Η Φυσική στην Γ΄ Γυμνασίου 2. Η διδασκαλία

Η Φυσική στην Γ΄ Γυμνασίου.

Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ 2

Η έννοια
ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Κατά τον 18ο αιώνα οικοδομήθηκαν οι βασικές ενοιες ΕΝΝΟΙΕΣ

για τα ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ και έγιναν οι πρώτες μετρήσεις

που οδήγησαν στον ΝΟΜΟ του Coulomb

Τον 19ο αιώνα έκανε την εμφάνισή της στη σκέψη των ερευνητών,

μια από τις σημαντικότερες έννοιες της Φυσικής,

η έννοια ΠΕΔΙΟ

αρχικά ως μαγνητικό πεδίο και ως ηλεκτρικό πεδίο

Στο βρετανικό νόμισμα των είκοσι λιρών εμφανίζεται

ο Άγγλος Michael Faraday – Μάικλ Φαραντέι –

παιδί της γενιάς του Γεώργιου Καραϊσκάκη,

αυτοδίδακτος ερευνητής

ο οποίος αναδείχθηκε στον μεγαλύτερο πειραματικό φυσικό όλων των εποχών.

Ο Faraday ήταν εκείνος που πρότεινε στους φυσικούς την τελικά τόσο γόνιμη έννοια ΠΕΔΙΟ .

Στον οριζόντιο πάγκο του εργαστηρίου, σκεπασμένος μ' ένα λευκό χαρτονάκι, ο ακίνητος ραβδομαγνήτης δεν φαίνεται.

Eκείνος πιάνει με το δεξί χέρι την ειδική «αλατιέρα» με τα σιδηρορινίσματα κι αρχίζει να αλατίζει το χαρτόνι.

Τα ρινίσματα πέφτουν και τα βλέπει

να διατάσσονται σε συγκεκριμένο σχηματισμό.

Δημιουργείται έτσι μία εικόνα.

Τη φωτογραφίζει με τη σκέψη του, μαζεύει τα ρινίσματα

και επαναλαμβάνει το ίδιο, αλατίζει δηλαδή και πάλι

το στρωμένο χαρτονάκι με τυχαίο τρόπο.

Η εικόνα επανέρχεται, μαζί και η νέα φωτογράφησή της.

Τα ρινίσματα επιμένουν να ξαπλώνουν πάνω στις ίδιες γραμμές

Στις εικόνες που αποθηκεύονται στη σκέψη του, τα ρινίσματα σιδήρου αρχίζουν να εμφανίζονται σαν να είναι «ξαπλωμένα»

πάνω στις ίδιες πάντα αόρατες γραμμές «σιδηροδρομικές ράγες»

που προϋπάρχουν στον χώρο γύρω από τον μαγνήτη

Ο Μάικλ Φαρανταίη, πατώντας πάνω στις εικόνες με τα ρινίσματα,

έχει αρχίσει να διακρίνει τις αόρατες δυναμικές γραμμές.

Στο μαιευτήριο της ανθρώπινης φαντασίας

η έννοια πεδίο είχε μόλις γεννηθεί

Νεφοσκεπές Λονδίνο, εργαστήριο φυσικής του Royal Society και εκείνος γιος ενός φτωχού σιδερά από το Σάρεϋ, ένας άνθρωπος χωρίς μαθηματική κατάρτιση αλλά με μια χωρίς προηγούμενο ικανότητα σε πειραματικές δραστηριότητες και σε κατασκευές. Και συγχρόνως ένας άνθρωπος με εικονογραφούσα φαντασία

Το μαγνητικό πεδίο είναι ο ΧΩΡΟΣ στον οποίο εάν βρεθούν «ειδικοί επισκέπτες» θα ασκηθούν σε αυτούς δυνάμεις. Οι «ειδικοί επισκέπτες» για το μαγνητικό πεδίο είναι κάποιοι μικροί μαγνήτες ή ρινίσματα σιδήρου τα οποία μαγνητίζονται.

Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από ένα οποιονδήποτε μαγνήτη.

Είναι ο χώρος γύρω από αυτόν. Αντίστοιχα ορίζεται και η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Δηλαδή ;

Τι ΛΕΓΕΤΑΙ

«ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ»;

Πώς μπορούμε

να ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΣΟΥΜΕ

ένα ηλεκτρικό πεδίο ;

Μια οποιαδήποτε ποσότητα

ηλεκτρικού φορτίου

δημιουργεί γύρω της ηλεκτρικό πεδίο

Ακόμα κι αυτό το λίγο φορτίο

που εμφανίζεται στο καλαμάκι εάν το τρίψουμε ;

Ακόμα κι αυτό

Τελικά όταν ένα θετικό φορτίο Q₁ έλκει ένα αρνητικό q₂

« ποιος ασκεί τη δύναμη στο q₂ ;»

To Q₁ ; όπως έχουμε μάθει ή

ο ΧΩΡΟΣ – ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ τον οποίο δημιουργεί το Q₁ ;

Και οι δύο απαντήσεις

είναι αποδεκτές .

Απλώς η δεύτερη αποδείχθηκε

πιο γόνιμη διότι εισάγει την έννοια ΠΕΔΙΟ

Τα δύο φορτία Q και q αλληλεπιδρούν.
Ένας τρόπος για να το περιγράψουμε είναι να πούμε ότι
« στο q ασκείται ΔΥΝΑΜΗ »

Ποιος ασκεί αυτή τη δύναμη;

Την ασκεί « το φορτίο Q . . .

ακαριαία και από απόσταση »
απάντησε στα γαλλικά,

το έτος 1784,

ο Charles Coulomb

την ασκεί « το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

που έχει δημιουργηθεί
από το φορτίο Q »

απάντησε στα αγγλικά,

ο Michael Faraday,

το 1820

Αυτό με τα ρινίσματα στο μαγνήτη το κατάλαβα .

Πάνε και ξαπλώνουν σε γραμμές του χώρου που προϋπάρχουν.

Υπάρχουν αντίστοιχα τέτοιες γραμμές για το ηλεκτρικό πεδίο;

Τις αόρατες γραμμές που προϋπάρχουν γύρω από ένα μαγνήτη

ο Faraday τις ονόμασε «δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου».

Με αυτές μπορούσε να περιγράφει το «αόρατο» μαγνητικό πεδίο .

Στο ηλεκτρικό πεδίο οι αντίστοιχες γραμμές λέγονται

ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ.

Πώς θα μπορούσαμε

να τις κάνουμε να φανούν» ;

Αν μεταβιβάσουμε αρκετό φορτίο σε ένα μεταλλικό σφαιρίδιο

στο οποίο έχουμε κρεμάσει κλωστές,

θα δούμε τις κλωστές

να διατάσσονται ακτινικά.

Οι αόρατες γραμμές στις οποίες «ξαπλώνουν»

είναι ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ του ηλεκτρικού πεδίου

που έχει ως ΠΗΓΗ το φορτίο του σφαιριδίου .

Στο σχολικό εργαστήριο υπάρχει ο θύσανος .

Είναι ότι πρέπει για τον σκοπό αυτό.

Οι ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ έχουν κατεύθυνση.

Αν η πηγή είναι θετικό φορτίο ξεκινούν από την πηγή ,

αν η πηγή είναι αρνητικό φορτίο κατευθύνονται προς την πηγή.

Τι πληροφορίες μας δίνουν

οι δυναμικές γραμμές

ενός ηλεκτρικού πεδίου;

Η εικόνα τους μας δίνει πληροφορία για το «προς τα που» θα ασκηθεί δύναμη στον επισκέπτη – φορτίο .

Η κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκηθεί σε θετικό φορτίο

επισκέπτη στο σημείο Α

είναι η κατεύθυνση της δυναμικής γραμμής στην οποία ανήκει το σημείο Α

Η εικόνα τους μας δίνει επίσης πληροφορία σχετικά με το

« σε ποια περιοχή το πεδίο

είναι ισχυρότερο».

Όσο πιο πυκνές είναι οι γραμμές

τόσο ισχυρότερο είναι το πεδίο.

Στην περιοχή του σημείου Γ οι δυναμικές γραμμές είναι πιο ΠΥΚΝΕΣ

σε σχέση με την περιοχή του σημείου Δ.

Στο σημείο Γ το ηλεκτρικό πεδίο

είναι πιο ισχυρό από ότι στο σημείο Δ

Τρίβοντας μια γυάλινη ράβδο με μετάξι δημιουργείται ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ αλλά είναι πολύ ασθενικό φαντάζομαι. Πώς μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα «σοβαρό» ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ;

Με μια ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ παράγονται μεγάλες ποσότητες φορτίου άρα και ισχυρά ηλεκτρικά πεδία. Η Wimshurst είναι πολύ καλή αλλά η Van de Graaf είναι βέβαια πολύ καλύτερη

Αν πάρουμε ένα ηλεκτρικό εκκρεμές

και βάλουμε το σφαιρίδιό του ανάμεσα στους δύο ακροδέκτες

μιας Wimshurst, το σφαιρίδιο θα ηλεκτριστεί