Φυσική - Στατικός Ηλεκτρισμός - Ε' Δημοτικού Επ. 3
Σήμερα θα μιλήσουμε για τον στατικό ηλεκτρισμό.
Σίγουρα σας έχει τύχει κάποια φορά
όταν βγαίνετε από το αυτοκίνητο και ακουμπάτε την πόρτα
να νιώθετε ένα τίναγμα στο χέρι
ή όταν βγάζετε το πουλόβερ να νιώθετε ένα τίναγμα
ή να γίνονται τα μαλλιά σας κάπως έτσι...
ή έχετε τρίψει ένα μπαλόνι στα μαλλιά σας και έχετε δει κάτι τέτοιο.
Ακόμη και στα μαλλιά του σκύλου γίνεται αυτό.
Και σίγουρα έχετε δει και κεραυνούς στον ουρανό
αυτή τη φωτεινή γραμμή
και έχετε αναρωτηθεί τι συμβαίνει.
Αυτά θα προσπαθήσουμε να τα εξηγήσουμε κάνοντας πειράματα.
Θα ξεκινήσουμε με ένα απλό πείραμα, μ' ένα απλό στυλό
και κομματάκια από χαρτί.
Από οτιδήποτε χαρτί, το τετράδιο σας,
ένα φύλλο χαρτιού. Κόβουμε μικρά χαρτάκια
και τρίβουμε το στυλό
σε μια μπλούζα μάλλινη κατά προτίμηση.
Πλησιάζουμε το στυλό και παρατηρούμε
ότι σηκώνει τα χαρτάκια.
Για να το επαναλάβουμε.
Τρίβουμε το στυλό στη μπλούζα
πλησιάζουμε στα χαρτάκια
και καταφέρνει και τα σηκώνει.
Ας δούμε ένα άλλο πείραμα
Θα χρειαστούμε ένα μπαλόνι.
Πάλι τη μπλούζα μας
ή ένα μάλλινο ύφασμα. Τρίβουμε το μπαλόνι
στο μάλλινο ύφασμα
και το πλησιάζουμε σε δημητριακά
και παρατηρούμε ότι καταφέρνει να τα σηκώσει.
Πως όμως εξηγούνται αυτά τα πειράματα;
Έχουμε μάθει μέχρι τώρα στη Φυσική
ότι υπάρχουν δύο είδη φορτίων.
Το θετικό φορτίο των πρωτονίων και το αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων.
Πρωτόνια, ηλεκτρόνια, που βρίσκονται αυτά για όσους δεν θυμούνται
Θα πρέπει να πάμε στον μικρόκοσμο
Στα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται
όλα τα υλικά σώματα γύρω μας ακόμα και εμείς οι ίδιοι.
Πως θα το κάνουμε αυτό;
Δεν μπορούμε με τα μάτια μας, δεν μπορούμε με μικροσκόπιο
γιατί αυτά τα σωματίδια είναι τόσο μικρά
που δεν μπορούμε να τα δούμε παρά μόνο με προσομοιώσεις.
Ας δούμε λοιπόν
Τα πιο μικρά σωματίδια του μικρόκοσμου
είναι τα quarks και τα ηλεκτρόνια.
Μερικά από τα quarks καθώς κινούνται διαρκώς
σχηματίζουν ανά τρία πρωτόνια και νετρόνια.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια σχηματίζουν με τη σειρά τους, τους πυρήνες.
Οι πυρήνες συγκεντρώνουν γύρω τους ηλεκτρόνια που και αυτά κινούνται διαρκώς
χωρίς να ακολουθούν τροχιές και σχηματίζουν τα άτομα
Υπάρχουν 114 διαφορετικά άτομα στο μικρόκοσμο,
ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων.
Πάρα πολλά από τα άτομα παραμένουν μοναχικά.
Συνήθως όμως, δύο ή περισσότερα άτομα,
όμοια ή ανόμοια μεταξύ τους σχηματίζουν μόρια.
Και τα μοναχικά άτομα και τα μόρια κινούνται διαρκώς.
Παρόλο που και τα μοναχικά άτομα και τα μόρια κινούνται διαρκώς,
σχηματίζουν μεταξύ τους ομάδες, τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια σώματα.
Μοναχικά άτομα ή μόρια που κινούνται διαρκώς και τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις
και πολύ κοντά το ένα στο άλλο, σχηματίζουν τα στερεά σώματα.
Παρόλες τις κινήσεις τους όμως,
τα μοναχικά άτομα ή τα μόρια που σχηματίζουν τα στερεά σώματα,
δεν πλησιάζουν ούτε απομακρύνονται πολύ μεταξύ τους, και δεν αλλάζουν θέσεις μεταξύ τους.
Δεν μετακινούνται.
Μοναχικά άτομα ή μόρια που κινούνται διαρκώς και τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις
και πολύ κοντά το ένα στο άλλο, σχηματίζουν τα υγρά σώματα.
Όμως, τα μοναχικά άτομα ή τα μόρια που σχηματίζουν τα υγρά σώματα,
δεν πλησιάσουν, ούτε απομακρύνονται πολύ μεταξύ τους αλλά αλλάζουν διαρκώς θέσεις μεταξύ τους.
Μετακινούνται διαρκώς.
Μοναχικά άτομα ή μόρια που κινούνται διαρκώς και τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις
σχηματίζουν τα αέρια σώματα.
Όμως τα μοναχικά άτομα ή τα μόρια που σχηματίζουν τα αέρια σώματα δεν παραμένουν απαραίτητα κοντά το ένα στο άλλο.
Μπορούν να απομακρύνονται και να κινούνται ελεύθερα, αλλάζοντας διαρκώς θέσεις μεταξύ τους.
Μετακινούνται διαρκώς όπου βρίσκουν ελεύθερο χώρο.
Για να συνοψίσουμε λοιπόν τι είδαμε.
Τα άτομα αποτελούνται από τον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια, που κινούνται σε μια περιοχή γύρω από τον πυρήνα.
Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια έχουν θετικό φορτίο
τα ηλεκτρόνια αρνητικό, ενώ τα νετρόνια δεν είναι φορτισμένα ηλεκτρικά.
Γύρω από κάθε πυρήνα κινούνται τόσα ηλεκτρόνια όσα είναι και τα πρωτόνια του πυρήνα του.
Γι' αυτό τα άτομα εμφανίζονται ηλεκτρικά ουδέτερα.
Σε κάποια υλικά βέβαια τα ηλεκτρόνια καταφέρνουν να κινηθούν
όχι γύρω από συγκεκριμένο πυρήνα αλλά μεταξύ των ατόμων.
Τα ηλεκτρόνια αυτά ονομάζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Αυτό που συμβαίνει όταν εγώ τρίβω μεταξύ τους δύο υλικά, όπως το στυλό με το μάλλινο ύφασμα
είναι ότι μερικά από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα σώμα στο άλλο.
Τότε λέμε ότι τα δύο σώματα έχουν φορτιστεί ηλεκτρικά.
Το σώμα που έδωσε τα ηλεκτρόνια τώρα έχει λιγότερα άρα φορτίζεται θετικά
ενώ το σώμα που πήρε τα ελεύθερα ηλεκτρόνια έχει φορτιστεί αρνητικά.
Όταν δύο σώματα μας λένε οι φυσικοί είναι φορτισμένα όμοια, απωθούνται, ένω όταν είναι φορτισμένα διαφορετικά, έλκονται.
Πως μπορούμε όμως να το διαπιστώσουμε αυτό, πέρα από τα πειράματα που κάναμε;
Σ' αυτό θα μας βοηθήσει μια μηχανή με ένα περίεργο όνομα
που αναπτύχθηκε από έναν Βρετανό εφευρέτη.
Αυτή εδώ η μηχανή,
αποτελείται από δύο πλαστικούς δίσκους που μπορούν και κινούνται,
έχουνε τους βραχίονες, πάνω έχουν μεταλλικά κομμάτια
και αν προσέξετε σε μερικά σημεία οι βραχίονες καταλήγουν σε βουρτσάκια
που λέγονται ψύκτρες και ακουμπούν πάνω τους.
Και δεν χρειάζονται περισσότερες λεπτομέρειες.
Αυτό που χρειάζεται να ξέρουμε είναι ότι αυτή η μηχανή,
καθώς περιστρέφουμε τους δίσκους καταφέρνει να συγκεντρώσει φορτία στις δύο μεταλλικές σφαίρες,
και μάλιστα διαφορετικό φορτίο στη μία από την άλλη.
Θα χρησιμοποιήσουμε και τους θύσανους
Είναι μια βάση μ'ένα μεταλλικό άξονα και αυτές τις κλωστές που κρέμονται,
και θα προσπαθήσουμε να διαπιστώσουμε αν όντως τα φορτισμένα με ίδιο φορτίο σώματα απωθούνται.
Θα συνδέσουμε...
στη μία μεταλλική σφαίρα τον θύσανο.
Είπαμε ότι τα φορτία όταν γυρίζω...
τους δίσκους της μηχανής συγκεντρώνονται στις δύο άκρες.
Διαφορετικό φορτίο στη μία σφαίρα από την άλλη.
Δεν μας ενδιαφέρει ποια έχει θετικό ποια έχει αρνητικό.
Όταν εγώ συνδέω το καλώδιο καταφέρνω τα φορτία να φτάσουν μέχρι το θύσανο.
Για να δούμε τι θα συμβεί όταν περιστρέψουμε τους δίσκους...
Τι παρατηρούμε;
Σαν τα μαλλιά του παιδιού, πετάνε.
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Γιατί έχουν φορτιστεί με το ίδιο φορτίο.
Αν ακουμπήσουμε τις σφαίρες μεταξύ τους βλέπουμε ότι πέφτουν τα μαλλιά του θύσανου.
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Γιατί τώρα δεν έχω συγκεντρωμένο φορτίο που περνάει στο θύσανο, αλλά περνάει από τη μία σφαίρα στην άλλη.
Για να δούμε αν συμβαίνει το ίδιο και με την άλλη άκρη.
Θα συνδέσουμε τον άλλο θύσανο
στην άλλη μεταλλική σφαίρα.
Και εδώ θα φορτιστεί με το ίδιο φορτίο.
Για να δούμε αν θα απωθείται.
Βλέπουμε ότι και στις δύο περιπτώσεις πετάνε τα μαλλιά του θύσανου.
Ουσιαστικά απωθούνται επειδή έχουν φορτιστεί ηλεκτρικά με το ίδιο φορτίο,
οι κλωστές σε αυτό το θύσανο και στον άλλο.
Ακουμπάμε τις δύο μεταλλικές σφαίρες
και βλέπουμε ότι πέφτουν.
Είπαμε στην αρχή ότι αυτή η μηχανή
συγκεντρώνει στις δύο σφαίρες φορτία
διαφορετικά στη μία από την άλλη.
Άρα στη μία περίπτωση έχουμε θετικό φορτίο και στην άλλη αρνητικό.
Τι θα γίνει αν πλησιάσω τους θύσανους, που θα φορτιστούν με διαφορετικό φορτίο;
Για να δούμε...
Παρατηρούμε ότι οι θύσανοι έλκονται μεταξύ τους. Γιατί;
Γιατί έχουν φορτιστεί με διαφορετικό φορτίο.
Ο ένας θετικά, ο άλλος αρνητικά.
Δεν μας ενδιαφέρει ξαναλέω ποιος είναι θετικός, ποιος είναι αρνητικός.
Αλλά έχουν διαφορετικό φορτίο και αποδεικνύουν
ότι σώματα που φορτίζονται με διαφορετικό φορτίο έλκονται.
Πως θα ελέγξουμε τώρα, ότι σώματα που φορτίζονται με το ίδιο φορτίο, απωθούνται;
Πέρα από τον κάθε θύσανο μόνο του;
Μπορούμε να συνδέσουμε τους δύο θύσανους στο ίδιο άκρο
και να τους πλησιάσουμε.
Αφού το φορτίο μεταφέρεται από την ίδια άκρη, θα φορτιστούν με το ίδιο φορτίο.
Για να δούμε τι θα κάνουν; Θα έλκονται όπως πριν;
Βλέπουμε ότι οι θύσανοι απωθούνται.
Ακόμα και αν τους πλησιάσω συνεχίζουν να απωθούνται.
Και όταν ακουμπήσω τις σφαίρες όπως σωστά μαντεύετε θα πέσουν.
Για να δούμε τώρα όμως τι γίνεται όταν δεν έχω τους θύσανους
και τα φορτία συγκεντρώνονται στις δύο μεταλλικές σφαίρες.
Και γω συνεχίζω να γυρίζω τους δίσκους.
Τι νομίζετε θα συμβεί; Για να δούμε...
Βλέπουμε ένα σπινθήρα, ένα μικρό κεραυνό.
Και αυτό ουσιαστικά είναι.
Είναι φορτία που φεύγουν από τη μία σφαίρα και πηγαίνουν στην άλλη.
Όπως συμβαίνει και με τους κεραυνούς, θα δούμε στη συνέχεια
Να το επαναλάβουμε;
Ας συνοψίσουμε τώρα τα συμπεράσματα μας.
Είδαμε ότι υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρικών φορτίων, θετικό και αρνητικό.
Όταν τρίβουμε μεταξύ τους κάποια υλικά, μεταφέρονται ηλεκτρόνια
ελεύθερα ηλεκτρόνια από το ένα σώμα στο άλλο.
Τότε τα σώματα φορτίζονται ηλεκτρικά.
Είδαμε και με το πείραμα ότι όταν δύο σώματα είναι φορτισμένα όμοια, απωθούνται ενώ όταν είναι φορτισμένα διαφορετικά, έλκονται.
Έτσι τώρα μπορείτε να εξηγήσετε και μόνοι σας
γιατί πετάνε τα μαλλιά του παιδιού.
Προφανώς έχουν φορτιστεί με το ίδιο φορτίο.
Γιατί πετάνε τα μαλλιά του σκύλο
Για τον ίδιο λόγο.
Γιατί νιώθουμε ένα τίναγμα όταν βγάζουμε το πουλόβερ.
Νιώθουμε ένα τίναγμα γιατί έχει φορτιστεί το σώμα μας και το πουλόβερ από την τριβή,
καθώς το τραβάμε.
Μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί νιώθουμε το τίναγμα στο αυτοκίνητο,
καθώς το σώμα μας έχει φορτιστεί με την τριβή στο κάθισμα.
Και μπορούμε και τους κεραυνούς
σαν τους μικρούς σπινθήρες που διαπιστώσαμε εδώ στη συσκευή
να καταλάβουμε ότι όταν τα σύννεφα τρίβονται μεταξύ τους
φορτίζονται ηλεκτρικά και έτσι μπορεί να ξεσπάσει ένας ηλεκτρικός σπινθήρας
ανάμεσα στα σύννεφα ή ανάμεσα στα σύννεφα και στη γη
Μπορείτε τώρα να αναζητήσετε γύρω σας
και άλλες εφαρμογές του στατικού ηλεκτρισμού
ή να κάνετε τα πειράματα με το στυλό, με το μπαλόνι.
Μπορείτε επίσης να κάνετε το πείραμα που έχει το βιβλίο σας το σχολικό, με το καλαμάκι και το χαρτομάντιλο.
Μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε να τρίψετε δύο μπαλόνια στο ίδιο κομμάτι ύφασμα,
και να προσπαθήσετε να τα πλησιάσετε μεταξύ τους. Και θα δείτε τι θα συμβεί.
Όσο και να αν προσπαθείτε, δεν θα τα καταφέρετε.
Βρείτε λοιπόν έτσι δραστηριότητες, να γεμίσετε δημιουργικά το χρόνο σας και καλή διασκέδαση!
