Το Ηλεκτρικό Βραχυκύκλωμα

1.Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα;

Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρονίων ή γενικότερα φορτισμένων σωματιδίων.

2.Αγωγοί, μονωτές και ηλεκτρικό ρεύμα. Τι ξέρεις;

Υπάρχουν υλικά, όπως το γερμάνιο και το πυρίτιο, που κάτω από ορισμένες συνθήκες συμπεριφέρονται άλλοτε ως αγωγοί και άλλοτε ως μονωτές. Αυτά τα υλικά τα ονομάζουμε ημιαγωγούς.

3.Ηλεκτρική πηγή και ηλεκτρικό ρεύμα. Ποια είναι η σχέση τους

Αν συνδέσουμε τους δύο πόλους μιας μπαταρίας με έναν μεταλλικό αγωγό (σύρμα), τότε στο εσωτερικό του σύρματος δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο, οπότε στα ελεύθερα ηλεκτρόνιά του ασκείται ηλεκτρική δύναμη. Η κίνησή τους παύει να είναι τυχαία και προσανατολίζεται από την κατεύθυνση της δύναμης. Έτσι, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο. Στον μεταλλικό αγωγό λοιπόν εμφανίζεται προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρονίων, δηλαδή ηλεκτρικό ρεύμα.

Ηλεκτρικό πεδίο λέγεται κάθε περιοχή του χώρου που ασκεί δύναμη σε όσα ηλεκτρικά φορτία βρεθούν μέσα της.

4.Τι είναι η ένταση (Ι) του ηλεκτρικού ρεύματος;

Ορίζουμε την ένταση (Ι) του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό ως το φορτίο (q) που διέρχεται από μία διατομή του

αγωγού σε χρονικό διάστημα (t) προς το χρονικό διάστημα. Δηλαδή:

Ι = q/t

5.Ποια είναι η μονάδα της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος;

Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι θεμελιώδες μέγεθος. Η μονάδα μέτρησής της είναι το 1 Α (αμπέρ).

Υποπολλαπλάσια του 1 Α

1 mA = 10^-3 Α και 1 μΑ = 10^-6 Α.

Πολλαπλάσια του 1 Α

Είναι κυρίως το 1 kA = 1.000 A = 10³ A.

[Θυμήσου ότι στο S.I. η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναιτο 1 C (κουλόμπ).]

Tο ηλεκτρικό ρεύμα το μετράμε με ένα όργανο που λέγεται αμπερόμετρο.Το αμπερόμετρο το παρεμβάλλουμε στον αγω γό

που διαρρέεται από ρεύμα, για να διέλθει από αυτό το ρεύμα. Αυτός ο τρόπος σύνδεσης λέγεται σύνδεση σε σειρά.

β) Συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος

Αν στο εσωτερικό των αγωγών κινούνταν θετικά φορτισμένα σωματίδια, η κίνησή τους θα ήταν από τον θετικό πόλο της πηγής προς τον αρνητικό. Στους μεταλλικούς αγωγούς όμως δε γίνεται να κινηθούν τα θετικά φορτισμένα σωματίδια (ιόντα). Ωστόσο, για ιστορικούς λόγους έχει επικρατήσει να θεωρούμε ότι η φορά του ηλεκτρικού ρεύματος ταυτίζεται με τη φορά κίνη-

σης φανταστικών (υποθετικών) θετικών φορτίων.

Η φορά κίνησης των θετικών φορτίων σ’ έναν αγωγό ονομάζεται συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος.

7.Τι ξέρεις για τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος;

Μπορούμε να κατατάξουμε τα φαινόμενα που προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα στις εξής κατηγορίες:

1. Θερμικά φαινόμενα

Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί τη θέρμανση των σωμάτων τα οποία διαρρέει.

2. Ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα

Οι αγωγοί που διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργούν γύρω τους μαγνητικά πεδία. Έτσι ασκούν μαγνητικές δυνάμεις, αλληλεπιδρώντας είτε μεταξύ τους, είτε με σιδερένια υλικά, είτε με μαγνήτες.

3. Χημικά φαινόμενα

Όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από χημικές ουσίες, προκαλεί χημικές μεταβολές.

8.Τι είναι το ηλεκτρικό κύκλωμα;

Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται κάθε διάταξη που αποτελείται από κλειστούς αγώγιμους «δρόμους», μέσω των οποίων μπορεί να διέλθει ηλεκτρικό ρεύμα.

9.Ηλεκτρική πηγή και ενέργεια. Τι γνωρίζεις;

Η πηγή δημιουργεί στο κύκλωμα ηλεκτρικό πεδίο. Το ηλεκτρικό πεδίο ασκεί δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του κυκλώματος θέτοντάς τα σε προσανατολισμένη κίνηση. Η δύναμη αυτή μετατοπίζει τα ηλεκτρόνια, επομένως παράγει έργο.

Το έργο της δύναμης που ασκεί στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του κυκλώματος το ηλεκτρικό πεδίο της πηγής εκφράζει την ενέργεια

που μεταφέρεται από την πηγή στα κινούμενα φορτία. Την ενέργεια αυτή την αποκαλούμε ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος

Η ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος λοιπόν προέρχεται από την πηγή που θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των μεταλλικών αγωγών του κυκλώματος.

Η διαφορά δυναμικού στο ηλεκτρικό κύκλωμα

Η τάση της δίνει την ενέργεια ανά μονάδα φορτίου που προσφέρει η πηγή.

Μονάδα διαφοράς δυναμικού (τάσης) στο S.I.

Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης (διαφοράς δυναμικού) στο S.I. είναι το 1 V (βολτ).

Ηλεκτρική πηγή τάσης 1 V προσφέρει ενέργεια ίση με 1 J (τζάουλ) σε ηλεκτρόνια συνολικού φορτίου 1 C όταν διέρχονται από αυτήν.

Κάθε συσκευή στην οποία μία μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική ονομάζεται πηγή ηλεκτρικής ενέργειας ή απλώς ηλεκτρική πηγή.

Η διαφορά δυναμικού ή ηλεκτρική τάση μεταξύ των δύο πόλων μιας πηγής μάς δίνει την ενέργεια που προσφέρεται από την πηγή σε κάθε «πακέτο» ηλεκτρονίων με συνολικό φορτίο 1 C όταν διέρχονται από αυτή

10.Τι λέμε καταναλωτή;

Ένας λαμπτήρας, όπως και κάθε συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια άλλης μορφής, ονομάζεται καταναλωτής ή μετατροπέας.

Τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων ενός στοιχείου του κυκλώματος, π.χ. μπαταρίας, λαμπτήρα, κινητήρα κτλ., τη μετράμε με τη βοήθεια ενός οργάνου που λέγεται βολτόμετρο.Τα άκρα του βολτόμετρου συνδέονται με τα άκρα του στοιχείου στα

οποία θέλουμε να μετρήσουμε τη διαφορά δυναμικού. Λέμε ότι το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα με το στοιχείο.

Με το βραχυκύκλωμα, η θερμοκρασία των εσωτερικών αγωγών μιας συσκευής αυξάνεται τόσο πολύ, που αυτοί κινδυνεύουν να λιώσουν και η συσκευή να καταστραφεί.

11.Πώς προστατευόμαστε από τα βραχυκυκλώματα; Τι ξέρεις για τις ασφάλειες;

Για να προστατέψουμε τις συσκευές από ένα τέτοιο ενδεχόμενο, χρησιμοποιούμε τις ηλεκτρικές ασφάλειες.Σήμερα υπάρχουν πολλών ειδών ασφάλειες, αλλά η κλασική ασφάλεια είναι η τηκόμενη ασφάλεια. Αυτή είναι ένα απλό συρματάκι που παρεμ-

βάλλεται στο κύκλωμα. Όταν η ένταση του ρεύματος στο κύκλωμα ξεπε-ράσει τις επιτρεπόμενες τιμές, η άνοδος της θερμοκρασίας που προκαλεί επιφέρει ως αποτέλεσμα την τήξη του μετάλλου του σύρματος της ασφάλειας. Έτσι, το κύκλωμα ανοίγει, όπως λέμε, και το ρεύμα διακόπτεται, πριν προλάβει να προκαλέσει άλλα, ανεπιθύμητα αποτελέσματα.

Ασκήσεις

1.Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται η ....................... κίνηση ....................... ή γενικότερα ....................... σωματιδίων.

2. Σ’ έναν ....................... είναι δυνατόν να συμβεί προσανατολισμένη κίνηση ......................., ενώ κάτι τέτοιο δε συμβαίνει στους ....................... .

3. Αν συνδέσουμε τους δύο πόλους μιας μπαταρίας με ένα σύρμα, τότε στο εσωτερικό του σύρματος δημιουργείται ηλεκτρικό ....................... που ασκεί ....................... στα ....................... ηλεκτρόνιά του και τα βάζει σε....................... κίνηση. Αυτή η ....................... κίνηση των ηλεκτρονίων είναι ....................... ................................. .

4. Ορίζουμε την ....................... (Ι) του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό ως το ....................... (........) που διέρχεται από μία....................... του αγωγού σε ....................... διάστημα (........) προς το....................... διάστημα.Δηλαδή Ι = ..... / .....

5. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος στο S.I. είναι ....................... μέγεθος.Η μονάδα μέτρησής της είναι το .......................Στις εφαρμογές, το ηλεκτρικό ρεύμα το μετράμε με ένα όργανο που λέγεται .......................Η φορά κίνησης των ηλεκτρονίων σ’ έναν μεταλλικό αγωγό είναι η....................... φορά του ρεύματος.

6. Η φορά κίνησης των θετικών φορτίων σ’ έναν μεταλλικό αγωγό είναι η....................... φορά του ρεύματος.

7. Τα φαινόμενα που προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα τα κατατάσσουμε στις εξής κατηγορίες: 1. ............. φαινόμενα. 2. ............. φαινόμενα. 3. ............. φαινόμενα.

8. Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται κάθε διάταξη που αποτελείται από....................... αγώγιμους «.......................», μέσω των οποίων μπορεί να...................... ηλεκτρικό ρεύμα.

9. Όταν η ....................... των ηλεκτρονίων σ’ ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι κλειστή, δηλαδή δε ....................... πουθενά, θα λέμε ότι έχουμε ένα....................... ηλεκτρικό κύκλωμα.

10. Όταν σ’ ένα ηλεκτρικό κύκλωμα η ....................... των ηλεκτρονίων κάπου διακόπτεται, ....................... η κίνηση των ηλεκτρονίων και το κύκλωμα ονομάζεται ....................... κύκλωμα.

11. Από ένα ανοιχτό ηλεκτρικό κύκλωμα δε ............................ ηλεκτρικό....................... .

12. Κάθε συσκευή στην οποία μία ....................... ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική ονομάζεται ....................... ηλεκτρικής ....................... ή απλώς....................... πηγή.

13. Η διαφορά δυναμικού ή ........... ........... μεταξύ των δύο πόλων μιας πηγής μάς δίνει την ....................... που προσφέρεται από την πηγή σε κάθε «πακέτο» ....................... με συνολικό φορτίο ....................... όταν διέρχονται από αυτήν.

14. Ένας λαμπτήρας, όπως και κάθε συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια άλλης ......................., ονομάζεται .......................ή ....................... .

15. Όταν οι δύο ....................... μιας ....................... πηγής συνδεθούν μεταξύ τους με έναν .......................... πολύ μικρής ........................., δημιουργείται....................... .

16. Με το βραχυκύκλωμα, η ....................... των ....................... αγωγών μιας συσκευής ................................ τόσο πολύ, που αυτοί κινδυνεύουν να....................... και η συσκευή να ....................... .

17. Για να ............................ τις συσκευές από ένα βραχυκύκλωμα, χρησιμο ποιούμε τις ....................... .......................... .

18.Τι ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα;

19. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

α. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι κάθε προσανατολισμένη κίνηση αντικειμένων

β. Η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρονίων είναι πιο εύκολα πραγματοποιήσιμη στους μονωτές απ’ ό,τι στους αγωγούς.

γ. Η προσανατολισμένη κίνηση των ηλεκτρονίων στους αγωγούς διευκολύνεται από την ύπαρξη των ελεύθερων ηλεκτρονίων.

δ. Καμία από τις παραπάνω προτάσεις δεν είναι σωστή

20.Τι θα συμβεί αν συνδέσουμε και τους δύο πόλους μιας μπα-

ταρίας με έναν μεταλλικό γωγό (σύρμα);

21.Να χαρακτηρίσεις καθεμία από τις προτάσεις που ακολουθούν

ως σωστή (Σ) ή ως λανθασμέ η (Λ).

α. Η μπαταρία είναι πηγή ρεύματος.

β. Είναι αδύνατη η κίνηση ηλεκτρονίων μέσα στους μονωτές.

γ. Συνδέουμε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος με το πόσο ισχυρά ή ασθενή αποτελέσματα προκαλεί.

δ. Αν συνδέσουμε έναν μεταλλικό αγωγό στους πόλους μιας μπαταρίας, στον μεταλλικό αγωγό θα εμφανιστεί προσανατολισμένη κίνηση ιόντων.

22. Ένταση (Ι) του ηλεκτρικού ρεύματος (Ορισμός – μονάδαστο S.I.).

23. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

α. Μονάδα έντασης ηλεκτρικού ρεύματος στο S.I. είναι το 1 mA.

β. Στις εφαρμογές, το ηλεκτρικό ρεύμα το μετράμε με το αμπερόμετρο.

γ. Όσο ισχυρότερο είναι το ρεύμα, σε τόσο περισσότερο χρόνο συγκεκριμένο ηλεκτρικό φορτίο διέρχεται από μία διατομή.

δ. Καμία από τις παραπάνω προτάσεις δεν είναι σωστή.

24. Να χαρακτηρίσεις καθεμία από τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστή (Σ) ή ως λανθασμένη (Λ).

α. Ο τρόπος με τον οποίο συνδέονται το αμπερόμετρο με τον ρευματοφόρο αγωγό λέγεται σύνδεση σε σειρά.

β. Η φορά κίνησης των ηλεκτρονίων σε έναν μεταλλικό αγωγό είναι η πραγματική φορά του ρεύματος.

γ. Η φορά κίνησης των θετικών φορτίων σε έναν αγωγό ονομάζεται πραγματική φορά του ρεύματος.

δ. Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μόνο θερμικά φαινόμενα.

25. Τι ονομάζουμε ηλεκτρικό κύκλωμα;

26.Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

α. Για να είναι μία διάταξη η λεκτρικό κύκλωμα, πρέπει απαραίτητα να έχει σχήμα κύκλου.

β. Από ένα ανοιχτό ηλεκτρικό κύκλωμα δε διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα.

γ. Η ηλεκτρική πηγή θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρό -

νια, επειδή δημιουργεί μαγνητικό πεδίο.

δ. Καμία από τις παραπάνω προτάσεις δεν είναι σωστή.

27. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

α. Όταν σε ένα κύκλωμα ο διακόπτης είναι ανοιχτός, το κύκλωμα είναι ανοιχτό, οπότε διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα.

β. Η ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος οφείλεται στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος.

γ. Η ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος προέρχεται από την πηγή που θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια

των μεταλλικών αγωγών του κυκλώματος.

δ. Καμία από τις παραπάνω προτάσεις δεν είναι σωστή.

28. Τι ονομάζεται ηλεκτρική πηγή;