Ηλεκτρικό κύκλωμα και ηλεκτρομαγνητισμός

Τρία πράγματα για να ανάψει μια λάμπα

Πάρε μια μπαταρία, ένα λαμπάκι και δύο καλώδια. Για να ανάψει το λαμπάκι χρειάζονται τρία πράγματα μαζί:

1. Μια πηγή, όπως η μπαταρία, που σπρώχνει το ρεύμα.
2. Μια κλειστή διαδρομή: το ρεύμα βγαίνει από τον έναν πόλο της πηγής, περνά από τη λάμπα και γυρίζει στον άλλο πόλο.
3. Υλικά που αφήνουν το ρεύμα να περάσει, δηλαδή αγωγούς.

Αυτή η κλειστή διαδρομή λέγεται ηλεκτρικό κύκλωμα. Ο διακόπτης είναι απλώς ένα σημείο όπου ανοίγεις ή κλείνεις τη διαδρομή. Με ανοιχτό διακόπτη το κύκλωμα έχει ένα κενό, και το ρεύμα σταματά παντού, όχι μόνο μετά τον διακόπτη.

Τα μέταλλα, όπως ο χαλκός των καλωδίων, είναι καλοί αγωγοί. Το πλαστικό, το ξύλο, το γυαλί και το λάστιχο είναι μονωτές: δεν αφήνουν το ρεύμα να περάσει. Γι' αυτό τα καλώδια είναι χάλκινα μέσα και πλαστικά απ' έξω.

Τι χρειάζεται το κύκλωμα

Βγάλε τη μπαταρία, άνοιξε τον διακόπτη, κόψε το καλώδιο. Μετά γέφυρωσε το κενό με διαφορετικά υλικά και δες ποια αφήνουν το ρεύμα να περάσει.

＋−

χάλκινο σύρμα

Η λάμπα ανάβει

Τι γεφυρώνει το κενό

χάλκινο σύρμαπλαστικός χάρακαςσιδερένιο καρφίξύλινο μολύβικέρμαλαστιχάκι

Μπαταρία μέσαΔιακόπτης κλειστόςΚαλώδιο ολόκληρο

Βραχυκύκλωμα

Ας πούμε ότι ένα γυμνό σύρμα ακουμπήσει ταυτόχρονα τις δύο άκρες της λάμπας. Το ρεύμα έχει τώρα δύο δρόμους: μέσα από τη λάμπα, ή μέσα από το σύρμα. Διαλέγει σχεδόν ολόκληρο τον εύκολο δρόμο, το σύρμα.

Αυτό λέγεται βραχυκύκλωμα: το ρεύμα βρίσκει μια σύντομη διαδρομή που παρακάμπτει τη συσκευή. Η λάμπα σβήνει. Το χειρότερο είναι αλλού: χωρίς τη συσκευή να το «φρενάρει», το ρεύμα γίνεται πολύ μεγάλο, και τα καλώδια ζεσταίνονται επικίνδυνα. Σε ένα σπίτι αυτό μπορεί να λιώσει τη μόνωση και να προκαλέσει φωτιά.

Το ρεύμα φτιάχνει μαγνήτη

Το $1820$ ο Δανός φυσικός Όρστεντ (Ørsted) πρόσεξε ότι η βελόνα μιας πυξίδας στρίβει όταν περνά ρεύμα από ένα καλώδιο δίπλα της, και γυρίζει πίσω όταν το ρεύμα σταματά. Το ρεύμα δημιουργεί γύρω του μαγνητικό πεδίο.

Αν τυλίξεις το καλώδιο σε πολλές σπείρες, σε ένα πηνίο, τα πεδία των σπειρών προστίθενται. Αν βάλεις μέσα ένα σιδερένιο καρφί, γίνεται ακόμη ισχυρότερο. Αυτός είναι ο ηλεκτρομαγνήτης: ένας μαγνήτης που ανάβει και σβήνει με έναν διακόπτη.

Φτιάξε έναν ηλεκτρομαγνήτη

Άλλαξε τις σπείρες, τις μπαταρίες και τον πυρήνα, και μέτρα πόσους συνδετήρες σηκώνει. Μετά άνοιξε το κύκλωμα.

+4

Πόσο δυνατός είναι120Συνδετήρες που σηκώνει 20

Κύκλωμα κλειστόσιδερένιο καρφί

Σπείρες

−6+

Μπαταρίες

−1+

Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι παντού: στο κουδούνι της πόρτας, στους γερανούς που σηκώνουν παλιοσίδερα, στις κλειδαριές που ανοίγουν με κάρτα.

Κινητήρας και γεννήτρια

Αφού το ρεύμα φτιάχνει μαγνήτη, ένα πηνίο με ρεύμα που βρίσκεται κοντά σε έναν μόνιμο μαγνήτη σπρώχνεται. Αν το πηνίο μπορεί να γυρίζει γύρω από έναν άξονα, και το ρεύμα αλλάζει φορά τη σωστή στιγμή, το πηνίο περιστρέφεται συνέχεια. Αυτός είναι ο ηλεκτρικός κινητήρας: στον ανεμιστήρα, στο πλυντήριο, στο ηλεκτρικό πατίνι.

Το αντίστροφο ανακάλυψε το $1831$ ο Άγγλος Φαραντέι (Faraday): αν κινήσεις έναν μαγνήτη μέσα σε ένα πηνίο, ή γυρίσεις ένα πηνίο κοντά σε μαγνήτη, το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα. Μόνο όσο υπάρχει κίνηση. Αυτή είναι η γεννήτρια: στο δυναμό του ποδηλάτου, στις ανεμογεννήτριες, στα εργοστάσια ηλεκτρισμού.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση