Π.Π.Γ προετοιμασία Α΄γυμνασίου

 ονομάζονται οι πηγές ενέργειας που εξαναντλούνται και υποβαθμίζονται με πολύ μεγαλύτερο ρυθμό από το ρυθμό με τον οποίο  τις δημιουργεί η φύση.

Τα αποθέματα όμως του πετρελαίου και του φυσικού αερίου είναι περιορισμένα, ενώ τα κοιτάσματα των ορυκτών ανθράκων ολοένα και λιγοστεύουν. Ο ρυθμός με τον οποίο αντλούμε και υποβαθμίζουμε αυτές τις πηγές ενέργειας είναι πολύ μεγαλύτερος από το ρυθμό με τον οποίο η φύση τις δημιουργεί.

Επιπλέον όμως είναι και ρυπογόνες. Η διάσπαση των μορίων τους κατά την καύση ελευθερώνει άτομα άνθρακα που είτε σχηματίζουν μόρια που παραμένουν στην ατμόσφαιρα ως αιθάλη είτε ενώνονται με άτομα οξυγόνου δημιουργώντας μόρια βλαβερών αερίων.

ονομάζουμε τα διάφορα πρόσωπα με τα οποία εμφανίζεται η ενέργεια. Τέτοιες είναι:

• κινητική: ενέργεια που έχει ένα σώμα λόγω της κίνησής του
• δυναμική: ενέργεια που έχει ένα σώμα λόγω της θέσης του ή των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό
• θερμική: κινητική ενέργεια των μορίων σώματος λόγω των συνεχών και τυχαίων κινήσεών τους
• θερμότητα: ενέργεια που μεταδίδεται από ένα θερμότερο σε ένα άλλο ψυχρότερο σώμα
• ηλεκτρική: ενέργεια που μεταφέρεται μέσα από τα ηλεκτρικά κυκλώματα
• πυρηνική: ενέργεια που προκύπτει από την πυρηνική σχάση και σύντηξη
• χημική: ενέργεια που περιέχουν τα ορυκτά καύσιμα, οι τροφές οι μπαταρίες
• φωτεινή ενέργεια: ενέργεια του φωτός
• χημική ενέργεια: Η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στα μόρια των σωμάτων

 Δείτε ένα βίντεο σχετικό ...

Η ενέργεια στη φύση αποθηκεύεται με διάφορες μορφές. Τις «αποθήκες» ενέργειας τις ονομάζουμε πηγές ενέργειας

Ο ήλιος

Ο Ήλιος ακτινοβολεί αδιάκοπα ενέργεια στο σύμπαν. Η ενέργεια του Ήλιου είναι πυρηνική, ενέργεια δηλαδή που προέρχεται από τη συνένωση, τη σύντηξη, πυρήνων υδρογόνου και τη δημιουργία πυρήνων του χημικού στοιχείου ηλίου. Από την ενέργεια που ακτινοβολεί ο Ήλιος ένα πολύ μικρό μέρος φτάνει στη Γη. Κι όμως αυτό είναι αρκετό, για να συντηρεί τη ζωή στον πλανήτη μας. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, όλες οι πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούμε, έχουν δημιουργηθεί από την ενέργεια του Ήλιου. Με τα φωτοβολταϊκά μετατρέπουμε απευθείας την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

Τα φυτά και τα ζώα

Τα φυτά αναπτύσσονται χάρη στην ενέργεια που ακτινοβολεί ο Ήλιος. Τα ζώα τρέφονται με φυτά ή με άλλα ζώα που τρέφονται με φυτά. Η ενέργεια, που είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των φυτών και των ζώων, προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από τον Ήλιο με τη φωτοσύνθεση.

Τρόφιμα

Οι ζωντανοί οργανισμοί παίρνουν την απαραίτητη ενέργεια από τα τρόφιμα. Δεν είναι όμως αποθηκευμένη η ίδια ενέργεια σε όλα τα τρόφιμα. Στη ζάχαρη, για παράδειγμα, είναι αποθηκευμένη πολύ περισσότερη ενέργεια απ' ότι στην ίδια ποσότητα ψωμιού.

Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο

Από διάφορους ζωικούς και φυτικούς μικροοργανισμούς, που θάφτηκαν στο υπέδαφος, δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών τα κοιτάσματα πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η χημική ενέργεια του πετρελαίου και του φυσικού αερίου προέρχεται, λοιπόν, από την ενέργεια που οι μικροοργανισμοί αυτοί είχαν αποθηκεύσει από τον Ήλιο.

Οι ορυκτοί άνθρακες ή γαιάνθρακες

Οι ορυκτοί άνθρακες βρίσκονται στο υπέδαφος. Σχηματίστηκαν εκεί κατά τη διάρκεια πολλών εκατομμυρίων χρόνων, από φυτικές ουσίες που θάφτηκαν μετά από φυσικές καταστροφές. Η χημική ενέργεια στους γαιάνθρακες προέρχεται, λοιπόν, από την ενέργεια που τα φυτά είχαν αποθηκεύσει, καθώς αναπτύσσονταν, ουσιαστικά η ενέργειά τους πρροέρχεται από τον ήλιο. Με την καύση τους μετατρέπουμε την ενέργεια τους σε θερμική και στη συνέχεια σε άλλες ωφέλιμες μορφές π.χ ηλεκτρική.  Είναι πολύ έντονη η υποβάθμιση της ενέργειας.

Οι ορυκτοί άνθρακες έχουν πολλές μορφές. Ανάλογα με την περιεκτικότητά τους σε άνθρακα διακρίνονται σε τύρφη, λιγνίτη, λιθάνθρακα και ανθρακίτη.

Οι άνεμοι

Οι άνεμοι δημιουργούνται, καθώς οι διάφορες περιοχές της Γης θερμαίνονται σε διαφορετικό βαθμό από τον Ήλιο. Με τις αναμογεννήτριες μετατρέπουμε την αιολική ενέργεια σε ηλεκτρική.

Το νερό

Υδροηλεκτρικά εργοστάσια ονομάζονται οι εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με την εκμετάλλευση της δυναμικής ενέργειας του νερού (π.χ ενός ποταμού, μιας λίμνης κτλ.). Δεδομένου ότι παράγουν ενέργεια χωρίς να καταναλώνουν φυσικούς πόρους, θεωρούνται ανανεώσιμες πηγές.

Πυηνική ενέργεια

Πυρηνική ενέργεια ή ατομική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν μετασχηματίζονται ατομικοί πυρήνες. Είναι δηλαδή η δυναμική ενέργεια που είναι εγκλεισμένη στους πυρήνες των ατόμων λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων που τα συνιστούν. Η πυρηνική ενέργεια απελευθερώνεται κατά τη σχάση ή σύντηξη των πυρήνων και εφόσον οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι ελεγχόμενες (όπως συμβαίνει στην καρδιά ενός πυρηνικού αντιδραστήρα) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καλύψει ενεργειακές ανάγκες. Τα ιδιαίτερα επικίνδυνα πυρηνικά ατυχήματα και η δυσκολία διαχείρισης των αποβλήτων καθιστούν την ανθρωπότητα επιφυλακτική στη χρήση της πυρηνικής ενέργειας.

Γεωθερμία

Γεωθερμία ή Γεωθερμική ενέργεια ονομάζουμε τη φυσική θερμική ενέργεια της Γης που διαρρέει από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια. Η μετάδοση θερμότητας πραγματοποιείται με δύο τρόπους:

α) Με αγωγή από το εσωτερικό προς την επιφάνεια 

β) Με ρεύματα μεταφοράς, που περιορίζονται όμως στις ζώνες κοντά στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών, λόγω ηφαιστειακών και υδροθερμικών φαινομένων.

Μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο έχει η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας για την κάλυψη αναγκών του, καθώς είναι μια πρακτικά ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.

ονομάζουμε τη μετατροπή της σε μορφές που δεν μπορούμε να αξιοποιήσουμε. Μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια του περιβάλλοντος.

Η ενέργεια από το πετρέλαιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα. Όταν όμως χρησιμοποιούμε το πετρέλαιο για την κίνηση του φορτηγού, η ενέργεια υποβαθμίζεται. Μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια στη μηχανή του αυτοκινήτου ή στα ελαστικά, καθώς αυτά τρίβονται στο οδόστρωμα.Η ενέργεια που αποδίδεται με τη μορφή θερμότητας κατά την καύση του πετρελαίου προέρχεται από τη διάσπαση των μορίων του στα άτομα από τα οποία αυτά αποτελούνται. Στα μόρια του πετρελαίου έχει αποθηκευτεί ενέργεια που προήλθε από τον Ήλιο πριν εκατομμύρια χρόνια. Η ενέργεια αυτή ελευθερώνεται κατά την καύση, όταν οι δυνάμεις που συγκρατούν τα άτομα άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου, από τα οποία αποτελούνται τα μόρια του πετρελαίου, παύουν να υπάρχουν και τα μόρια διασπώνται.

Κάνε κλικ εδώ ή πάνω στην εικόνα για να δεις τον εννοιολογικό χάρτη με την ταξινόμηση των ζώων.  Πατώντας πάνω στα εικονίδια, δίπλα στο όνομα, βλέπεις και την περιγραφή κάθε κατηγορίας.

Αγωγοί ονομάζονται τα υλικά μέσα από τα οποία είναι δυνατή η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα, όπως ο σίδηρος, το αλουμίνιο, ο χαλκός και άλλα. Αγωγός είναι και ο γραφίτης.

Πάντα οι αγωγοί περιβάλλονται από μονωτές για να αποφευχθεί ο κίνδυνος διαρροών ηλεκτρικού ρεύματος.

Οι ασφάλειες μας προστατεύουν από τα βραχυκυκλώματα.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια ακολουθούν κάθε φορά την ευκολότερη πορεία, την πορεία δηλαδή με τη μικρότερη αντίσταση. Την πορεία αυτή, όταν δεν είναι επιθυμητή, την ονομάζουμε βραχυκύκλωμα. Από τα βραχυκυκλώματα μάς προστατεύουν οι ασφάλειες που διακόπτουν το κύκλωμα και εμποδίζουν τη ροή των ελεύθερων ηλεκτρονίων, όταν η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος γίνει πολύ μεγάλη.

ονομάζεται το στοιχείο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, με το οποίο μπορούμε να διακόπτουμε τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος..

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

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.

Μονωτές ονομάζονται τα υλικά μέσα από τα οποία δεν είναι δυνατή η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Μονωτές είναι το ξύλο, το ύφασμα, το γυαλί και τα πλαστικά.

Γεννήτριες ονομάζονται οι συσκευές με τις οποίες μετατρέπουμε ενέργεια διαφόρων μορφών σε ηλεκτρική.

Ουσιαστικά ένας μαγνήτης περιστρέφεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου. Η πιο απλή αλλά και συνηθισμένη γεννήτρια που χρησιμοποιούμε καθημερινά είναι το δυναμό που προσαρμόζεται στη ρόδα ενός ποδηλάτου. Εδώ η περιστροφή του μαγνήτη γίνεται από τη ρόδα που θέτουμε σε κίνηση, καθώς κάνουμε πεντάλ.

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 λειτουργία των ηλεκτρικών κινητήρων στηρίζεται στις μαγνητικές ιδιότητες που αποκτούν οι αγωγοί, όταν μέσα τους ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική.

Δες την αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα ...

Μαγνήτες ονομάζονται τα σώματα που έχουν την ιδιότητα να έλκουν ορισμένα σιδηρομαγνητικά υλικά, όπως ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο.

Μαγνητικοί πόλοι ονομάζονται οι δύο περιοχές του μαγνήτη στις οποίες οι μαγνητικές ιδιότητες είναι εντονότερες.

 Οι όμοιοι μαγνητικοί πόλοι έλκονται οι διαφορετικοί απωθούνται με δύναμη που μικραίνει όσο η απόσταση των μαγνητών αυξάνεται.

Γήινος μαγνητισμός

Η μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας προσανατολίζεται πάντα προς το Βορρά, επειδή η Γη συμπεριφέρεται ως τεράστιος μαγνήτης. Ο νότιος πόλος του γήινου μαγνήτη, ο νότιος μαγνητικός πόλος της Γης, βρίσκεται κοντά στο βόρειο γεωγραφικό πόλο, ενώ ο βόρειος πόλος του γήινου μαγνήτη, ο βόρειος μαγνητικός πόλος της Γης βρίσκεται κοντά στο νότιο γεωγραφικό.

Ο Faraday απέδειξε πειραματικά  ότι  η κίνηση δηλαδή μαγνητών με τον κατάλληλο τρόπο να προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα. Τα πειράματά του οδήγησαν στην ηλεκτρική γεννήτρια.