διαφανή .Τα σώματα στα οποία δεν διαδίδεται το φώς ονομάζονται

αδιαφανή. Σε ορισμένα υλικά το φώς διαδίδεται λίγο ,τα σώματα αυτά ονομάζονται ημιδιαφανή. Στα ομογενή υλικά (αυτά

που έχουν τις ίδιες ιδιότητες σε όλα τους σημεία) το φώς διαδίδεται ευθύγραμμα. Σκιά σχηματίζουν τα αδιαφανή σώματα ,όταν φωτίζονται από σημειακή πηγή. Παρασκιά σχηματίζεται γύρω από την σκιά ,όταν ένα αδιαφανές σώμα φωτίζεται από

φωτεινή πηγή που δεν είναι σημειακή.

4)Φύση (ιδιότητες ) του Φωτός : Το φώς όταν διαδίδεται στα υλικά συμπεριφέρεται σαν Κύμα ,εμφανίζει δηλαδή τις ιδιότητες των κυμάτων .

Το φώς είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα ,δηλαδή διαδίδεται ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο ,των οποίων η ένταση μεταβάλλεται

με τον χρόνο και στο χώρο. Η μεταβολή της έντασης είναι ημιτονοειδής συνάρτηση του χρόνου και της απόστασης.

7

Τα δύο φυσικά μεγέθη (ένταση ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου) μεταβάλλονται σε επίπεδα κάθετα μεταξύ τους καθώς

διαδίδονται στο χώρο.

Το φώς δημιουργεί όλα τα κυματικά φαινόμενα π.χ. ανάκλαση ,διάθλαση ,περίθλαση ,συμβολή και πόλωση.

Η ταχύτητα του φωτός δίνεται από την θεμελιώδη κυματική εξίσωση fC . Όπου C η ταχύτητα του φωτός που

έχει μετρηθεί και είναι ίση με 300000 Km/sec ή 3 x 108 m/sec όταν το φώς διαδίδεται στο κενό ή στον αέρα και είναι η

μεγαλύτερη ταχύτητα στην φύση και κανένα σώμα δεν μπορεί να την ξεπεράσει. Επίσης η ταχύτητα αυτή είναι σταθερή και

ίδια ανεξάρτητα αν η πηγή φωτός κινείται ή είναι ακίνητη. Όταν το φώς διαδίδεται σε άλλα υλικά ,εκτός από το κενό και τον αέρα ( πχ γυαλί ,νερό ,πλαστικό κλπ) η ταχύτητα του μειώνεται .(λ είναι το μήκος κύματος του φωτός (ακτινοβολίας) και f

είναι η συχνότητα του φωτός (ακτινοβολίας)).

Όταν το φώς εκπέμπεται ή απορροφάται από την ύλη συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο και εκπέμπεται και απορροφάται

σε πακέτα (quanta) το μικρότερο δε σωματίδιο (πακέτο) ονομάζεται φωτόνιο. Το φωτόνιο είναι σωματίδιο που δεν έχει μάζα αλλά έχει ενέργεια (και ορμή). Σύμφωνα με την θεωρία του Max Plank, το φωτόνιο μεταφέρει ενέργεια που δίνεται από τον

τύπο fhE (h είναι μια σταθερά που ονομάζεται σταθερά του Plank και είναι ίση με 6,67 x 10-34 joule . sec ,ενώ f

είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας). Με την σωματιδιακή θεωρία για το φώς ερμηνεύτηκαν πολλά φαινόμενα ,όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ,η ακτινοβολία

μέλανος σώματος κλπ..

5)Έτος φωτός : Είναι η απόσταση που διανύει το φώς σε χρονικό διάστημα ίσο με ένα έτος (365 ημέρες),δηλαδή Είναι S= (300000Km/sec ) x (365 . 24 . 3600 sec) = 946080 x 10 8 Km.

Κεφάλαιο 7 –Ανάκλαση του φωτός

1)Ανάκλαση του φωτός : To φαινόμενο της ανάκλασης του φωτός παρουσιάζεται όταν το φώς πέσει σε μια αδιαφανή επιφάνεια την οποία δεν μπορεί

να διαπεράσει , τότε το φώς αλλάζει κατεύθυνση διάδοσης παραμένοντας μέσα στο ίδιο διαφανές υλικό .

Όταν το φώς συναντά μια επιφάνεια αδιαφανή ,αλλά λεία και γυαλιστερή ,τότε αλλάζει κατεύθυνση διάδοσης και ακολουθεί

συγκεκριμένη κατεύθυνση διάδοσης σύμφωνα με τους 2 παρακάτω νόμους : 1)H προσπίπτουσα ακτίνα ,η ανακλώμενη και η κάθετη ευθεία επάνω στην επιφάνεια (στο σημείο πρόσπτωσης)

βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

2)Η γωνία πρόσπτωσης(π) και η γωνία ανάκλασης (α) είναι ίσες . Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται Κατοπτρική ανάκλαση.

π α

Όταν το φώς συναντήσει μια τραχιά επιφάνεια τότε ανακλάται προς όλες τις κατευθύνσεις και το φαινόμενο αυτό ονομάζεται

Διάχυση.

2)Κάτοπτρα : Yπάρχουν 3 είδη κατόπτρων (καθρεφτών) ,τα επίπεδα κάτοπτρα , τα κοίλα και τα κυρτά.

Οι επίπεδοι καθρέφτες δημιουργούν φανταστικά είδωλα ίδιου μεγέθους με το αντικείμενο και σε συμμετρική θέση.

Οι κοίλοι καθρέφτες έχουν την ιδιότητα να συγκλίνουν τις παράλληλες ακτίνες σε ένα σημείο που λέγεται εστία. Οι κοίλοι καθρέφτες δημιουργούν πραγματικά και φανταστικά είδωλα ,ανάλογα με την θέση του αντικειμένου.

Οι κυρτοί καθρέφτες έχουν την ιδιότητα να αποκλίνουν τις παράλληλες ακτίνες.

Οι κυρτοί καθρέφτες δημιουργούν είδωλα φανταστικά ,μικρότερα από το αντικείμενο και όρθια.

8

Κεφάλαιο 8-Διάθλαση του Φωτός

1) Διάθλαση του φωτός : H ταχύτητα του φωτός στον αέρα ή στο κενό C=300000 km/sec , όταν όμως το φώς

διαδίδεται σε άλλο οπτικά διαφανές υλικό (πχ νερό ,γυαλί ….) η ταχύτητα του μειώνεται . Όσο πιο μικρή είναι η ταχύτητα

του φωτός σε κάποιο υλικό ,τόσο περισσότερο οπτικά πυκνότερο χαρακτηρίζεται το υλικό. Ενώ όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του φωτός τόσο οπτικά αραιότερο χαρακτηρίζεται το υλικό.

Όταν το φώς διαδίδεται από οπτικά αραιότερο σε οπτικά πυκνότερο ή το αντίστροφο ,τότε αλλάζει η διεύθυνση

διάδοσης του ,το φαινόμενο ονομάζεται Διάθλαση του φωτός και η διεύθυνση διάδοσης του ακολουθεί τους δύο παρακάτω

νόμους : 1)Η προσπίπτουσα ακτίνα , η διαθλώμενη και η ευθεία που είναι κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια των δυο υλικών

βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

2)όταν το φώς περνά από ένα διαφανές υλικό σε άλλο οπτικά πυκνότερο ,τότε η γωνία διάθλασης (δ) είναι μικρότερη από την γωνία πρόσπτωσης (π) .Αντίθετα όταν το φώς περνά από ένα οπτικά πυκνότερο σε ένα οπτικά αραιότερο

υλικό , τότε η διαθλώμενη ακτίνα απομακρύνεται από την κάθετη στην επιφάνεια ,δηλαδή η γωνία διάθλασης είναι

μεγαλύτερη από την γωνία πρόσπτωσης.

π

δ

2)Δείκτης διάθλασης : To πηλίκο της ταχύτητας του φωτός στο κενό ,προς την ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε κάποιο

υλικό ονομάζεται δείκτης διάθλασης του υλικού και συμβολίζεται με το γράμμα n , δηλαδή

Cn .

3)Νόμος Snell :

Σύμφωνα με το νόμο Snell ,στην διάθλαση του φωτός ,ισχύει ότι το ημίτονο της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της

γωνίας διάθλασης είναι σταθερό και είναι ίσο με το δείκτη διάθλασης ,δηλαδή ισχύει :

n

4)Ολική ανάκλαση :

Όταν το φώς διαδίδεται από οπτικά πυκνότερο σε οπτικά αραιότερο υλικό (πχ από νερό στον αέρα) ,τότε η διαθλώμενη ακτίνα

απομακρύνεται από την κάθετο και η γωνία διάθλασης είναι μεγαλύτερη από την γωνία πρόσπτωσης. Για κάποια τιμή της

γωνίας πρόσπτωσης η διαθλώμενη ακτίνα διαδίδεται πάνω στην διαχωριστική επιφάνεια και η γωνία διάθλασης είναι 900.

Αυτή η γωνία πρόσπτωσης ονομάζεται ορική γωνία ή κρίσιμη γωνία πC . Γι ́αυτή την γωνία ισχύει δ=900 και

εφαρμόζοντας τον νόμο του Snell θα έχουμε

c

n

1 ή

90

1 C

nή C

n

1 ή

C

n

1 ή

nc

1

Όταν η γωνία πρόσπτωσης γίνει μεγαλύτερη από την ορική ,τότε η διαθλώμενη ακτίνα ξαναγυρίζει στο υλικό από το οποίο

προήλθε και το φώς εγκλωβίζεται μέσα στο υλικό ,δεν βγαίνει στο οπτικά αραιότερο .

Το φαινόμενο λέγεται Ολική ανάκλαση και ακολουθεί τους νόμους της ανάκλασης. Με το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης, εξηγείται το φαινόμενο του αντικατοπτρισμού.

9

5)Ανάλυση του φωτός :

Όταν μια φωτεινή ακτίνα από το ήλιο ή από λάμπα πυρακτώσεως , πέσει πάνω σε ένα πρίσμα και διαθλασθεί στο πρίσμα, από την άλλη πλευρά του πρίσματος ,αν έχουμε τοποθετήσει ένα φύλλο χαρτιού ,πάνω στο φύλλο ,θα παρατηρήσουμε να

σχηματίζονται όλα τα χρώματα (κόκκινο ,πορτοκαλί ,κίτρινο, πράσινο ,γαλάζιο, μώβ και ιώδες).

Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανάλυση του φωτός . Το φάσμα των χρωμάτων που δημιουργείται ονομάζεται συνεχές

φάσμα του λευκού φωτός. Η ανάλυση του φωτός συμβαίνει γιατί το λευκό φώς αποτελείται από διαφορετικές ακτινοβολίες ,διαφορετικών συχνοτήτων

και χρωμάτων . Κάθε ακτινοβολία τρέχει με διαφορετική ταχύτητα μέσα στο γυαλί (ή σε άλλο υλικό)

και κατά συνέπεια έχει και διαφορετικό δείκτη διάθλασης .Επομένως κάθε ακτινοβολία έχει διαφορετική εκτροπή μέσα στο υλικό ,διαφορετική γωνία διάθλασης.

Το φαινόμενο της ανάλυσης του φωτός συμβαίνει και κατά την δημιουργία του ουράνιου τόξου, όπου ηλιακές ακτίνες

διαθλώνται μέσα από τις σταγόνες της βροχής ,παθαίνουν ολική ανάκλαση στο εσωτερικό της σταγόνας και εξέρχονται αφού διαθλαστούν για δεύτερη φορά.

Κεφάλαιο 9-Φακοί και Οπτικά όργανα

1)Συγκλίνοντες φακοί :

Είναι φακοί (γυαλί) που είναι παχύτεροι στο μέσο και λεπτότεροι στα άκρα και μετατρέπουν μια παράλληλη δέσμη ακτίνων σε συγκλίνουσα. Δημιουργούν είδωλα και πραγματικά και φανταστικά ,ανάλογα με την θέση του αντικειμένου.

Όταν το αντικείμενο είναι πολύ κοντά στον φακό το είδωλο του είναι φανταστικό ,όρθιο και μεγαλύτερο

από το αντικείμενο .Ο φακός λειτουργεί σαν μεγεθυντικός. Οι συγκλίνοντες φακοί χρησιμοποιούνται στα γυαλιά πρεσβυωπίας ,στα μικροσκόπια και στα τηλεσκόπια.

2)Αποκλίνοντες φακοί :

Είναι φακοί (γυαλί) που είναι παχύτεροι στα άκρα και λεπτότεροι στα μέσο και μετατρέπουν μια παράλληλη δέσμη

ακτίνων σε αποκλίνουσα Δημιουργούν είδωλα μόνο φανταστικά ,όρθια και μικρότερα από το αντικείμενο..

Οι αποκλίνοντες φακοί χρησιμοποιούνται στα γυαλιά μυωπίας.

Βιβλιογραφία :Φυσική Γ ́Γυμνασίου ΥΠΔΒΜΘ και ΙΤΥ (Αντωνίου Ν.,Δημητριάδης Π.,Καμπούρης Κ……)