Α΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ · ΕΠΙΣΗΜΗ ΥΛΗ 2025–2026
Ηλεκτρισμός
και μαγνητισμός.
Ένα καλώδιο που θερμαίνεται, ένα πηνίο που αρχίζει να περιστρέφεται και ένας μαγνήτης που μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα μοιάζουν αρχικά με διαφορετικά φαινόμενα. Κι όμως, συνδέονται από μία μεγάλη ιδέα.
και από την κίνηση στο ρεύμα
Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο όψεις της ίδιας φυσικής πραγματικότητας. Στον οδηγό αυτό θα δούμε πότε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα γίνεται επικίνδυνο, πώς το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει κίνηση και πώς η κίνηση ενός μαγνήτη μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα.
Τρεις ενότητες, μία ενιαία ιδέα
Βραχυκύκλωμα, κίνδυνοι και ασφάλεια 9
Από τον ηλεκτρισμό στον μαγνητισμό — κινητήρας 10
Από τον μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό — γεννήτρια
Η κύρια ανάπτυξη ακολουθεί αποκλειστικά τις ενότητες 8–10. Ο ηλεκτρομαγνήτης εμφανίζεται μόνο σε ξεχωριστό πλαίσιο προαιρετικής διερεύνησης.
8 · ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ
Όταν το ρεύμα βρίσκει έναν υπερβολικά εύκολο δρόμο
Για να λειτουργήσει ένα λαμπάκι χρειάζεται ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Η μπαταρία, τα καλώδια και το λαμπάκι συνδέονται έτσι ώστε να σχηματίζουν μια συνεχή διαδρομή. Όταν το κύκλωμα κλείσει, περνά ηλεκτρικό ρεύμα από το λαμπάκι και εκείνο φωτίζει.
Αν όμως οι δύο πόλοι της ηλεκτρικής πηγής συνδεθούν με μια διαδρομή πολύ μικρής αντίστασης, από το κύκλωμα μπορεί να περάσει πολύ ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα. Τότε λέμε ότι έχουμε βραχυκύκλωμα.
Το ρεύμα περνά από το λαμπάκι και η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται κυρίως σε φωτεινή και θερμική.
Δημιουργείται διαδρομή πολύ μικρής αντίστασης και μπορεί να περάσει επικίνδυνα ισχυρό ρεύμα.
Το ρεύμα δεν «χάνεται» — γίνεται υπερβολικά ισχυρό
Το πρόβλημα δεν είναι ότι το ηλεκτρικό ρεύμα τελειώνει. Το πρόβλημα είναι ότι περνά πολύ ισχυρό ρεύμα από μια διαδρομή που δεν είναι κατάλληλη να το αντέξει.
ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΚΑΙ «ΑΣΦΑΛΕΙΑ»
Γιατί ένα βραχυκύκλωμα χρειάζεται άμεση διακοπή
Το πολύ ισχυρό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση των καλωδίων, καταστροφή της ηλεκτρικής πηγής, λιώσιμο του μονωτικού περιβλήματος, βλάβη μιας συσκευής ή ακόμη και πυρκαγιά.
Η ασφάλεια δεν βοηθά τη συσκευή να λειτουργήσει. Προστατεύει το κύκλωμα διακόπτοντας την παροχή όταν το ρεύμα ξεπεράσει τα ασφαλή όρια.
Δεν πραγματοποιούμε ποτέ πειράματα με πρίζες, γυμνά καλώδια, ηλεκτρικούς πίνακες, χαλασμένες συσκευές ή καλώδια κοντά σε νερό. Οι σχολικές δραστηριότητες γίνονται μόνο με κατάλληλες πηγές χαμηλής τάσης και με την επίβλεψη εκπαιδευτικού.
9 · ΑΠΟ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ
Το ηλεκτρικό ρεύμα μετακινεί τη βελόνα της πυξίδας
Μια πυξίδα που βρίσκεται μακριά από μαγνήτες προσανατολίζεται περίπου προς τον γεωγραφικό Βορρά. Αν όμως την τοποθετήσουμε κοντά σε έναν αγωγό και αφήσουμε ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει από αυτόν, η βελόνα της αποκλίνει.
Όταν διακόψουμε το ρεύμα, η βελόνα επιστρέφει στην προηγούμενη θέση της. Αν αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος, αλλάζει και η κατεύθυνση προς την οποία αποκλίνει.
Η πυξίδα παραμένει στον συνηθισμένο προσανατολισμό της.
Η βελόνα αποκλίνει: εμφανίζεται μαγνητικό αποτέλεσμα.
Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μαγνητικά αποτελέσματα
Δεν βλέπουμε άμεσα το μαγνητικό αποτέλεσμα. Το αντιλαμβανόμαστε από την αλλαγή της θέσης της μαγνητικής βελόνας.
ΕΝΑΣ ΑΠΛΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ
Από το ηλεκτρικό ρεύμα στην κίνηση
Γνωρίζουμε ότι οι μαγνήτες μπορούν να ασκούν δυνάμεις και ότι το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μαγνητικά αποτελέσματα. Μπορούμε επομένως να κατασκευάσουμε μια διάταξη στην οποία οι μαγνητικές δυνάμεις προκαλούν κίνηση.
Αυτή είναι η βασική ιδέα του ηλεκτρικού κινητήρα.
Η πηγή συνδέεται με το πηνίο.
Το πηνίο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα.
Το ρεύμα αλληλεπιδρά με τον μαγνήτη.
Το κινητό μέρος αρχίζει να περιστρέφεται.
Ένα μέρος της ενέργειας μετατρέπεται επίσης σε θερμότητα και ήχο. Ο κινητήρας δεν δημιουργεί ενέργεια· τη μετατρέπει.
ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ
Ένας απλός ηλεκτρομαγνήτης
Η δραστηριότητα αυτή λειτουργεί ως γέφυρα ανάμεσα στο ηλεκτρικό ρεύμα και στο μαγνητικό του αποτέλεσμα. Τυλίγουμε μονωμένο σύρμα γύρω από ένα σιδερένιο καρφί και συνδέουμε για λίγα δευτερόλεπτα τα άκρα του σύρματος σε κατάλληλη μπαταρία χαμηλής τάσης.
Τι περιμένουμε να συμβεί όταν κλείσει το κύκλωμα;
Πλησιάζουμε το καρφί σε μικρούς μεταλλικούς συνδετήρες.
Με ρεύμα, το καρφί μπορεί να έλξει τους συνδετήρες.
Το μαγνητικό αποτέλεσμα ενεργοποιείται και απενεργοποιείται με το κύκλωμα.
10 · ΑΠΟ ΤΟΝ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ
Κινώντας έναν μαγνήτη κοντά σε ένα πηνίο
Συνδέουμε ένα πηνίο με κατάλληλο όργανο ανίχνευσης ηλεκτρικού ρεύματος. Πλησιάζουμε έναν μαγνήτη προς το πηνίο και το όργανο παρουσιάζει ένδειξη. Σταματάμε τον μαγνήτη και η ένδειξη μηδενίζεται. Τον απομακρύνουμε και εμφανίζεται ξανά ένδειξη προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Δεν αρκεί να βρίσκεται απλώς ο μαγνήτης κοντά στο πηνίο
Χρειάζεται σχετική κίνηση: ο μαγνήτης να πλησιάζει ή να απομακρύνεται σε σχέση με το πηνίο.
Η απλή ηλεκτρική γεννήτρια
Η διάταξη που χρησιμοποιεί κίνηση για να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται ηλεκτρική γεννήτρια. Σε μια απλή γεννήτρια υπάρχει σχετική κίνηση ανάμεσα σε έναν μαγνήτη και σε ένα πηνίο.
Η γεννήτρια δεν δημιουργεί ενέργεια από το τίποτα. Χρειάζεται να της προσφέρουμε μηχανική ενέργεια.
Το δυναμό του ποδηλάτου
Η περιστροφή του τροχού προκαλεί σχετική κίνηση ανάμεσα σε μαγνήτη και πηνίο. Έτσι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα και μπορεί να ανάψει το φανάρι.
ΣΥΓΚΡΙΝΩ ΤΙΣ ΔΥΟ ΔΙΑΔΡΟΜΕΣ
Κινητήρας και γεννήτρια
Ο κινητήρας και η γεννήτρια ακολουθούν αντίθετες ενεργειακές διαδρομές. Στον κινητήρα ξεκινάμε από το ηλεκτρικό ρεύμα και καταλήγουμε στην κίνηση. Στη γεννήτρια ξεκινάμε από την κίνηση και καταλήγουμε στο ηλεκτρικό ρεύμα.
ΣΥΝΗΘΙΣΜΕΝΕΣ ΠΑΡΑΝΟΗΣΕΙΣ
Έξι φράσεις που χρειάζονται διόρθωση
Η μπαταρία αποτελεί πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ρεύμα υπάρχει όταν σχηματιστεί κατάλληλο κλειστό κύκλωμα.
Στο βραχυκύκλωμα περνά πολύ ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα από διαδρομή πολύ μικρής αντίστασης.
Η ασφάλεια προστατεύει το κύκλωμα διακόπτοντάς το όταν το ρεύμα γίνει επικίνδυνα ισχυρό.
Ο κινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια κυρίως σε μηχανική.
Η γεννήτρια μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική.
Στη δραστηριότητα απαιτείται σχετική κίνηση και μεταβολή.
ΕΛΕΓΧΩ ΑΝ ΚΑΤΑΛΑΒΑ
Ασκήσεις με υπόδειξη και λύση
Το καλώδιο που θερμαίνεται
Ένα καλώδιο συνδέει σχεδόν απευθείας τους πόλους μιας μπαταρίας. Τι μπορεί να συμβεί;
Υπόδειξη
Σκέψου την αντίσταση της νέας διαδρομής και την ένταση του ρεύματος.
Αναλυτική λύση
Δημιουργείται διαδρομή πολύ μικρής αντίστασης. Μπορεί να περάσει πολύ ισχυρό ρεύμα και να θερμανθούν επικίνδυνα το καλώδιο και η μπαταρία.
Το μικρό ανεμιστηράκι
Ποια είναι η κύρια μετατροπή ενέργειας όταν το ανεμιστηράκι συνδεθεί σε μπαταρία;
Υπόδειξη
Παρατήρησε τι δέχεται η συσκευή και ποιο είναι το χρήσιμο αποτέλεσμα.
Αναλυτική λύση
Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται κυρίως σε μηχανική ενέργεια περιστροφής.
Ο ακίνητος μαγνήτης
Ένας μαγνήτης βρίσκεται ακίνητος μέσα σε ένα πηνίο και το όργανο δεν παρουσιάζει ένδειξη. Απέτυχε το πείραμα;
Υπόδειξη
Η παρουσία του μαγνήτη αρκεί ή χρειάζεται μεταβολή;
Αναλυτική λύση
Όχι. Για να εμφανιστεί ηλεκτρικό ρεύμα χρειάζεται ο μαγνήτης να κινηθεί σε σχέση με το πηνίο.
Συσκευή και λειτουργία
Αντιστοίχισε: ανεμιστήρας, δυναμό ποδηλάτου, ηλεκτρική ασφάλεια — με: προστασία κυκλώματος, ηλεκτρική→μηχανική, μηχανική→ηλεκτρική.
Αναλυτική λύση
Ανεμιστήρας: ηλεκτρική→μηχανική. Δυναμό: μηχανική→ηλεκτρική. Ασφάλεια: προστασία κυκλώματος.
Όταν ανοίγει ο διακόπτης
Γιατί ένας ηλεκτρικός κινητήρας σταματά όταν ανοίξει ο διακόπτης;
Αναλυτική λύση
Διακόπτεται το ηλεκτρικό κύκλωμα και σταματά το ρεύμα. Έτσι παύουν τα μαγνητικά αποτελέσματα που προκαλούσαν την κίνηση.
ΜΙΚΡΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ
Μπορείς να το εξηγήσεις με δικά σου λόγια;
1. Τι ονομάζουμε βραχυκύκλωμα;
Τη δημιουργία μιας διαδρομής πολύ μικρής αντίστασης, από την οποία μπορεί να περάσει πολύ ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα.
2. Ποια είναι η λειτουργία μιας ηλεκτρικής ασφάλειας;
Να διακόπτει το κύκλωμα όταν το ρεύμα γίνει επικίνδυνα ισχυρό.
3. Τι προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα κοντά σε μια πυξίδα;
Μαγνητικό αποτέλεσμα που μπορεί να μετακινήσει τη βελόνα της.
4. Ποια είναι η βασική μετατροπή ενέργειας σε έναν κινητήρα;
Ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια.
5. Ποια είναι η βασική μετατροπή ενέργειας σε μια γεννήτρια;
Μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
6. Αρκεί ένας μαγνήτης να βρίσκεται ακίνητος μέσα στο πηνίο;
Όχι. Χρειάζεται σχετική κίνηση και μεταβολή.
Ο ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ Ο ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ ΣΕ ΜΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗ
Από το ρεύμα στην κίνηση — και από την κίνηση στο ρεύμα
Το βραχυκύκλωμα μάς δείχνει γιατί το ηλεκτρικό ρεύμα χρειάζεται έλεγχο και προστασία. Ο κινητήρας μάς δείχνει πώς το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει κίνηση. Η γεννήτρια μάς δείχνει πώς η κίνηση μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα.
Στον ηλεκτρισμό και στον μαγνητισμό δεν αρκεί να γνωρίζουμε ποια συσκευή λειτουργεί. Χρειάζεται να καταλαβαίνουμε τι προκαλεί το φαινόμενο και ποια διαδρομή ακολουθεί η ενέργεια.