Φυσικά ΣΤ΄  Τάξης
Κεφάλαιο 9ο - Ηλεκτρομαγνητισμός
Φυσικά ΣΤ΄  Τάξης
Ραβδόμορφοι
  Πεταλοειδείς
  Κυλινδρικοί
Σφαιρικοί
Δακτυλιοειδείς
και διάφορα σχήματα
1. Ο μαγνήτης
 
Έλεγξε ποια υλικά μαγνητίζονται. Και παρατήρησε τι συμβαίνει όταν το υλικό είναι πάλι μαγνήτης.
Διακρίνονται σε βόρειο (συμβολίζεται με Β ή Ν από το αγγλικό Νorth) και
                                  
νότιο (Ν ή S από το South) μαγνητικό πόλο.
ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ  ΒΙΝΤΕΟ
Καταστρέψτε μαγνήτες ενώνοντας τρεις ή περισσότερους μαγνήτες του ίδιου χρώματος. Κάνοντας αριστσερό κλικ πάνω στο μαγνήτη περιστρέφεται κι έτσι μπορείτε να δημιουργήσετε σειρές μαγνητών. Μην ξεχνάτε τις ιδιότητες των μαγνητών, δηλαδή ποιοι πόλοι έλκονται και ποιοι απωθούνται. Καλή διασκέδαση.

ΠΑΙΧΝΙΔΙ
Οι φυσικοί μαγνήτες είναι ορυκτά υλικά. Δημιουργήθηκαν χάρη στο μαγνητικό πεδίο της Γης. Οι τεχνητοί μαγνήτες κατασκευάζονται με τη  βοήθεια του ηλεκτρικού ρεύματος.
Δες διαδραστικά πώς έλκονται και πώς απωθούνται δυο μαγνήτες
Οι όμοιοι πόλοι δύο μαγνητών απωθούνται,
ενώ οι διαφορετικοί πόλοι έλκονται.
Οι μαγνήτες διακρίνονται σε φυσικούς και σε τεχνητούς.
Ο μαγνήτης έχει την μεγαλύτερη δύναμη στα άκρα του, που ονομάζονται πόλοι.
2. Ο μαγνήτης προσανατολίζεται
 
ΜΑΓΝΗΤΕΣ-ΠΥΞΙΔΑ
Μαγνητικό πεδίο της Γης
Προσανατολισμός ραβδόμορφου μαγνήτη
Κατασκευή πυξίδας
Κάντε κλικ στην εικόνα (θα χρειαστείτε  Java) για να μάθετε πώς δουλεύει μια πυξίδα ώστε να μας οδηγεί. Εξερευνήστε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μιας πυξίδας και ενός μαγνήτη και κατόπιν προσθέστε τη Γη και βρείτε την αναπάντεχη απάντηση! Δείτε πώς αλλάζουν τα πράγματα μέσα και έξω από έναν μαγνήτη ανάλογα με τη δύναμή του. Χρησιμοποιήστε τον μετρητή πεδίου για να μετρήσετε πώς αλλάζει το μαγνητικό πεδίο.
Μια χαρακτηριστική ιδιότητα κάθε μαγνήτη είναι ότι δεν μπορούμε να απομονώσουμε έναν
και μόνο πόλο του.

Κάθε μαγνήτης όσο μικρός και αν είναι, έχει δυο πόλους.

Ακόμη και αν κόψουμε ένα μαγνήτη σε μικρότερα κομμάτια κάθε κομμάτι του θα είναι ένας
νέος μαγνήτης με δυο πόλους.
Είπαμε επίσης ότι
οι ομώνυμοι πόλοι απωθούνται ενώ
οι ετερώνυμοι έλκονται.
Οι μαγνήτες περιβάλλονται από μαγνητικό πεδίο, όπως βλέπουμε στην παρακάτω εφαρμογή.
ΚΛΙΚ στην εικόνα και πατήστε Play για να δείτε πώς περιστρέφεται η μαγνητική βελόνα καθώς πλησιάζει τους διαφορετικούς πόλους του.
Όπως θα δείτε, καθώς η μαγνητική βελόνα περιστρέφεται γύρω από τους πόλους του μαγνήτη,
ο πόλος της μαγνητικής βελόνας έλκεται από τον αντίθετο πόλο του μαγνήτη.
Ο πλανήτης μας είναι ένας τεράστιος μαγνήτης!
Η Γη δημιουργεί γύρω της ένα μαγνητικό πεδίο.
Αυτό μοιάζει με το πεδίο ενός τεράστιου ραβδόμορφου μαγνήτη, του οποίου
ο βόρειος μανητικός πόλος βρίσκεται κοντά στο νότιο γεωγραφικό πόλο και αντίστοιχα
ο νότιος μαγνητικός πόλος  κοντά στο βόρειο γεωγραφικό πόλο,
χωρίς να συμπίπτουν με αυτούς.
Το μαγνητικό πεδίο της γης
Βόρειος Μαγνητικός Πόλος
Βόρειος Γεωγραφικός Πόλος
Νότιος Μαγνητικός Πόλος
Νότιος Γεωγραφικός Πόλος
Η γη συμπεριφέρεται σαν ένας τεράστιος μαγνήτης
με άκρα τον βόρειο και τον νότιο πόλο.
Έτσι έλκει τους άλλους μαγνήτες οι οποίοι προσανατολίζονται με τον ίδιο τρόπο στο μαγνητικό της πεδίο.


Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι απαραίτητο προκειμένου να αποκρούει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που διαρκώς εκπέμπεται από τον ήλιο.
3. Από τον ηλεκτρισμό στο μαγνητισμό - Ο ηλεκτρομαγνήτης
 
Το 1820 ο Δανός φυσικός Hans Christian Oersted κάνοντας πειράματα ηλεκτρισμού στη διάρκεια ενός μαθήματος έκανε τυχαία μια εκπληκτική ανακάλυψη. Η μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας, που είχε ξεχάσει κοντά σ' έναν αγωγό, μετακινήθηκε, όταν μέσα από τον αγωγό άρχισε να ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.

Από την παρατήρηση αυτή προέκυψε η σύνδεση του ηλεκτρικού ρεύματος με το μαγνητισμό. Αυτή η ανακάλυψη επηρέασε καθοριστικά την εξέλιξη της τεχνολογίας.
Δες το πείραμα του Oersted
Πάτα στο "Turn On"
 
Αυτή η ιδιότητα του ηλεκτρικού ρεύματος, η οποία επεκτάθηκε με πειράματα που έκαναν στη συνέχεια οι Γάλλοι Αμπέρ και Αραγκό και  ο  Αμερικανός Χένρυ και οδήγησε στην κατασκευή συσκευών, που λέγονται ηλεκτρομαγνήτες.

Στους ηλεκτρομαγνήτες  οφείλουμε τη λειτουργία των περισσότερων ηλεκτρικών συσκευών που χρησιμοποιούμε σήμερα. Μερικές από αυτές είναι
η ηλεκτρική οδοντόβουρτσα, το κινητό τηλέφωνο, το πλυντήριο, ο ηλεκτρικός κινητήρας του αυτοκινήτου, ο ανεμιστήρας, το ψυγείο, το μικρόφωνο και άλλα πολλά.
Με τους ηλεκτρομαγνήτες πετυχαίνουμε να δίνουμε μαγνητικές ιδιότητες σε υλικά που δεν είναι μαγνήτες, για όσο διάστημα διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα.
Όταν ένα καλώδιο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες.

Όταν ένα καλώδιο είναι
τυλιγμένο σαν ελατήριο (σπειροειδώς), ονομάζεται πηνίο (ή σωληνοειδές).

Όταν ένα πηνίο συνδεθεί σε μια ηλεκτρική πηγή, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες εντονότερες από αυτές του καλωδίου που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα.

Αν τοποθετήσουμε μια ράβδο από σίδηρο (σιδερένιος πυρήνας) στο εσωτερικό ενός πηνίου και το συνδέσουμε με ηλεκτρικό ρεύμα , φτιάχνουμε ηλεκτρομαγνήτη.
Τι συμβαίνει σε ένα πηνίο που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα; Τι γίνεται αν το πλησιάσουμε σε ένα μόνιμο μαγνήτη όπως είναι μια πυξίδα;
Δοκίμασε στο εικονικό εργαστήριο των επόμενων εφαρμογών.
Εντυπωσιακή εφαρμογή των ηλεκτρομαγνητών αποτελούν τα εναέρια τρένα. Τα τρένα αυτά δεν ακουμπούν στις ράγες. Τόσο στα τρένα όσο και στις ράγες είναι τοποθετημένοι ισχυροί ηλεκτρομαγνήτες. Τα τρένα αιωρούνται σε απόσταση ενός περίπου εκατοστού από τις ράγες λόγω της άπωσης των όμοιων μαγνητικών πόλων που υπάρχουν στο πάνω μέρος της τροχιάς και στο κάτω μέρος του τρένου. Το ταχύτερο εναέριο ηλεκτρομαγνητικό τρένο βρίσκεται στην Ιαπωνία. Χάρη στη μικρή τριβή μπορεί να αναπτύξει ταχύτητα που ξεπερνά τα 550 χιλιόμετρα την ώρα.
ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΓΕΡΑΝΟΣ - ΚΛΙΚ
Πώς μπορείτε να φτιάξετε εύκολα έναν ηλεκτρομαγνήτη
Το μαγνητικό πεδίο των μαγνητών.
Πάτησε στα κουμπάκια "change poles" για να αντιστρέψεις τους πόλους , "show magnetic field" για να δεις το μαγνητικό πεδίο και "Add magnet" για να προσθέσεις έναν ακόμη μαγνήτη.
Δοκίμασε ακόμη και το "screen" (κάτω , δεξιά)

4. Από το μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό - Η ηλεκτρογεννήτρια
 
ΑΠΟ ΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ
ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ-ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΡΕΥΜΑΤΟΣ
Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από έναν μαγνήτη. Ανακαλύψτε τη φυσική εξερευνώντας τους μαγνήτες, καθώς και το πώς μπορείτε να τους χρησιμοποιήσετε για να ανάψετε μια λάμπα.
(πρέπει να ανοίξετε τη βρύση για να δουλέψει η γεννήτρια)
Δες πως λειτουργεί η ανεμογεννήτρια και προσπάθησε να ηλεκτροδοτήσεις όσα περισσότερα νοικοκυριά μπορείς. Αρχικά πάτησε στο "ΗΟW IT WORKS" και στη συνέχεια "TRY IT OUT". Ρύθμισε την ταχύτητα του ανέμου (WIND SPEED) , το μέγεθος των πτερυγίων της ανεμογεννήτριας (BLADE RADIUS) και το υψόμετρο στο οποίο βρίσκεται η ανεμογεννήτρια (ALTITUDE) και δες πως αλλάζει η παραγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος (POWER PRODUCED) καθώς και ο αριθμός των σπιτιών που μπορούν να τροφοδοτηθούν με ρεύμα (HOMES SUPPLIED).
 
Το δυναμό του ποδηλάτου είναι μια μικρή γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος που κατασκευάζεται από ένα πηνίο και ένα μόνιμο μαγνήτη.
Όταν η ρόδα του ποδηλάτου γυρίζει, γυρίζει και ο μόνιμος μαγνήτης που βρίσκεται μέσα στο πηνίο, το κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα και το λαμπάκι του ποδηλάτου ανάβει. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται η ρόδα τόσο πιο έντονα φωτοβολεί το λαμπάκι. Όταν σταματήσει η ρόδα να γυρίζει, το λαμπάκι σβήνει.
Προσομοίωση ηλεκτρικής γεννήτριας
ηλεκτρομαγνήτης
Η προσομοίωση από το eclass31.weebly.com
Η προσομοίωση από το eclass31.weebly.com
πηνίο χωρίς πυρήνα
Η προσομοίωση από το eclass31.weebly.com
Υδροηλεκτρική ενέργεια
Όταν ένας μόνιμος μαγνήτης περιστρέφεται μέσα σε πηνίο, τότε παρατηρείται ροή ηλεκτρονίων, δηλαδή ηλεκτρικό ρεύμα.
Αλλά και το πηνίο που περιστρέφεται γύρω από ένα μαγνήτη, επίσης διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα.
Αυτό το φαινόμενο αξιοποιείται στις συσκευές που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα, τις γεννήτριες.
Οι γεννήτριες είναι συσκευές που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα.  Η λειτουργία της στηρίζεται στην περιστροφή ενός μόνιμου μαγνήτη, που βρίσκεται μέσα στο πηνίο της γεννήτριας.
Εφαρμογές της ηλεκτρογεννήτριας (της περιστροφής του μαγνήτη στη γεννήτρια):
α) στο δυναμό του ποδηλάτου
β) στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια
γ) στα ατμοηλεκτρικά (θερμοηλεκτρικά) εργοστάσια
δ) στις ανεμογεννήτριες
στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια, ο μαγνήτης περιστρέφεται από έναν υδροστρόβιλο, ο οποίος κινείται με το νερό που πέφτει ορμητικά από καταρράκτη, φυσική ή τεχνητή λίμνη
 
Διάγραμμα υδροηλεκτρικού εργοστασίου.
Α: Ταμιευτήρας
Ε: Υδατοφράκτης
F: Υδαταγωγός C: Τουρμπίνα
D: Γεννήτρια
Ε: Εγκατάσταση παραγωγής ισχύος G: Γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας
Η: Συνέχεια ροής ποταμού
ατμοηλεκτρικά (θερμοηλεκτρικά) εργοστάσια
Οι εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας με την καύση των ορυκτών καύσιμων παράγουν θερμότητα για να ατμοποιήσουν το νερό. Ο ατμός περιστρέφει ένα στρόβιλο και αυτός μια γεννήτρια. Τα εργοστάσια αυτά παράγουν ρύπους οι οποίοι μπορούν να μολύνουν τον αέρα. Αυτά τα εργοστάσια λέγονται θερμοηλεκτρικά επειδή χρησιμοποιούν την ενέργεια θερμότητας για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
   Στις ανεμογεννήτριες, ο μαγνήτης κινείται από την έλικα, η οποία κινείται λόγω του ανέμου
κλικ

Κλείσε το διακόπτη ώστε να περάσει ρεύμα. Μπορείς να μετακινήσεις και την πυξίδα.
πάτησε "Άνοιγμα" και επίλεξε τη δεύτερη καρτέλα της εφαρμογής (Ηλεκτρομαγνήτης).
(Χρειάζεται να έχετε εγκατεστημένη Java)
ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ - QUIZ ΣΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ
 
Γλωσσάρι...
Μαγνήτες ονομάζονται τα σώματα που έχουν την ιδιότητα να έλκουν ορισμένα υλικά, όπως ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο.
Σιδηρομαγνητικά ονομάζονται τα υλικά που έλκονται από τους μαγνήτες.
Μαγνητικοί πόλοι ονομάζονται οι δύο περιοχές του μαγνήτη στις οποίες οι μαγνητικές ιδιότητες είναι εντονότερες.
Πηνίο ονομάζεται ένα καλώδιο ή σύρμα, όταν είναι τυλιγμένο με σχήμα ελατηρίου.
• Ο
ηλεκτρομαγνήτης αποτελείται από ένα πηνίο, στο εσωτερικό του οποίου έχει τοποθετηθεί ράβδος από σίδηρο.
Γεννήτριες ονομάζονται οι συσκευές με τις οποίες μετατρέπουμε ενέργεια διαφόρων μορφών σε ηλεκτρική.
Με μια ματιά...
• Οι μαγνήτες μπορεί να είναι φυσικοί ή τεχνητοί. Οι φυσικοί δημιουργήθηκαν χάρη στο μαγνητικό πεδίο της Γης, ενώ οι τεχνητοί κατασκευάζονται από σιδηρομαγνητικά υλικά με τη βοήθεια του ηλεκτρικού ρεύματος.
• Η
μαγνητική δύναμη ασκείται με επαφή αλλά και από απόσταση.
• Οι ομώνυμοι μαγνητικοί πόλοι απωθούνται, ενώ οι ετερώνυμοι έλκονται.
• Όταν ένα καλώδιο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες.
• Όταν ένα καλώδιο που διαρρέται από ρεύμα έχει τη μορφή πηνίου, οι μαγνητικές ιδιότητες είναι εντονότερες.
• Τοποθετώντας μια ράβδο από σίδηρο στο εσωτερικό ενός πηνίου φτιάχνουμε έναν ηλεκτρομαγνήτη. Οι μαγνητικές ιδιότητες του ηλεκτρομαγνήτη είναι πολύ πιο έντονες από αυτές του πηνίου.
Όταν ένας μαγνήτης περιστρέφεται μέσα σε ένα πηνίο, τότε το πηνίο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το φαινόμενο αξιοποιείται στις γεννήτριες.
• Οι γεννήτριες είναι συσκευές που προκαλούν τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, μετατρέποντας ενέργεια διαφόρων μορφών σε ηλεκτρική.
δυναμό ποδηλάτου,
από το μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό
Απλή γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος