4. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΕΝΝΟΙΕΣ ΝΟΜΟΙ Το κεχριμπάρι, το γυαλί, ο πλαστικός χάρακας, το χαρτάκι, το ηλεκτρικό εκκρεμές, το ηλεκτροσκόπιο, η ηλεκτροστατική μηχανή η ΕΛΞΗ , η ΑΠΩΣΗ, η ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ με τριβή, η ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ με επαφή, η ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ από απόσταση, η ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ φορτίου, η ΜΕΤΑΦΟΡΑ φορτίου η απόσταση, η δύναμη , το ηλεκτρικό φορτίο, θετικό φορτίο, αρνητικό φορτίο, ο αγωγός, ο μονωτής, το ηλεκτρικό πεδίο, Θεωρία για δύο είδη φορτίου, ο νόμος του Coulomb , η Διατήρηση του φορτίου, Θεωρία για τη δομή του ατόμου, Θεωρία για ελεύθερα ηλεκτρόνια
6. Τρίβουμε μια χτένα με ένα κομμάτι ύφασμα και την φέρνουμε κοντά σε κομματάκια από χαρτί Συμπεραίνουμε ότι το γυαλί ΕΛΚΕΙ τα κομματάκια Τρίβουμε ένα κομμάτι γυαλί με μεταξωτό ύφασμα και το φέρνουμε κοντά σε κομματάκια από χαρτί Συμπεραίνουμε ότι η χτένα ΕΛΚΕΙ τα κομματάκια από χαρτί Τρίβουμε με ύφασμα δυο μικρά φουσκωμένα μπαλόνια, αφού τα έχουμε κρεμάσει με κατακόρυφες κλωστές. Συμπεραίνουμε ότι ότι ΑΠΩΘΟΥΝΤΑΙ Βλέπουμε τα μπαλόνια να απομακρύνονται Βλέπουμε τα χαρτάκια να πλησιάζουν στη χτένα Βλέπουμε τα χαρτάκια να πλησιάζουν το γυαλί 1 2 3
7. Συμπεραίνουμε ότι αυτό συμβαίνει και επειδή ΕΛΚΕΤΑΙ από τον τοίχο Έχουμε κρεμάσει ένα καλαμάκι από κλωστή και το τρίβουμε με ύφασμα. Τρίβουμε μια χτένα με ύφασμα και την πλησιάζουμε στο καλαμάκι Συμπεραίνουμε ότι η Β ΕΛΚΕΙ τη Α Έχουμε κρεμάσει με κλωστή μια ράβδο Α από λάστιχο και την τρίβουμε με ύφασμα. Τρίβουμε μια γυάλινη ράβδο Β, με μεταξωτό ύφασμα, και την πλησιάζουμε στην Α Τρίβουμε ένα μπαλόνι με ύφασμα και το πλησιάζουμε στον τοίχο Το βλέπουμε να «κολλάει» στον τοίχο και να μην πέφτει Βλέπουμε τη ράβδο Α να πλησιάζει την Β Βλέπουμε το καλαμάκι να απομακρύνεται από τη χτένα Συμπεραίνουμε ότι η χτένα ΑΠΩΘΕΙ το καλαμάκι 4 5 6
8. 2. Η ΕΛΞΗ ανάμεσα σε δύο αντικείμενα τα οποία – και τα δύο – τα έχουμε τρίψει ( φαινόμενο 4 ) η ανθρώπινη ΣΚΕΨΗ Η ΣΚΕΨΗ μας μπροστά σε αυτή την ποικιλία φαινομένων το πρώτο που επιδιώκει είναι να βάλει μια ΤΑΞΗ . Διακρίνουμε ότι τα «ένα σωρό» φαινόμενα είναι ΤΡΙΑ . 1. Η ΕΛΞΗ ανάμεσα σε αντικείμενο που τρίψαμε και σε ένα άλλο που δεν το αγγίξαμε ( φαινόμενα 1, 2, 6 ) 3. Η ΑΠΩΣΗ ανάμεσα σε δύο αντικείμενα τα οποία – και τα δύο - τα έχουμε τρίψει ( φαινόμενα 3 και 5 )
9. Τα σχετικά ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ και τα αντίστοιχα ερωτήματα απασχόλησαν τους Ευρωπαίους ερευνητές από τον 17ο αιώνα Είχε προηγηθεί η πανάρχαια παρατήρηση του Θαλή του Μιλήσιου ότι το « ΗΛΕΚΤΡΟΝ » όταν τριφτεί έλκει μικρά ελαφριά αντικείμενα . για την οποία όμως κανείς δεν ενδιαφέρθηκε στα 2200 χρόνια που ακολούθησαν.
10. Εν τω μεταξύ οι ελληνόφωνοι , επηρεασμένοι από την τουρκική γλώσσα -kehribar - , το ΗΛΕΚΤΡΟΝ το έλεγαν ΚΕΧΡΙΜΠΑΡΙ Η ελληνική λέξη « ΗΛΕΚΤΡΟΝ » - απολιθωμένο ρετσίνι των πεύκων – έδωσε ΟΝΟΜΑ στα φαινόμενα αυτά . Ο πρώτος ερευνητής που ενδιαφέρθηκε γι αυτά, ο Άγγλος William Gilbert , έτος 1600 μετά Χριστόν, τα ονόμασε, σε γλώσσα αγγλική, ELECTRICAL ήλεκτρον - κεχριμπάρι
11. Η έρευνα του Gilbert έδειξε ότι δεν ήταν μόνο το κεχριμπάρι . ΕΛΞΗ σε ελαφριά αντικείμενα μπορούσε κανείς να προκαλέσει αν έτριβε θειάφι, γυαλί, εβονίτη, ξύλο, και όχι μόνο Λίγο αργότερα, στις αρχές δηλαδή του 17ου αιώνα, διαπιστώθηκε και η ΕΛΞΗ ανάμεσα σε γυαλί και κεχριμπάρι που έχουν προηγουμένως τριφτεί Ενώ μερικές δεκαετίες αργότερα – το έτος 1629 – διαπιστώθηκε και η ΑΠΩΣΗ
13. Η πρώτη ιδέα ήταν Τρίβοντας ένα υλικό αντικείμενο όπως το κεχριμπάρι ή το γυαλί δημιουργείται «κάτι» το οποίο - κατά το τέλος του αιώνα - θα ονομαστεί ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ . Λέμε τότε ότι το αντικείμενο είναι ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΟ η οποία , γεννημένη στη σκέψη των ερευνητών του 18ου αιώνα, εξακολουθεί να κάνει μια ιδιαίτερα σημαντική «καριέρα» στη Φυσική. η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ
14. Το γεγονός ότι τα ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα άλλοτε έλκονται και άλλοτε απωθούνται οδήγησε τη σκέψη των ερευνητών – μετά από αναζητήσεις εκατό ετών – στην ιδιαίτερα σημαντική ΙΔΕΑ ότι Το φορτίο VITREOUS ( που εμφανίζεται με τριβή στο γυαλί ) και το φορτίο RECINOUS ( που εμφανίζεται στο απολιθωμένο ρετσίνι-ήλεκτρο ) έτσι ώστε δύο αντικείμενα με φορτίο διαφορετικού ίδιου τύπου να ΕΛΚΟΝΤΑΙ , ενώ δύο αντικείμενα με φορτίο ίδιου τύπου να ΑΠΩΘΟΥΝΤΑΙ . «τα ΟΜΩΝΥΜΑ έλκονται, τα ΕΤΕΡΩΝΥΜΑ απωθούνται» ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΔΥΟ ΤΥΠΟΙ ΦΟΡΤΙΟΥ
15. Μερικές δεκαετίες αργότερα στα μέσα δηλαδή του 18ου αιώνα προτάθηκαν από τον Φράνκλιν οι όροι ΘΕΤΙΚΟ φορτίο και ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο Φράνκλιν ; Ποιος είναι ο Φράνκλιν; Για τους Αμερικανούς ο Benjamin Franklin – συνήθως εμείς οι Έλληνες τον λέμε Βενιαμίν Φραγκλίνο - είναι ένας από τους «μεγάλους» της ιστορίας τους. Υπήρξε πριν απ’ όλα ο πρώτος επιστήμονας του αμερικανικού έθνους Γεννημένος στη Βοστόνη σε μια εποχή -1706 - που δεν υπάρχει αμερικανικό έθνος, ασχολήθηκε με την έρευνα στη σκοτεινή περιοχή των ηλεκτρικών φαινομένων , υπήρξε ο πρώτος άνθρωπος που υποστήριξε ότι ο κεραυνός δεν είναι η κατάρα των θεών αλλά ένα φυσικό φαινόμενο – μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου – ανακάλυψε το αλεξικέραυνο προσφέροντας μια λύση στην ανθρώπινη αδυναμία, συνέβαλε στη διατύπωση της πρώτης αξιόλογης θεωρίας για τα ηλεκτρικά φαινόμενα . Παράλληλα έπαιξε ένα ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην υπόθεση της Ανεξαρτησίας και στη δημιουργία του αμερικανικού έθνους
16. Ο Φραγκλίνος πρότεινε τις ονομασίες θετικό και αρνητικό διότι ο ίδιος είχε πειστεί ότι το ηλεκτρικό φορτίο είναι «ποσότητα που μπορεί να μετρηθεί» και οι ερευνητές θα μπορούσαν να προσθέτουν αλγεβρικά τα φορτία και να περιγράφουν εμπειρίες όπως ότι 50 μονάδες φορτίου του ενός τύπου με 50 μονάδες φορτίου του άλλου συνιστούν φορτίο μηδενικό . Και γιατί πρότεινε τους όρους ΘΕΤΙΚΟ και ΑΡΝΗΤΙΚΟ ; Τι σχέση έχουν όλα αυτά με τα συν και τα πλην της Άλγεβρας ; Τα υλικά που χρειάστηκε για να ορίσει το ΘΕΤΙΚΟ φορτίο ήταν το γυαλί και το μετάξι. Έδωσε τον ορισμό ότι ΘΕΤΙΚΟ θα λέγεται το φορτίο που εμφανίζεται στο ΓΥΑΛΙ αν το τρίψουμε με ΜΕΤΑΞΙ Τον ορισμό αυτό διατηρούμε και σήμερα ΘΕΤΙΚΟ φορτίο βέβαια εμφανίζει και κάθε σώμα το οποία απωθείται από το φορτισμένο γυαλί.
17. Και για το ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο ; Ποιος είναι ο ορισμός ; ΑΡΝΗΤΙΚΟ λέγεται το ηλεκτρικό φορτίο που αναπτύσσεται σε ΕΒΟΝΙΤΗ εάν τον τρίψουμε με γούνα. Σήμερα όμως μπορούμε να ορίσουμε το ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο και με βάση το ΠΛΑΣΤΙΚΟ αν το τρίψουμε με μάλλινο ύφασμα Ποια είναι τα υλικά που εμφανίζουν ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο ; Είναι τα περισσότερα . Η χτένα , το μπαλόνι, ο πλαστικός χάρακας, το λάστιχο, το καλαμάκι για την πορτοκαλάδα, η πλαστική σακούλα, το βινύλιο, το αφρολέξ, το σελοφάν, Παίζει ρόλο το υλικό με το οποίο θα τα τρίψουμε; Παίζει ρόλο ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο εμφανίζει και κάθε σώμα που απωθεί το φορτισμένο ΠΛΑΣΤΙΚΟ χαρακάκι. εφόσον τα έχουμε τρίψει με ύφασμα
18. η έννοια ΔΥΝΑΜΗ Για την περιγραφή και την ερμηνεία των ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ επιστρατεύτηκε και η έννοια ΔΥΝΑΜΗ – την οποία είχε εισάγει στη Μηχανική ο Νεύτων. μαζί και οι νόμοι της, όπως ο νόμος ΔΡΑΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ σύμφωνα με τον οποίο « εφόσον το καλαμάκι ασκεί δύναμη στη χτένα και η χτένα ασκεί δύναμη στο καλαμάκι δύναμη ίσου μέτρου με αντίθετη κατεύθυνση »
19. η ΕΛΞΗ ανάμεσα σε δύο αντικείμενα τα οποία – και τα δύο – τα έχουμε τρίψει ( φαινόμενο 4 ) ερμηνεύεται με την ΘΕΩΡΙΑ ότι στο ένα αντικείμενο – στο ΓΥΑΛΙ - εμφανίζεται ΘΕΤΙΚΟ φορτίο και στο άλλο – στο ΛΑΣΤΙΧΟ - ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο και το ένα ασκεί στο άλλο ΔΥΝΑΜΗ ελκτική. F +++ _ _ _
20. F Η ΑΠΩΣΗ ανάμεσα σε δύο αντικείμενα τα οποία – και τα δύο - τα έχουμε τρίψει ( φαινόμενα 3 και 5) το φαινόμενο 3 ερμηνεύεται με την ΘΕΩΡΙΑ ότι και στα δύο μπαλόνια εμφανίζεται ηλεκτρικό φορτίο ΑΡΝΗΤΙΚΟ και το ένα ασκεί στο άλλο ΔΥΝΑΜΗ απωστική. - - - - - ενώ το φαινόμενο 5 ερμηνεύεται με την ΘΕΩΡΙΑ ότι τόσο στη χτένα όσο και στο καλαμάκι εμφανίζεται φορτίο ΑΡΝΗΤΙΚΟ και η χτένα ασκεί στο καλαμάκι ΔΥΝΑΜΗ απωστική. Με τη θεωρία αυτή μπορούμε να ερμηνεύουμε άλλα φαινόμενα όπως πλαστικό γούνα μετάξι γυαλί
21. η ΕΛΞΗ ανάμεσα σε αντικείμενο που τρίψαμε και σε ένα άλλο που δεν το αγγίξαμε ( φαινόμενα 1, 2, 6 ) τι γίνεται όμως με το πρώτο όμως από τα φαινόμενα με το οποίο μάλιστα ξεκίνησε η έρευνα με το ήλεκτρο ; Το αντικείμενο που τρίβουμε ΕΧΕΙ ΦΟΡΤΙΟ το άλλο όμως που δεν το αγγίζουμε ΔΕΝ ΕΧΕΙ ΦΟΡΤΙΟ. Πώς εξηγείται ότι πάντα ΕΛΚΟΝΤΑΙ ; Η αρχική θεωρία ότι η ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ γίνεται με τριβή εμπλουτίστηκε. ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ενός σώματος μπορεί να γίνει και ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ Τρίβοντας τη χτένα εμφανίζεται φορτίο ΑΡΝΗΤΙΚΟ. Όταν η χτένα πλησιάζει το χαρτάκι στο ένα του άκρο – αυτό που βρίσκεται προς την πλευρά της χτένας – εμφανίζεται φορτίο αντίθετο, στη συγκεκριμένη περίπτωση ΘΕΤΙΚΟ και τα σώματα ΕΛΚΟΝΤΑΙ. Το ίδιο γίνεται και με το γυαλί το οποίο μετά το τρίψιμό του με μετάξι εμφανίζει βέβαια φορτίο ΘΕΤΙΚΟ οπότε στο άκρο του χωρίς φορτίο σώματος προς το μέρος του γυαλιού εμφανίζεται ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο και τα σώματα ΕΛΚΟΝΤΑΙ
22. Γρήγορα διαπιστώθηκε ότι δεν εμφανίζεται μόνο στο γυαλί ΘΕΤΙΚΟ φορτίο αλλά και στο μεταξωτό ύφασμα εμφανίζεται φορτίο ΑΡΝΗΤΙΚΟ Όταν τρίβουμε ένα κομμάτι γυαλί με μεταξωτό ύφασμα γιατί φορτίζεται μόνο το γυαλί ; Εάν δηλαδή τρίψουμε τη χτένα με ύφασμα στη χτένα εμφανίζεται ΑΡΝΗΤΙΚΟ φορτίο και στο ύφασμα ΘΕΤΙΚΟ; Ακριβώς. μετάξι γυαλί γούνα πλαστικό
23. Η εμπειρία αυτή οδήγησε τη σκέψη στην ΙΔΕΑ ότι « ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ» η οποία αργότερα διαμορφώθηκε σε ένα από τους σημαντικούς ΝΟΜΟΥΣ της Φυσικής, την ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ Και όχι μόνο αυτό. Όταν επινοήθηκαν τρόποι να συγκρίνονται οι ποσότητες φορτίου διαπιστώθηκε ότι το θετικό φορτίο που εμφανίζεται στο γυαλί με τριβή είναι ίσο με το αρνητικό φορτίο που εμφανίζεται στο ύφασμα
24. Η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ που ξεκίνησε ως ένα ακαθόριστο «κάτι» το οποίο εμφανίζεται στα σώματα με τριβή εξελίχθηκε β. σε «κάτι» που ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ ότι και να συμβεί δ. σε «κάτι» που ΑΓΕΤΑΙ - μπορεί δηλαδή και ταξιδεύει – μέσα σε ορισμένα σώματα γ. σε «κάτι» που ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΕΤΑΙ από το ένα σώμα στο άλλο α. σε ΠΟΣΟΤΗΤΑ που μπορούμε να τη ΜΕΤΡΗΣΟΥΜΕ Λέγοντας ότι «μεταβιβάζεται» από ένα σώμα σε ένα άλλο» υπονοούμε ότι αν αγγίξουμε ένα χωρίς φορτίο σφαιρίδιο με μία αρνητικά φορτισμένη ράβδο θα μεταβιβαστεί στο σφαιρίδιο αρνητικό φορτίο ; Ακριβώς Θα είναι μάλιστα πιο εμφανές αν το σφαιρίδιο είναι μεταλλικό.
25. Μπορούμε δηλαδή να διακρίνουμε τρεις μορφές ΗΛΕΚΤΡΙΣΗΣ . 1. Ηλέκτριση ΜΕ ΤΡΙΒΗ 2. Ηλέκτριση ΜΕ ΕΠΑΦΗ 3. Ηλέκτριση ΕΞ ΑΠΟΣΤΑΣΕΩΣ
26. Λέγοντας ότι το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί και ταξιδεύει σε ΟΡΙΣΜΕΝΑ σώματα υπονοούμε ότι υπάρχουν και ΑΛΛΑ σώματα στα οποία «απαγορεύονται τα ταξίδια του»; Η διάκριση των σωμάτων σε ΑΓΩΓΟΥΣ και ΜΟΝΩΤΕΣ προτάθηκε για πρώτη τον 18ο αιώνα και στην εποχή μας θεωρείται απλουστευτική. Εξυπηρετεί ωστόσο για να κατανοήσουμε τις πρώτες έννοιες του ηλεκτρισμού Αυτό ακριβώς εννοούμε. Αν εμφανιστεί ηλεκτρικό φορτίο στο ένα άκρο μιας ράβδου από σίδηρο ή από χαλκό , θα ανιχνεύσουμε φορτίο και στην άλλη άκρη. Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το φορτίο «άγεται» μέσα από το υλικό της ράβδου. Τα σώματα αυτού του τύπου λέγονται ΑΓΩΓΟΙ και είναι τα μέταλλα και όχι μόνο αυτά εάν χρησιμοποιήσουμε όμως ράβδο από γυαλί αυτό δεν θα συμβεί . Το ηλεκτρικό φορτίο δείχνει να «απομονωμένο» στο σημείο που τρίψαμε. Υπάρχει κάτι που απαγορεύει τα ταξίδια του μέσα στο γυαλί. Τα σώματα αυτού του τύπου λέγονται ΜΟΝΩΤΕΣ και είναι το γυαλί, το μπαλόνι, ο πλαστικός χάρακας, το κεχριμπάρι, το καλαμάκι, το ξύλο, το φελιζόλ Όλα δηλαδή σχεδόν τα υλικά που χρησιμοποιήσαμε για τα πειράματα ήταν ΜΟΝΩΤΕΣ Και το κάναμε σκόπιμα. Τρίβοντας ένα καλαμάκι στην άκρη του το φορτίο παραμένει εκεί και δεν απλώνεται και αυτό μας εξυπηρετεί
27. ΑΓΩΓΟΣ, με ηλεκτρικό φορτίο στο ένα άκρο + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Ο ίδιος ΜΟΝΩΤΗΣ, στη συνέχεια ΜΟΝΩΤΗΣ, με ηλεκτρικό φορτίο στο ένα άκρο Ο ίδιος ΑΓΩΓΟΣ, στη συνέχεια ΑΓΩΓΟΙ και ΜΟΝΩΤΕΣ
28. και πώς ξέρουμε ότι «κάπου» υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο; Το φορτίο δεν είναι κάτι ΑΟΡΑΤΟ ; Το ηλεκτρικό φορτίο είναι βέβαια «κάτι» αόρατο και το ΑΝΙΧΝΕΥΟΥΜΕ με βάση τα αποτελέσματα της παρουσίας του. Λόγου χάρη, εφόσον εμφανίζεται, εκδηλώνονται κάποιες ειδικές δυνάμεις . Μια απλή ΔΙΑΤΑΞΗ την οποία επινόησαν οι ερευνητές του 18ου αιώνα είναι το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΕΚΡΕΜΕΣ Ένα ελαφρό αντικείμενο, ας πούμε ένα σφαιρίδιο φελιζόλ, κρεμασμένο από κλωστή Μια πολύ καλύτερη ανακάλυψε το 1748 ο αββάς Nollet. Νολέ. Το ΗΛΕΚΤΡΟΣΚΟΠΙΟ . Υπάρχει και σε κάθε σχολικό εργαστήριο. Μπορείς να ανιχνεύσεις φορτίο αν αγγίξεις με την υπό έρευνα σώμα τον οριζόντιο δίσκο που εξέχει, όπότε τα δύο μεταλλικά φύλλα ΑΝΟΙΓΟΥΝ Πλησιάζεις το άκρο της ράβδου και αυτό «συγκινείται» οπότε υπάρχει στη ράβδο φορτίο ή δεν συγκινείται οπότε δεν . . Μπορείς να κάνεις την ανίχνευση χωρίς να αγγίξεις αρκεί να φέρεις κοντά το σώμα στον δίσκο Όλο το σύστημα από το δίσκο μέχρι τα φύλλα είναι ΑΓΩΓΟΣ, οπότε το ηλεκτρικό φορτίο που μεταβιβάζεται με επαφή στον δίσκο απλώνεται σε όλο το σύστημα, οπότε στα φύλλα εμφανίζεται φορτίο ίδιου τύπου και απωθούνται . Με κατάλληλη βαθμολόγηση μπορούμε να συγκρίνουμε ποσότητες ηλεκτρικού φορτίου
30. Το ερώτημα «ΑΠΟ ΤΙ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ Η ΤΙΜΗ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ;» απασχόλησε τους ευρωπαίους ερευνητές του 18ου αιώνα. το ηλεκτρικό φορτίο ασκεί ΔΥΝΑΜΗ στο ηλεκτρικό φορτίο ΕΛΚΤΙΚΗ εάν τα φορτία είναι ετερώνυμα ΑΠΩΣΤΙΚΗ εφόσον είναι ομώνυμα Τι είναι όμως αυτή η δύναμη; μεγάλη; μικρή; Από τι εξαρτάται η τιμή της; έμαθε για όλους τους προβληματισμούς που είχαν διατυπωθεί, Λίγο πριν ξεσπάσει η Γαλλική Επανάσταση , ο Charles Coulomb , - προφέρεται Σαρλ Κουλόν μολονότι στην Ελλάδα έχει επικρατήσει το Κουλόμπ - αξιωματικός του γαλλικού στρατού επινόησε ένα ευφυή τρόπο για τη μέτρηση του ηλεκτρικού φορτίου, κατασκεύασε έναν εξαιρετικό «ζυγό στρέψης», για τη μέτρηση της δύναμης και μετά από πολλές προσπάθειες, το έτος 1785, οδηγήθηκε στον πρώτο πειραματικό ΝΟΜΟ του Ηλεκτρισμού
31. Για ένα πράγμα είμαι σίγουρη . . . ότι ΟΣΟ πιο μακριά βρίσκονται τα δύο φορτία ΤΟΣΟ πιο μικρή θα είναι η δύναμη ο Coulomb απέδειξε ότι εάν η απόσταση γίνει ΔΥΟ φορές μεγαλύτερη , η δύναμη θα γίνει ΤΕΣΣΕΡΕΙΣ φορές μικρότερη, Τι εννοεί με αυτό ΟΣΟ . . ΤΟΣΟ ; Ότι εάν διπλασιαστεί η απόσταση, η δύναμη θα υποδιπλασιαστεί ; Ναι, αλλά η τιμή της δύναμης πρέπει να εξαρτάται ΚΑΙ από το «πόσο φορτίο» έχει ο «δράστης» οι μετρήσεις του Coulomb έδειχναν ότι εξαρτάται ΚΑΙ από το «πόσο φορτίο» έχει ο «δράστης» αλλά ΚΑΙ από το πόσο φορτίο έχει το «θύμα»
32. ο Νόμος του Coulomb, 1785 F = q 1 r 2 k q 2 F + - 6F Η ασκούμενη δύναμη είναι ανάλογη με το γινόμενο των δύο φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης q q 2q 3q 2r r q F/2 2q + r + ++ +++ ++
33. F = kq 1 q 2 /r 2 . Τι εξίσωση είναι αυτή . . .Θεέ μου . . . Δεν μας δείχνετε καλύτερα ένα έξυπνο πείραμα να το κάνω στο σπίτι να δείξω ότι κάτι μαθαίνω . . Πας στην κουζίνα, ανοίγεις τη βρύση να τρέχει λίγο ίσα ίσα να σχηματίζεται φλέβα. Έχεις προηγουμένως τρίψει μια τσατσάρα πάνω σε μάλλινο. Πλησιάζεις την τσατσάρα στη φλέβα και τους δείχνεις ότι η φλέβα καμπυλώνεται. Η μαμά τουλάχιστον εντυπωσιάζεται, η μικρή σου αδελφή σε παραδέχεται Καλό ακούγεται
34. τελικά με τις ηλεκτρικές δυνάμεις μπορείς να μετακινήσεις ελαφριά αντικείμενα κάνα χαρτάκι, ένα καλαμάκι, ένα κομματάκι φελιζόλ, τη στάχτη από το τσιγάρο του μπαμπά, άντε και κάνα μπαλόνι . . Τίποτε πιο βαρύ δεν μπορούμε να μετακινήσουμε; Πριν αρχίσουν να σε σχολιάζουν, στρέψε το κυλινδρικό κουτί και βάλτο όχι όρθιο αλλά έτσι ώστε να είναι έτοιμο να κυλήσει. Βάλτο το κουτί σε οριζόντιο τραπέζι όρθιο και ζήτησε από τον μπαμπά εάν μπορεί να το μετακινήσει με τη χτένα που του δίνεις στο χέρι. Πριν τον φέρεις σε αμηχανία τρίψε τη χτένα σε μάλλινο πλησίασε την στο κουτί έτσι όπως είναι όρθιο, οπότε δεν θα συμβεί τίποτα. Θα τα καταφέρεις να το κάνεις να κυλήσει και να εισπράξεις θαυμασμό Μ’ αρέσει πολύ. Θα το δοκιμάσω όμως πριν μόνη μου Τρίψε πάλι τη χτένα στο μάλλινο και πλησίασέ την στο κουτί Βρες μια χτένα κι ένα άδειο αλουμινένιο κουτί από μπίρα ή κόκα κόλα.
35. Μετά τον νόμο του Coulomb οι φυσικοί βρήκαν τρόπους να μετρούν το ηλεκτρικό φορτίο. Το ηλεκτρικό φορτίο έγινε ΠΟΣΟΤΗΤΑ με σύμβολο το γράμμα q . Πολλά χρόνια αργότερα ορίστηκε και η μονάδα ηλεκτρικού φορτίου στην οποία δόθηκε το όνομα του Coulomb. Το ένα Coulomb συμβολίζεται με 1C. Το 1 C είναι πολύ μεγάλη ποσότητα φορτίου σε σχέση με αυτό που εμφανίζεται τρίβοντας ένα κομμάτι γυαλί. Πώς μπορούμε να δημιουργήσουμε ΜΕΓΑΛΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑ ηλεκτρικού φορτίου ; Ήταν ένα ερώτημα με το οποίο απασχολήθηκαν οι ερευνητές από τον 17ο αιώνα και επινόησαν αλλά και άρχισαν να κατασκευάζουν ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ . Τις οποίες με τα χρόνια βελτίωναν Το 1880 ο Άγγλος εφευρέτης James Wimshurst έφτιαξε μια εξαιρετική μηχανή η οποία έχει και το όνόμά του – μηχανή Βίμσχουρστ – και «μπορείς να συναντηθείς μαζί της» στο σχολικό εργαστήριο
36.
37. Πενήντα περίπου χρόνια αργότερα, το έτος 1929, ένας νεαρός Αμερικανός φυσικός ο Robert Van de Graaf επινόησε, σχεδίασε και κατασκεύασε μια ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ η οποία μπορούσε να προσφέρει εξαιρετικά μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικού φορτίου. Με μια τέτοια Βαν ντε Γκραφ , όπως έχει επικρατήσει να λέγεται , ακόμα και μικρού μεγέθους, μπορούν να σηκωθούν οι τρίχες από τα μαλλιά μιας κοπέλας, αρκεί να βρει κουράγιο να την αγγίξει
38. Πρέπει να είναι οπωσδήποτε πλάσμα γένους θηλυκού; Ας είναι και άντρας αρκεί να έχει μαλλιά Το σημαντικό είναι πως , αν το δοκιμάσεις, ΠΕΙΘΕΣΑΙ για τα καλά ότι: το ηλεκτρικό φορτίο ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΕΤΑΙ Πράγματι μπορεί να συμβεί ΗΛΕΚΤΡΙΣΗ ΜΕ ΕΠΑΦΗ Το ανθρώπινο σώμα είναι ΑΓΩΓΟΣ
40. Κατά τον 18ο αιώνα οικοδομήθηκαν οι βασικές έννοιες για τα ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ και έγιναν οι πρώτες μετρήσεις που οδήγησαν στον ΝΟΜΟ του Coulomb Τον 19ο αιώνα έκανε την εμφάνισή της στη σκέψη των ερευνητών, μια από τις σημαντικότερες έννοιες της Φυσικής, αρχικά ως μαγνητικό πεδίο και ως ηλεκτρικό πεδίο η έννοια ΠΕΔΙΟ
41. Στο βρετανικό νόμισμα των είκοσι λιρών εμφανίζεται ο Άγγλος Michael Faraday – Μάικλ Φαραντέι – παιδί της γενιάς του Γεώργιου Καραϊσκάκη, αυτοδίδακτος ερευνητής ο οποίος αναδείχθηκε στον μεγαλύτερο πειραματικό φυσικό όλων των εποχών. Ο Faraday ήταν εκείνος που πρότεινε στους φυσικούς την τελικά τόσο γόνιμη έννοια ΠΕΔΙΟ .
42. Στον οριζόντιο πάγκο του εργαστηρίου, σκεπασμένος μ' ένα λευκό χαρτονάκι, ο ακίνητος ραβδομαγνήτης δεν φαίνεται. E κείνος πιάνει με το δεξί χέρι την ειδική «αλατιέρα» με τα σιδηρορινίσματα κι αρχίζει να αλατίζει το χαρτόνι. Τα ρινίσματα πέφτουν και τα βλέπει να διατάσσονται σε συγκεκριμένο σχηματισμό. Δημιουργείται έτσι μία εικόνα. Τη φωτογραφίζει με τη σκέψη του , μαζεύει τα ρινίσματα και επαναλαμβάνει το ίδιο, αλατίζει δηλαδή και πάλι το στρωμένο χαρτονάκι με τυχαίο τρόπο. Η εικόνα επανέρχεται, μαζί και η νέα φωτογράφησή της. Τα ρινίσματα επιμένουν να ξαπλώνουν πάνω στις ίδιες γραμμές
43. Στις εικόνες που αποθηκεύονται στη σκέψη του, τα ρινίσματα σιδήρου αρχίζουν να εμφανίζονται σαν να είναι «ξαπλωμένα» πάνω στις ίδιες πάντα αόρατες γραμμές «σιδηροδρομικές ράγες» που προϋπάρχουν στον χώρο γύρω από τον μαγνήτη . Νεφοσκεπές Λονδίνο, εργαστήριο φυσικής του Royal Society και εκείνος γιος ενός φτωχού σιδερά από το Σάρεϋ, ένας άνθρωπος χωρίς μαθηματική κατάρτιση αλλά με μια χωρίς προηγούμενο ικανότητα σε πειραματικές δραστηριότητες και σε κατασκευές. Και συγχρόνως ένας άνθρωπος με εικονογραφούσα φαντασία Στο μαιευτήριο της ανθρώπινης φαντασίας η έννοια πεδίο είχε μόλις γεννηθεί Ο Μάικλ Φαρανταίη, πατώντας πάνω στις εικόνες με τα ρινίσματα, έχει αρχίσει να διακρίνει τις αόρατες δυναμικές γραμμές .
44. Το μαγνητικό πεδίο είναι ο ΧΩΡΟΣ στον οποίο εάν βρεθούν «ειδικοί επισκέπτες» θα ασκηθούν σε αυτούς δυνάμεις. Οι «ειδικοί επισκέπτες» για το μαγνητικό πεδίο είναι κάποιοι μικροί μαγνήτες ή ρινίσματα σιδήρου τα οποία μαγνητίζονται. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από ένα οποιονδήποτε μαγνήτη. Είναι ο χώρος γύρω από αυτόν ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ λέγεται ΧΩΡΟΣ στον οποίο εάν βρεθούν «ειδικοί επισκέπτες» θα ασκηθούν σε αυτούς δυνάμεις. Οι «ειδικοί επισκέπτες» -για το ηλεκτρικό πεδίο- είναι σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο Πώς μπορούμε να ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΣΟΥΜΕ ένα ηλεκτρικό πεδίο ; Μια οποιαδήποτε ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου δημιουργεί γύρω της ηλεκτρικό πεδίο Ακόμα κι αυτό το λίγο φορτίο που εμφανίζεται στο καλαμάκι εάν το τρίψουμε ; Ακόμα κι αυτό Αντίστοιχα ορίζεται και η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Δηλαδή ; Τι ΛΕΓΕΤΑΙ «ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ »; Τελικά όταν ένα θετικό φορτίο Q 1 έλκει ένα αρνητικό q 2 « ποιος ασκεί τη δύναμη στο q 2 ;» To Q 1 ; όπως έχουμε μάθει ή ο ΧΩΡΟΣ – ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ τον οποίο δημιουργεί το Q 1 ; Και οι δύο απαντήσεις είναι αποδεκτές .Απλώς η δεύτερη αποδείχθηκε πιο γόνιμη διότι εισάγει την έννοια ΠΕΔΙΟ
45. Τα δύο φορτία Q και q αλληλεπιδρούν. Ένας τρόπος για να το περιγράψουμε είναι να πούμε ότι « στο q ασκείται ΔΥΝΑΜΗ» Q + - q F την ασκεί « το φορτίο Q . . . ακαριαία και από απόσταση » απάντησε στα γαλλικά, το έτος 1784, ο Charles Coulomb την ασκεί « τ ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ που έχει δημιουργηθεί από το φορτίο Q » απάντησε στα αγγλικά, ο Michael Faraday , το 1820 Ποιος ασκεί αυτή τη δύναμη;
46. Αυτό με τα ρινίσματα στο μαγνήτη το κατάλαβα . Πάνε και ξαπλώνουν σε γραμμές του χώρου που προϋπάρχουν. Υπάρχουν αντίστοιχα τέτοιες γραμμές για το ηλεκτρικό πεδίο; Πώς θα μπορούσαμε να τις κάνουμε να φανούν» ; Τις αόρατες γραμμές που προϋπάρχουν γύρω από ένα μαγνήτη ο Faraday τις ονόμασε « δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου ». Με αυτές μπορούσε να περιγράφει το «αόρατο» μαγνητικό πεδίο . Αν μεταβιβάσουμε αρκετό φορτίο σε ένα μεταλλικό σφαιρίδιο στο οποίο έχουμε κρεμάσει κλωστές, θα δούμε τις κλωστές να διατάσσονται ακτινικά. Στο ηλεκτρικό πεδίο οι αντίστοιχες γραμμές λέγονται ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ . + Οι αόρατες γραμμές στις οποίες «ξαπλώνουν» είναι ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ του ηλεκτρικού πεδίου που έχει ως ΠΗΓΗ το φορτίο του σφαιριδίου . Στο σχολικό εργαστήριο υπάρχει ο θύσανος . Είναι ότι πρέπει για τον σκοπό αυτό Οι ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ έχουν κατεύθυνση. Αν η πηγή είναι θετικό φορτίο ξεκινούν από την πηγή , αν η πηγή είναι αρνητικό φορτίο κατευθύνονται προς την πηγή.
47. Η εικόνα τους μας δίνει επίσης πληροφορία σχετικά με το « σε ποια περιοχή το πεδίο είναι ισχυρότερο». Όσο πιο πυκνές είναι οι γραμμές τόσο ισχυρότερο είναι το πεδίο. Η εικόνα τους μας δίνει πληροφορία για το «προς τα που» θα ασκηθεί δύναμη στον επισκέπτη – φορτίο . Τι πληροφορίες μας δίνουν οι δυναμικές γραμμές ενός ηλεκτρικού πεδίου; Α + F είναι η κατεύθυνση της δυναμικής γραμμής στην οποία ανήκει το σημείο Α Η κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκηθεί σε επισκέπτη- θετικό φορτίο το οποίο που θα βρεθεί στο σημείο Α Στην περιοχή του σημείου Γ οι δυναμικές γραμμές είναι πιο ΠΥΚΝΕΣ σε σχέση με την περιοχή του σημείου Δ. Στο σημείο Γ το ηλεκτρικό πεδίο είναι πιο ισχυρό από ότι στο σημείο Δ Γ Δ
48. Τρίβοντας μια γυάλινη ράβδο με μετάξι δημιουργείται ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ αλλά είναι πολύ ασθενικό φαντάζομαι. Πώς μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα « σοβαρό » ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ; Με μια ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ παράγονται μεγάλες ποσότητες φορτίου άρα και ισχυρά ηλεκτρικά πεδία. Η Wimshurst είναι πολύ καλή αλλά η Van de Graaf είναι βέβαια πολύ καλύτερη Αν πάρουμε ένα ηλεκτρικό εκκρεμές και βάλουμε το σφαιρίδιό του ανάμεσα στους δύο ακροδέκτες μιας Wimshurst, το σφαιρίδιο θα ηλεκτριστεί και θα γίνει « ειδικός επισκέπτης » οπότε ΕΜΦΑΝΩΣ θα δείχνει ότι του ασκούνται δυνάμεις . Αν επιμείνουμε στρέφοντας το χερούλι της μηχανής και οι ακροδέκτες είναι σχετικά κοντά θα δημιουργηθεί ΣΠΙΝΘΗΡΑΣ, μήνυμα ότι το πεδίο είναι ισχυρότατο.
49. Αυτό που κάνουμε είναι να βάλουμε σε λειτουργία την ηλεκτροστατική μηχανή στο σχολικό εργαστήριο. Έχουμε προηγουμένως συνδέσει τον ένα από τους ακροδέκτες της με θύσανο και τον άλλο ακροδέκτη με άλλο θύσανο Η φωτογραφία από το ΕΚΦΕ Ρεθύμνου Συμπεραίνουμε ότι α . το μεταλλικό τμήμα των θυσάνων έχει φορτιστεί β . στον χώρο ανάμεσα στους θυσάνους υπάρχει ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ που έχει ως πηγή το συνολικό φορτίο των μεταλλικών τμημάτων γ . η εικόνα των νημάτων μας δίνει μια εικόνα των αόρατων ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ του ηλεκτρικού πεδίου. βλέπουμε συμπεραίνουμε κάνουμε Βλέπουμε τα νήματα των δύο θυσάνων να «επιλέγουν» μια ορισμένη διάταξη
50. Σε λεκάνη με καστορέλαιο στο οποίο επιπλέουν σπόροι χλόης τοποθετούμε κατάλληλα ένα φορτισμένο σώμα, ως ΠΗΓΗ του ηλεκτρικού πεδίου. Εκτός από κλωστές τι άλλο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να κάνουμε να «φανούν» οι αόρατες δυναμικές γραμμές; Βλέπουμε ότι οι σπόροι διευθετούνται και μας δίνουν μια εικόνα με δυναμικές γραμμές Η φωτογραφία από το ΕΚΦΕ Ρεθύμνου
52. Τα σχετικά με ηλεκτρικό φορτίο ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ – τα οποία αργότερα χαρακτηρίστηκαν ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΑ – ερευνήθηκαν τον 18ο αιώνα και η έννοια ΠΕΔΙΟ με την οποία προτάθηκε μια διαφορετική ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ των φαινομένων επινοήθηκε τον 19ο αιώνα . Καμία όμως ΘΕΩΡΙΑ η οποία θα μπορούσε να συσχετίζει τα φαινόμενα με τη ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ δεν είχε κάνει την εμφάνισή της μέχρι και τα τέλη του 19ου αιώνα. Εκατό χρόνια μετά τον νόμο του Coulomb οι φυσικοί δεν διέθεταν ακόμα μια πειστική θεωρία ικανή να εξηγεί για τα ηλεκτρικά φαινόμενα. Στην αυγή του 19ου αιώνα διατυπώθηκε μια θεωρία για τη ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ η οποία έδειχνε ότι θα συμβάλει στην οικοδόμηση της Χημείας, αν και καθυστέρησε ένα περίπου αιώνα μέχρι να εδραιωθεί. Ήταν η λεγόμενη ΑΤΟΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ η οποία πρότεινε έναν αόρατο ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟ με αδιάκοπα κινούμενα σωματίδια, τα ΜΟΡΙΑ. Κάθε μόριο θεωρούσε ότι αποτελείται από αόρατα και ασύλληπτα μικρά σωματίδια, τα ΑΤΟΜΑ Το ΑΤΟΜΟ θεωρήθηκε στοιχειώδες, σωματίδιο δηλαδή που δεν συγκροτείται από άλλα σωματίδια .
53. Το 1897 έγινε η μεγάλη ανατροπή. Ο Άγγλος J.J. Thomson , βασιζόμενος σε πειραματικά δεδομένα, υποστήριξε ότι «στα σπλάχνα» κάθε μικροσκοπικού ΑΤΟΜΟΥ υπάρχει ένα ασύλληπτα μικροσκοπικό σωματίδιο Στην ελληνική γλώσσα αποδόθηκε ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ στο οποίο δόθηκε, σε γλώσσα αγγλική, το όνομα electron – ήλεκτρον.
55. το νεογέννητο, για την ανθρώπινη σκέψη, αυτό ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ θα έπρεπε να είναι ένα χωρίς προηγούμενο «πιτσιρίκι» με μάζα 1800 φορές μικρότερη από τη μάζα του ελαφρότερου ΑΤΟΜΟΥ, του μικρότερου δηλαδή όντος που είχε συλλάβει, μέχρι τότε, ο ανθρώπινος νους Επάνω του θεμελιώθηκε η ΧΗΜΕΙΑ και ο ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ συνδέθηκε με τη δημιουργία του ΦΩΤΟΣ και συγχρόνως έγινε βασικό στοιχείο των μοντέλων για το ΑΤΟΜΟ, το οποίο έπαψε να θεωρείται στοιχειώδες και οι φυσικοί άρχισαν να αναζητούν την εσωτερική ΔΟΜΗ του Το ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ έγινε τελικά ένας από τους μεγαλύτερους πρωταγωνιστές στην οικοδόμηση της Φυσικής του 20ου αιώνα για να οδηγηθούν -1911- στη ΘΕΩΡΙΑ ότι κάθε άτομο αποτελείται από ένα πυρήνα με θετικό φορτίο και ηλεκτρόνια η οποία στα χρόνια που ακολούθησαν εμπλουτίστηκε με την θεώρηση ότι ο πυρήνας συγκροτείται από πρωτόνια και νετρόνια
56. Κάθε ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ έχει ΑΡΝΗΤΙΚΟ ηλεκτρικό φορτίο το οποίο ( e ) θεωρείται η μικρότερη ποσότητα φορτίου που μπορεί να υπάρξει ελεύθερο Κάθε ΠΡΩΤΟΝΙΟ έχει ΘΕΤΙΚΟ ηλεκτρικό φορτίο το οποίο θεωρείται ίσο με το φορτίο του ηλεκτρονίου e Το ηλεκτρικό φορτίου όλου του Σύμπαντος «μεταφέρεται» από δύο σωματίδια, το ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ και το ΠΡΩΤΟΝΙΟ Στο πρώτο μοντέλο που προτάθηκε, το 1913, για το άτομο του υδρογόνου, το ΕΝΑ ηλεκτρόνιο περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα, ο οποίος είναι ΕΝΑ πρωτόνιο Σε κάθε ΑΤΟΜΟ ΟΥΔΕΤΕΡΟ υπάρχουν ισάριθμα πρωτόνια και ηλεκτρόνια Το οποιοδήποτε δηλαδή φορτίο είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του φορτίου e Την πρώτη δεκαετία του 20ου αιώνα η τιμή του φορτίου e μετρήθηκε ίση με 1,6/10 19 C
58. Την ίδια περίπου εποχή διατυπώθηκε και μια ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ σύμφωνα με την οποία ΤΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΕΧΟΥΝ ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ Τι θα πει « ελεύθερα ηλεκτρόνια »; Τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου, όπως το άτομο του Αζώτου, ανήκουν κατά κανόνα στο άτομο. Βρίσκονται υπό την κηδεμονία του ατομικού πυρήνα. Θεωρούνται ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Στην περίπτωση όμως ατόμων όπως εκείνο του Χαλκού, υπάρχουν ηλεκτρόνια που αλητεύουν χωρίς να επιδρά πάνω τους το θετικό φορτίο του πυρήνα. Και αυτό συμβαίνει με κάθε μέταλλο. Έχει ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ. Εννοείται ότι στον Μικρόκοσμο του γυαλιού, του χαρτιού, του πλαστικού χάρακα και του ξύλου δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια Περίπου. Και αν υπάρχουν είναι ελάχιστα Γενικεύοντας μπορούμε να πούμε ότι οι ΑΓΩΓΟΙ έχουν ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ενώ οι ΜΟΝΩΤΕΣ δεν έχουν. Η διαφορά αυτή καθορίζει την αντίστοιχη συμπεριφορά τους
59. Με βάση τις ΘΕΩΡΙΕΣ αυτές για τον Μικρόκοσμο της ύλης- τη θεωρία για τη Δομή του ατόμου και τη Ηλεκτρονική Θεωρία- μπορούμε να ΕΞΗΓΗΣΟΥΜΕ τα ηλεκτρικά – ηλεκτροστατικά – ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ Αυτό που κάνει ένα αντικείμενο να είναι ΑΡΝΗΤΙΚΑ φορτισμένο είναι το ότι τα ηλεκτρόνια του είναι συνολικά περισσότερα από τα πρωτόνια Αυτό που κάνει ένα αντικείμενο να είναι ΘΕΤΙΚΑ φορτισμένο είναι ότι τα ότι τα ηλεκτρόνια του είναι συνολικά λιγότερα από τα πρωτόνια
60. Η φόρτιση κάθε σώματος έχει σχέση με μετανάστευση είτε ηλεκτρονίων ατόμου είτε ελεύθερων ηλεκτρονίων και όχι με μετανάστευση πρωτονίων
61. Ηλέκτριση ΜΕ ΤΡΙΒΗ Καθώς τρίβουμε το γυαλί με ύφασμα από μετάξι, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ του γυαλιού μεταναστεύουν στο μετάξι. Το γυαλί με έλλειψη ηλεκτρονίων έχει θετικό φορτίο – υπερισχύει το φορτίο του πυρήνα – ενώ το μετάξι με περίσσευμα ηλεκτρονίων έχει φορτίο αρνητικό και ίσο με το φορτίο του γυαλιού . Καθώς τρίβουμε τον πλαστικό χάρακα με μάλλινο ύφασμα, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ του μάλλινου υφάσματος μεταναστεύουν στον πλαστικό χάρακα. Ο χάρακας με περίσσευμα ηλεκτρονίων έχει αρνητικό φορτίο ενώ το μάλλινο με έλλειψη ηλεκτρονίων έχει φορτίο θετικό και ίσο με το φορτίο του γυαλιού .. Τα φαινόμενα εξελίσσονται δηλαδή μόνο με μετακίνηση κάποιων ηλεκτρονίων με αποτέλεσμα να ι ΔΙΑΤΗΡΕΙΤΑΙ το συνολικό φορτίο του συστήματος γυαλί- ύφασμα όπως και του συστήματος χάρακας-ύφασμα. Είναι ίσο με μηδέν όσο δηλαδή ήταν πριν να τρίψουμε . Η ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ είναι δηλαδή συνέπεια της ΘΕΩΡΙΑΣ ότι τα γεγονότα συντελούνται μόνο με μετανάστευση ηλεκτρονίων Η ηλέκτριση με τριβή είναι και ΦΟΡΤΙΣΗ των σωμάτων τα οποία τρίψαμε
62. Καθώς τρίβουμε το γυαλί με μετάξι, ηλεκτρόνια του γυαλιού μεταναστεύουν προς το μετάξι . Γιατί δεν συμβαίνει το αντίθετο ; Καθώς τρίβουμε τον πλαστικό χάρακα με μάλλινο ύφασμα , ηλεκτρόνια του υφάσματος μεταναστεύουν προς τον χάρακα. Γιατί δεν συμβαίνει το αντίθετο ; Ο ατομικός πυρήνας, με το θετικό του φορτίο, συγκρατεί τα εξωτερικά ηλεκτρόνια. Σε ορισμένα άτομα τα συγκρατεί ισχυρότερα σε σχέση με αυτό που συμβαίνει σε άλλα άτομα Ορισμένα από τα ηλεκτρόνια του ατόμου είναι περισσότερο απομακρυσμένα από τον πυρήνα σε σχέση με τα υπόλοιπα . Τα « εξωτερικά » αυτά ηλεκτρόνια είναι αυτά που ενδιαφέρουν τόσο τη ΧΗΜΕΙΑ όσο και τον ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ Σε άτομα μάλιστα των μετάλλων συμβαίνει να υπάρχουν ηλεκτρόνια που δεν συγκρατούνται από τον πυρήνα και αυτά είναι βέβαια τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια στο γυαλί συγκρατούνται ασθενέστερα σε σχέση με τα ηλεκτρόνια στο μετάξι. Για να το περιγράψουν αυτό οι φυσικοί λένε «ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ ΛΙΓΟΤΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΙΑ ΝΑ ΞΕΚΟΛΛΗΣΕΙΣ ΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ» από το γυαλί. Καθώς τρίβουμε το γυαλί με μετάξι είναι ενεργειακά πιο εύκολο να ξεκολλήσουν ηλεκτρόνια από τα άτομα του γυαλιού. Και αυτό συμβαίνει. Αντίστοιχα απαιτείται λιγότερη ενέργεια για να ξεκολλήσει ηλεκτρόνιο από τον πλαστικό χάρακα από το ύφασμα, οπότε καθώς ο χάρακας τρίβεται με ύφασμα συμβαίνει μετανάστευση των ηλεκτρόνίων του πλαστικού χάρακα και όχι το αντίθετο.
63. Στον εικοστό αιώνα έχουν γίνει διάφορες προτάσεις για τη σειρά των υλικών ανάλογα με το «πόσο δύσκολο» είναι - πόση ενέργεια απαιτείται – για να ξεκολλήσεις τα ηλεκτρόνια καθενός από αυτά. Κάθε υλικό Β που βρίσκεται χαμηλότερα από ένα άλλο Α αν τριφτεί μαζί του φορτίζεται ΑΡΝΗΤΙΚΑ και το Α φορτίζεται ΘΕΤΙΚΑ . Για όσα βρίσκονται στο πάνω μέρος της λίστας η ενέργεια είναι λιγότερη και καθώς «κατηφορίζουμε» η απαιτούμενη ενέργεια είναι όλο και περισσότερη. Κατάλαβα . Το γυαλί δίνει εύκολα ηλεκτρόνια στο μετάξι που είναι χαμηλότερα στη λίστα και φορτίζεται ΘΕΤΙΚΑ. Το κεχριμπάρι δεν δίνει ηλεκτρόνια στο μαλλί που είναι ψηλότερα από αυτό στη λίστα, παίρνει ηλεκτρόνια από το μάλλινο ύφασμα και φορτίζεται ΑΡΝΗΤΙΚΑ . Όλα τα πολυμερή – πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο, πολυουρεθάνη - από τα οποία οι άνθρωποι φτιάχνουν πλαστικές σακούλες, σελοτέιπ, καλαμάκια, πλαστικούς χάρακες, φελιζόλ και καθίσματα με αφρολέξ ΔΕΝ ΔΙΝΟΥΝ ηλεκτρόνια σε ύφασμα μάλλινο, βαμβακερό, μεταξωτό ή σε γούνα, αλλά παίρνουν ηλεκτρόνια, φορτίζονται ΑΡΝΗΤΙΚΑ. Χαλαζίας 4 Γυαλί 3 Γούνα λαγού 2 Δέρμα 1 Μετάξι 8 Τρίχωμα γάτας 7 Μαλλί από πρόβατο 6 Ανθρώπινο τρίχωμα 5 Ακριλικό γυαλί 12 Ξύλο 11 Βαμβάκι 10 Χαρτί 9 Ρετσίνι πεύκου 16 Μπαλόνι 15 Βουλοκέρι 14 Κεχριμπάρι 13 Συνθετικό καουτσούκ 20 Τεχνητό μετάξι 19 θειάφι 18 Καουτσούκ φυσικό 17 Σιλικόνη 27 Βινύλιο 26 Πολυπροπυλένιο 25 Πολυαιθυλένιο 24 Πολυουρεθάνη 23 Πολυστυρένιο 22 Πολυεστέρας 21
64. - - - - - - - - - - Η αρνητικά φορτισμένη μεταλλική ράβδος έχει περίσσευμα ηλεκτρονίων. Καθώς την ακουμπάμε στην αφόρτιστη μεταλλική σφαίρα Ηλέκτριση ΜΕ ΕΠΑΦΗ με συνέπεια και η σφαίρα να εμφανίζει περίσσευμα ηλεκτρονίων και να φορτίζεται αρνητικά. - - - ελεύθερα ηλεκτρόνια της ράβδου μεταναστεύουν στη σφαίρα Το συνολικό φορτίο του συστήματος ράβδος – σφαίρα διατηρείται. Η ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ είναι κι εδώ συνέπεια της ΘΕΩΡΙΑΣ για μετανάστευση ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ Μια θετικά φορτισμένη μεταλλική ράβδος έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων. Καθώς την ακουμπάμε στην αφόρτιστη μεταλλική σφαίρα ελεύθερα ηλεκτρόνια της σφαίρας μεταναστεύουν στη ράβδο με συνέπεια η σφαίρα να εμφανίζει και αυτή έλλειμμα ηλεκτρονίων και να φορτίζεται αρνητικά. - Η ηλέκτριση με επαφή είναι και ΦΟΡΤΙΣΗ του σώματος
65. Η αρνητικά φορτισμένη μεταλλική σφαίρα Καθώς την φέρνουμε κοντά στην αφόρτιστη μεταλλική ράβδο η οποία έχει ΕΛΕΥΘΕΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ Ηλέκτριση ΕΞ ΑΠΟΣΤΑΣΕΩΣ Το ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ λέγεται και ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ . Δεν πρόκειται ΓΙΑ ΦΟΡΤΙΣΗ διότι το συνολικό φορτίο της ράβδου είναι μηδέν Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια της ράβδου απωθούνται από το αρνητικό φορτίο της σφαίρας και μετακινούνται προς το απέναντι άκρο α. ΑΓΩΓΩΝ _ _ _ _ _ + + + + + - - - - - Το γειτονικό προς τη σφαίρα άκρο εμφανίζεται με έλλειψη ηλεκτρονίων άρα με φορτίο θετικό
66.
67. Το χαρτί - όπως και όλοι οι μονωτές που αναφέρθηκαν, το γυαλί, το πλαστικό, το ξύλο , το φελιζόλ - συγκροτείται από μόρια και το κάθε μόριο συγκροτείται από άτομα . Κάθε άτομο έχει ηλεκτρόνια «δεσμευμένα» σε αυτό. Στα μονωτικά σώματα δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια να «μεταναστεύουν» από το ένα άκρο του σώματος στο άλλο. Όταν μια θετικά φορτισμένη γυάλινη ράβδος πλησιάσει ένα χαρτάκι, το θετικό φορτίο της έλκει τα ηλεκτρόνια των ατόμων του χαρτιού χωρίς όμως να τα αποσπά από τα άτομα. Κάθε μόριο διατάσσεται έτσι ώστε το ένα του άκρο, το πλησιέστερο στη ράβδο, να είναι αρνητικά φορτισμένο και το άλλο θετικά. Η συνέπεια είναι να δημιουργηθεί συσσώρευση αρνητικού φορτίου στην πλευρά που βρίσκεται προς το μέρος της ράβδου και θετικού φορτίου στην αντίθετη πλευρά. β. ΜΟΝΩΤΩΝ + + + + + - + - + - + - + - + - ΕΛΞΗ ανάμεσα στη γυάλινη ράβδο που τρίψαμε και στο χαρτάκι που δεν το είχαμε αγγίξει Το αποτέλεσμα είναι μια Η ελκτική δύναμη που ασκεί το θετικό φορτίο της ράβδου στο « αρνητικό άκρο» κάθε μορίου είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη άπωση στο « θετικό άκρο» . χαρτάκι γυάλινη ράβδος
