*************** Ηλεκτρικό Ρεύμα *************** Αγωγοί και μονωτές ================== **Αγωγοί** ονομάζονται τα υλικά μέσα από τα οποία μπορεί να διέλθει το ηλεκτρικό ρεύμα. Έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. **Μονωτές** ονομάζονται τα υλικά μέσα από τα οποία ΔΕΝ μπορεί να διέλθει το ηλεκτρικό ρεύμα. Δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. **Ημιαγωγοί** είναι υλικά που άλλοτε συμπεριφέρονται ως αγωγοί και άλλοτε ως μονωτές. Ηλεκτρική πηγή ============== Σε κάθε ηλεκτρική πηγή υπάρχουν δύο αντίθετα ηλεκτρισμένες περιοχές τις οποίες ονομάζουμε ηλεκτρικούς πόλους. Η πηγή δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο που ασκεί δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα θέτει σε κίνηση. Ηλεκτρικό ρεύμα =============== .. admonition:: Φύλλο εργασίας - `Ηλεκτρικό ρεύμα - φύλλο εργασίας 2024 `_ Ονομάζουμε ηλεκτρικό ρεύμα την προσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρονίων. Ορίζουμε την **ένταση (I) του ηλεκτρικού ρεύματος** που διαρρέει έναν αγωγό ως το πηλίκο του φορτίου (q) που διέρχεται από μια διατομή του αγωγού σε χρονικό διάστημα (t) προς το διάστημα αυτό. .. math:: I = \frac{Q}{t} Μονάδα 1 Α (Ampere) :math:`1A = \frac{1C}{1s}` Τα όργανα που χρησιμοποιούμε για να μετράμε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζονται **αμπερόμετρα**. Συνδέονται σε **σειρά** στο κύκλωμα. Η φορά του ηλεκτρικού ρεύματος ------------------------------ Συμβατική, από τον θετικό προς τον αρνητικό πόλο. Πραγματική, από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο. Αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος ------------------------------------ - Θερμικά αποτελέσματα - Ηλεκτρομαγνητικά αποτελέσματα - Χημικά αποτελέσματα - Φωτεινά αποτελέσματα Ηλεκτρικό κύκλωμα ================= .. admonition:: Φύλλο εργασίας - `Ηλεκτρικό κύκλωμα - φύλλο εργασίας 2024 `_ Κάθε διάταξη που αποτελείται από κλειστούς αγώγιμους "δρόμους", μέσω των οποίων μπορεί να διέλθει ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται ηλεκτρικό κύκλωμα. Κλειστό και ανοιχτό ηλεκτρικό κύκλωμα ------------------------------------- Όταν υπάρχει αγώγιμος δρόμος από τον ένα πόλο της πηγής μέχρι τον άλλο τότε το κύκλωμα ονομάζεται κλειστό. Όταν ΔΕΝ υπάρχει αγώγιμος δρόμος από τον ένα πόλο της πηγής μέχρι τον άλλο τότε το κύκλωμα ονομάζεται ανοιχτό. Κλειστό -> Λειτουργεί Ανοιχτό -> ΔΕΝ λειτουργεί Ηλεκτρική πηγή και ενέργεια --------------------------- Η πηγή όταν είναι συνδεδεμένη σε κλειστό κύκλωμα τότε: - δημιουργεί το ηλεκτρικό ρεύμα. - παρέχει ενέργεια στο κύκλωμα. Σχηματική αναπαράσταση κυκλώματος --------------------------------- .. image:: img/chapt-2/circuit-notation.png Μαθαίνουμε τι σημαίνουν τα σύμβολα και πώς να τα σχεδιάζουμε. Η διαφορά δυναμικού ------------------- .. admonition:: Φύλλο εργασίας - `Διαφορά δυναμικού - φύλλο εργασίας 2024 `_ Ηλεκτρική τάση ή διαφορά δυναμικού μεταξύ των πόλων μιας ηλεκτρικής πηγής ονομάζομε το πηλίκο της ενέργειας E που προσφέρεται από την πηγή σε ηλεκτρόνια συνολικού φορτίου q, τα οποία περνούν από το εσωτερικό της, προς το φορτίο q. .. math:: V = \frac{E}{Q} Ηλεκτρική τάση ή διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων ενός καταναλωτή (ηλεκτρικής συσκευής) ονομάζομε το πηλίκο της ενέργειας E που μεταφέρουν στον καταναλωτή ηλεκτρόνια συνολικού φορτίου q, τα οποία διέρχονται από αυτόν, προς το φορτίο q. .. math:: V = \frac{E}{Q} Μονάδα 1 V (Volt) :math:`1V = \frac{1J}{1C}` Την τάση τη μετράμε με το βολτόμετρο. Συνδέεται με **παράλληλη σύνδεση**. Ηλεκτρικά δίπολα ================ Ηλεκτρικά δίπολα ονομάζουμε όλες τις ηλεκτρικές διατάξεις (συσκευές) γιατί διαθέτουν δύο πόλους, δύο άκρα με τα οποία συνδέονται στο κύκλωμα. Αντίσταση του διπόλου --------------------- **Ηλεκτρική αντίσταση R** ενός αγωγού ορίζουμε το πηλίκο της τάσης (V) που εφαρμόζεται στα άκρα του προς την ένταση του ρεύματος που τον διαρρέει .. math:: R = \frac{V}{I} Μονάδα μέτρησης: 1 Ω (Ohm) :math:`1\text{Ω}=\frac{1V}{1A}` Αντιστάτες ονομάζονται τα ηλεκτρικά δίπολα των οποίων η αντίσταση R είναι σταθερή, ανεξάρτητη από την τάση V και την ένταση I του ρεύματος, όταν η θερμοκρασία τους παραμένει σταθερή. Οι αντιστάτες μετατρέπουν όλη την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμότητα. Η ηλεκτρική αντίσταση είναι το μέτρο δυσκολίας που προβάλλει ο αγωγός στη διέλευση του ρεύματος από μέσα του. Η αντίσταση του αγωγού προέρχεται από τις συγκρούσεις των ελεύθερων ηλεκτρονίων με τα ιόντα του αγωγού. Νόμος του Ωμ ------------ .. image:: img/chapt-2/ohms-law-cartoon.jpg Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό είναι ανάλογη προς την τάση V η οποία εφαρμόζεται στα άκρα του. .. math:: I = \frac{1}{R} \cdot V Ο Νόμος του Ohm ισχύει για τους αγωγούς που έχουν σταθερή αντίσταση. Ο Νόμος του Ohm λέει ότι η V με το I είναι ευθέως ανάλογα. Σύνδεση αντιστατών ================== Ισοδύναμη αντίσταση ενός συστήματος αντιστατών είναι η αντίσταση ενός αντιστάτη που, αν αντικαταστήσει το σύστημα, διαρρέεται από το ίδιο ρεύμα για την ίδια εφαρμοζόμενη τάση. Σύνδεση αντιστατών σε σειρά --------------------------- .. image:: img/chapt-2/seira-1.png Αντιστάτες που διαρρέονται από κοινό ρεύμα είναι συνδεδεμένοι σε σειρά. Ισχύει: - .. math :: R_\text{ολ} = R_1 + R_2 - .. math :: I_\text{ολ} = I_1 = I_2 - .. math :: V_\text{ολ} = V_1 + V_2 Δουλεύει και για πάνω από δύο, π.χ. για 4: .. math :: R_\text{ολ} = R_1 + R_2 + R_3 + R_4 Παράλληλη σύνδεση αντιστατών ---------------------------- .. image:: img/chapt-2/parallila-1.png Αντιστάτες που στα άκρα τους υπάρχει κοινή τάση είναι συνδεδεμένοι παράλληλα. Ισχύει: - .. math :: \frac{1}{R_\text{ολ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} - .. math :: I_\text{ολ} = I_1 + I_2 - .. math :: V_\text{ολ} = V_1 = V_2 Δουλεύει και για πάνω από δύο, π.χ. για 4: .. math :: \frac{1}{R_\text{ολ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4}