Μαθηματικά & Επιστήμες

αναγκάζει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια να κινηθούν προκαλώντας το ηλεκτρικό ρεύμα.

Ηλεκτρικές πηγές είναι οι μπαταρίες που χρησιμοποιούμε στα μικρά κυκλώματα και στις ηλεκτρικές συσκευές και οι γεννήτριες των εργοστασίων της ΔΕΗ που χρησιμοποιούνται στο τεράστιο κύκλωμα του δικτύου της χώρας μας. Οι ηλεκτρικές πηγές, οι μπαταρίες και οι γεννήτριες, δεν «παράγουν» ηλεκτρόνια, αλλά αναγκάζουν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των αγωγών να κινούνται ομαδικά προς μια κατεύθυνση. 

Οι ηλεκτρικές πηγές παρἐχουν την απαραίτητη ενέργεια που μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων. Αυτή είναι η ηλεκτρική ενέργεια.

Τα βασικά στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος είναι:

• Ηλεκτρική πηγή
• Αγωγοί
• Διακόπτης και
• και η ηλεκτρική συσκευή

 Παράλληλη σύνδεση

Στην παράλληλη σύνδεση οι ηλεκτρικές συσκευές συνδέονται έτσι ώστε οι επαφές κάθε συσκευής να συνδέονται απευθείας με τους πόλους της πηγής. Έτσι δημιουργούνται πολλά, ανεξάρτητα ηλεκτρικά κυκλώματα, οπότε, ακόμη και αν αποσυνδέσουμε μια συσκευή, οι υπόλοιπες εξακολουθούν να λειτουργούν. 

Σύνδεση σε σειρά

Στη σύνδεση σε σειρά οι ηλεκτρικές συσκευές συνδέονται η μία μετά την άλλη. Αν αποσυνδέσουμε μία συσκευή, η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος διακόπτεται και οι υπόλοιπες συσκευές σταματούν να λειτουργούν.

ονομάζουμε την προσανατολισμένη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων των αγωγών.

Για να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα χρειάζεται μια αιτία, αυτή είναι η ηλεκτρική πηγή

Αν σ' ένα σώμα προσθέσουμε ή αφαιρέσουμε ηλεκτρόνια, αυτό θα ηλεκτριστεί, θα φορτιστεί θετικά ή αρνητικά. Αυτό μπορεί να συμβεί με τρεις τρόπους:   

• Με τριβή: Όταν τρίψουμε δύο μη ηλεκτρισμένα σώματα μεταξύ τους, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο, με αποτέλεσμα να φορτίζονται αντίθετα.    
• Μ' επαφή: Όταν ένα ουδέτερο σώμα έρθει σ' επαφή μ' ένα ηλεκτρισμένο σώμα, τότε ηλεκτρίζεται και αυτό και αποκτά το ίδιο φορτίο.     
• Μ' επαγωγή: Όταν ένα σώμα πλησιάσει ένα ουδέτερο σώμα, τότε στο δεύτερο διαχωρίζονται θα θετικά με τα αρνητικά φορτία. Το σώμα αυτό είναι ηλεκτρισμένο αλλά δεν είναι φορτισμένο

αποτελείται από ένα πηνίο, στο εσωτερικό του οποίου έχει τοποθετηθεί ράβδος από σίδηρο.

Οι μαγνητικές ιδιότητες του ηλεκτρομαγνήτη είναι πολύ πιο έντονες από αυτές του πηνίου.

 Η Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι εκπομπή στον χώρο ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας υπό μορφή κυμάτων που ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Διαδίδονται στο κενό με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός (c=299.792.458 m/s) αλλά και μέσα στην ύλη με ταχύτητα λίγο μικρότερη απ' την ταχύτητα του φωτός.

Χωρίζεται σε περιοχές. Αυτές είναι τα ραδιοκύματα (που λειτουργούν τα ραδιόφωνα), τα μικροκύματα (που λειτουργούν τα ραντάρ), οι υπέρυθρες ακτίνες (που μας ζεσταίνουν το καλοκαίρι), το ορατό φως, οι υπεριώδεις ακτίνες (που μας μαυρίζουν το καλοκαίρι), οι ακτίνες Χ (που χρησιμοποιούνται στις ακτινογραφίες) και οι ακτίνες γάμμα (δολοφονικές στη ραδιενέργεια).

 Δες ένα σχετικό βίντεο για τα χρώματα και τη θερμική ενέργεια...

Τα άτομα είναι μικροσκοπικά σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα σώματα.
Τα άτομα αποτελούνται από τον πυρήνα και τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, που κινούνται γύρω από τον πυρήνα. 

Ο πυρήνας αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια, έτσι είναι θετικά φορτισμένος.

Το άτομο είναι ουδέτερο μιας και το φορτίο κάθε πρωτονίου είναι αντίθετο από το φορτίο κάθε ηλεκτρονίου και το πλήθος τους είναι ίδιο.

Η ηλεκτρική δύναμη είναι εκείνη που εξαναγκάζει τα πολύ μικρότερα σε μάζα ηλεκτρόνια να περιφέρονται γύρω από τον πολύ βαρύτερο τους πυρήνα (περίπου όπως η βαρύτητα εξαναγκάζει τους πλανήτες να γυρίζουν γύρω από τον ήλιο). Η δύναμη αυτή εξασθενεί όσο τα ηλεκτρόνια κινούνται σε πιο απομοκρυσμένες τροχιές από τον πυρήνα.

Αγωγιμότητα

Η ηλεκτρική (αλλά και η θερμική αγωγιμότητα) των μετάλλων ερμηνεύεται με τη θεωρία των ελευθέρων ηλεκτρονίων. Τα άτομα των μετάλλων  είναι πολύ μεγάλα, έτσι τα εξωτερικά ηλεκτρόνια έλκονται ασθενικά και μπορούν να διαφεύγουν από αυτά (που απομένουν πια με θετικό φορτίο, ονομάζονται κατιόντα και σχηματίζουν κρυσταλλικά-γεωμετρτικά πλέγματα). Δημιουργείται έτσι νέφος ελεύθερων ηλεκτρονίων που κινούνται τυχαία, έχοντας όλα πάνω-κάτω την ίδια κινητική ενέργεια.

Κάτω από προϋποθέσεις το νέφος μπορεί να μετακινηθεί προς μια κατεύθυνση (αυτό είναι το ηλεκτρικό ρεύμα). 

Αν το ένα άκρο του μετάλλου θερμανθεί τότε τα ηλεκτρόνια αποκτούν μεγαλύτερη κινητική ενέργεια που με διαρκείς συγκρούσεις με τα κατιόντα και με τα άλλα ελεύθερα ηλεκτρόνια την μεταδίδουν και στο υπόλοιπο μέταλλο. Αυτή είναι η Μετάδοση θερμότητας με αγωγή.

Ορισμένα υλικά στη φύση συμπεριφέρονται άλλοτε ως αγωγοί και άλλοτε ως μονωτές ανάλογα με τη θερμοκρασία και άλλους παράγοντες. Τα υλικά αυτά ονομάζονται ημιαγωγοί. Τέτοια υλικά είναι τα στοιχεία πυρίτιο και γερμάνιο. Οι ημιαγωγοί χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που ονομάζονται δίοδοι, χάρη στις οποίες λειτουργούν οι ηλεκτρονικές συσκευές.

Κατά τη Διάδοση του φωτός: κάποια σώματα αφήνουν μέρος μόνο του φωτός να τα διαπεράσει και μάλιστα το διασκορπίζουν με αποτέλεσμα τα φωτεινά αντικείμενα που βρίσκονται πίσω τους να μας φαίνονται θολά. Τα αντικείμενα αυτά ονομάζονται ημιδιαφανή. 

Ο ήχος για να διαδοθεί χρειάζεται ένα υλικό μέσο (δε διαδίδεται στο κενό). Η μηχανική ενέργεια τηςπηγής του ήχου μεταφέρεται στα γειτονικά μόρια του περιβάλλοντος (αερίου, υγρού ή στερεού), από αυτά στα διπλανά τους κ.ο. κ. Η κίνηση που κάνουν τα μόρια του περιβάλλοντος είναι ίδια με της πηγής, δηλαδή ταλαντώνονται με την ίδια συχνότητα. Έτσι δημιουργούνται ηχητικά κύματα (κύματα ελαστικότητας) που διαδίδουν τον ήχο.

 Δες μια προσομοίωση των κινήσεων αυτών ... εδώ

Δες στην πραγματικότητα τα ηχητικά κύματα ...

Ταχύτητα ηχητικών κυμάτων

 Η ταχύητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων είναι μεγαλύτερη στα στερεά απ΄ ότι στα υγρά  και στα υγρά απ΄ ότι στα στερεά. Στα στερεά τα μόρια βρίσκονται σε πολύ μικρές απσοτάσεις μεταξύ τους οπότε οι συγκρούσεις είναι συχνότερες απ΄ ότι στα υγρά, πόσο μάλλον στα αέρια. Γι΄ αυτό και ο ήχος ταξιδεύει πολύ πιο γρήγορα στα στερεά. 

 Δες μια προσομοίωση που συγκρίνονται οι ταχύτητες του ήχου στον αέρα στο νερό και στο ατσάλι. Βάλε μια απόσταση (distance) από 1 έως 99.999 μ. και πάτα το σφυρί... εδώ. 

ονομάζουμε κάθε υλικό που μπορεί να παράγει ήχο.

Οι ηχητικές πηγές  εκτελούν ταλαντώσεις ορισμένης περιοχής συχνοτήτων, από τα 16Hz έως τα 20.000Hz (αυτό σημαίνει ότι όταν ένα σώμα κάνει από 20 έως 20.000 ταλαντώσεις κάθε δευτερόλεπτο τότε παράγει ήχο, και μάλιστα όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα τόσο οξύτερος είναι ο ήχος.)  

Το αίτιο που προκαλεί την ταλάντωση μεταφέρει μηχανική ενέργεια (κινητική και δυναμική) στο σώμα που ταλαντώνεται.

Υπόηχοι 

Το αφτί μας δεν μπορεί να ακούσει ήχους, όταν η ηχητική πηγή κάνει λιγότερες από 16 ταλαντώσεις σε ένα δευτερόλεπτο. Συντομότερα λέμε ότι δεν ακούμε ήχους κάτω από τα 16 Hertz. Ήχοι που οφείλονται σε πιο αργές ταλαντώσεις λέγονται υπόηχοι.

Αυτή η περιοχή του ακουστικού φάσματος χρησιμοποιείται στη σεισμολογία για την παρακολούθηση των σεισμών. Οι υπόηχοι μπορούν να διαδοθούν σε μεγάλες αποστάσεις, ειδικά μέσα σε στερεά ή υγρά μέσα και να παρακάμψουν εμπόδια χωρίς σημαντική εξασθένιση.

Υπέρηχοι

Επίσης  δεν ακούμε ήχους πάνω από τα 20.000 Hertz. Ήχοι που οφείλονται σε πιο γρήγορες ταλαντώσεις λέγονται υπέρηχοι. Το ανώτερο όριο ακοής μας πέφτει όσο μεγαλώνουμε. Στην ηλικία των 50 χρόνων ακούμε ήχους μέχρι 12.000 Hertz περίπου.  

Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται σε συσκευές απεικόνισης του εσωτερικού ενός ανθρώπου, του γήινου φλοιού και άλλων αντικειμένων. Μια σημαντική εφαρμογή είναι η απεικόνιση του έμβρυου στις έγκυες γυναίκες. Μέσα στο σώμα ο υπέρηχος ανακλάται στις περιοχές όπου υπάρχει μεγάλη αλλαγή στην πυκνότητα. Αξιοποιώντας αυτό το φαινόμενο ο υπερηχογράφος εμφανίζει σε μία οθόνη την εικόνα για το έμβρυο.

Όταν η ένταση του ήχου είναι μεγάλη, το τύμπανο του αφτιού μας ταλαντώνεται με μεγάλο πλάτος. Η συνεχής ταλάντωσή του με μεγάλο πλάτος προκαλεί πόνο. Το τύμπανο χάνει σταδιακά την ευαισθησία του. Άνθρωποι που εργάζονται σε περιβάλλον δυνατών θορύβων χάνουν την ικανότητα να ακούν πιο σιγανούς ήχους. Το πρόβλημα της έντονης ενόχλησης από τους θορύβους ονομάζεται ηχορρύπανση. 

Αντιμετωπίζουμε τους ενοχλητικούς ήχους με την ηχομόνωση, τα ηχοπετάσματα ...