ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 1.2

Φυσική Β΄ Λυκείου — Ηλεκτρικό Πεδίο

Γιατί χρειάζεται το Πεδίο; • Ένταση • Δυναμικές Γραμμές • Ομογενές Πεδίο
📋 Σχεδιάγραμμα Μαθήματος Τάξης

1. Η ανάγκη εισαγωγής της έννοιας του Πεδίου (πώς ασκούνται δυνάμεις από απόσταση;).
2. Ορισμός & φυσική σημασία της Έντασης E και του Πεδίου Σημειακού Φορτίου.
3. Δυναμικές γραμμές (σχήματα) & η σημασία του Ομογενούς Πεδίου στην τεχνολογία.

1. Γιατί χρειάζεται η έννοια του "Πεδίου"; (Λόγος Ύπαρξης)

Όταν σπρώχνουμε ένα τραπέζι, η δύναμη ασκείται με επαφή. Πώς όμως ένα φορτίο Q ασκεί δύναμη σε ένα άλλο φορτίο q που βρίσκεται μακριά του, χωρίς να το αγγίζει;

2. Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου (E)

Για να μετρήσουμε πόσο "ισχυρό" είναι το πεδίο σε ένα σημείο, ορίζουμε την Ένταση (E). Δείχνει πόση δύναμη δέχεται ένα φορτίο 1 C αν τοποθετηθεί εκεί.

  • Γενικός Ορισμός: E = F / |q| (Μονάδα: 1 N/C)
  • Πεδίο από Σημειακό Φορτίο Q: E = k · (|Q| / r²)
  • Όσο απομακρυνόμαστε από το φορτίο-πηγή Q (μεγαλύτερο r), η ένταση E ελαττώνεται γρήγορα.
+Q απόσταση r +q F
Το +Q δημιουργεί πεδίο E στο σημείο, το +q δέχεται δύναμη F.
3. Δυναμικές Γραμμές (Η "Χαρτογράφηση" του Πεδίου)

Επειδή το πεδίο είναι αόρατο, το σχεδιάζουμε με Δυναμικές Γραμμές.
• Πηγάζουν από τα θετικά φορτία και καταλήγουν στα αρνητικά.
• Όπου οι γραμμές είναι πυκνές, το πεδίο είναι ισχυρό.

+ Ακτινικό Πεδίο Θετικού Φορτίου - Ακτινικό Πεδίο Αρνητικού Φορτίου
4. Ομογενές Ηλεκτρικό Πεδίο (Χρησιμότητα & Εφαρμογή)

Στα ακτινικά πεδία (παραπάνω σχήματα), η ένταση E αλλάζει συνεχώς από σημείο σε σημείο. Στην τεχνολογία (π.χ. οθόνες, πυκνωτές, ιατρικά μηχανήματα) χρειαζόμαστε ένα πεδίο που να είναι απολύτως σταθερό και ελεγχόμενο.

  • Ορισμός: Ομογενές ονομάζεται το πεδίο στο οποίο η ένταση E έχει το ίδιο μέτρο, ίδια διεύθυνση και ίδια φορά σε όλα τα σημεία του.
  • Πώς δημιουργείται: Ανάμεσα σε δύο παράλληλες μεταλλικές πλάκες που είναι φορτισμένες με αντίθετα φορτία.
  • Οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες, ευθείες και ισαπέχουν.
+ + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - E
Ομογενές Πεδίο (Σταθερό E παντού)
📝 Ασκήσεις Εμπέδωσης για Μελέτη στο Σπίτι

ΘΕΜΑ Α: Ερωτήσεις Κατανόησης

  1. Χαρακτηρίστε τις προτάσεις ως Σωστές (Σ) ή Λανθασμένες (Λ):
    α) Το ηλεκτρικό πεδίο είναι ο φορέας μέσω του οποίου ασκούνται οι ηλεκτρικές δυνάμεις από απόσταση.
    β) Οι δυναμικές γραμμές ενός πεδίου ξεκινούν από τα αρνητικά και καταλήγουν στα θετικά φορτία.
    γ) Σε ένα ομογενές ηλεκτρικό πεδίο, η ένταση E έχει την ίδια τιμή σε όλα τα σημεία του.
    δ) Όσο απομακρυνόμαστε από ένα σημειακό φορτίο Q, η ένταση του πεδίου αυξάνεται.
  2. Η μονάδα μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στο S.I. είναι:
    Α) 1 Volt      Β) 1 N/C      Γ) 1 Joule      Δ) 1 Coulomb

ΘΕΜΑ Β: Υπολογιστικές Ασκήσεις

  1. (Πεδίο Σημειακού Φορτίου): Σημειακό φορτίο Q = +8 nC (8 · 10⁻⁹ C) δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο.
    α) Να υπολογίσετε την ένταση E του πεδίου σε σημείο A που απέχει απόσταση r = 2 m από το φορτίο Q.
    β) Αν στο σημείο Α τοποθετήσουμε ένα μικρό δοκιμαστικό φορτίο q = +2 nC (2 · 10⁻⁹ C), πόση ηλεκτρική δύναμη F θα δεχτεί;
    (Δίνεται: k = 9 · 10⁹ N·m²/C²).
  2. (Υπολογισμός Έντασης από Δύναμη): Φορτίο q = +2 μC (2 · 10⁻⁶ C) τοποθετείται σε σημείο ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου και δέχεται δύναμη F = 0.6 N.
    α) Πόσο είναι το μέτρο της έντασης E του πεδίου;
    β) Πόση δύναμη θα δεχόταν στο ίδιο σημείο ένα φορτίο q' = +5 μC;
🔑 Αναλυτικές Λύσεις (Για Αυτοέλεγχο)
Λύση Θέματος Α

1. Σωστό / Λάθος:
• α) Σωστό. Αυτός είναι ο φυσικός ρόλος του πεδίου.
• β) Λάθος. Οι γραμμές ξεκινούν από τα θετικά και καταλήγουν στα αρνητικά.
• γ) Σωστό. Αυτός είναι ο ορισμός του ομογενούς πεδίου.
• δ) Λάθος. Επειδή E = k · (|Q| / r²), όσο το r μεγαλώνει, η ένταση E ελαττώνεται.

2. Πολλαπλής Επιλογής: Σωστή απάντηση το Β (1 N/C).

Λύση Άσκησης 3

α) Υπολογισμός Έντασης E:
Δεδομένα: Q = 8 · 10⁻⁹ C, r = 2 m, k = 9 · 10⁹ N·m²/C².
E = k · (|Q| / r²) = (9 · 10⁹) · [(8 · 10⁻⁹) / 2²] = (9 · 10⁹) · (8 · 10⁻⁹ / 4)
E = 9 · 2 = 18 N/C.

β) Υπολογισμός Δύναμης F:
Από τον ορισμό E = F / q ⇒ F = q · E:
F = (2 · 10⁻⁹ C) · 18 N/C = 36 · 10⁻⁹ N (ή 3.6 · 10⁻⁸ N).

Λύση Άσκησης 4

α) Υπολογισμός Έντασης E:
Δεδομένα: q = 2 · 10⁻⁶ C, F = 0.6 N.
E = F / q = 0.6 / (2 · 10⁻⁶) = 0.3 · 10⁶ = 3 · 10⁵ N/C (300.000 N/C).

β) Υπολογισμός Νέας Δύναμης F':
F' = q' · E = (5 · 10⁻⁶ C) · (3 · 10⁵ N/C) = 15 · 10⁻¹ N = 1.5 N.