Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

 

Η οικοδόμηση της έννοιας

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ

 

 

Η Φυσική οικοδομείται με ΕΜΠΕΙΡΙΕΣ, με ΙΔΕΕΣ και με ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ, εμπλουτίζεται από τις ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ και την ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ - η οποία είναι οργανωμένη εμπειρία με συγκεκριμένη Μέθοδο -  και ολοκληρώνεται με ΓΕΝΙΚΕΥΣΕΙΣ .

 

 

ΕΠΙΣΤΗΜΗ = Εμπειρία + ΙΔΕΕΣ + Κατασκευές

+  Εργαστηριακή έρευνα  +  Γενικεύσεις

              

   

  Οι εμπειρίες και οι ιδέες που ΟΙΚΟΔΟΜΗΣΑΝ

  την έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ.

 

 

Πρώτη φάση. Εμπειρίες και ιδέες

που θεμελίωσαν την έννοια

 

 

Οι εμπειρίες

Οι ιδέες

Μια γυάλινη ράβδος και ένα μεταξωτό ύφασμα.

Εάν τριφτούν μεταξύ τους, αρχίζουν να έλκονται

Τα δύο σώματα έχουν αποκτήσει ηλεκτρικό ΦΟΡΤΙΟ

Τα ηλεκτρικά φορτία τους

είναι ετερώνυμα

Ονομάζουμε το φορτίο της γυάλινης ράβδου ΘΕΤΙΚΟ και το φορτίο του υφάσματος ΑΡΝΗΤΙΚΟ

Δύο γυάλινες ράβδοι που έχουν ήδη  τριφτεί και -οι δύο με μεταξωτό ύφασμα-  απωθούν η μία την άλλη.

Τα θετικά φορτία απωθούνται

Μία ράβδος από ρητίνη  και ένα κομμάτι γούνα  εάν τριφτούν μεταξύ τους, αρχίζουν να έλκονται .

Η ράβδος από ρητίνη – όπως και η γούνα - έχει αποκτήσει ηλεκτρικό φορτίο

Μια ράβδος από ρητίνη που έχει τριφτεί με γούνα και μια από γυαλί που έχει ήδη τριφτεί με μεταξωτό έλκονται

Το φορτίο της ράβδου από ρητίνη

είναι  ΑΡΝΗΤΙΚΟ

Αν  μια ράβδος από καουτσούκ αντικείμενο τριφτεί με γούνα θα έλκει μια γυάλινο ράβδο που έχει ήδη τριφτεί με μεταξωτό

Το φορτίο της ράβδου από καουτσούκ είναι  ΑΡΝΗΤΙΚΟ

Μια ράβδος από καουτσούκ και μια από ρητίνη αφού τριφτούν με γούνα απωθούνται

Τα αρνητικά φορτία απωθούνται

Αν  ένα αντικείμενο τριφτεί με γούνα και το υλικό του  είναι  εβονίτης, πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο, φελιζόλ, σελοφάν, αφρολέξ, βινύλιο ή σιλικόνη  έλκει μια γυάλινη ράβδο που έχει  τριφτεί με μετάξι και απωθεί μια ράβδο από ρητίνη που έχει και αυτή προηγουμένως τριφτεί

Το φορτίο που αναπτύσσεται με τριβή σε  εβονίτη, πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο, φελιζόλ, σελοφάν, αφρολέξ, βινύλιο ή σιλικόνη είναι  ΑΡΝΗΤΙΚΟ

 

 

 Περαιτέρω πειράματα με ανάλογους συνδυασμούς δείχνουν ότι  δεν παρατηρείται καμία περίπτωση στην οποία το ύφασμα να απωθείται από το υλικό το οποίο έχει φορτίσει μέσω τριβής. Επιπλέον, δεν παρατηρούνται περιπτώσεις στις οποίες  ένα φορτισμένο σώμα να έλκεται ( ή να απωθείται ) και από θετικά και από αρνητικά φορτία.

 

Τέτοιου είδους ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ έγιναν σε πάρα πολλά σώματα και οδήγησαν τη ΣΚΕΨΗ  των φυσικών στις παρακάτω υποθέσεις:

Α. Δύο ουδέτερα σώματα μπορούν να αλληλοφορτισθούν μέσω τριβής αλλά μόνο με ετερώνυμα ηλεκτρικά φορτία

Β. Υπάρχουν μόνο δύο είδη φορτίων τα θετικά και τα αρνητικά.

Τα θετικά παρουσιάζονται στο ΓΥΑΛΙ όταν αυτό τριφτεί  με μετάξι. ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ.

Τα αρνητικά φορτία παρουσιάζονται στη ΡΗΤΙΝΗ όταν τριφτεί με μετάξι ή, για καλύτερα αποτελέσματα,

με γούνα. ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΑΡΝΗΤΙΚΟΥ  ΦΟΡΤΙΟΥ

 

Δεύτερη  φάση. Εμπειρίες και ιδέες

που εμπλούτισαν την έννοια

 

Οι εμπειρίες

Οι ιδέες

Η κατασκευή μιας ηλεκτροστατικής μηχανής 

α. από τον Von Guericke 1660

β. από τον Wimshurst 1879 

γ. από τον Van de Graaf, 1929

Μπορούμε να «παράγουμε» άφθονο ηλεκτρικό φορτίο

Πειράματα με  ηλεκτροσκόπιο

Ένα σώμα μπορεί να ΗΛΕΚΤΡΙΣΤΕΙ από ένα άλλο   α. με τριβή   

  β. με επαφή  γ. εξ αποστάσεως

Πειράματα με σύρματα, ηλεκτροσκόπιο

και ηλεκτροστατική μηχανή

Το ηλεκτρικό φορτίο ΑΓΕΤΑΙ από ορισμένα σώματα.

Αγωγοί και μονωτές

Η κατασκευή του πυκνωτή από τον Ολλανδούς. 1745

Το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί να ΑΠΟΘΗΚΕΥΤΕΙ. Ο πυκνωτής μπορεί να φορτίζεται και να εκφορτίζεται

Στις ΗΠΑ, ο Franklin σε καταιγίδα

αμολάει χαρταετό. 1752

Ο κεραυνός είναι ΑΓΩΓΗ

ηλεκτρικού φορτίου. Κάτι σαν εκφόρτιση πυκνωτή

Η εργαστηριακή δραστηριότητα του Charles Coulomb

το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί να ΜΕΤΡΗΘΕΙ.

Υπάρχει ΝΟΜΟΣ για την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών φορτίων.

1821. Faraday .Μικρά φορτισμένα αντικείμενα προσανατολίζονται γύρω από φορτισμένο σώμα όπως τα σιδηρορινίσματα γύρω από μαγνήτη

Η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Η έννοια δυναμική γραμμή

Η έννοια ΕΝΤΑΣΗ πεδίου

Η έννοια ΔΥΝΑΜΙΚΟ πεδίου

Το φορτίο ενός πυκνωτή είναι ανάλογο

με τη διαφορά δυναμικού

Η έννοια ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ πυκνωτή

Η κατασκευή της ηλεκτρικής στήλης.

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι

«ηλεκτρικό φορτίο σε κίνηση»

Πειράματα με ηλεκτρικό ρεύμα

Το πείραμα Oersted. Δανία. 1821

Το «ηλεκτρικό φορτίο σε κίνηση» επιδρά σε μαγνήτη

Πειράματα στο Παρίσι από τους

Ampere, Arago, Biot, Savart. 1822

Μέσα σε κάθε  μαγνήτη υπάρχει

«ηλεκτρικό φορτίο σε κίνηση»

 

Τρίτη  φάση.

Η σύνδεση της έννοιας ηλεκτρικό φορτίο

με  θεωρίες για ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟ.

 

Οι εμπειρίες

Οι ιδέες

 

Η ύλη συγκροτείται από άτομα

Η εργαστηριακή εμπειρία με τον σωλήνα καθοδικών ακτίνων. 1880.

Στα «σπλάχνα» κάθε ατόμου υπάρχει σωματίδιο με αρνητικό  φορτίο.

Το ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ. 1895

To πείραμα του J.J.Thomson. 1895

Το πείραμα Millikan . 1909

Υπάρχει στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο, το e. Το ηλεκτρικό φορτίο

είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του e.

Το σωματίδιο ηλεκτρόνιο φέρει στοιχειώδες αρνητικό φορτίο

Το πείραμα Rutherford. 1911

Σε κάθε άτομο υπάρχει πυρήνας

με θετικό φορτίο.

Το συσσωρευμένο υλικό από τη φασματοσκοπία. Το πείραμα Rutherford

Ένα μοντέλο για το άτομο. Το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο φέρεται μόνο από πρωτόνια και ηλεκτρόνια

Εργαστηριακή εμπειρία με αγωγούς

Στα μέταλλα υπάρχουν

ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ.

Το ηλεκτρικό ρεύμα στα μέταλλα 

είναι κατευθυνόμενη κίνηση ηλεκτρονίων