Φυσική Γ΄: Η Ηλεκτρική Τάση (Διαφορά Δυναμικού) - V

αναρτήθηκε στις 16 Νοε 2011, 2:39 π.μ. από το χρήστη Μαρίνα Νικολακάρου   [ ενημερώθηκε 8 Αυγ 2012, 7:08 π.μ. ]
Σύμφωνα με τις οδηγίες του Υπουργείου οι μαθητές δεν θα δόσουν έμφαση στους ορισμούς της ενότητας ΅Η διαφορά δυναμικού στο ηλεκτρικό κύκλωμα΅ της σελ.43 του σχολικού βιβλίου. 
Η ύλη αυτή θα διδαχθεί αναλυτικά στο Λύκειο.

Στο μάθημα χρησιμοποιήσαμε ως μηχανικό ανάλογο την κίνηση αντικειμένων λόγω βαρύτητας για να εξηγήσουμε καταρχήν τη διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε δύο σημεία του βαρυτικού πεδίου. 
Ας το ξαναθυμηθούμε.

Παρατηρήστε τις παρακάτω εικόνες και απαντήστε στις ερωτήσεις.



    1.    Στην 1η εικόνα, το ανθρωπάκι κινδυνεύει από το κόκκινο ή από το πράσινο βιβλίο; Γιατί;

    2.    Ποιά δύναμη προκαλεί την πτώση του κόκκινου βιβλίου; 
           Δεν ασκείται αντίστοιχη δύναμη και στο πράσινο; 
           Γιατί το πράσινο δεν μπορεί να προκαλέσει ατύχημα; 

    3.    Θα μπορούσαμε να πούμε ότι τα αντικείμενα που είναι ανυψωμένα σε σχέση με το έδαφος
                έχουν την τάση να πέφτουν εξαιτίας της βαρυτικής δύναμης;




Μερικές φορές ανυψώνουμε αντικείμενα έτσι ώστε να προκαλέσουμε την κίνησή τους προς τα κάτω. 
Σκεφτείτε με ποιό τρόπο αλατίζουμε το φαγητό μας. 

Ανυψώνουμε το αλάτι, το γυρίζουμε ανάποδα και αυτό 
έχει την τάση να κινηθεί προς τα κάτω. 

Έτσι όλοι οι κόκκοι του αλατιού κινούνται προσανατολισμένα από πάνω προς τα κάτω και φτάνουν στο πιάτο μας.



    Αφήνουμε τώρα το μηχανικό ανάλογο και επιστρέφουμε στον ηλεκτρισμό. 
    
    Θέλουμε να προκαλέσουμε την προσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε έναν αγωγό, ώστε να εκμεταλευτούμε τα αποτελέσματα του ηλ.ρεύματος (φωτισμό, θερμότητα κ.α.). 
Δηλαδή θέλουμε, όπως το αλάτι έχει την τάση να πέσει προς τα κάτω, έτσι και τα ηλεκτρόνια να αποκτήσουν την τάση να κινηθούν όλα προς την ίδια κατεύθυνση. 

    Δε νομίζω να πιστεύει κανείς ότι μπορούμε να πετύχουμε κάτι τέτοιο με το να πάρουμε ένα καλώδιο και να αρχίσουμε να το ταρακουνάμε όπως την αλατιέρα... Άρα πρέπει να αξιοποιήσουμε μια άλλη δύναμη η οποία θα ασκείται στα ηλεκτρόνια και αυτή θα είναι φυσικά η ηλεκτρική δύναμη.

    Αν δοκιμάζαμε να προκαλέσουμε στο ένα άκρο του αγωγού ένα πλεόνασμα ηλεκτρονίων (αρνητικό φορτίο) και στο άλλο άκρο ένα έλειμμα ηλεκτρονίων (θετικό φορτίο) τι θα καταφέρναμε;

Αρχικά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αγωγού θα κινούνταν σε τυχαίες κατευθύνσεις



Μετά, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αγωγού έχουν την τάση να κινηθούν όλα προς τα αριστερά λόγω της ύπαρξης ηλεκτρικού πεδίου

 
                          








      Αυτόν ακριβώς το ρόλο διαδραματίζει η ηλεκτρική πηγή σ'ένα κύκλωμα, δημιουργώντας και συντηρώντας το ηλεκτρικό πεδίο δηλαδή το πλεόνασμα ηλεκτρονίων στον αρνητικό πόλο και το έλλειμμα ηλεκτρονίων στον θετικό πόλο. Όσο πιο ισχυρή είναι η μπαταρία μας τόσο πιο ισχυρό είναι το ηλεκτρικό πεδίο στον αγωγό και τόσο εντονότερη είναι η τάση των ηλεκτρονίων για προσανατολισμένη κίνηση προς τον θετικό πόλο. 
      Εισάγουμε λοιπό το μέγεθος διαφορά δυναμικού η ηλεκτρική τάση V το οποίο θα μετράμε σε Volts (όπως και την "δύναμη" της μπαταρίας) και θα εκφράζει πόσο έντονη είναι η διαφορά ανάμεσα στο πλεόνασμα και το έλλειμμα ηλεκτρονίων στα δύο άκρα του αγωγού, η οποία αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να κινηθούν προσανατολισμένα.

Προσοχή! Νέο φυσικό μέγεθος!

Η Ηλεκτρική Τάση ή Διαφορά Δυναμικού V αναφέρεται σε δύο άκρα ενός αγωγού ή οποιουδήποτε ηλεκτρικού εξαρτήματος και προκαλεί την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος, αρκεί η αγώγιμη διαδρομή που ενώνει τα δύο αυτά σημεία να μην διακοπεί. 
Ηλεκτρική τάση μπορεί να υπάρχει ανάμεσα σε δύο σημεία ακόμα κι αν αυτά δε συνδέονται από αγώγιμη διαδρομή και δεν εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα, για παράδειγμα στους πόλους μιας μπαταρίας που δεν έχει συνδεθεί σε κύκλωμα.
 Η μονάδα μέτρησης είναι το 1Volt 

Όργανο μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης V: 
Το βολτόμετρο που συνδέεται στο κύκλωμα παράλληλα.     

                                      
  


        

                     
Αναλογικό και ψηφιακό βολτόμετρο


Comments