ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

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

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

  Στα ηλεκτρικά κυκλώματα διακρίνουμε επιπλέον τα εξής μέρη:
α) Κόμβος:Σημείο στο οποίο συντρέχουν περισσότεροι από δύο αγωγοί.Συνήθως επισημαίνονται με γράμματα ως σημεία αναφοράς για τη μελέτη του κυκλώματος.
β) Κλάδος:Μέρος ενός κυκλώματος μεταξύ δύο διαδοχικών κόμβων.
γ) Βρόχος:Μέρος ενός κυκλώματος που απαρτίζεται από διαδοχικούς κλάδους σχηματίζοντας μία ακριβώς κλειστή διαδρομή.

Τα σύμβολα των απλών ηλεκτρικών στοιχείων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα

 Τα στοιχεία τα οποία συμμετέχουν στο κύκλωμα ονομάζονται ηλεκτρικά στοιχεία.

ΚΛΕΙΣΤΟ ΚΑΙ ΑΝΟΙΧΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

 Αν παρατηρήσουμε μια μπαταρία,τα ηλεκτρονικά παιχνίδια,ένα λαμπτήρα ή οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρική συσκευή θα διαπιστώσουμε ότι έχουν δύο άκρα (πόλους).Αν συνδέσουμε με σύρμα τα άκρα μιας μπαταρίας με τα άκρα ενός λαμπτήρα,θα παρατηρήσουμε ότι ο λαμπτήρας φωτοβολεί.

Μέσα στο σύρμα και στο λαμπτήρα κινούνται ηλεκτρόνια με κατεύθυνση από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της μπαταρίας

 Μέσα στο σύρμα και στο λαμπτήρα κινούνται ηλεκτρόνια με κατεύθυνση από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της μπαταρίας.Επίσης κινούνται μέσα στην μπαταρία με κατεύθυνση από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της.Δηλαδή τα ηλεκτρόνια ακολουθούν μια κλειστή διαδρομή.Στην περίπτωση αυτή λέμε ότι διαθέτουμε ένα κλειστό κύκλωμα ηλεκτρικού ρεύματος.

 Κλειστό κύκλωμα ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται το κύκλωμα του ηλεκτρικού ρεύματος στο οποίο τα ηλεκτρόνια ακολουθούν μια κλειστή διαδρομή.

Κλειστό κύκλωμα ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται το κύκλωμα του ηλεκτρικού ρεύματος στο οποίο τα ηλεκτρόνια ακολουθούν μια κλειστή διαδρομή

 Αν αποσυνδέσουμε το σύρμα από τον ένα πόλο της μπαταρίας ή από το ένα άκρο του λαμπτήρα,θα παρατηρήσουμε ότι ο λαμπτήρας σβήνει.Σε αυτή την περίπτωση μεταξύ του ελεύθερου άκρου του σύρματος και του πόλου της μπαταρίας ή του άκρου του λαμπτήρα παρεμβάλλεται ο αέρας ο οποίος είναι μονωτής.Τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν μέσα σ’ αυτόν,με συνέπεια και η κίνησή τους μέσα στο λαμπτήρα και την μπαταρία να σταματά.Το κύκλωμα ονομάζεται ανοιχτό.

Ανοικτό κύκλωμα ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται το κύκλωμα του ηλεκτρικού ρεύματος στο οποίο τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν μέσα σ'αυτόν

 Ανοικτό κύκλωμα ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται το κύκλωμα του ηλεκτρικού ρεύματος στο οποίο τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν μέσα σ'αυτόν. 

 Από ένα ανοιχτό ηλεκτρικό κύκλωμα δεν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα.Ένα ανοιχτό κύκλωμα μετατρέπεται εύκολα σε κλειστό και αντίστροφα με τη βοήθεια ενός διακόπτη.

 Ένα ανοιχτό κύκλωμα μετατρέπεται εύκολα σε κλειστό και αντίστροφα με τη βοήθεια ενός διακόπτη

 Για να φωτοβολεί ο λαμπτήρας, πρέπει το κύκλωμα να μη διακόπτεται σε κανένα σημείο του.Όταν τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να ακολουθήσουν μια κλειστή διαδρομή έχουμε ένα ανοικτό κύκλωμα ηλεκτρικού ρεύματος.Ο αέρας που παρεμβάλλεται είναι μονωτής.Τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν μέσα σ' αυτόν,με συνέπεια και η κίνησή τους μέσα στο λαμπτήρα και την μπαταρία να σταματά.

Ένα πολύμπριζο με  ένα διακόπτη

 Ο διακόπτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί,για να απομονώσει μέρος ενός κυκλώματος.Το κύκλωμα ονομάζεται κλειστό,όταν ο διακόπτης είναι κλειστός,γιατί το σχέδιό του είναι μια κλειστή καμπύλη.Το κύκλωμα ονομάζεται ανοιχτό,όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός,γιατί το σχέδιό του είναι μια ανοιχτή καμπύλη.Αυτή η ορολογία αντιτίθεται στην καθημερινή ορολογία η οποία περιγράφει το ίδιο φαινόμενο,για παράδειγμα λέμε άνοιξε το φως και εννοούμε στην ηλεκτρολογική ορολογία κλείσε το κύκλωμα που παράγει φως.
 Έτσι,οι διακόπτες επιτελούν τις εξής τρεις λειτουργίες:
α) Ανοίγουν σε εξαιρετικές περιπτώσεις ένα κύκλωμα,όπως για παράδειγμα ο γενικός διακόπτης ενός νοικοκυριού.
β) Κλείνουν σε εξαιρετικές περιπτώσεις ένα κύκλωμα,όπως για παράδειγμα ο συναγερμός ενός νοικοκυριού.
γ) Δίνουν τη δυνατότητα επιλογής της κατάστασης ενός κυκλώματος,όπως για παράδειγμα ένα φωτιστικό σε κομοδίνο.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΗΓΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

 Το ηλεκτρικό ρεύμα όπως είπαμε είναι η προσανατολισμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων.Λόγω της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από την πηγή τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται.

Το έργο της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου εκφράζει την ενέργεια που μεταφέρεται από την πηγή στα κινούμενα φορτία

 Έτσι η δύναμη αυτή παράγει έργο.Το έργο αυτής της δύναμης εκφράζει την ενέργεια που μεταφέρεται από την πηγή στα κινούμενα φορτία.Την ενέργεια αυτή την ονομάζουμε ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος.

 Ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται  η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα,που αναφέρεται στην κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα),λόγω της ύπαρξης διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού.

 Ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται  η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα,που αναφέρεται στην κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα),λόγω της ύπαρξης διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού

 Όταν γίνεται χρήση του ηλεκτρισμού η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλη μορφή ενέργειας π.χ. σε κινητική ενέργεια όταν λειτουργεί ένας κινητήρας ή σε φως όταν ανάβει ένας λαμπτήρας.

Πηγή ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζεται κάθε συσκευή στην οποία μια μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική

 Πηγή ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζεται κάθε συσκευή στην οποία μια μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική.Σε μια ηλεκτρική πηγή δεν παράγεται ενέργεια από το μηδέν.Απλώς μια μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική.Η μορφή της ενέργειας που μετατρέπεται σε ηλεκτρική εξαρτάται από το είδος της ηλεκτρικής πηγής.

Η μορφή της ενέργειας που μετατρέπεται σε ηλεκτρική εξαρτάται από το είδος της ηλεκτρικής πηγής

 Έτσι σε μία κοινή μπαταρία ή σ'ένα συσσωρευτή(μπαταρία αυτοκινήτου) χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική,ενώ σε μια γεννήτρια κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.Σ'ένα φωτοστοιχείο ενέργεια της ακτινοβολίας μετατρέπεται σε ηλεκτρική.Σ΄ένα θερμοστοιχείο θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.

Ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια

 Ο σύγχρονος κόσμος εξαρτά την επιβίωση και την ευημερία του του από αυτό το είδος ενέργειας.Η πλειονότητα των συσκευών λειτουργεί με ηλεκτρικό ρεύμα.

 Υπάρχουν πολλοί τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.Οι κυριότεροι είναι η καύση διαφόρων ουσιών (λιγνίτης,πετρέλαιο,κάρβουνο),τα πυρηνικά εργοστάσια,τα ηλιακά πάρκα,τα υδροηλεκτρικά φράγματα και τα αιολικά πάρκα.Τα τελευταία 20 χρόνια γίνονται έντονες προσπάθειες αύξησης του ποσοστού ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται με τη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε.).

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

 Το μεγάλο μειονέκτημα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η δύσκολη,σχεδόν αδύνατη μακροχρόνια αποθήκευσή της.Για το λόγο αυτό θα πρέπει να καταναλώνεται ταυτόχρονα με την παραγωγή της ή να αποθηκεύεται αφού πρώτα μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας (π.χ. χημική,δυναμική κ.λ.π.).Η ανάγκη άμεσης κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας έχει οδηγήσει στην κατασκευή ενός παγκόσμιου πλέγματος ηλεκτρικών δικτύων,έτσι ώστε να μπορεί να μεταφέρεται εύκολα,από το σημείο παραγωγής της,στο σημείο κατανάλωσης.

Η ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

 Για να καταλάβουμε την αιτία που προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό,θα αναφέρουμε ένα υδραυλικό παράδειγμα.Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο δοχεία Α και Β συνδεδεμένα με ένα σωλήνα οριζόντιο και τοποθετημένο κοντά στη βάση τους.Βάζουμε νερό και στα δύο δοχεία,αλλά φροντίζουμε η στάθμη του νερού στο ένα δοχείο να είναι ψηλότερα από το άλλο.

Δύο δοχεία Α και Β συνδεδεμένα με ένα σωλήνα οριζόντιο και τοποθετημένο κοντά στη βάση τους

 Επίσης,για να κινείται το νερό μόνο όταν θέλουμε εμείς,τοποθετούμε ένα διακόπτη Σ (στρόφιγγα) στο σωλήνα.Όταν ανοίγουμε τη στρόφιγγα,παρατηρούμε ότι το νερό ρέει από το δοχείο Α προς το Β,κι αυτό γιατί στα άκρα Γ και Δ του σωλήνα υπάρχει διαφορά πιέσεως.Η υδροστατική πίεση στο Γ είναι μεγαλύτερη από την πίεση στο Δ.Το αίτιο ροής του νερού μέσα στο σωλήνα,είναι η διαφορά πιέσεως στα άκρα του.

Η διαφορά δυναμικού ή ηλεκτρική τάση στα άκρα ενός αγωγού είναι το αίτιο του ηλεκτρικού ρεύματος στον αγωγό

 Κατά ανάλογο τρόπο το αίτιο της κυκλοφορίας ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό η σε ένα κύκλωμα είναι η διαφορά δυναμικού στα άκρα του Α και Β,που συμβολίζεται με V.
 Η διαφορά δυναμικού ή ηλεκτρική τάση στα άκρα ενός αγωγού είναι το αίτιο του ηλεκτρικού ρεύματος στον αγωγό.

 Στον υπολογισμό της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας δεν χρησιμοποιούμε το απόλυτο ύψος αλλά τη διαφορά ύψους.Έτσι και στην ηλεκτρική δυναμική ενέργεια δεν μας ενδιαφέρει το απόλυτο δυναμικό αλλά η διαφορά δυναμικού. 

ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΤΑ ΑΚΡΑ ΕΝΟΣ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ

 Ένα από τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος,όταν περνάει μέσα από αγωγούς,είναι η παραγωγή θερμότητας.Αυτό φανερώνει ότι κατά την κίνηση ηλεκτρικού φορτίου,από ένα σημείο ενός αγωγού σε άλλο,παράγεται έργο,που μετατρέπεται σε θερμότητα.

 Ας υποθέσουμε ότι κάποιο φορτίο q μετακινείται από το άκρο Α στο άκρο Β ενός αγωγού και το έργο που παράγεται κατά τη μετακίνηση αυτή είναι W.Το πηλίκο W/q ορίζεται ως διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων Α και Β.

Διαφορά δυναμικού μεταξύ δυο σημείων αγωγού ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που εκφράζεται με το πηλίκο του έργου W ,που παράγεται κατά την κίνηση  φορτίου από το ένα σημείο στο άλλο,δια του φορτίου q

 Άρα:
 Διαφορά V δυναμικού μεταξύ δυο σημείων αγωγού ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που εκφράζεται με το πηλίκο του έργου  W,που παράγεται κατά την κίνηση  φορτίου από το ένα σημείο στο άλλο,δια του φορτίου q.

                                                                             V=W/q

 Μονάδα μέτρησης στο Διεθνές Σύστημα είναι το 1 Volt (1 V) και βρίσκεται από τον παραπάνω τύπο:

1 Volt=1 Joule/1 Coulomb 

                                                                             1 V=1 J/Cb

 Θα λέμε ότι μεταξύ δύο σημείων Α και Β αγωγού υπάρχει διαφορά δυναμικού 1 Volt,όταν παράγεται έργο 1 Joule κατά την μετακίνηση φορτίου 1 Cb μεταξύ των σημείων αυτών.

Ο Ιταλός Φυσικός Αλεσάντρο Βόλτα(1745-1827) εισήγαγε τις έννοιες του δυναμικού (τάσης) και της ηλεκτρικής χωρητικότητας.Εφηύρε τη βολταïκή στήλη (ηλεκτρική μπαταρία),το ηλεκτρόμετρο και το ευδιόμετρο

 Εκτός από το 1 V χρησιμοποιούνται επίσης πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια της μονάδας π.χ.

1 mV=10^-3 V

1 KV=10³ V

κ.τ.λ.

 Βολτόμετρο ονομάζεται το όργανο που μετράει τη διαφορά δυναμικού στα άκρα ενός στοιχείου του κυκλώματος.

Βολτόμετρο ονομάζεται το όργανο που μετράει τη διαφορά δυναμικού στα άκρα ενός στοιχείου του κυκλώματος

 Τα βολτόμετρα συνδέονται πάντα παράλληλα (σε διακλάδωση) σε ένα κύκλωμα,για τον λόγο αυτό έχουν μεγάλη εσωτερική αντίσταση σε σχέση με τα άλλα στοιχεία του κυκλώματος ώστε να μην επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του.

Το σύμβολο ενός Βολτομέτρου σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα

 Υπάρχουν αναλογικά (ηλεκτρομηχανικά) βολτόμετρα κινητού πηνίου και ψηφιακά βολτόμετρα.Ειδικός τύπος είναι τα ηλεκτροστατικά βολτόμετρα για υψηλές τάσεις.