Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Φυσική στην Γ΄ Γυμνασίου.

Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ 4

πώς δημιουργείται

το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ;

με μια μπαταρία και σώματα που να είναι ΑΓΩΓΟΙ

μπορούμε να έχουμε ηλεκτρικό ρεύμα,

αρκεί να τα συναρμολογήσουμε κατάλληλα

όταν λέμε ΑΓΩΓΟΙ εννοούμε υλικά,

όπως τα μέταλλα,

που επιτρέπουν τα ταξίδια ηλεκτρικού φορτίου;

Ακριβώς.

Δηλαδή

το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

έχει κάποια σχέση

με ταξίδια του

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ;

ΥΠΟΜΟΝΗ . . . . ..

Αγωγοί

είναι τα καλώδια ;

Τα μεταλλικά καλώδια

είναι αγωγοί αλλά όχι μόνο αυτά.

Όταν λέμε

«να τα συναρμολογήσουμε κατάλληλα»

τι εννοούμε; Και πώς θα καταλάβουμε

ότι εκδηλώθηκε ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ;

παίρνουμε ορισμένα ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ

μια μπαταρία, ένα λαμπάκι, έναν διακόπτη και καλώδια

κλείνουμε τον διακόπτη

Το λαμπάκι να ΑΝΑΒΕΙ

ότι έχουμε ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

Χωρίς τη μπαταρία

δεν θα γινόταν τίποτα

Ακόμα και με μπαταρία

το λαμπάκι δεν θα άναβε

εάν τα αντικείμενα δεν ήταν όλα αγωγοί

Μπορούμε δηλαδή να υποστηρίξουμε ότι

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΛΕΓΕΤΑΙ

«αυτό που κάνει να ανάβουν τα λαμπάκια» ;

«αυτό που κάνει να ανάβουν τα λαμπάκια»

ΕΙΝΑΙ ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

δεν είναι ΜΟΝΟ αυτό.

Είναι κάτι πολύ γενικότερο

Στην αφετηρία της Επιστήμης

βρίσκονται ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ

και ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

οι ΕΝΝΟΙΕΣ και οι ΝΟΜΟΙ

ακολουθούν

Χιλιάδες αναμμένοι θερμοσίφωνες, τοστιέρες, ηλεκτρικές σκούπες, λαμπτήρες φωτισμού

σεσουάρ, κουζίνες, ασανσέρ, ψυγεία, ηλεκτρικά καλοριφέρ, ηλεκτρικά πλυντήρια,

μπλακ εντ ντέκερ, τόρνοι, ηλεκτρικά σίδερα, βιομηχανικοί κινητήρες, τρόλεϊ,

λαμπάκια στο χριστουγεννιάτικο δέντρο, τροχοί οδοντογιατρών, το φανάρι του δύτη,

τα μακρινά φώτα και οι μίζες των γιωταχί, τηλεοράσεις, κλιματιστικά, ηλεκτρικά σίδερα,

μίξερ, κομπρεσέρ, φούρνοι μικροκυμάτων.

Μια μεγάλη ποικιλία ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ και ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ.

Ωστόσο ανάμεσά τους υπάρχει κάτι κοινό.

Είναι το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ.

Η πολιτεία ζει μέσα από το ηλεκτρικό ρεύμα.

Εξαρτημένη από αυτό ξεχνάει και να το ομολογήσει.

Το θυμάται κάθε φορά που η βλάβη σε κάποιο υποσταθμό την αναγκάζει να το θυμηθεί

Σε σχολικό εργαστήριο η μαθήτρια έχει μπροστά της ένα σωρό ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ.

Σε λίγο δύο στήλες των έξι βολτ, ένας διακόπτης, μια σειρά από καλώδια,

ένα μικρό λαμπάκι κι ένα διάλυμα θειικού οξέος συνδέονται σε σειρά

και δημιουργούν ηλεκτρικό κύκλωμα.

Κάπου κοντά βρίσκεται ένας μικρός και ελαφρός μαγνήτης,

μία μαγνητική βελόνα δείχνει τον βορρά.

Η μαθήτρια κλείνει τον διακόπτη και τρία διαφορετικά ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

προδίδουν την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος.

Το λαμπάκι ανάβει, η μαγνητική βελόνα εκτρέπεται και δεν δείχνει πια τον βορρά

ενώ στο ηλεκτρολυτικό διάλυμα παρατηρείται ηλεκτρόλυση.

Ανιχνεύεται οξυγόνο στην άνοδο και στην κάθοδο υδρογόνο.

Ένα ΧΑΟΣ φαινομένων με ηλεκτρικό ρεύμα

και η Σκέψη μας θέλει να βάλει μια ΤΑΞΗ

Ταξινομεί

τα ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

σε εκείνα στα οποία παρατηρείται

μόνο «αύξηση της θερμοκρασίας»,

όπως αυτό που συμβαίνει στον λαμπτήρα,

στον θερμοσίφωνα, στο ηλεκτρικό σίδερο,

στην τοστιέρα, στην κουζίνα, στο καλοριφέρ

Τα χαρακτηρίζει ΘΕΡΜΙΚΑ

σε εκείνα όπως

η ηλεκτρόλυση και η ηλεκτροπληξία

στα οποία παρατηρείται χημική δράση

Τα χαρακτηρίζει ΧΗΜΙΚΑ

σε εκείνα όπως

η εκτροπή της μαγνητικής βελόνας στο εργαστήριο,

η λειτουργία του ασανσέρ, της ξυριστικής μηχανής

του μπλακ εντ ντέκερ, της μίζας, του σεσουάρ,

του τροχού του οδοντογιατρού, του ψυγείου, του τόρνου,

του μίξερ, του κομπρεσέρ και του τρόλεϊ

Τα χαρακτηρίζει ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ

Είναι κάτι που δεν το ξέρεις.

Μέσα σε κάθε ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ μοτέρ

υπάρχει ένας ΜΑΓΝΗΤΗΣ

και τι ακριβώς εννοούμε όταν λέμε ότι «το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

προκαλεί μαγνητικά ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ»;

εννοούμε ότι ένα ρευματοφόρο καλώδιο

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑ με μαγνήτη

αυτό θα πει ότι το ρευματοφόρο καλώδιο

προκαλεί την εκτροπή της μαγνητικής βελόνας,

όπως αυτή που είδα με τα μάτια μου στο εργαστήριο ;

Ναι αλλά όχι μόνο αυτό.

Η αλληλεπίδραση έχει δύο όψεις.

Το ρευματοφόρο καλώδιο επιδρά σε μαγνήτη αλλά

και ο μαγνήτης επιδρά σε ρευματοφόρο καλώδιο.

Ο κρυμμένος δηλαδή μαγνήτης στο μίξερ επιδρά

σε κάποια καλώδιο και το μοτεράκι αρχίζει να στρέφεται;

Ακριβώς

Και όλα αυτά τα φαινόμενα

εκδηλώνονται πάντα ;

Κάθε φορά δηλαδή που θα έχουμε ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

θα έχουμε ΘΕΡΜΙΚΑ, ΧΗΜΙΚΑ και ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ φαινόμενα;

Όχι . . εκείνο που συμβαίνει πάντα είναι ότι

το οποιοδήποτε ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

θα δημιουργεί οπωσδήποτε ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ .

Και ποιο είναι το μυστικό του ρεύματος ;

Τι συμβαίνει μέσα στον ρευματοφόρο αγωγό

όταν ανάβει το λαμπάκι

ή όταν επιδρά σε μαγνήτη;

είναι ένα ερώτημα στο οποίο άργησαν

να δώσουν απάντηση οι φυσικοί

μια ΙΔΕΑ που έκανε την εμφάνισή της τον 19ο αιώνα συσχέτιζε

το ηλεκτρικό ρεύμα με το ηλεκτρικό φορτίο

Η ιδέα ενισχύθηκε από το γεγονός ότι το ηλεκτρικό ρεύμα εκδηλώνεται μόνο σε ΑΓΩΓΟΥΣ και όχι σε μονωτές

και οι αγωγοί είναι σώματα που επιτρέπουν τα ταξίδια ηλεκτρικού φορτίου,

ενώ οι μονωτές τα απαγορεύουν.

ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ θεωρείται

ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ

ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ

ΦΟΡΤΙΟ

Και ποια είναι αυτά τα σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο

η κίνηση των οποίων συνιστά το ηλεκτρικό ρεύμα ;

και αυτό το ερώτημα έμενε χωρίς απάντηση για δεκάδες χρόνια

κι όπως ξέρεις προς το τέλος του 19ου αιώνα οι Ευρωπαίοι φυσικοί

με μία εντυπωσιακή «κατάδυση» στον Μικρόκοσμο της ύλης

«ανακάλυψαν ένα πιτσιρίκι αόρατο σωματίδιο,

πολύ πολύ μικρότερο από το άτομο, το οποίο επρόκειτο να γίνει

το «αγαπημένο» των χημικών και των ηλεκτρολόγων

Υποθέτω

ότι εννοείτε το ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ

αυτό εννοώ . . και σήμερα εξακολουθούμε

να αποδεχόμαστε τη θεωρία ότι τα σωματίδια

που ευθύνονται για το ηλεκτρικό ρεύμα

σε ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΥΣ αγωγούς είναι τα ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ

Γιατί « σε ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΥΣ αγωγούς» ; Υπονοείτε

ότι υπάρχουν και αγωγοί όπου τα κινούμενα σωματίδια

δεν είναι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ;

ακριβώς . . μόνο

σε μεταλλικούς αγωγούς

τα -σε κατευθυνόμενη κίνηση –

«φορτηγά»

του ηλεκτρικού φορτίου

είναι αποκλειστικά τα ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ

και στους υγρούς αγωγούς

όπως είναι το αλατόνερο ποια είναι τα «φορτηγά» ;

στους υγρούς αγωγούς

τα «φορτηγά»

είναι ιόντα

ιόντα ;

Αν το ουδέτερο άτομο «χάσει»

ηλεκτρόνια γίνεται θετικό ιόν.

Αν προσλάβει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια γίνεται αρνητικό ιόν .

Τι συμβαίνει

σε αέριους αγωγούς ;

τα «φορτηγά»

είναι και ηλεκτρόνια και ιόντα

Όταν δηλαδή

πέφτει κεραυνός

συμβαίνει

κατευθυνόμενη κίνηση

ιόντων και ηλεκτρονίων στην ατμόσφαιρα ;

Έτσι γίνεται

Όταν λοιπόν

συνδέω τους

πόλους της

με ένα

καλώδιο,

η μπαταρία

στέλνει

στο καλώδιο ηλεκτρόνια.

Όχι ακριβώς .

Τα ηλεκτρόνια δεν τα στέλνει

η μπαταρία

και που βρέθηκαν

τα ηλεκτρόνια;

υπάρχουν στο μεταλλικό καλώδιο

και η μπαταρία δημιουργεί

στο εσωτερικό του ένα ηλεκτρικό

πεδίο το οποίο τους ασκεί δυνάμεις

Και το πεδίο αυτό μπορεί και

τα «ξεκολλάει» από τα άτομα;

Για να κάνεις αυτή την ερώτηση

υποθέτω ότι τα φαντάζεσαι

να περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα

Όχι τα ηλεκτρόνια που σχετίζονται με το ηλεκτρικό ρεύμα

είναι ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ για τα οποία οποία είχαμε συζητήσει παλιότερα

Υπάρχουν στα μέταλλα και «αλητεύουν» ανάμεσα στα ιόντα του μετάλλου

εφόσον βρίσκονται σε ΚΙΝΗΣΗ

γιατί δεν εκδηλώνεται

ηλεκτρικό ρεύμα ;

γιατί η κίνησή τους

είναι άτακτη . .

όταν όμως «εμφανιστεί» το ηλεκτρικό πεδίο

η κίνησή τους γίνεται ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ

Και υπονοείτε ότι τέτοια ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ δεν υπάρχουν σε υλικά όπως το ξύλο, το γυαλί,

ο φελλός κι όλα εκείνα που λέγονται ΜΟΝΩΤΕΣ

ακριβώς έτσι

Τώρα κατάλαβα . . . Ομολογώ πως όταν είχα πρωτακούσει για ηλεκτρικό ρεύμα και ηλεκτρόνια

φανταζόμουνα ότι το βραδάκι όταν ανάβουμε το φως

έρχονται ηλεκτρόνια από τη ΔΕΗ περνούν από το διακόπτη και μας ανάβουν το φως

Υπάρχουν ως ΕΛΕΥΘΕΡΑ

σε άτακτη κίνηση

σε όλα τα αγώγιμα αντικείμενα

και περιμένουν

ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ 5

Το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΙΙ