Μάθημα : Φυσική Γ' Γυμνασίου

1.1. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ

Ηλεκτρική Δύναμη       
Δύναμη που ασκείται μεταξύ ηλεκτρισμένων σωμάτων. Ασκείται από απόσταση και είναι

α) ελκτική ή β) απωστική.

Ηλεκτρικό εκκρεμές
Είναι ένα ηλεκτροσκόπιο, δηλαδή ένα όργανο που βοηθά να διαπιστώσουμε αν ένα σώμα είναι ηλεκτρισμένο. Αποτελείται από ένα ελαφρύ αντικείμενο δεμένο σε μία κλωστή.

1.2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ

Ηλεκτρικό Φορτίο        

Συμβολίζεται με q  ή Q και είναι το φυσικό μέγεθος που δείχνει πόσο ηλεκτρισμένο είναι ένα σώμα.

Υπάρχουν δύο είδη φορτίου :  το θετικό και το αρνητικό φορτίο.

Ομώνυμα και ετερώνυμα φορτία        

Τα ομώνυμα φορτισμένα σώματα απωθούνται.

Τα ετερώνυμα φορτισμένα σώματα έλκονται.

Μονάδα μέτρησης του φορτίου            

Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο SI είναι το Coulomb. Συμβολίζεται με C.

Υποδιαιρέσεις:

1nC=10^-9 C

1μC=10^-6 C

Ολικό φορτίο

Το ολικό φορτίο δύο ή περισσότερων φορτίων ισούται με το αλγεβρικό τους άθροισμα.

qολ=q1+q2

1.3. ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ

Δομή του ατόμου        

Κάθε άτομο αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια.

Στον πυρήνα βρίσκονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια και γύρω του περιφέρονται τα ηλεκτρόνια.

Το φορτίο των πρωτονίων είναι+1,6 ∙10^-19C, άρα τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα.

Το φορτίο των ηλεκτρονίων είναι -1,6 ∙10^-19C, άρα τα ηλεκτρόνια αρνητικά φορτισμένα. 

Το φορτίο των νετρονίων 0, δηλαδή τα νετρόνια είναι ουδέτερα.

Στα ηλεκτρικά ουδέτερα άτομα ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. 

Ιόντα

Αν ένα άτομο αποβάλει ή προσλάβει ηλεκτρόνια, τότε παύει να είναι ηλεκτρικά ουδέτερο και ονομάζεται ιόν.

Ιδιότητες ηλεκτρικού φορτίου

Φόρτιση           

Η φόρτιση ενός σώματος επιτυγχάνεται με μεταφορά ηλεκτρονίων από τα άτομα ενός σώματος στα άτομα του άλλου.

Το ολικό φορτίο σε οποιαδήποτε διαδικασία διατηρείται σταθερό. Δηλαδή δε δημιουργείται και δεν εξαφανίζεται ποτέ

Αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου

𝑞𝜊𝜆 = 𝜎𝜏𝛼𝜃

Κβάντωση

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι κβαντισμένο. Δηλαδή είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του στοιχειώδους φορτίου του ηλεκτρονίου e, που αποτελεί το κβάντο φορτίου. 𝑞 = 𝑁𝑒

1.4. ΤΡΟΠΟΙ ΗΛΕΚΤΡΙΣΗΣ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ

Ηλεκτρικοί αγωγοί      

Ηλεκτρικοί αγωγοί ονομάζονται τα σώματα που επιτρέπουν το διασκορπισμό του φορτίου σε όλη τους την έκταση.

Τα εξωτερικά ηλεκτρόνια στους μεταλλικούς αγωγούς είναι πολύ χαλαρά συνδεδεμένα με τους πυρήνες, γι’ αυτό ονομάζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια. Συχνά αναφέρονται και ως «θάλασσα ηλεκτρονίων» ανάμεσα στα θετικά ιόντα. 

Τα μέταλλα είναι αγωγοί.

Ηλεκτρικοί μονωτές    

Μονωτές ονομάζονται τα σώματα στα οποία το φορτίο δε διασκορπίζεται  αλλά παραμένει στην περιοχή που φορτίσαμε. Το καουτσούκ, το γυαλί, το κερί, το ξύλο, το πλαστικό  κλπ είναι μονωτές.

Ηλέκτριση       

Ηλέκτριση ενός σώματος προφανώς σημαίνει να το κάνω από ουδέτερο ηλεκτρισμένο. Δηλαδή, ενώ πριν δεν έλκει ελαφρά αντικείμενα, μετά τα έλκει. Η ηλέκτριση ενός σώματος επιτυγχάνεται με τρεις τρόπους:

Με τριβή, με επαφή και με επαγωγή.

Ηλέκτριση με τριβή     

Κατά την ηλέκτριση με τριβή μετακινούνται εξωτερικά ηλεκτρόνια από το ένα σώμα στο άλλο λόγω τριβής. (π.χ. από τη γυάλινη ράβδο στο μεταξωτό ύφασμα ή από το μάλλινο ύφασμα στην πλαστική ράβδο).

Ηλέκτριση με επαφή  

Κατά την ηλέκτριση με επαφή δε χρειάζεται να τρίψουμε τα σώματα αλλά αρκεί να τα ακουμπήσουμε για να μεταφερθεί φορτίο.

Ηλέκτριση με επαγωγή             

Κατά την ηλέκτριση με επαγωγή, αρκεί να πλησιάσουμε ένα φορτισμένο αντικείμενο σε ένα αφόρτιστο (χωρίς επαφή) για να ηλεκτριστεί.      

Τα φορτία των σωμάτων παραμένουν ίδια.

Άτομα και Ιόντα

Προσομοιώσεις

Άτομα και ιόντα

Ηλεκτρόνια και αγωγοί

Ηλεκτρόνια και μονωτές

Ηλέκτριση με επαγωγή

Μπαλόνια και στατικός ηλεκτρισμός

1.5. ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ COULOMB

Μέτρο ηλεκτρικής δύναμης

Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης, την οποία ένα σημειακό φορτίο q1 ασκεί σε ένα άλλο q2, είναι 

- ανάλογο του γινομένου των φορτίων τους, και 

-αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης r.

Κατεύθυνση ηλεκτρικής δύναμης         

Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται μεταξύ δύο σημειακών φορτίων έχει κατεύθυνση με:

-διεύθυνση την ευθεία που ενώνει τα δύο φορτία.

-φορά α)προς το άλλο φορτίο όταν έλκονται και β)αντίθετα από το άλλο φορτίο όταν απωθούνται.

Μαθηματική έκφραση              

Στη γλώσσα των μαθηματικών, το παραπάνω γράφεται:

(Αφού δεν έχουμε βάλει απόλυτο |Q1 Q2|, αρνητικό πρόσημο θα σημαίνει ελκτική δύναμη)

Σταθερά αναλογίας Κ

Το Κ είναι μία σταθερά αναλογίας που εξαρτάται μόνο από το υλικό μέσα στο οποίο βρίσκονται τα φορτία και από το σύστημα μονάδων. Στο SI η τιμή της είναι

             K=9 10⁹  Ν m² / C²           

1.6. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Ηλεκτρικό πεδίο

Ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται μία περιοχή του χώρου στην οποία ασκούνται ηλεκτρικές δυνάμεις σε όποιο φορτισμένο σώμα φέρουμε μέσα της.

Ο νόμος του Coulomb

Μεθοδολογία επίλυσης προβλημάτων

1ο βήμα - διαβάζουμε την άσκηση.

^2ο βήμα - γράφουμε τα δεδομένα και τα ζητούμενα σε πίνακα.

3^ο βήμα - (αν χρειάζεται κάνουμε ένα σχήμα)

4^ο βήμα - μετατρέπουμε τις μονάδες μέτρησης στο SI.

5^ο βήμα - γράφουμε τη σχέση από τη θεωρία μας που συνδέει δεδομένα με ζητούμενα.

6^ο βήμα - λύνουμε ως προς το ζητούμενο.

7^ο βήμα - κάνουμε αριθμητική αντικατάσταση.

8^ο βήμα - βρίσκουμε το αποτέλεσμα χωρίς να παραλείψουμε τη μονάδα μέτρησης.

9^ο βήμα – καθαρογράφουμε το αποτέλεσμα.