Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Η Φυσική στην Γ΄ Γυμνασίου.

Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ 6

Όπως «φανερώνει» και το όνομά του

μας προσφέρει μια ποικιλία τιμών ρεύματος,

ρυθμίζει το ρεύμα, αρκεί να μετακινήσουμε τον δρομέα δ

Εφαρμόζουμε

τον νόμο του Ohm στο ΑΒ.

Ι = V_ΑΒ / R.

Μετακινώντας τον δρομέα αλλάζει η τιμή της R

διότι αλλάζει το μήκος του αντιστάτη.

Έχουμε συνεπώς

μια ποικιλία

τιμών ρεύματος

Παρά το όνομά του δεν είναι ΟΡΓΑΝΟ που μετράει «κάτι» .

Μας προσφέρει όμως μια ποικιλία τάσεων

κι αυτό αρκεί να μετακινήσουμε τον δρομέα δ

Εφαρμόζουμε τον νόμο του Ohm στο ΑΒ. Ι = V_ΑΒ / (R₁+R₂)

Εφαρμόζουμε τον νόμο του Ohm στο ΓΔ,

όπου Γ το σημείο στο οποίο ακουμπά ο δρομέας. Ι = V_ΓΔ / R₂

Η τάση VΓΔ η οποία μας προσφέρεται μπορεί να αποκτά διάφορες τιμές,

κλάσματα της VAB την οποία διαθέτουμε .

Κι αυτό διότι μετακινώντας λόγου χάρη τον δρομέα προς το Δ

ελαττώνεται η τιμή της αντίστασης R₂ , ενώ το άθροισμα (R₁+R₂) είναι σταθερό

Αυτά που συμβαίνουν σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα

μπορούν να περιγραφούν

και στη γλώσσα της ενέργειας.

Σε κάθε τμήμα

ρευματοφόρου κυκλώματος

ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΕΤΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

με μηχανισμό έργου

Μα αυτά τα είπαμε

με αφορμή την έννοια ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ .

Τώρα τα ξαναλέμε ;

Ναι . . Τα ίδια λέμε. Επιστρέφουμε στην έννοια ΕΝΕΡΓΕΙΑ

για να μιλήσουμε για τις ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ της.

Μην ξεχνάς ότι η ενέργεια είναι «κάτι» που αλλάζει πρόσωπα

Όταν λοιπόν εφαρμόζουμε τάση

σε μεταλλικό αγωγό, εμφανίζεται ηλεκτρικό πεδίο

που ασκεί δυνάμεις στα ελεύθερα ηλεκτρόνια

Η μεταβιβαζόμενη ενέργεια είναι το έργο αυτών των δυνάμεων, το ηλεκτρικό έργο

Η μεταβιβαζόμενη ενέργεια

– το ηλεκτρικό έργο - είναι αυτό που λέμε συνήθως

«ηλεκτρική ενέργεια» ;

- Συνήθως έτσι λέγεται

Και σε τι

μετατρέπεται

η μεταβιβαζόμενη ενέργεια ;

Αν στο αγώγιμο τμήμα υπάρχει μοτέρ

η μεταβιβαζόμενη ενέργεια μετατρέπεται

σε κινητική ενέργεια και σε θερμική ενέργεια των αγωγών.

Το μοτέρ δηλαδή τίθεται σε κίνηση

αλλά αυξάνεται και η

η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ του

Αν στο αγώγιμο τμήμα υπάρχει μόνο αντιστάτης

η μεταβιβαζόμενη ενέργεια μετατρέπεται

εξ ολοκλήρου σε θερμική ενέργεια του αντιστάτη.

Αυξάνεται δηλαδή

η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ του,

όπως συμβαίνει με το λαμπάκι

Το 1840, δέκα περίπου χρόνια μετά την αποδοχή του νόμου του Ohm,

ένας νεαρός Άγγλος πειραματιστής από το Μάντσεστερ ενδιαφέρθηκε

για το φαινόμενο ΘΕΡΜΑΝΣΗ των ρευματοφόρων αγωγών

και το ερεύνησε εξαντλητικά .

’Ήταν ο James Prescott JOULE, ένας από τους κορυφαίους πειραματικούς φυσικούς της γενιάς του.

Σε ένα βαθμό θα μπορούσε να συγκριθεί

και με τον κορυφαίο πειραματιστή όλων των εποχών τον επίσης Άγγλο Michael Faraday

Ο Joule θα ενδιαφερθεί ιδιαίτερα για την έννοια ΕΝΕΡΓΕΙΑ

και θα την αξιοποιήσει για να περιγράψει τη θέρμανση των ρευματοφόρων αγωγών.

Γι αυτό και το φαινόμενο κατά το οποίο

το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας

λέγεται ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ JOULE

Στα χρόνια που ακολούθησαν θα γίνει και ένας από τους θεμελιωτές

του νόμου για τη ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ .

και η έννοια

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ;

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ είναι ενέργεια μεταβιβαζόμενη

εξ αιτίας

κάποιας διαφοράς θερμοκρασίας

Αυτό δηλαδή που συμβαίνει είναι: Όταν ο αντιστάτης διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα

μεταβιβάζεται ( ηλεκτρική ) ενέργεια σε αυτόν . . αυξάνεται η θερμοκρασία του . .

και μέχρι εδώ έχουμε φαινόμενο Joule.

Τώρα η θερμοκρασία του αντιστάτη είναι υψηλότερη από εκείνη του περιβάλλοντος

Άρα ο ρευματοφόρος αντιστάτης αποδίδει ενέργεια στο περιβάλλον ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Ακριβώς .

Αν μάλιστα η θερμοκρασία του αντιστάτη διατηρείται σταθερή συμπεραίνουμε ότι

η μεταβιβαζόμενη ως ΕΡΓΟ ( ηλεκτρική ) ενέργεια W

είναι ίση με τη θερμότητα που αποδίδεται στο περιβάλλον.

Μπορούμε δηλαδή να υπολογίσουμε τη μεταβιβαζόμενη ενέργεια W

μετρώντας πειραματικά τη θερμότητα Q

.

Αυτό έκανε

και ο James Prescott Joule

Σε κάθε μεταβίβαση ενέργειας

- είτε αυτή γίνεται ως έργο είτε ως θερμότητα–

αντιστοιχεί κάποια ΙΣΧΥΣ .

η οποία περιγράφει

το «πόσο γρήγορα» γίνεται η μεταβίβαση

το «πόσα τζάουλ μεταβιβάζονται

σε κάθε δευτερόλεπτο»

Συμβολίζεται με το κεφαλαίο Ρ

αρχικό της αγγλικής λέξης power

Εάν σε ένα τμήμα ηλεκτρικού κυκλώματος

μεταβιβάζεται με σταθερό ρυθμό ενέργεια W επί χρονικό διάστημα t,

η ισχύς Ρ θα είναι

Η μονάδα μέτρησης της ιχύος είναι το ένα βατ. Συμβολίζεται με 1 W

Το γράμμα W το χρησιμοποιούμε

για να συμβολίσουμε

την έννοια ΕΡΓΟ – ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Το ίδιο γράμμα θα συμβολίζει και τη ΜΟΝΑΔΑ ΙΣΧΥΟΣ ;

Αυτό έχει επικρατήσει και θα χρειαστεί να προσέχεις και να διακρίνεις

πότε το γράμμα W συμβολίζει την ΕΝΝΟΙΑ ΕΡΓΟ

και πότε συμβολίζει τη ΜΟΝΑΔΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ της ισχύος .

τι θα πει

«μια λάμπα

είναι 100 βατ» ;

Αν τη βάλεις στο δίκτυο

των 220 βολτ,

θα της μεταβιβάζονται

-από το δίκτυο- 100 τζάουλ το δευτερόλεπτο

Υποθέτω ότι Βατ είναι

το όνομα κάποιου μεγάλου φυσικού

Είναι το όνομα ενός Σκοτσέζου ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ . Το 1765 ο James Watt

– Τζέημς Γουότ αλλά στην Ελλάδα τον λέμε συνήθως Τζέημς Βατ –

κατασκεύασε μια πρωτοποριακή μηχανή ατμού η οποία

εξελίχθηκε σε έναν από τους μεγάλους πρωταγωνιστές

της Βιομηχανικής Επανάστασης

Πολλές δεκαετίες αργότερα το όνομα

του Watt δόθηκε στη μονάδα μέτρησης της έννοιας ΙΣΧΥΣ .

Είναι το 1 Watt – ένα γουότ – το οποίο

στην Ελλάδα έχει επικρατήσει να λέγεται

Τελικά ένας Άγγλος, ο Joule, ένας Σκοτσέζος, ο Watt,

ένας Γερμανός, ο Ohm, ένας Ιταλός, ο Volta και δύο Γάλλοι,

ο Ampere και ο Coulomb μοιράζονται τη δόξα με το ακούγονται τα ονόματά τους

στα σχολεία όλου του κόσμου στα μαθήματα για τον Ηλεκτρισμό.

Κανένας Αμερικανός, κανένας Ρώσος, κανένας Ισπανός, κανένας Ολλανδός, κανένας Έλληνας .

Στο Λύκειο θα μάθεις και για μονάδες μέτρησης

από τα ονόματα του Άγγλου Faraday, του Σέρβου Tesla

και του Αμερικανού Henry, αλλά γενικά έχεις δίκιο

Η διαφορά δυναμικού VAB στα άκρα ενός αγώγιμου τμήματος

είναι η ανά μονάδα φορτίου ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ στο τμήμα ΑΒ.

η ένταση Ι του ρεύματος

στον αγωγό ΑΒ

είναι το

ανά μονάδα χρόνου διακινουμενο φορτίο

Aν πολλαπλασιάσουμε κατά μέλη προκύπτει V_AB . I = W/t = ΙΣΧΥΣ

[

Τι είναι ο νόμος του Joule ;

σε ποιο φαινόμενο

αναφέρεται ;

ΕΙΝΑΙ πειραματικός νόμος τον οποίον διατύπωσε

ο 24χρονος χαρισματικός πειραματιστής

James Prescott Joule to 1842, δεκαπέντε χρόνια μετά τον νόμο του Ohm.

ΑΝΑΦΕΡΕΤΑΙ στο φαινόμενο JOULE

τη «ΘΕΡΜΑΝΣΗ

ενός αγωγού

λόγω

του ηλεκτρικού ρεύματος»

Ποιες έννοιες χρησιμοποιεί ;

Την ένταση του ρεύματος Ι ,

την αντίσταση R του αγωγού , και την ανά μονάδα χρόνου θερμότητα

που μεταβιβάζει όταν βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία

Διακηρύσσει ότι

Q είναι η ανά μονάδα χρόνου θερμότητα

την οποία που μεταβιβάζει ένας ρευματοφόρος αγωγός

Να βάλουμε μια τάξη για να δω εάν κατάλαβα.

Η ΘΕΩΡΙΑ σε συνδυασμό με τον νόμο του Ohm

οδηγούσε στο συμπέρασμα ότι η ανά μονάδα χρόνου μεταβιβαζόμενη

( ηλεκτρική ) ενέργεια σε αντιστάτη ήταν ίση με Ι²R ..

Ο Joule πειραματίστηκε με ΑΝΤΙΣΤΑΤΕΣ αποδεικνύοντας ότι

η ανά μονάδα χρόνου θερμότητα που μεταβιβάζει ο σταθερής θερμοκρασίας αντιστάτης

στο περιβάλλον είναι κι αυτή ίση με Ι²R.

Κατέδειξε ότι

ΟΛΗ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΟΥ ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΕΤΑΙ ΣΕ ΑΝΤΙΣΤΑΤΗ

ΜΕΤΑΤΡΕΠΕΤΑΙ ΣΕ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ αποδιδόμενη στο περιβάλλον. Καλά κατάλαβα ;

Νομίζω ότι έχεις καταλάβει πολύ καλά

Το φαινόμενο Joule αξιοποιήθηκε από διάφορους εφευρέτες τεχνικούς

με την επινόήση και την κατασκευή ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ τα οποία διαδόθηκαν σε όλο τον κόσμο.

Είναι οι λαμπτήρες με πυρακτωμένο νήμα και οι διάφορες ηλεκτρικές θερμαντικές συσκευές

όπως η ηλεκτρική κουζίνα, το ηλεκτρικό σίδερο, ο ηλεκτρικός θερμοσίφωνας,

η ηλεκτρική σόμπα, το ηλεκτρικό καλοριφέρ, η φρυγανιέρα,

η ψηστιέρα εξαιρετική για να ψήνει κανείς φαγκρί, τσιπούρα και σαργό.

ξεχάσαμε

το μίξερ και το σεσουάρ

. όχι . . όχι

Το μίξερ δεν το φτιάξαμε

για να θερμαίνεται.

Η ανακάλυψή του δεν είναι αξιοποίηση του φαινομένου Joule.

Λειτουργεί όμως με ηλεκτρικό ρεύμα.

Που βασίζεται

η λειτουργία του ;

Βασίζεται σε φαινόμενο

του ΗΛΕΚΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΥ .

Και βέβαια ο λαμπτήρας με πυρακτωμένο νήμα.

Εφευρέθηκε το 1879 και ήταν μια από τις μεγαλύτερες εφευρέσεις της εποχής

Ναι αλλά από όσο έχω ακούσει, στη δική μας εποχή,

τις λάμπες αυτές. οι άνθρωποι έχουν αρχίσει

να τις αποφεύγουν

Έχεις δίκιο και καλά θα κάνουν

να πάψουν να τις χρησιμοποιούν.

Είναι χρόνια τώρα που έχουν ανακαλυφθεί λαμπτήρες

οι οποίο δίνουν το ίδιο περίπου φως με τις συμβατικές με

ΠΟΛΥ ΛΙΓΟΤΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ.

Ένας τέτοιος λαμπτήρας νέας τεχνολογίας με 20 βατ

δίνει το ίδιο φως με ένα λαμπτήρα πυρακτωμένου νήματος των 100 βατ.

Στη μία δηλαδή περίπτωση πρέπει να μεταβιβάζονται

από το δίκτυο της ΔΕΗ 20 τζάουλ το δευτερόλεπτο και στην άλλη 100.

Πέντε περισσότερη ενέργεια και το ίδιο φως. Εντυπωσιακό . .

Και ιδιαίτερα σοβαρό διότι

ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της εποχής μας

είναι η ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ .

Βέβαια το 1879 η εμφάνιση του ηλεκτρικού λαμπτήρα

με το πυρακτωμένο νήμα έδωσε το φως τις νύχτες,

η ζωή των ανθρώπων άλλαξε εντυπωσιακά

και ο Αμερικανός Thomas Alva Edison

έγινε παγκόσμια γνωστός

ο Edison

ήταν σπουδαίος φυσικός ;

Κάθε άλλο. Ελάχιστα ήξερε από φυσική.

Ήταν όμως ένας τεχνικός με ξεχωριστή φαντασία

που κατάφερνε να αξιοποιεί την επιστήμη.

Και όχι μόνο με την εφεύρεση του λαμπτήρα . .

Ας ελπίσουμε όμως ότι εσείς οι άνθρωποι του επερχόμενου μέλλοντος

θα φροντίσετε

να εγκαταλείψετε

τις τόσο

ενεργοβόρες

αυτές λάμπες

και

να υιοθετήσετε

τις άλλες

τεχνολογίες

ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

.