ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ
|
Βιβλίο μαθητή
|
|
Τετράδιο εργασιών
|
Εισαγωγή
|
Οι αρχαίοι Έλληνες γνώριζαν ότι το ήλεκτρον, δηλαδή το κεχριμπάρι, αποκτούσε ιδιαίτερες ιδιότητες όταν το έτριβαν με ύφασμα. Από το ήλεκτρον, οι ιδιότητες αυτές ονομάστηκαν ηλεκτρικές ιδιότητες και το φαινόμενο ηλεκτρισμός.
Νομίζετε ότι ο ηλεκτρισμός είναι ανθρώπινη εφεύρεση; Ε, λοιπόν, κάνετε λάθος. Ο ηλεκτρισμός είναι τόσο παλιός, όσο και το σύμπαν. |
|
|
Την πρώτη στιγμή της δημιουργίας, όταν ένα μέρος της ενέργειας του σύμπαντος μετασχηματίστηκε σε μάζα, δημιουργήθηκαν και τα ηλεκτρικά φορτία. Τα ηλεκτρικά φορτία είναι αναπόσπαστο κομμάτι της ύλης -ανήκουν στα δομικά της σωμάτια. Τα άτομα των στοιχείων έχουν στον πυρήνα τους τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια και γύρω απ' αυτόν κινούνται τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Αυτά τα αντίθετα φορτισμένα σωματίδια έλκονται. Όταν τα ηλεκτρόνια καταφέρουν, παίρνοντας ενέργεια, να ξεφύγουν από την έλξη του πυρήνα, κυκλοφορούν σαν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
|
|
Υπάρχει όμως και η ανακάλυψη. Όταν καταφέραμε να βάλουμε αυτά τα ηλεκτρόνια να κινηθούν, όλα μαζί προς την ίδια κατεύθυνση, ανακαλύψαμε το ηλεκτρικό ρεύμα.
Μαζί με το ηλεκτρικό ρεύμα ανακαλύψαμε ότι η ζωή μας μπορούσε να είναι φωτεινή ακόμη και τη νύχτα, ότι μπορούσαμε να μαγειρεύουμε, να ζεσταινόμαστε, να έχουμε πλήθος συσκευών που κάνουν τη ζωή μας πιο εύκολη, πιιο ασφαλή και πιο ευχάριστη, όπως τα πλυντήρια, τα ψυγεία, τα στερεοφωνικά και πολλά άλλα. |
|
Από τότε που ανακαλύφθηκε το ηλεκτρικό ρεύμα, δεν έχουμε σταματήσει να "εφευρίσκουμε" όλο και περισσότερους τρόπους να το χρησιμοποιούμε.
|
Αν έχεις αμφιβολίες για το αν ο ηλεκτρισμός είναι σημαντικός, θυμήσου ότι αν θέλεις να πεις ότι κάποιος δεν μπορεί να επιοινωνήσει, δανείζεσαι από τον ηλεκτρισμό την έκφραση "έπαθε μπλακάουτ", που σημαίνει διακοπή του ηλεκτρικού ρεύματος.
Σ' αυτή την ενότητα παρουσιάζεται το τι, το πώς και το γιατί των ηλεκτρικών φορτίων και του ρεύματος, γιατί είναι σημαντικός για τη ζωή σου να ξέρεις τι είναι ο διακόπτης, τι σημαίνει η έκφραση "τα ετερώνυμα έλκονται", ότι οι αστραπές είναι φυσικά φαινόμενα που οφείλονται στα ηλεκτρικά φορτία και πόσο σημαντικό είναι να ξέρεις για τους κινδύνους που συνοδεύουν τη χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος και πώς να προστατεύεσαι απ' αυτούς. |
|
Φιλλένια Σιδέρη - Νότα Λαζαράκη
ΦΕ1: ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ
Τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται από ένα σώμα σε ένα άλλο με την τριβή, είναι σταθερά και δεν μπορούν να ρέουν μέσα στο υλικό. Αυτά τα φορτία ονομάζονται στατικά φορτία και τα φαινόμενα που οφείλονται σ' αυτά ονομάζονται στατικός ηλεκτρισμός.
|
|
Βίντεο που εξηγεί πώς δημιουργείται ο στατικός ηλεκτρισμός
Η Ηλεκτρογεννήτρια Βαν ντε Γκράαφ (Van de Graaff), ή σφαίρα Βαν ντε Γκράαφ, είναι ηλεκτρογεννήτρια στατικού ηλεκτρισμού, (ηλεκτροστατική γεννήτρια), που μπορεί να συσσωρεύσει στο κοίλο ειδικής μονωμένης μεταλλικής σφαίρας που φέρει μεγάλα αποθέματα ηλεκτροστατικού δυναμικού. Τη συσκευή αυτή εφεύρε ο Αμερικανός φυσικός Ρόμπερτ Βαν ντε Γκράαφ το 1929 στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον, προς τιμή του οποίου και φέρει το όνομα.
|
|
|
Στατικός ηλεκτρισμός και νερό
PHET - στατικός ηλεκτρισμός
|
Γιατί ένα μπαλόνι κολλάει στο πουλόβερ σου; Τρίψε ένα μπαλόνι σε ένα πουλόβερ, άφησέ το ελεύθερο και αυτό επιστρέφει και κολλάει στο πουλόβερ. Δες τα φορτία στο πουλόβερ, τα μπαλόνια και τον τοίχο.
|
Φτιάξτε σπινθήρες με τον John Travoltage. Κουνήστε το πόδι του Johnnie και αυτό θα μαζέψει φορτία από το χαλί. Πλησιάστε το χέρι του στο πόμολο της πόρτας και ξεφορτωθείτε τα παραπανίσια φορτία.
|
ΦΕ2: ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΣΚΟΠΙΟ
Το ηλεκτροσκόπιο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για να ανιχνεύει την παρουσία στατικού ηλεκτρισμού. Αποτελείται από μια φιάλη, η οποία στο εσωτερικό της έχει δύο λεπτά φύλλα χρυσού τα οποία μέσω μιας μεταλλικής ράβδου συνδέονται με έναν μεταλλικό δίσκο, ο οποίος βρίσκεται έξω από την φιάλη.
Αν ακουμπήσουμε ένα ηλεκτρισμένο σώμα στο δίσκο, το ηλεκτρικό φορτίο θα περάσει, μέσω της ράβδου, από το σώμα στα δύο μεταλλικά φύλλα, τα οποία θα φορτιστούν ομώνυμα. Όμως τα ομώνυμα φορτία απωθούνται και έτσι τα δύο φύλλα απωθούνται και τελικά αποκλίνουν, δείχνοντας μας ποια σώματα είναι φορτισμένα και ποια όχι.
Αν ακουμπήσουμε ένα ηλεκτρισμένο σώμα στο δίσκο, το ηλεκτρικό φορτίο θα περάσει, μέσω της ράβδου, από το σώμα στα δύο μεταλλικά φύλλα, τα οποία θα φορτιστούν ομώνυμα. Όμως τα ομώνυμα φορτία απωθούνται και έτσι τα δύο φύλλα απωθούνται και τελικά αποκλίνουν, δείχνοντας μας ποια σώματα είναι φορτισμένα και ποια όχι.
|
|
|
|
|
ΦΕ3: ΠΟΤΕ ΑΝΑΒΕΙ ΤΟ ΛΑΜΠΑΚΙ
Ο ηλεκτρικός λαμπτήρας χρησιμοποιείται για την μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή. Ένα λαμπάκι όπως και μια απλή λάμπα αποτελούνται από: Το γυάλινο περίβλημα, ένα αδρανές αέριο π.χ. άζωτο, το νήμα πυράκτωσης (συνήθως από βολφράμιο), τα συρματάκια που στηρίζουν το νήμα πυράκτωσης, τα συρματάκια επαφής, το μονωτικό στέλεχος και τις δύο επαφές.
|
|
|
Πώς λειτουργεί ο ηλεκτρικός λαμπτήρας
|
Ανακύκλωση μπαταριών - Δεν είναι παραμύθι
|
ΦΕ4: ΕΝΑ ΑΠΛΟ ΚΥΚΛΩΜΑ
Κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται ένα σύστημα το οποίο αποτελείται από μια μπαταρία (ηλεκτρική πηγή), ο κάθε πόλος της οποίας συνδεέται με τη βοήθεια ενός καλωδίου με τις επαφές μιας λυχνιολαβής, στην οποία είναι τοποθετημένο ένα λαμπάκι. Στο κλειστό ηλεκτρικό σύστημα από το λαμπάκι διέρχεται ηλεκτρικό φορτίο, με αποτέλεσμα να εκπέμπει φως.
|
|
Πώς να κατασκευάσεις ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα
PHET - ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ
ΦΕ5: ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ
Σε μερικά υλικά, όπως τα μέταλλα, ορισμένα ηλεκτρόνια μπορούν αν ξεφύγουν από την έλξη του πυρήνα ενός ατόμου και να κινηθούν ελεύθερα μέσα στη μάζα του υλικού. Τα ηλεκτρόνια αυτά ονομάζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η ροή ελεύθερων ηλεκτρονίων προς μία ορισμένη κατεύθυνση ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα.
|
|
|
Η ροή των ηλεκτρονίων έχει φορά από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο μιας ηλεκτρικής πηγής.
|
ΦΕ6: ΑΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΩΤΕΣ
Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν κινούνται με την ίδια ευκολία σε όλα τα υλικά. Η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος είναι σε άλλα υλικά ευκολότερη και σε άλλα δυσκολότερη.
Αγωγοί ονομάζονται τα υλικά σώματα που άγουν, δηλαδή επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα τους. Τα υλικά που είναι αγωγοί διαθέτουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Μονωτές ονομάζονται τα υλικά σώματα που δεν άγουν, δηλαδή δεν επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα τους. Τα υλικά που είναι μονωτές δε διαθέτουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Αγωγοί ονομάζονται τα υλικά σώματα που άγουν, δηλαδή επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα τους. Τα υλικά που είναι αγωγοί διαθέτουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Μονωτές ονομάζονται τα υλικά σώματα που δεν άγουν, δηλαδή δεν επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα τους. Τα υλικά που είναι μονωτές δε διαθέτουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
|
|
PHET - ΑΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΜΟΝΩΤΕΣ
Στο αριστερό μενού μπορείς να επιλέξεις διάφορα αντικείμενα για να δεις ποια είναι αγωγοί και ποια είναι μονωτές.
ΦΕ7: Ο ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ
Για να μπορούμε να διακόψουμε τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κύκλωμα εύκολα και για όσο διάστημα θέλουμε, χρησιμοποιούμε τους διακόπτες.
Οι διακόπτες είναι απαραίτητο στοιχείο κάθε ηλεκτρικού κυκλώματος. Τους παρατηρούμε παντού γύρω μας, σε όλες τις ηλεκτρικές συσκευές και σε κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα.
Οι διακόπτες είναι απαραίτητο στοιχείο κάθε ηλεκτρικού κυκλώματος. Τους παρατηρούμε παντού γύρω μας, σε όλες τις ηλεκτρικές συσκευές και σε κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα.
|
|
|
Κατασκευή κυκλώματος με διακόπτη.
|
Διάφοροι διακόπτες
|
ΕΝΑ ΜΙΚΡΟ ΜΠΕΡΔΕΜΑ...
|
Στην καθημερινή μας ζωή, όταν σβήνουμε το φως, λέμε συχνά «κλείνω τον διακόπτη». Αντίστοιχα, όταν θέλουμε να έχουμε φως σε ένα σκοτεινό χώρο, λέμε «ανοίγω τον διακόπτη». Τώρα πια ξέρεις ότι οι εκφράσεις αυτές δεν είναι σωστές. Όταν λέμε «κλείνω τον διακόπτη», ανοίγουμε το κύκλωμα, αντίθετα, όταν λέμε «ανοίγω τον διακόπτη», κλείνουμε το κύκλωμα που μεταφέρει ενέργεια στη λάμπα. Κάθε φορά, λοιπόν, που θα χρησιμοποιείς τους διακόπτες στο σπίτι, θα σκέφτεσαι αυτή τη μικρή αναποδιά και θα... χαμογελάς!
|
ΦΕ8: ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΣΥΝΔΕΣΗ
Σύνδεση σε σειρά: Οι συσκευές συνδέονται η μία μετά την άλλη. Αν αποσυνδέσουμε μία από τις συσκευές ή το κύκλωμα κοπεί σε ένα σημείο, τότε η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος διακόπτεται και παύουν να λειτουργούν όλες οι συσκευές.
Παράλληλη σύνδεση: Οι συσκευές συνδέονται έτσι, ώστε οι επαφές κάθε συσκευής να συνδέονται απευθείας με τους πόλους της ηλεκτρικής πηγής. Στην παράλληλη σύνδεση δημιουργούνται πολλά ηλεκτρικά κυκλώματα, τα οποία λειτουργούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, ώστε ακόμη κι αν αποσυνδεθεί μία συσκευή, να μπορούν να λειτουργούν όλες οι άλλες.
Παράλληλη σύνδεση: Οι συσκευές συνδέονται έτσι, ώστε οι επαφές κάθε συσκευής να συνδέονται απευθείας με τους πόλους της ηλεκτρικής πηγής. Στην παράλληλη σύνδεση δημιουργούνται πολλά ηλεκτρικά κυκλώματα, τα οποία λειτουργούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, ώστε ακόμη κι αν αποσυνδεθεί μία συσκευή, να μπορούν να λειτουργούν όλες οι άλλες.
|
|
PHET - ΦΤΙΑΧΝΩ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΣΥΝΔΕΣΗ
Μπορείς να φτιάξεις διάφορα είδη συνδέσεων, όπως στα παρακάτω παραδείγματα:
|
|
ΦΕ9: ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ - ΜΙΑ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΗ ΥΠΟΘΕΣΗ
Το ανθρώπινο σώμα είναι αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Αν ρεύμα μεγάλης έντασης περάσει μέσα από το σώμα μας, ο κίνδυνος μόνιμης βλάβης είναι ιδιαίτερα μεγάλος.
Αν το ρεύμα που διαρρέει το σώμα μας είναι ισχυρό, ο μυς της καρδιάς δεν μπορεί να λειτουργήσει σωστά, με συνέπεια την αναισθησία ή ακόμα και τη διακοπή λειτουργίας της καρδιάς. Αυτό το ονομάζουμε ηλεκτροπληξία.
Αν το ρεύμα που διαρρέει το σώμα μας είναι ισχυρό, ο μυς της καρδιάς δεν μπορεί να λειτουργήσει σωστά, με συνέπεια την αναισθησία ή ακόμα και τη διακοπή λειτουργίας της καρδιάς. Αυτό το ονομάζουμε ηλεκτροπληξία.
|
|
Κίνδυνος υπάρχει και από τα ηλεκτρικά φαινόμενα στη φύση (κεραυνός).
Δεν κινδυνεύουμε μόνο από το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει στα κυκλώματα του σπιτιού μας. Κίνδυνος υπάρχει και από τα ηλεκτρικά φαινόμενα στη φύση. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά αλλά και επικίνδυνα φαινόμενα είναι και ο κεραυνός. Για να προστατευτείς από τον κεραυνό, πρέπει να θυμάσαι τα εξής: Η καλύτερη προστασία είναι να βρίσκεσαι μέσα στο σπίτι κατά τη διάρκεια της καταιγίδας, στην περίπτωση αυτή όμως μακριά από το τηλέφωνο!
Περίπου το 1% των ανθρώπων που έχασαν τη ζωή τους από χτύπημα κεραυνού μιλούσαν εκείνη τη στιγμή στο τηλέφωνο. Αν βρίσκεσαι έξω, να μείνεις μέσα στο αυτοκίνητο με τα παράθυρα κλειστά. Ποτέ μην αναζητήσεις προστασία κάτω από το μοναδικό δέντρο της περιοχής, όπου βρίσκεσαι. Επίσης, πρέπει να μείνεις μακριά από αγωγούς, όπως οι συρμάτινοι φράκτες, οι μεταλλικοί σωλήνες ή ακόμη και τα μεταλλικά ποδήλατα.
Περίπου το 1% των ανθρώπων που έχασαν τη ζωή τους από χτύπημα κεραυνού μιλούσαν εκείνη τη στιγμή στο τηλέφωνο. Αν βρίσκεσαι έξω, να μείνεις μέσα στο αυτοκίνητο με τα παράθυρα κλειστά. Ποτέ μην αναζητήσεις προστασία κάτω από το μοναδικό δέντρο της περιοχής, όπου βρίσκεσαι. Επίσης, πρέπει να μείνεις μακριά από αγωγούς, όπως οι συρμάτινοι φράκτες, οι μεταλλικοί σωλήνες ή ακόμη και τα μεταλλικά ποδήλατα.
Κεραυνός χτυπάει ένα δέντρο
|
|
Πλάνα από αστραπές, πάνω από διάφορα σημεία της Γης, κατέγραψαν αστροναύτες-μέλη του πληρώματος του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού. Την ώρα που ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός βρισκόταν σε τροχιά 400 χιλιόμετρα πάνω από την Κίνα, την Ιαπωνία και τη χερσόνησο της Κορέας, οι αστροναύτες απαθανάτισαν την καταιγίδα και τις αστραπές, δημιουργώντας ένα ιδιαίτερο time-lapse βίντεο.
|
Μαθαίνω... παίζοντας
Κάνε κλικ πάνω στα διάφορα αντικείμενα για να παίξεις
Το παρόν παιχνίδι αναπτύχθηκε στο πλαίσιο διπλωματικής εργασίας της Μαρίνας Τομαρά
στο Διαπανεπιστημιακό Διατμηματικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών «Τεχνολογίες της Επικοινωνίας και της Πληροφορίας για την Εκπαίδευση»
στο Διαπανεπιστημιακό Διατμηματικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών «Τεχνολογίες της Επικοινωνίας και της Πληροφορίας για την Εκπαίδευση»
Κάνε το κουίζ για να δεις τι θυμάσαι από τον ηλεκτρισμό.
