1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΗΛΕΚΣΡΙΚΗ ΔYΝΑΜΗ ΚΑΙ ΦΟΡΣΙΟ

2. ΑΠΟ ΣΟ ΚΕΧΡΙΜΠΑΡΙ ΢ΣΟΝ ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ YΠΟΛΟΓΙ΢ΣΗ
Σο 16ο αιϊνα ο Γουίλιαμ Γκίλμπερτ
(William Gilbert), φυςικόσ και
γιατρόσ που ζηθςε ςτθν Αγγλία
άρχιςε να μελετά ςυςτθματικά τα
θλεκτρικά φαινόμενα. Με τον
Γκίλμπερτ αρχίηει ουςιαςτικά θ
ιςτορία του θλεκτριςμοφ. Μια
ιςτορία που ςυνδζεται άμεςα με
μερικά από τα πιο μεγαλειϊδθ
τεχνολογικά επιτεφγματα του
ςφγχρονου πολιτιςμοφ.

3. 1.1 Γνωριμία με τθν θλεκτρικι δφναμθ
Ζχεισ παρατθριςει ότι πολλζσ φορζσ οι τρίχεσ ζλκονται
από τθν χτζνα κακϊσ χτενίηεισ τα ςτεγνά μαλλιά ςου;
΢ϊματα, όπωσ ο πλαςτικόσ χάρακασ ι το ιλεκτρο, που αποκτοφν
τθν ιδιότθτα να αςκοφν δφναμθ ςε ελαφρά αντικείμενα, όταν τα
τρίψουμε με κάποιο άλλο ςϊμα, λζμε ότι είναι θλεκτριςμζνα. Η
δφναμθ που αςκείται μεταξφ των θλεκτριςμζνων ςωμάτων
ονομάηεται θλεκτρικι.
Πϊσ μποροφμε να διαπιςτϊςουμε αν ζνα ςϊμα είναι
θλεκτριςμζνο;
Για να ελζγξουμε αν ζνα ςϊμα είναι
θλεκτριςμζνο, χρθςιμοποιοφμε το θλεκτρικό εκκρεμζσ.

4. 1.1 Γνωριμία με τθν θλεκτρικι δφναμθ
Παρατιρθςε ότι ο θλεκτριςμζνοσ
χάρακασ ζλκει το μπαλάκι του
εκκρεμοφσ χωρίσ να ζρχεται ςε
επαφι μαηί του. Η θλεκτρικι
δφναμθ που αςκεί ο χάρακασ ςτο
μπαλάκι δρα από απόςταςθ.
΢υνεπϊσ οι θλεκτρικζσ δυνάμεισ
αςκοφνται από απόςταςθ.
Ζνασ μαγνιτθσ αςκεί θλεκτρικι δφναμθ;
Η θλεκτρικι δφναμθ
αςκείται ςε διαφορετικά
ςϊματα από ότι θ
μαγνθτικι.

5. 1.1 Γνωριμία με τθν θλεκτρικι δφναμθ
Οι θλεκτρικζσ δυνάμεισ είναι πάντοτε ελκτικζσ;
Σρίψε δφο γυάλινεσ
ράβδουσ με
μεταξωτό φφαςμα.
Αν τισ πλθςιάςεισ, κα
παρατθριςεισ ότι
απωκοφνται
Σο ίδιο κα ςυμβεί αν
πλθςιάςεισ δφο
πλαςτικζσ ράβδουσ ι
λουρίδεσ που ζχεισ
τρίψει με μάλλινο
φφαςμα
Αν όμωσ τρίψεισ μια
γυάλινθ ράβδο με μεταξωτό
φφαςμα και μια πλαςτικι
με μάλλινο και ςτθ
ςυνζχεια τισ πλθςιάςεισ, κα
δεισ ότι οι δφο ράβδοι
ζλκονται

6. 1.1 Γνωριμία με τθν θλεκτρικι δφναμθ
΢υμπεραίνουμε λοιπόν ότι οι θλεκτρικζσ δυνάμεισ με τισ
οποίεσ αλλθλεπιδροφν δφο θλεκτριςμζνα ςϊματα άλλοτε
είναι ελκτικζσ και άλλοτε απωςτικζσ .

7. 1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Σι προκαλεί τισ θλεκτρικζσ δυνάμεισ;
Σι ςυμβαίνει ςτον πλαςτικό χάρακα, ςτθ γυάλινθ ράβδο ι ςτο
κεχριμπάρι όταν τα τρίβουμε με το χαρτί ι το φφαςμα και
θλεκτρίηονται;
Για να εξθγιςουμε τθν προζλευςθ και τισ ιδιότθτεσ των
θλεκτρικϊν δυνάμεων, δεχόμαςτε ότι θ φλθ ζχει μια ιδιότθτα που
τθ ςυνδζουμε με ζνα φυςικό μζγεκοσ: το θλεκτρικό φορτίο.
Όταν δφο ςϊματα ζχουν θλεκτρικό φορτίο, τότε αλλθλεπιδροφν
με θλεκτρικζσ δυνάμεισ και λζμε ότι είναι θλεκτρικά φορτιςμζνα.
Σο θλεκτρικό φορτίο ςυμβολίηεται με το γράμμα ι Q.

8. Είδαμε ότι δφο φορτιςμζνα ςϊματα, όπωσ οι παραπάνω
ράβδοι, άλλοτε ζλκονται και άλλοτε απωκοφνται.
Σο γεγονόσ αυτό μασ αναγκάηει να δεχκοφμε ότι υπάρχουν
τουλάχιςτον δφο διαφορετικά είδθ φορτίου.
1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Όταν δφο (ι περιςςότερα) θλεκτρικά
φορτιςμζνα ςϊματα απωκοφνται
μεταξφ τουσ, τότε λζμε ότι ζχουν
φορτίο ίδιου είδουσ (ι ότι είναι όμοια
φορτιςμζνα).
Ενϊ, όταν ζλκονται μεταξφ τουσ, λζμε
ότι ζχουν φορτία διαφορετικοφ
είδουσ (ι ότι είναι αντίκετα
φορτιςμζνα).

9. 1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Ο Αμερικανόσ πολιτικόσ και φυςικόσ Β. Φραγκλίνοσ πρότεινε τα
ςϊματα που ανικουν ςτθν πρϊτθ ομάδα να τα ονομάηουμε κετικά
φορτιςμζνα και να λζμε ότι ζχουν κετικό φορτίο.
Αυτά δε που ανικουν ςτθ δεφτερθ ομάδα να τα ονομάηουμε
αρνθτικά φορτιςμζνα και να λζμε ότι ζχουν αρνθτικό φορτίο

10. 1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Πϊσ μετράμε το θλεκτρικό φορτίο
Γενικά δεχόμαςτε ότι θ θλεκτρικι δφναμθ που αςκεί (ι αςκείται ςε)
ζνα φορτιςμζνο ςϊμα είναι ανάλογθ του θλεκτρικοφ φορτίου του.
Η μονάδα του θλεκτρικοφ φορτίου ςτο Διεκνζσ
΢φςτθμα Μονάδων (S.I.) ονομάηεται Κουλόμπ
(Coulomb), προσ τιμιν του Γάλλου φυςικοφ Κουλόμπ ο
οποίοσ μελζτθςε τισ ιδιότθτεσ των θλεκτρικϊν
δυνάμεων μεταξφ των φορτιςμζνων ςωμάτων.
΢υμβολίηεται με το γράμμα C.

11. 1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Σο 1 C είναι πολφ μεγάλθ μονάδα φορτίου.
Αν μποροφςαμε να φορτίςουμε δφο μικρζσ ςφαίρεσ με 1 C τθν κακεμιά
και τισ τοποκετοφςαμε ζτςι ϊςτε τα κζντρα τουσ να απζχουν ζνα
μζτρο, τότε θ θλεκτρικι δφναμθ που κα αςκοφςε θ μια ςτθν άλλθ κα
ιταν 109 Ν (ςχεδόν ζνα εκατομμφριο φορζσ μεγαλφτερθ από το βάροσ
ενόσ ενιλικα)!!
Γι’ αυτό ςτισ εφαρμογζσ χρθςιμοποιοφμε υποπολλαπλάςια του 1 C:
το 1 μC (ζνα μικροκουλόμπ) με 1 μC=10-6 C ι
το 1 nC (ζνα νανοκουλόμπ) με 1 nC=10-9 C.
Ζτςι, αν για παράδειγμα το φορτίο τθσ ράβδου είναι 3
nC, γράφουμε: q=+3 nC.
Αντίκετα θ πλαςτικι ράβδοσ αποκτά αρνθτικό φορτίο. Αν το φορτίο
τθσ είναι 3 nC, γράφουμε: q=–3 nC.

12. 1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Σο ολικό φορτίο των ράβδων είναι ίςο με το αλγεβρικό άκροιςμα
των φορτίων τουσ.
Αν για παράδειγμα θ μια ζχει φορτίο q1=+4 nC και θ άλλθ q2=–3
nC, τότε το ολικό φορτίο και των δφο μαηί είναι:
q=q1+q2=(+4 nC)+(-3 nC)=1 nC

13. 1.2 Σο θλεκτρικό φορτίο
Γενικά το ολικό φορτίο δφο ι περιςςοτζρων φορτιςμζνων
ςωμάτων ιςοφται με το αλγεβρικό άκροιςμα των φορτίων τουσ.
Όταν το ςυνολικό φορτίο ενόσ ι περιςςοτζρων ςωμάτων είναι ίςο
με το μθδζν, τότε το ςϊμα ι το ςφνολο των ςωμάτων ονομάηεται
θλεκτρικά ουδζτερο.

14. 1.3 Σο θλεκτρικό φορτίο ςτο εςωτερικό του ατόμου
΢πουδαίοι φυςικοί των αρχϊν του 20οφ
αιϊνα όπωσ ο Νεοηθλανδόσ Ζρνεςτ
Ράδερφορντ (Ernest Rutherford) και ο
Δανόσ Νιλσ Μπορ (Niels Bohr) κατζλθξαν
ςτθν περιγραφι του ατόμου μζςω ενόσ
προτφπου, ςφμφωνα με το οποίο:
1. Κάκε άτομο αποτελείται από ζναν πυρινα
γφρω από τον οποίο περιφζρονται τα
θλεκτρόνια. Ο πυρινασ και τα θλεκτρόνια
είναι φορτιςμζνα ςωματίδια: Ο πυρινασ ζχει
κετικό φορτίο, ενϊ κάκε θλεκτρόνιο
αρνθτικό. Ζτςι ο πυρινασ ζλκει κάκε
θλεκτρόνιο, ενϊ τα θλεκτρόνια απωκοφνται
μεταξφ τουσ
2. Όλα τα θλεκτρόνια είναι όμοια. Ζχουν τθν
ίδια μάηα και το ίδιο θλεκτρικό φορτίο.

15. 1.3 Σο θλεκτρικό φορτίο ςτο εςωτερικό του ατόμου
3. Οι πυρινεσ είναι ςφνκετα ςωματίδια.
Αποτελοφνται από πρωτόνια και νετρόνια. Σο
πρωτόνιο και το νετρόνιο ζχουν ςχεδόν ίςεσ μάηεσ.
Όμωσ το πρωτόνιο είναι κετικά φορτιςμζνο, ενϊ το
νετρόνιο δεν ζχει φορτίο, δθλαδι είναι θλεκτρικά
ουδζτερο. Όλα τα πρωτόνια είναι πανομοιότυπα.
Ζχουν τθν ίδια μάηα και το ίδιο φορτίο.
4. Σο πρωτόνιο και το θλεκτρόνιο ζχουν αντίκετα
φορτία ακριβϊσ ίδιου όμωσ μεγζκουσ: το φορτίο
του πρωτονίου είναι +1,6x10-19 C, ενϊ του
θλεκτρονίου είναι –1,6x10-19 C. Σα φορτία του
πρωτονίου και του θλεκτρονίου είναι τα πιο μικρά
φορτία που ζχουν παρατθρθκεί ελεφκερα ςτθ
φφςθ.
5. Ο αρικμόσ των πρωτονίων του άτομου είναι ίςοσ
με τον αρικμό των θλεκτρονίων του. Επομζνωσ το
ολικό φορτίο του ατόμου είναι ίςο με το μθδζν.
Ώςτε τα άτομα είναι θλεκτρικά ουδζτερα. Ωςτόςο
ςε πολλζσ περιπτϊςεισ, όπωσ για παράδειγμα
ςυμβαίνει ςτθν θλζκτριςθ των ςωμάτων με
τριβι, είναι δυνατόν ζνα άτομο να αποβάλει ζνα ι
δφο θλεκτρόνια. Σότε παφει να είναι θλεκτρικά
ουδζτερο και ονομάηεται ιόν.

16. 1.3 Σο θλεκτρικό φορτίο ςτο εςωτερικό του ατόμου
Πϊσ τα ςϊματα αποκτοφν θλεκτρικό φορτίο;
Είναι όμωσ δυνατόν ζνα ςϊμα να προςλάβει ι
να αποβάλει θλεκτρόνια. ΢τθν περίπτωςθ που
το ςϊμα ζχει προςλάβει θλεκτρόνια αποκτά
πλεόναςμα θλεκτρονίων, οπότε παφει να είναι
θλεκτρικά ουδζτερο και αποκτά αρνθτικό
φορτίο. Αν ζχει αποβάλλει θλεκτρόνια, τότε
ζχει ζλλειμμα θλεκτρονίων, οπότε υπεριςχφει
το κετικό φορτίο των πρωτονίων και το ςϊμα
ζχει ολικό φορτίο κετικό

17. Δφο σημαντικζς ιδιότητες του ηλεκτρικοφ φορτίου
1.3 Σο θλεκτρικό φορτίο ςτο εςωτερικό του ατόμου
Η φόρτιςθ των ςωμάτων οφείλεται ςε
μετακίνθςθ θλεκτρονίων. Σα θλεκτρόνια οφτε
παράγονται οφτε καταςτρζφονται. Απλϊσ
μεταφζρονται.
Επομζνωσ ο ςυνολικόσ αρικμόσ των
θλεκτρονίων δεν μεταβάλλεται, με
αποτζλεςμα ςε οποιαδιποτε διαδικαςία, είτε
αυτι ςυμβαίνει ςτο μικρόκοςμο είτε ςτο
μακρόκοςμο, το ολικό φορτίο να διατθρείται
ςτακερό. Η αρχι αυτι είναι γνωςτι ωσ αρχι
διατιρθςθσ του θλεκτρικοφ φορτίου.
Η αρχι διατιρθςθσ του θλεκτρικοφ
φορτίου, είναι από τισ πιο ςθμαντικζσ αρχζσ
τθσ ςφγχρονθσ φυςικισ όπωσ, και θ αρχι
διατιρθςθσ τθσ ενζργειασ.

18. 1.3 Σο θλεκτρικό φορτίο ςτο εςωτερικό του ατόμου
Κάκε θλεκτρικά φορτιςμζνο ςϊμα ζχει
περίςςεια ι ζλλειμμα θλεκτρονίων. Ζνα
θλεκτρόνιο δεν είναι δυνατόν να διαιρεκεί.
Σο θλεκτρικό φορτίο εμφανίηεται ςε
«πακετάκια» τα οποία ονομάηουμε κβάντα και
αυτι του τθν ιδιότθτα τθν ονομάηουμε
κβάντωςθ.

19. 1.4 Σρόποι θλζκτριςθσ και θ μικροςκοπικι ερμθνεία
Ηλζκτριση με τριβή
Όταν τρίβεισ τθ γυάλινθ ράβδο ςτο μεταξωτό φφαςμα, εξωτερικά θλεκτρόνια
από άτομα του γυαλιοφ μετακινοφνται ςτο φφαςμα. Ζτςι θ γυάλινθ ράβδοσ
φορτίηεται κετικά και το φφαςμα αρνθτικά.
Γιατί δεν ςυμβαίνει το αντίκετο; Γιατί δεν μετακινοφνται εξωτερικά
θλεκτρόνια από το φφαςμα ςτο γυαλί;

20. 1.4 Σρόποι θλζκτριςθσ και θ μικροςκοπικι ερμθνεία
Σα άτομα διαφορετικϊν υλικϊν είναι διαφορετικά μεταξφ τουσ. Σα εξωτερικά
θλεκτρόνια των ατόμων του υφάςματοσ ςυγκρατοφνται με ιςχυρότερεσ
δυνάμεισ απ’ ότι εκείνα του γυαλιοφ. Ζτςι απαιτείται λιγότερθ ενζργεια για να
φφγουν θλεκτρόνια από το γυαλί προσ το φφαςμα απ’ ότι αντίςτροφα.
Κατά τθν θλζκτριςθ με τριβι λόγω τθσ ιςχφοσ τθσ αρχισ διατιρθςθσ του θλεκτρικοφ φορτίου
προκφπτει ότι τα δφο ςϊματα που τρίβονται αποκτοφν ίςα και αντίκετα φορτία

21. 1.4 Σρόποι θλζκτριςθσ και θ μικροςκοπικι ερμθνεία
Ηλζκτριςθ με επαφι
Όταν αγγίξουμε με ζνα φορτιςμζνο
ςϊμα ζνα άλλο θλεκτρικά
ουδζτερο, το δεφτερο αποκτά φορτίο
ίδιου είδουσ με το φορτιςμζνο
Αν το φορτιςμζνο ςϊμα ζχει αρνθτικό
φορτίο, τότε, όπωσ είδαμε, ζχει πλεόναςμα
θλεκτρονίων. Όταν ζρχεται ςε επαφι με το
αφόρτιςτο μερικά από τα πλεονάηοντα
θλεκτρόνια, επειδι απωκοφνται μεταξφ
τουσ, μετακινοφνται προσ το δεφτερο ςϊμα
και ζτςι φορτίηεται και αυτό αρνθτικά.
Αν το φορτιςμζνο ςϊμα ζχει κετικό φορτίο, τότε ζχει ζλλειμμα θλεκτρονίων. Κατά τθν
επαφι των δφο ςωμάτων μερικά θλεκτρόνια του ουδζτερου ςϊματοσ μετακινοφνται
προσ το κετικά φορτιςμζνο ςϊμα. Ζτςι ζχει τϊρα και αυτό ζλλειμμα θλεκτρονίων οπότε
φορτίηεται κετικά.

22. 1.4 Σρόποι θλζκτριςθσ και θ μικροςκοπικι ερμθνεία
Κατά τθν θλζκτριςθ με επαφι ιςχφει θ αρχι διατιρθςθσ του θλεκτρικοφ φορτίου: Σο
άκροιςμα των φορτίων που αποκτοφν τα δφο ςϊματα τελικά είναι ίςο με το φορτίο
που αρχικά είχε το ζνα