Α
ρ.
Τ
εύχους
1
-
Ιού
λι
ος
2024
Σ
ημε
ίω
μα
Συντακτικής Ομάδας
Τεύχος 1 Ιούλιος 2024
Σχ
ετ
ικ
ά
με
το
Περ
ι
οδ
ικ
ό
Το "ΕΥΡΗΚΑ" είναι ένα
περιοδικό αφιερωμένο στην
πειραματική διδασκαλία των
Φυσικών Επιστημών.
Με την έκδοσή του, η Πανελλήνια
Ένωση Υπευθύνων Φυσικών
Επιστημών (ΠΑΝ.Ε.Κ.Φ.Ε.) φιλοδοξεί
να προσφέρει χρήσιμα και ποιοτικά
άρθρα που να ενημερώνουν και να
εμπνέουν, προβάλλοντας την αξία της
πειραματικής διδασκαλίας.
Προσκαλούμε ενδιαφερόμενους
αρθρογράφους να συμμετάσχουν στη
δημιουργική μας ομάδα, ανοιχτή σε
καινοτόμες ιδέες και καλές πρακτικές.
Τα άρθρα κρίνονται από
επιστημονική ομάδ
εξασφαλίζοντας έτσι την ποιότητα και
την εγκυρότητα του περιεχομένου του
- εκδίδεται ISSN, παρέχοντας
επίσημη και επαγγελματική
αναγνώριση.
Σας ευχαριστούμε που διαβάζετε το
ΕΥΡΗΚΑ!
-----------------------------------------------------------
Εκ
δότης
:
ΠΑΝ
. Ε.Κ.Φ.Ε.
Συντονιστές συντακτικής ομάδας:
Μανουσάκη Κλ., Χαλκιαδάκης Κ.
Συντακτική ομάδα:
Βάρθης Ε., Κυριαζοπούλου Σ.,
Κωνσταντινοπούλου Β., Λάζος Π.,
Μουρούζης Π., Παλούμπα Έ.,
Παναγιωτίδης Ν., Παπαδέλη Έ., Τσακίρη
Μ.
Σ
το
τρέ
χ
ον
τεύ
χ
ος
:
Βοηθοί σύνταξης :
Παλούμπα Έ. , Παπαδέλη Έ.
Επιμέλεια άρθρων:
Βάρθης Ε. , Μανουσάκη Κλ.
Ψηφιακή επεξεργασία:
Βάρθης Ε.
Οπισθόφυλλο:
Λάζος Π., Χαλκιαδάκης Κ.
Ιδιαίτερα ευχαριστούμε τη γραφίστρια
Ιωάννα Ηλιακάκη (Γραφίστικο) για τη
συνεισφορά της στον σχεδιασμό του
λογότυπου του περιοδικού και του
εξωφύλλου
Τα τελευταία χρόνια, όλο και συχνότερα, όταν συστηνόμαστε, υπάρχει
μια αντίδραση σαν την παρακάτω:
“Ώστε είστε καθηγητής Φυσικής; Να ξέρετε, για μένα η Φυσική ήταν το
χειρότερο μάθημα στο Λύκειο!”. Στη θέση της Φυσικής μπορείτε να βάλετε
οποιοδήποτε άλλο μάθημα των Φυσικών Επιστημών.
Στην αντίπερα όχθη από τη δήλωση αυτή, βρίσκεται το χαμόγελο των
μαθητώντου Δημοτικού,ότανεπισκέπτονταιτοΕ.Κ.Φ.Ε. και, με γουρλωμένα
μάτια, παρακολουθούν τα πειράματα.
Πώς γίνεται, λοιπόν, μέσα σε λίγα χρόνια, ο ενθουσιασμός για τα
μαθήματα των Φυσικών Επιστημών, να μετατρέπεται σε απέχθεια;
Παράλληλα, παρατηρούμε κι ότι η αμφισβήτηση της αξίας και την
εγκυρότητας της επιστημονικής γνώσης “καλά κρατεί”.
Με αυτό τον προβληματισμό προχωράμε στην έκδοση του περιοδικού
“Εύρηκα”, θεωρώντας ότι μέσω της εργαστηριακής εμπειρίας, οι μαθητές
μπορούν να αγαπήσουν τις μεθόδους με τις οποίες οι επιστήμονες
“ανακρίνουν τη Φύση” για να αποσπάσουν πολύτιμες απαντήσεις.
Το περιοδικό μας προσπαθεί να μεταφέρει στον αναγνώστη τη χαρά της
ανακάλυψηςμετηνπειραματική διερεύνηση, τηνέκπληξημιας ασυνήθιστης
παρατήρησης, το αίσθημα της αποκάλυψης μιας νέας ιδέας μέσα στο
εργαστήριο!
Αυτά τα συναισθήματα δεν δημιουργούνται από την
απομνημόνευση τύπων, από την επίλυση ασκήσεων ή
από τη χρήση ψηφιακών προσομοιώσεων χωρίς
αντιστοίχιση στον πραγματικό κόσμο.
Π
ΕΡ
Ι
Ε
Χ
Ο
ΜΕ
ΝΑ
Η
δ
ι
δασ
κ
αλ
ί
α
τ
ω
ν
Φ
υσ
ικώ
ν
επ
ι
στημ
ώ
ν
:3
(
Ν
ίκ
ος
Αναστασά
κ
ης
)
Ηλε
κ
τρο
φ
όρος
:9
(Β
αγγέλης
Β
άρ
θ
ης
)
Μ
ε
πε
ι
ράματα
ηλε
κ
τρ
ι
σμού
ανα
κ
αλύπτουμε
τη
δομή
της
ύλης
:18
(
Αναστασ
ί
α
Γ
κι
γ
κ
ούδη
–
Ν
ίκ
η
Μ
αμ
ζ
ερ
ί
δου
)
Προσομο
ιώ
νοντας
τη
λε
ι
τουργ
ί
α
του
κ
υ
κ
λο
φ
ορ
ικ
ού
συστήματος
κ
α
ι
τη
σύσταση
του
α
ί
ματος
:
2
3
(Έ
ρη
Παπαδέλη
)
Σ
χ
ολ
ικ
ή
Σ
απ
ω
νοπο
ί
ηση
:
2
8
(Σ
ταυρούλα
Γ
ατή
- Ε
λένη
Παλούμπα
)
Ανάλυση
βί
ντεο
:33
(Β
ασ
ί
λης
Νούσης
)
Αναλυτ
ικ
ός
Π
ί
να
κα
ς
περ
ι
ε
χ
ομέν
ω
ν
:
4
0
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Η
δ
ι
δ
α
σκ
α
λ
ί
α
τ
ω
ν
Φ
υσ
ι
κ
ώ
ν
ε
π
ι
στημ
ώ
ν
:
προσαρμογή
στη
σ
χο
λ
ικ
ή
πραγματ
ικ
ό
-
τητα
του
Γ
εν
ικ
ού
Λυ
κ
ε
ί
ου
Νίκος Αναστασάκης
M.Ed. Φυσικός, υπεύθυνος Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων
Περίληψη
Λέ
ξ
ε
ι
ς
Κ
λε
ι
δ
ι
ά
:
φ
υσ
ικ
ήλυ
κ
ε
ί
ου
,
εργαστήρ
ι
ο
,
πε
ι
ραματ
ικ
ήδραστηρ
ι
ότητα
,
εργαστηρ
ι
α
κ
ή
άσ
κ
ηση
Τ
ο
Σχ
ολ
ικ
ό
Ε
ργαστήρ
ι
ο
Φ
υσ
ικώ
ν
Ε
π
ι
στημ
ώ
ν
,
αν
κ
α
ι
τυπ
ικ
ά
περ
ι
λαμ
β
άνετα
ι
στ
ι
ς
υποδομές
του
Γ
εν
ικ
ού
Λυ
κ
ε
ί
ου
,
στην
πρά
ξ
η
χ
ρησ
ι
μοπο
ι
ε
ί
τα
ι
ελά
χι
στα
ή
κ
α
θ
όλου
.
Ω
στόσο
,
ο
πε
ι
ραματ
ι
σμός
κ
α
ι
η
αλληλεπ
ί
δραση
με
τον
πραγματ
ικ
ό
κ
όσμο
ε
ί
να
ι
θ
εμελ
ιώ
δες
συστατ
ικ
ό
γ
ι
α
τη
δ
ι
δασ
κ
αλ
ί
α
τ
ω
ν
Φ.Ε.. Έ
τσ
ι,
σε
μ
ι
α
προσπά
θ
ε
ι
α
να
ζω
ντανέ
ψ
ε
ι
ηεργαστηρ
ι
α
κ
ήδ
ι
δα
κ
τ
ικ
ήπρα
κ
τ
ικ
ή
,
προτε
ί
νουμεορ
ι
σμένες
δραστηρ
ι
ότητες
,
ενδε
ικ
τ
ικ
ά
γ
ι
α
τη
Φ
υσ
ικ
ή
της
Α
’
Λυ
κ
ε
ί
ου
.
Η
δ
ι
δασ
κ
αλ
ί
α
της
κ
ά
θ
ε
ενότητας
του
αναλυτ
ικ
ού
προγράμματος
εμπλουτ
ίζ
ετα
ι
με
απλές
δραστηρ
ι
ότητες
που
μπορούν
να
γ
ί
νουν
μέσα
στην
τά
ξ
η
από
τους
μα
θ
ητές
, ώ
στε
να
ε
φ
αρμόσουν
ή
κ
α
ι
να
«
ανα
κ
αλύ
ψ
ουν
»
τη
θ
ε
ω
ρ
ί
α
που
δ
ι
δάσ
κ
οντα
ι. Μ
ετά
την
ολο
κ
λήρ
ω
ση
της
ενότητας
, χ
ρησ
ι
μοπο
ι
ε
ί
τα
ι
το
Σχ
ολ
ικ
ό
Ε
ρ
ανα
κ
ε
φ
αλα
ιω
τ
ικ
ής
εργαστηρ
ι
α
κ
ής
άσ
κ
ησης
.
Φυσική
Το 2015 (σύμφωνα με ερωτηματολόγιο που δόθηκε από
το Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων), στα ΓΕ.Λ του Ν. Χανίων και σε
σύνολο 16 εργαστηρίων, τα 8 χρησιμοποιούνταν ως
αίθουσες διδασκαλίας/προβολών για μαθήματα εκτός
των Φυσικών Επιστημών ενώ από τα υπόλοιπα, σχεδόν
τα μισά χρησιμοποιούνταν 2-3 φορές τον μήνα. Μόνο
σε 3 (επαρχιακές) σχολικές μονάδες ο αριθμός των
μαθητώνπουκαλούνταννασυμμετάσχουνστις
εργαστηριακές δραστηριότητες ήταν μικρότερος του 18.
Συνολικά, πλήρη αξιοποίηση είχε μόλις το 25% των
εργαστηρίων του νομού.
Σήμερα η κατάσταση δεν έχει βελτιωθεί. Έχοντας
μεσολαβήσει και η περίοδος της πανδημίας με την
αντίστοιχη έντονη χρήση των ψηφιακών μέσων, το
εικονικόεργαστήριοσυχνάεπιστρατεύεται
παραγκωνίζοντας το ζωντανό.
Η εργαστηριακή διδασκαλία και η διερευνητική
μέθοδος αν και θεωρητικά συμπεριλαμβάνεται στα
ΝΠΣ, ουσιαστικά απαξιώνεται συνεχώς και μία ένδειξη
για αυτό είναι ότι την περίοδο 2023-24, ένας μεγάλος
αριθμός Ε.Κ.Φ.Ε. (περίπου το 1/3) δεν στελεχώθηκαν
και είναι κλειστά.
Στον αντίποδα, το πολύ έντονο ενδιαφέρον των
μαθητών και η αποτελεσματικότητα της εμπλοκής τους
με την εργαστηριακή πρακτική είναι εμφανή κατά τις
εκπαιδευτικές επισκέψεις τους στο Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων.
Ήδη φέτος (στα μέσα της σχολικής χρονιάς), έχουν
ολοκληρωθεί επισκέψεις 900 μαθητών/τριών και 140
εκπαιδευτικών ενώ, σύμφωνα με τον προγραμματισμό
που υπάρχει, θα ξεπεράσουν τους 1500. Σημειώνεται
ότι όλοι οι επισκέπτες συμμετέχουν κατά ομάδες στην
εκτέλεσημετωπικώνεργαστηριακώνασκήσεων
Φυσικής, Χημείας και Βιολογίας.
δημιουργική παιδαγωγική
διερευνητικήςπρακτικής,
και γενικότερα για μια
προσέγγισημέσωτης
προτείνουμε:
α. ενσωμάτωση του εργαστηρίου στην
διδασκαλία μέσω δραστηριοτήτων «τάξης»
με απλά υλικά ή/και χρήση των ΤΠΕ
β. εργαστηριακές ασκήσεις στο σχολικό
εργαστήριοΦ.Ε.μεχρήσητου
εργαστηριακού εξοπλισμού.
Τα παραδείγματα που ακολουθούν αφορούν τη
Φυσική της Α’ Λυκείου όμως η πρόταση μπορεί να
επεκταθείμεκατάλληλεςτροποποιήσεις(π.χ
μικροκλίμακα) και σε άλλα διδακτικά αντικείμενα.
Αρχικά, ενσωματώνουμε πειραματικές δραστηριότητες
στο καθημερινό μάθημα. Χρησιμοποιούμε υλικά και
υποδομές που ήδη βρίσκονται στην τάξη (θρανία,
βιβλία, στυλό, σελίδες χαρτί, οδηγίες & σχήματα στον
πίνακα, βιντεοπροβολέας – διαδίκτυο, tablet κ.ά.), σε
συνδυασμό με λιγοστά εργαστηριακά αντικείμενα που
μπορεί να έχει μαζί του ο/η εκπαιδευτικός (βαρίδια,
νήμα,χρονόμετρα,δυναμόμετρακ.λπ.).Οι
Εισαγωγή
να βασικό συστατικό της διδασκαλίας των
Φυσικών Επιστημών είναι το πείραμα, η
αλληλεπίδραση του μαθητή με τον πραγματικό
κόσμο [1],[2],[3],[4]. Αυτό είναι δύσκολο στο σημερινό
Λύκειο, με τμήματα 20-25 ατόμων, στοχοθεσία
εστιασμένη στις Πανελλήνιες εξετάσεις, εργαστηριακές
αίθουσες σε καθεστώς αναστολής, εκπαιδευτικούς που
τρέχουν να καλύψουν το ωράριο και την ύλη,
απογοητευμένους και συχνά υπερ-απασχολημένους
(εκτός του αντικειμένου τους). Κυρίως όμως, με
μαθητέςπουπολύ
συχνάβλέπουντις
Επιστήμες αδιάφορα
ή ως αναγκαίο κακό
Φυσικές
για την
Επέκταση του εργαστηρίου στη σχολική τάξη
εισαγωγή τους σε μία σχολή.
Για τη διδασκαλία των Φ.Ε. στο Γενικό Λύκειο αλλά
Έ
4
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Εικόνα 1.Γυάλινος σωλήνας με νερό και φυσαλίδα αέρα
μαθητές/τριεςκαθοδηγούνταιμέσωαπλώνκαι
σύντομωνφύλλωνεργασίας καιεφαρμόζουν ή
ανακαλύπτουν στην πράξη τη θεωρία που έχουν ήδη
διδαχθεί ή διδάσκονται.
Μετά την ολοκλήρωση της κάθε διδακτικής ενότητας,
μπορούν να ασκηθούν και σε εργαστηριακές ασκήσεις
μεγαλύτερης κλίμακας, «εργαστηρίου».
Οι πειραματικές δραστηριότητες
Οι ακόλουθες προτάσεις προέρχονται από διδασκαλίες
μέσα στη σχολική τάξη και από ιδέες – προτάσεις
συναδέλφων στα Λύκεια του νομού Χανίων [5],[6], [12].
Είναι δομημένες έτσι, ώστε να ακολουθούν τη ροή της
διδασκαλίας του σχετικού αντικειμένου και να γίνονται
παράλληλα με το μάθημα. Σκοπός τους είναι η
κατανόηση των Φυσικών Εννοιών και μεγεθών και έτσι
δεν δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ακρίβεια των
μετρήσεων.
Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση
κλειστό γυάλινο σωλήνα που περιέχει νερό και μία
φυσαλίδα αέρα, Εικόνα 1, για να παρατηρήσουν την
κίνηση [1]. Σημειώνουν τις διαδοχικές θέσεις της
φυσαλίδας,υπολογίζουντηνταχύτητάτηςκαι
φτιάχνουν τοδιάγραμμα μετατόπισης – χρόνου.
Παράλληλα παρατηρούν και σχετική προσομοίωση [10].
B, στο εργαστήριο: Χρησιμοποιούμε ένα παιδικό
παιχνίδι – τρενάκι, Εικόνα 2, που κινείται με σταθερή
ταχύτητα,συνδεδεμένομετηχαρτοταινίατου
χρονομετρητή [7]. Οι μαθητές χρησιμοποιούν τις
ενδείξεις της χαρτοταινίας για να παρατηρήσουν τον
νόμο της κίνησης (ίσες αποστάσεις σε ίσα χρονικά
διαστήματα). Η κατασκευή των διαγραμμάτων
𝑥 − 𝑡
και
𝜐 − 𝑡
μπορεί να γίνει:
•
Με χρήση της χαρτοταινίας όπως προτείνεται
στον σχολικό εργαστηριακό οδηγό για την
επιταχυνόμενη κίνηση [8].
•
Με χρήση χαρτιού μιλιμετρέ και πίνακα τιμών
όπου σημειώνουν τις ενδείξεις της
χαρτοταινίας.
Ευθύγραμμη Ομαλά Μεταβαλλόμενη κίνηση
Α, στην τάξη: Χρησιμοποιείται ως κεκλιμένο επίπεδο
το θρανίο. Επιπλέον, τα tablet που βρίσκονται στα
σχολεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως χρονόμετρα
αλλά και να εμφανίζουν τυχόν ψηφιακό υλικό (μέσω
QR-code).
Οι μαθητές/τριες ανά ομάδες (π.χ. ανά 2 ή 4) με τη
βοήθεια χαρτοταινίας σημειώνουν καθορισμένα μήκη
πάνω στο θρανίο, ώστε να μπορέσουν να μελετήσουν
εύκολα την κίνηση.
Ένας μικρός κύλινδρος (π.χ. βαρίδι εργαστηρίου)
αφήνεται να κυλίσει. Ακολουθώντας τις οδηγίες των
Α, στην τάξη: Οι μαθητές χρησιμοποιούν διάταξη με
φύλλωνεργασίας,αρχικάελέγχουντιςχρονικές
διάρκειες ίσων μετατοπίσεων και τις μετατοπίσεις για
ίσα χρονικά διαστήματα.
Καταγράφουν απόσταση - χρόνο και φτιάχνουν τα
διαγράμματα
𝛥𝑥 − 𝑡 & 𝛥𝑥 – 𝑡
2
.
Παρακολουθούν μία προσομοίωση της κίνησης
φτιαγμένη με κατάλληλο λογισμικό (π.χ. Μodellus,
Η.Σιτσανλής), όπου φαίνονται οι διαδοχικές θέσεις του
αντικειμένου [11], φτιάχνουν το διάγραμμα
𝜐 − 𝑡
.
Β,στοεργαστήριο:Μπορούνναγίνουν
εργαστηριακές ασκήσεις με διαφορετικές απαιτήσεις
και επίπεδο δυσκολίας. Η κίνηση εκτελείται είτε από
Εικόνα 2.Παιδικό αμαξάκι μπαταρίας
εργαστηριακό αμαξάκι και βαρίδι, είτε με μπίλια σε
5
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Εικόνα 5.Παιδικό τραινάκι, δυναμόμετρο και επιφάνειες,
για τη μελέτη των ιδιοτήτων της τριβής
Εικόνα 4. Διατάξεις για τον υπολογισμό της συνισταμένης
δύναμης (αριστερά) και συνιστώσας δύναμης (δεξιά)
Δυνάμεις στη φύση
Τριβή
Α, στην τάξη: Ο/Η εκπαιδευτικός χρησιμοποιεί ένα
αντικείμενο με επιφάνειες διαφορετικής υφής (π.χ.
κύβος σειράς οργάνων μηχανικής). Με δυναμόμετρο ή
μέσω του παιδικού παιχνιδιού – τραινάκι, Εικόνα 4,
ασκεί δύναμη ώστε ο κύβος να κινείται με σταθερή
ταχύτητα.
Οι μαθητές μέσω φύλλων εργασίας καταγράφουν την
τιμή της τριβής για τις διάφορες επιφάνειες του κύβου
(καθώςαυτήείναιίσημετηδύναμητου
δυναμομέτρου), τους παράγοντες από τους οποίους
εξαρτάται και υπολογίζουν το συντελεστή της. Β, στο
εργαστήριο: Χρησιμοποιείται το κεκλιμένο επίπεδο της
σειράς οργάνων μηχανικής, Εικόνα 6, σε μια παραλλαγή
τηςκλασικήςεργαστηριακήςάσκησηςόπου
μεταβάλλοντας την γωνία κλίσης υπολογίζουμε τον
συντελεστή (οριακής) τριβής. [8].
γίνεται με χρονομετρητή, με φωτοπύλες, με αισθητήρες
(Μul
t
ilog, arduino, κινητό/phyphox) ή με βιντεοσκόπηση
και ανάλυση μέσω του λογισμικού Tracker. Στην Εικόνα
3 δίνεται ενδεικτικό διάγραμμα από δεδομένα που
κατέγραψε το Mul
t
ilog.
κεκλιμένο επίπεδο.
Η
καταγραφή των μετρήσεων
Δύναμη και κίνηση
Εικόνα 3. Διάγραμμα μετατόπισης - χρόνου, από τη
συσκευή Mul
t
ilog
Α, στην τάξη
:
Οι μαθητές έχουν ανά δύο ή τρείς στα
θρανία τους την διάταξη που φαίνεται στην Εικόνα 7. Η
κατασκευή είναι απλή και υλοποιείται με τρία βιβλία,
ένα καλαμάκι αναψυκτικού, ένα ξυλάκι ως άξονα (π.χ
από σουβλάκι) ένα βαρίδι και νήμα. Η κίνηση με την
οποία ασχολούνται είναι αυτή του βαριδιού. Το βιβλίο
που συνδέεται στο άλλο άκρο του νήματος χρησιμεύει
Α, στην τάξη: Οι διατάξεις που χρησιμοποιούνταιως «φρένο» [5]. Σκοπός είναι η παρατήρηση της κίνησης
στήνονται στην έδρα από τον εκπαιδευτικό, όπως αυτέςως αποτέλεσμα της επίδρασης σταθερών δυνάμεων
που αναπαριστώνται στην Εικόνα 5. Οι μαθητές
σχολιάζουνκαικαταγράφουντιςδυνάμειςπου
ασκούνται,τιςσχεδιάζουν στα τετράδια τους
υπολογίζουν την συνισταμένημε τοννόμο του
παραλληλογράμμου και αναλύουν σε συνιστώσες.
6
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Εικόνα 6. Διάταξη με απλά υλικά όπου το βαρίδι κινείται
με την επίδραση σταθερών δυνάμεων .
Εικόνα 7. Εξαρτήματα της διάταξης κεκλιμένου επιπέδου
από την σειρά οργάνων μηχανικής
(βάρος,τριβή)καιηαντίστοιχηεφαρμογήτου
θεμελιώδη νόμου της μηχανικής.
Μετρούν με δυναμόμετρο την μάζα του βαριδιού και
σχεδιάζουν τις δυνάμεις που του ασκούνται όταν αυτό
ισορροπεί. Ελευθερώνουν το σύστημα έτσι ώστε το
βαρίδι να αρχίσεινα κινείται και καταγράφουν τον
χρόνο που χρειάζεται για να κατέβει συγκεκριμένη
απόσταση (π.χ. δύο φορές το πλάτος του βιβλίου της
Φυσικής είναι περίπου 40 cm). Σχολιάζουν το είδος της
κίνησης και καταγράφουν την εξίσωση της μετατόπισης.
δυνάμεωνμε
Χρησιμοποιώντας την μέτρηση του χρόνου και της
απόστασης υπολογίζουν την επιτάχυνση. Εφαρμόζοντας
τον θεμελιώδη νόμο της μηχανικής, υπολογίζουν τη
συνισταμένη δύναμη που δέχεται το βαρίδι αλλά και
την τάση που του ασκείται από το νήμα. Μπορεί να γίνει
συζήτηση για την μεταβολή της τιμής της, σε σχέση με
την κατάσταση ισορροπίας.
Αν ο χρόνος για την ολοκλήρωση της δραστηριότητας
στην τάξη δεν είναι αρκετός, ολοκληρώνουν την
επεξεργασία του φύλλου εργασίας στα σπίτια τους.
Β, στο εργαστήριο: Μπορούν να επαναλάβουν την
προηγούμενηδραστηριότηταχρησιμοποιώντας
εργαστηριακό εξοπλισμό (τροχαλία, εργ. αμαξίδιο κλπ.).
εξισώσεις των
Σε κάθε περίπτωση εφαρμόζουν τις
κινήσεωνκαιτουςνόμουςτων
πειραματικά (πραγματικά) δεδομένα.
Αξιολόγηση της διδακτικής στρατηγικής
Ηπροαναφερθείσαδιδακτικήπροσέγγιση
εφαρμόστηκε το 2015 σε επαρχιακό ΓΕΛ του νομού
Χανίων. Ηαποτίμηση της οδήγησε σεκάποιες
παραλλαγές που λήφθηκαν υπόψη στο παρόν άρθρο.
Δόθηκε ένα ερωτηματολόγιο σε 32 μαθητές/τριες Α’
Λυκείου. Το 78% των μαθητών απάντησαν ότι ο
συγκεκριμένος τρόπος διδασκαλίας τους βοηθάει στην
κατανόηση των εννοιών που διδάσκονται, ενώ η
διδασκαλία είναι συνολικά πιο ενδιαφέρουσα και
ευχάριστη (56% και 35% αντίστοιχα).
Μίαεπιπλέονιδέαπουέχειαποδειχθεί
αποτελεσματική κατά την εφαρμογή της σε διδακτικές
δράσεις του Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων, είναι η χρήση ψηφιακών
φύλλων εργασίας μεερωτήσεις βελτιωτικής
ανατροφοδότησης / καθοδήγησης. Καθώς το μεγάλο
ποσοστό των σχολείων κατά την περίοδο της πανδημίας
εξοπλίστηκανμεtablet,είναιευκαιρίαγιατην
αξιοποίηση τους.
Συμπεράσματα
Πριν 200 χρόνια ο Κ. Μ. Κούμας [13] έλεγε:
«Πειραματικά όργανα μεταχειρίζομαι καθ΄ εκάστην εις
τας παραδόσεις μου». Τα λόγια αυτά αποτελούν μέρος
του σημερινού λογότυπου του Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων και
βέβαια, όχι τυχαία.
Σήμερα, παρά το ότι τα περισσότερα σχολεία
διαθέτουν εργαστηριακό εξοπλισμό ενώ οι ΤΠΕ έχουν
7
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
γίνειβασικόσυστατικότηςυποδομήςτους,η
διδασκαλία της Φυσικής γίνεται κυρίως ως διάλεξη
συνοδευόμενη από(συχνά δυσνόητες) ασκήσεις,
διανθισμένη ενίοτε με παθητικά video που μετατρέπουν
τον βιντεοπροβολέα σε σύγχρονο μαυροπίνακα.
Η υπόθεση, ο πειραματισμός, η επιβεβαίωση, η
επιστημονική προσέγγιση πρέπει να είναι αναπόσπαστο
κομμάτι της διδασκαλίας της Φυσικής, όχι μόνο στο
εργαστήριο αλλά και στην τάξη. Θέλουμε η πειραματική
διδασκαλίανα«ανθίσει»καιμέσαστηντάξη,
βοηθώντας τους μαθητές μας να κατανοήσουν την
Φυσική μέσω μια βασικής της αρχής: αυτήν της
αλληλεπίδρασης!
[1].Κουτσούμπα, Μ. (2016). Σχεδιάζω δραστηριότητες και ασκήσεις αυ-
τοαξιολόγησης στο εκπαιδευτικό υλικό για αποτελεσματική μάθηση.
Σχεδιασμός&ανάπτυξηεκπαιδευτικούυλικού,ΕΑΠ.
[2].Σκουμιός, Μ. (2012a). Αντιλήψεις των μαθητών για έννοιες των Φυσι-
κώνΕπιστημώνκαιδιδακτικήτουςαντιμετώπιση.
[3].Πανταζή, Γ., & Τσαπαρλής, Γ. (2011). Μπορούν κατάλληλες διδακτικές
προσεγγίσεις να προωθήσουν την εννοιολογική αλλαγή; Ανασκόπηση
επιλεγμένης βιβλιογραφίας επί της κατανόησης της κινηματικής στη
μέση εκπαίδευση. 372–381.
[5].Αναστασάκης Ν. (2017). Εργαστηριακός Οδηγός Φυσικής Α’ Λυκείου.
Χανιά
[6].Κουμαράς,Π. (2000). Πειράματα με Απλά Υλικά (1η έκδ.). ΟΕΔΒ.
[7].Μπισδικιάν Γ., Μολοχίδης Τ. (2002). Κατάλογος Οργάνων και συ-
σκευών Εργαστηρίου Φυσικών Επιστημών Αθήνα: ΟΕΔΒ.
[8].Βλάχος Ι. Γραμματικάκης Ι., Καραπαναγιώτης Β., Κόκκοτας Π., Περι-
στερόπουλος Π., Τιμοθέου Γ (2013). Φυσική Α’ Λυκείου. Αθήνα:
Ινστιτού-το Τεχνολογίας και Υπολογιστών Διόφαντος
[9]. Αντωνίου Ν., Δημητριάδης Π., Καμπούρης Κ., Παπαμιχάλης Κ., Παπα-
τσίμπα Λ. (2013). Φυσική Β’ Γυμνασίου. Αθήνα: Ινστιτούτο Τεχνολογίας
και Υπολογιστών Διόφαντος
Δικτυακοί τόποι:
[10]. PhET Colorado, κινούμενος άνδρας Ημερομηνία προσπέλασης:
23/2/2024
[11]. Η. Σιτσανλής:
“επιτάχυνση» Ημερομηνία προσπέλα-
σης: 24/2/2024
[12]. Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων, Εκπαιδευτικό Υλικό Δευτεροβάθμιας:
Ημερομηνία
προσπέλασης: 23/2/2024
[13]. Κάτοπτρον,ΒιογραφίαΛογίου/ΚούμαςΚωνσταντίνος:
Ημερομηνία προσπέλασης: 29/5/2024
Βιβλιογραφικές Αναφορές
Βιογραφικό συγγραφέως
[4]. Zacharia, Z., & Anderson, O. R. (2003). The effects of an interac
t
ive
computer-based simula
t
ion prior to performing a laboratory inquiry-
based experiment on students’ conceptual understanding of physics.
AmericanJournalofPhysics,71(6),
Ο Νίκος Αναστασάκης είναι πτυχιούχος του
τμήματος Φυσικής του ΕΚΠΑ και κάτοχος
μεταπτυχιακούδιπλώματοςστην«εξ
αποστάσεως εκπαίδευση με χρήση των
ΤΠΕ» του Πανεπιστημίου Κρήτης. Από το
2004 εργάζεται ως Φυσικός στη Δημόσια
Εκπαίδευση, και από το 2007 συνεργάζεται με το Ε.Κ.Φ.Ε.
Χανίων, του οποίου είναιυπεύθυνος από το 2017. Έχει
παρουσιάσει εργασίες σε συνέδρια Φυσικής αλλά και
εφαρμογής των ΤΠΕ, έχει δημοσιεύσει άρθρα σε σχετικά
περιοδικάκαιέχεισυμμετάσχειστηδημιουργία
εκπαιδευτικού υλικού σε έντυπη και ψηφιακή μορφή. Ως
επιμορφωτής συμμετέχει σε δράσεις και προγράμματα
618–629.
επιμόρφωσης μέσω του Ε.Κ.Φ.Ε. Χανίων, της ΠΑΝ.Ε.Κ.Φ.Ε.,
της ΠΔΕ Κρήτης, του ΙΕΠ και του ΙΤΥΕ Διόφαντος (Β’ επίπεδο).
Είναι μέλος του ΔΣ της ΠΑΝ.Ε.Κ.Φ.Ε. ως γραμματέας. Από το
2019 το εκπαιδευτικό ενδιαφέρον του επικεντρώνεται σε
μεθόδους ενσωμάτωσης της εργαστηριακής μεθόδου στην
διδασκαλία της Φυσικής για την δευτεροβάθμια και
πρωτοβάθμια εκπαίδευση.
8
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Ηλεκτρο
φ
όρος
:
μ
ι
α
σύντομη
επ
ι
σ
κ
όπηση
Ευάγγελος Βάρθης
Συνεργάτης ΠΕ04.01 Ε.Κ.Φ.Ε. Κέρκυρας
Λέ
ξ
ε
ι
ς
Κ
λε
ι
δ
ι
ά
:
ηλε
κ
τρο
φ
όρος
,
στατ
ικ
ός
ηλε
κ
τρ
ι
σμός
,
μη
χ
ανή
W
i
ms
hur
s
t
Περ
ί
λη
ψ
η
Σ
ε
αυτό
το
άρ
θ
ρο
παρουσ
ι
ά
ζ
οντα
ι κ
άπο
ι
α
ενδε
ικ
τ
ικ
ά
πε
ι
ράματα
ηλε
κ
τροστατ
ικ
ής
φ
ύσε
ω
ς
,
συνοδευόμενα
όπου
ε
ί
να
ι
ε
φ
ικ
τό
με
μ
ικ
ροσ
κ
οπ
ικ
ές
ερμηνε
ί
ες
. Τ
α
πε
ι
ράματα
β
ασ
ίζ
οντα
ι
στην
κ
ατασ
κ
ευή
κ
α
ι χ
ρήση
του
ηλε
κ
τρο
φ
όρου
,
μ
ι
α
ς
στο
ιχ
ε
ιώ
δ
ου
ς
ηλε
κ
τροστατ
ικ
ή
ς κ
ατασ
κ
ευή
ς
η
οπο
ί
α
συ
χ
νά
παραμελε
ί
τα
ι
στη
δ
ι
δασ
κ
αλ
ί
α
του
ηλε
κ
τρ
ι
σμού
. Τ
α
πε
ι
ράματα
με
β
άση
τον
ηλε
κ
τρο
φ
όρο
ε
ί
να
ι
α
κί
νδυνα
κ
α
ι
εύ
κ
ολο
να
γ
ί
νουν
τόσο
στην
τά
ξ
η
αλλά
κ
α
ι
να
αναπαρα
χθ
ούν
από
τους
μα
θ
ητές
στο
σπ
ί
τ
ι
τους
.
Ο
ι
μα
θ
ητές
μπορούν
να
έ
χ
ουν
άμεση
εμπε
ι
ρ
ί
α
με
τα
στατ
ικ
ά
φ
ορτ
ί
α
που
δημ
ι
ουργούντα
ι
στ
ι
ς
δ
ι
ά
φ
ορες
περ
ι
πτ
ώ
σε
ι
ς
,
γεγονός
που
ε
ξ
άπτε
ι
την
περ
ι
έργε
ι
α
τ
ω
ν
μα
θ
ητ
ώ
ν
,
συμ
β
άλλε
ι
στην
κ
αλύτερη
κ
ατανόηση
τ
ω
ν
εννο
ιώ
ν
κ
α
ι
εμπλουτ
ίζ
ε
ι
ευ
χ
άρ
ι
στα
τη
δ
ι
δασ
κ
αλ
ί
α
.
Φυσική
εξισώσεις του Maxwell που ενοποιούσαν το έργο των
προηγούμενων ερευνητών και έθεσαν πλέον ισχυρά τα
θεμέλια του ηλεκτρομαγνητισμού. Αξίζει να σημειωθεί,
ότι ο Maxwell δεν γνώριζε σε βάθος τι οντότητα ακριβώς
αντιπροσώπευε η έννοια «φορτίο». Μόλις στα τέλη του
19ου αιώνα εισήχθη η έννοια του ηλεκτρονίου
(ανακάλυψη από J.J. Thomson, 1897) και κατά τις αρχές
του 20
ου
, του πρωτονίου (ανακάλυψη από Rutherford,
1909), ως φορείς του αρνητικού και θετικού φορτίου
αντίστοιχα. Το νετρόνιο ως ουδέτερο σωματίδιο
ανακαλύφθηκε από τον Chadwick το 1932.
Σχόλια για το άρθρο:
Το παρόν άρθροεστιάζει στα στατικά ηλεκτρικά
φορτία που μπορούν να παρατηρηθούν μετά την τριβή
μεταξύ διαφορετικών υλικών και εξετάζει τρόπους
ηλέκτρισηςχρησιμοποιώνταςτηνηλεκτροστατική
διάταξη του ηλεκτροφόρου Εικόνα 2.
Εικόνα 1. Μηχανή Wimshurst
Εισαγωγή
ηλεκτροστατικών φορτίων στην επιφάνεια του αγωγού.
Τα ηλεκτροστατικά φαινόμενα έγιναν αντιληπτά στην
αρχαία Ελλάδακαισυγκεκριμένα οπρώτος γιατονοποίο
έχουμε γραπτά τεκμήρια είναι ο Θαλής ο Μηλίσιος το
600 π.Χ. Ο Θαλής πειραματίστηκε με το «ήλεκτρον»,
δηλαδή το γνωστό μας κεχριμπάρι (το οποιο είναι
απολιθωμένο ρετσίνι πεύκου) και παρατήρησε ότι όταν
αυτό τριφτεί με μετάξι ή μαλλί, έλκει μικρά κομμάτια
χνούδι, άχυρο, ξερά φύλλα
1
κτλ. Τα ηλεκτρικά
φαινόμενα μελετηθήκαν σε μια πιο επιστημονική βάση
και πιο εντατικά από τα μέσα του 17
ου
αιώνα [1], όπου
ανακαλυφθήκαν τα δυο είδη ηλεκτρικού φορτίου. Στην
συνέχεια, ο Charles-Augus
t
in Coulomb το 1785, βρήκε
την σχέση που εκφράζει την δύναμη που ασκείται
μεταξύ φορτίων, ενώ κατά την διάρκεια του 19
ου
αιώνα,
υπήρξαν δημοσιεύσεις εργασιών όπου διεξαγόταν
λεπτομερής ανάλυση των ηλεκτρικών φαινόμενων,
όπως οι εργασίες του Oersted, Ampere και Faraday.
Ειδικότερα την περίοδο 1861-1862 διατυπωθήκαν οι
Η
διδασκαλία των ηλεκτροστατικών φαινομένων
αποτελεί το υπόβαθρο για την κατανόηση των
ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και δυνάμεων που
δημιουργούνται γύρω μας και τα οποία σε γενικές
γραμμές είναι «αόρατα» αλλά συμμετέχουν σε κάθε
τεχνολογικήέκφρασητου σύγχρονου πολιτισμού. Ακόμα
και η κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος σε κύκλωμα
Εικόνα 2. Ο ηλεκτροφόρος πάνω στο πλεξιγκλάς
μπαταρίας συντελείται μέσω της κατανομής των
10
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Στο άρθρο θα παρουσιαστούν επιλεγμένα πειράματα τα
όποια μπορούν να εκτελεστούν μετωπικά από τους
μαθητές αλλά και σε μορφή επίδειξης από τον καθηγητή
μέσα στην τάξη.
Για το υπόλοιπο του άρθρου, χωρίς να αναφέρεται, θα
θεωρείται ότι:
•
Τα υλικά στην Εικόνα 3 είναι ταξινομημένα από
πάνω προς τα κάτω, από το ηλεκτροθετικότερο προς
το ηλεκτραρνητικότερο. Το υλικό Α που βρίσκεται
πιο κοντά στην κορυφή θα φορτίζεται θετικά όταν
τρίβεταιμεκάποιουλικόΒπουβρίσκεται
χαμηλότερα στη λίστα, ενώ ταυτόχρονα το υλικό Β
θα φορτίζεται αρνητικά.
•
To Plexiglas φορτίζεται θετικά με τριβή χαρτιού,
βλέπε Εικόνα 3 και Εικόνα 4.
•
Το PVC φορτίζεται αρνητικά με τριβή χαρτιού, βλέπε
Εικόνα 3.
•
Όπου στις εικόνες δείχνεται ροή θετικού φορτιού,
αυτό ισοδυναμεί με κίνηση ηλεκτρόνιων προς την
αντίθετη φορά.
Περιγραφή ηλεκτροφόρου
Ο ηλεκτροφόρος αποτελεί μια απλή ηλεκτροστατική
διάταξη, Εικόνα 2, που μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί
από μαθητές και αποτελεί το ουσιαστικό θεωρητικό και
πρακτικό υπόβαθρο για την λειτουργία της μηχανής
Wimshurst Εικόνα 1, αλλά και άλλων ηλεκτροστατικών
μηχανώνπου αναπτύχθηκανόπως π.χ.απότουςWilhelm
Holtz (1865 και 1867), August Toepler (1865), J. Robert
Voss (1880) και άλλους [2], [5].
Εικόνα 3. Λίστα υλικών για παραγωγή τρίβο-
ηλεκτρισμού ταξινομημένα από τα ηλεκτρο-
θετικότερα προς τα ηλεκτραρνητικότερα.
Εικόνα 4. Φόρτιση του ηλεκτροφόρου
Ηλεκτροθετικά
Πλεξιγκλάς
Βακελίτης
Νιτρική κυτταρίνη
Γυαλί
Χαλαζίας
Νάιλον
Μαλλί
Μετάξι
Βαμβάκι
Χαρτί
Κεχριμπάρι
Ρητίνες (φυσικές και τεχνητές)
Μέταλλα
Καουτσούκ
Οξικό ρεγιόν
Ντακρόν
Όριoν
Πολυστυρένιο
Τεφλόν
Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC)
Ηλεκτραρνητικά
11
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Σημείωση:
Ο αέρας περιέχει ιόντα, κατά συνέπεια είναι
δυνατό να διαρρέεται ρεύμα μεταξύ υλικών που
βρίσκονται σε απόσταση και έχουν την
κατάλληλη διαφορά δυναμικού. Ο αέρας γίνεται
αγώγιμος μεταξύ υλικών όταν η τάση αποκτά
τιμή μεγαλύτερη από 3
⋅
10
6
Volt/m ή
3
⋅
10
4
Volt/cm. Υλικό σχετικό με την ηλεκτρική
εκκένωση του αέρα και ενδιαφέροντα πειράματα
μπορεί να βρεθούν στη μελέτη [6]. Αξίζει να
τονιστεί ότι στις φορτισμένες ακίδες, γύρω από
την περιοχή τους το ηλεκτρικό πεδίο καθίσταται
πιο έντονο (μεγαλύτερη πυκνότητα δυναμικών
γραμμών), Εικόνα 9δ. Επίσης βλέπε
Παράρτημα 3
για μια βαθύτερη μαθηματική και
φυσική κατανόηση του φαινομένου
2
.
Ηλεκτροφόρος ως δομικό υλικό για την Μηχανή
Wimshurst
Ειδικάγια
ηλεκτροστατικής
θεωρήσουμε τον κάθε τομέα του δίσκου Α ως ένα μικρό
ηλεκτροφόρο, που φορτίζεται επαγωγικά από τον
απέναντι τομέα του δίσκου Β συνιστώντας οι δυο τομείς
έναν πυκνωτή [1], Εικόνα 1.
-Οι τομείς κινούνται με τέτοιο τρόπο ώστε να
παρουσιάζεται επαγωγικός πολλαπλασιασμός του
φορτίουστουςπυκνωτέςπουστιγμιαία
δημιουργούνται (εξήγηση Παράρτημα 1).
-Σε κάθε δημιουργημένο αντικριστό ζεύγος τομέων
(πυκνωτή) οι πλάκες του απομακρύνονται καθώς
γυρίζει η μηχανή, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των
τομέων αυξάνει (εξήγηση Παράρτημα 2.) και το
φορτίο συλλέγεται από τις βούρτσες.
-Το φορτίο των τομέων, λόγω υψηλού δυναμικού,
Φύλλο εργασίας ηλεκτροφόρου
Κατασκευή του ηλεκτροφόρου
Για την κατασκευή του ηλεκτροφόρου χρησιμοποιούμε
απλά υλικά όπως:
τηνπερίπτωσητηςγνωστής
μηχανής Wimshurst, μπορούμε να
•
αλουμινένιο πιάτο
•
πλαστικό ποτήρι
•
μονωτική ταινία
Κολλάμε το πλαστικό ποτήρι με την βοήθεια μονωτικής
ταινίας στο εσωτερικό (στο κέντρο) του αλουμινένιου
πιάτου και ο ηλεκτροφόρος είναι έτοιμος, Εικόνα 2.
Φόρτιση ηλεκτροφόρου
Η διαδικασία φόρτισης του ηλεκτροφόρου είναι η εξής:
•
Τρίβουμε φύλλο πλεξιγκλάς με χαρτί όποτε αυτό
φορτίζεται θετικά με βάση την Εικόνα 4.
συλλέγεται από τις βούρτσες της μηχανής μέσω του
•
Μια εκτεταμένη περιγραφή και ανάλυση διάφορων
ηλεκτροστατικών μηχανών και των κατασκευών τους
μπορεί να βρεθεί στο portal
του Antonio C. M. de Queiroz
επίσης στην μελέτη
του ιδίου [3].
•
Ακουμπάμε τον ηλεκτροφόρο πάνω στην επιφάνεια
του πλεξιγκλάς. Αυτό έχει ως συνέπεια τα θετικά
αέρα και αποθηκεύεται στα Leyden Jars (εξήγηση φορτία του πλεξιγκλάς να επάγουν στην κάτω
Παράρτημα 3.) πλευρά του ηλεκτροφόρου αρνητικό φορτίο ενώ
στην πάνω πλευρά θετικό, Εικόνα 4. Αξίζει να
Υλικό ανασκόπησης σχετικά με ηλεκτροστατικές σημειωθεί ότι ο ηλεκτροφόρος δεν μπορεί να
μηχανές και ηλεκτροστατικά φαινόμενα φορτιστεί μόνο με την επαφή του με το πλέξιγκλας
διότι το πλέξιγκλας είναι μονωτής και τα φορτία του
δεν μπορούν να μετακινηθούν.
•
Ακουμπάμε το δάκτυλο μας (λειτουργεί ως γείωση)
στον ηλεκτροφόρο ενώ αυτός είναι σε επαφή με το
πλεξιγκλάς. Τότε τα θετικά φόρτια εξουδετερώνονται
(ροή ηλεκτρονίων από την γείωση) και απομένουν
•
Μιααξιόλογηπαρουσίασητουιδίουτουμόνο τα πλεονάζοντα αρνητικά φόρτια της κάτω
κατασκευαστή της μηχανής Wimshurst, Jamesπλευράς, Εικόνα 4.
Wimshurst σχετικά με το ιστορικό και με τις αρχές
λειτουργίαςτωνηλεκτροστατικώνμηχανών
παρατίθεταιστο
.
Επίσης μια μονογραφία σχετικά με τον στατικό
ηλεκτρισμό από τους Giinter Liittgens, Sylvia Liittgens,
and Wolfgang Schubert [4], παρατίθεται στο
Εικόνα 5. α) Εκκένωση φορτισμένου ηλεκτροφόρου,
β) ταλάντωση από μπάλες κατασκευασμένες από
αλουμινόχαρτο μεταξύ φορτισμένου ηλεκτροφόρου
και γείωσης
12
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Πειράματα με φορτισμένο ηλεκτροφόρο
Ηλεκτρική εκκένωση με το δάχτυλο
Εάν πλησιάσουμε το δάχτυλο μας κοντά στον
φορτισμένο ηλεκτροφόρο, τότε θα παρατηρήσουμε ότι
περίπου σε μια απόσταση 0.5- 1 cm θα γίνει εκκένωση
του ηλεκτρικού φορτίου στο δάχτυλο μας, Εικόνα 5α.
Ταλάντωση αγώγιμων σφαιρών πάνω σε
φορτισμένο ηλεκτροφόρο
Τοποθετούμε τον ηλεκτροφόρο κάθετα και μέσα σε
ένα μικρό πλαστικό κύλινδρο, αγώγιμο στις βάσεις του,
βάζουμεδυο-τρειςελαφριέςαγώγιμεςσφαίρες
(αλουμινόχαρτο), Εικόνα 5β. Ακουμπώντας την μια βάση
του κυλίνδρου στον ηλεκτροφόρο και την άλλη στο
δάκτυλο μας θα παρατηρήσουμε ότι οι σφαίρες
ταλαντώνονται.Η εξήγηση παρουσιάζεταιστην
παρακάτω Εικόνα 6β. Η πρώτη σφαίρα μετατρέπεται σε
δίπολα λόγω επαγωγικής ηλέκτρισης όποτε έλκεται από
εκκένωση.
•
Σηκώνουμε τον ηλεκτροφόρο, τώρα αυτός είναι
τοναρνητικάφ
ο
ρτισμένοηλεκτροφ
ό
ρο.Ο
φορτισμένος αρνητικά με δυναμικό που η τιμή του
ηλεκτροφ
ό
ρος εξουδετερώνει το θετικό φ
ο
ρτίο και
η
είναι της τάξεως 2-3 χιλιάδων Volt [7], αλλά εντελώςσφαίραλόγω επαφήςφορτίζεταιαρνητικά και
ακίνδυνο διότι η ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος
απωθείται,ενώ ταυτόχρ
ο
να μέρος τ
ο
υφ
ο
ρτίου
είναι πολύ περιορισμένη κατά την ηλεκτρική
μεταφέρεται
σ
τις υπόλοιπες σφαίρες. Στην άλλη
μ
εριά
αποβάλλεται το αρνητικό φορτίο από τις τελευταίες
σφαίρες στη γείωση (το χέρι μας) και το φαινόμενο
επαναλαμβάνεται [6].
Ταλάντωση μπίλιας μεταξύ δυο ηλεκτροφόρων
με αντίθετα φορτία
Το φαινόμενο είναι παρόμοιο με το προηγούμενο.
Έχουμε δυο ηλεκτροφόρους με αντίθετα φορτία όπου ο
ένας έχει φορτιστεί με πλεξιγκλάς ενώ ο άλλο με PVC και
βρίσκονται σε απόσταση 5-10 cm, Εικόνα 6α. Στην μέση
κρεμάμε με κλώστηαγώγιμηελαφριά σφαίρα(σφαιρίδιο
από αλουμινόχαρτο) και παρατηρούμε ότι η σφαίρα
ταλαντώνεται μεταξύ των ηλεκτροφόρων. Η εξήγηση με
βάση την Εικόνα 6β, είναι ότι τώρα στην σφαίρα
δημιουργείται ένα πιο ισχυρό δίπολο λόγω επαγωγής και
από τους δυο ηλεκτροφόρους. Έστω ότι η σφαίρα
έλκεταιστηναρνητικήπλάκαόποτετοδίπολο
εξαφανίζεται λόγω εξουδετέρωσης του θετικού φορτίου.
Στην συνέχεια η σφαίρα φορτίζεται αρνητικά όποτε και
απωθείται προς τον θετικά φορτισμένο ηλεκτροφόρο και
Εικόνα 6. α) Ταλάντωση μπίλιας μεταξύ δυο αντίθετα φορτισμένων ηλεκτροφόρων, β) επαγωγική εξήγηση
φαινομένου σε χρονικές στιγμές t1 < t2 < t3.
13
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
2016).
Φόρτιση ηλεκτροσκοπίου.
παρατηρήσουμε την απόκλιση του ηλεκτροσκοπίου,
Εικόνα 7α.
Με επαφή
Στηνπερίπτωσηαυτήακουμπάμεαπλάτον
ηλεκτροφόρο πάνω στο ηλεκτροσκόπιο. Μπορούμε να
επαναλάβουμετηνφόρτιση μεεπαφή2-3φόρες.Τότεθα
παρατηρήσουμε ότι τα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου θα
το φαινόμενο επαναλαμβάνεται, (Ivanov and Nikolovαποκλίνουνπερισσότεροσεκάθεεκκένωσητου
ηλεκτροφόρου, αφού το επιπλέον φορτίο ρέει προς το
ηλεκτροσκόπιο. Η ηλέκτριση θα σταματήσει όταν το
ηλεκτροσκόπιο θα αποκτήσει το ίδιο δυναμικό με τον
φορτισμένο ηλεκτροφόρο, Εικόνα 7β.
Αύξηση διαφοράς δυναμικού στην
απομάκρυνση πλακών πυκνωτή
Εάν πλησιάσουμε τον φορτισμένο ηλεκτροφόρο σε
ένα κλασικό ηλεκτροσκόπιο τότε αυτό θα ηλεκτριστεί (τα
ελάσματα του ηλεκτροσκοπίου θα αποκλίνουν) με δυο
τρόπους:
Με επαγωγή
Θα απαιτηθεί:
Απλά πλησιάζουμε τον ηλεκτροφόρο κοντά στο
εκκένωση του φορτιού μέσω του αέρα. Εναλλακτικά για
ευκολία μπορούμε να βάλουμε μια λεπτή αφόρτιστη
διηλεκτρική επιφάνεια π.χ. πλαστικό, πλεξιγκλάς, PVC
κτλ. πάνω στην επιφάνεια του ηλεκτροσκοπίου και να
ακουμπήσουμε πάνω σε αυτό τον ηλεκτροφόρο ώστε
ηλεκτροσκόπιο προσέχ
ο
ντας ώ
σ
τε να μην υπάρξει
•
Ηλεκτροσκόπιο
•
Μικρό κομμάτι Πλεξιγκλάς
•
Ηλεκτροφόρος
Συνδέουμε τα υλικά όπως δείχνεται στην Εικόνα 8.
•
Τοποθετούμε το πλέξιγκλας πάνω στην βάση του
ηλεκτροσκοπίου.
•
Τοποθετούμε τον φορτισμένο ηλεκτροφόρο πάνω
στοπλέξιγκλας.Θαπαρατηρήσουμεότιτο
ηλεκτροσκόπιο αποκλίνει. Ακουμπάμε στιγμιαία το
δάχτυλο μας στην κάτω μεριά της πλάκας του
Εικόνα 7. α) Φόρτιση με επαγωγή και κατανομή φορτίων σε ηλεκτροσκόπιο, β) φόρτιση με απλή επαφή και
κατανομή φορτίων.
14
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
ηλεκτροσκόπιο δεν είναι πλέον ηλεκτρισμένο.
•
Απομακρύνουμε τον ηλεκτροφόρο και παρατηρούμε
ότι το ηλεκτροσκόπιο πάλι αποκλίνει.
Εξήγηση
Το φαινόμενο είναι γνωστό για την περίπτωση ενός
φορτισμένου πυκνωτή όταν απομακρύνουμε τις πλάκες
του. Παρατηρείται ότι όταν αυξάνεται η απόσταση,
αυξάνεται η διαφορά δυναμικού ενώ η χωρητικότητα
μειώνεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το φορτίο να
παραμένει σταθερό (Παράρτημα 1). Η πάνω επιφάνεια
του ηλεκτροσκοπίου, το πλεξιγκλάς ως διηλεκτρικό και ο
ηλεκτροφόρος συνιστούν στην ουσία έναν πυκνωτή στην
Εικόνα 8β και Εικόνα 8γ. Κατά συνέπεια, η απομάκρυνση
του ηλεκτροφόρου αυξάνει την διαφορά δυναμικού
μεταξύ της επιφάνειας του ηλεκτροσκοπίου και του
ηλεκτροφόρου και τα φύλλα αποκλίνουν.
Παραρτήματα
Παράρτημα 1.
Αύξηση φορτίου με επαγωγή
Στην Εικόνα 9γ παρουσιάζεται ο τρόπος συνεχούς
αύξησης φορτίου με επαγωγή που συμβαίνει για τον
πολλαπλασιασμό του φορτίου στην μηχανή Wimshurst.
Καθώς οι δίσκοι στην μηχανή Wimshurst περιστρέφονται
με αντίθετη φορά, οι διαμετρικοί τομείς στον ίδιο δίσκο,
ηλεκτροσκοπίου.Θαπαρατηρήσουμεότιτοενώνονται στιγμιαία με την βοήθεια των ράβδων
"γείωσης" σε συγκεκριμένες θέσεις. Την στιγμή που οι
τομείς συνδέονται με τη ράβδο "γείωσης", αυτοί αρχικά
φορτίζονται επαγωγικά από το φορτίο του απέναντι
τομέα του δίσκου όπως δείχνει η Εικόνα 9γ.
Το φορτίο ωστόσο στον κάθε τομέα αυξάνει με κάθε
κύκλο της περιστροφής. Αυτό συμβαίνει διότι όταν
φορτιστούν όλοι οι τομείς με φορτίο έστω Q,στην
συνέχεια στην επαγωγική φόρτιση συμμετέχουν και οι
διπλανοί τομείς επάγοντας έτσι ένα αυξημένο φορτίο
Q’>Q, Εικόνα 9ε.
Παράρτημα 2.
Αύξηση διαφοράς δυναμικού σε πυκνωτή
Έστω ότι έχουμε έναν πυκνωτή με χωρητικότητα C και
διαφορά δυναμικού μεταξύ των οπλισμών του V, τότε το
φορτίο θα είναι
𝑄 = C ∙ V
. Εάν απομακρύνουμε τους
οπλισμούς του πυκνωτή τότε μειώνεται η χωρητικότητα
𝑆𝑆
του από
𝐶 = 𝜀
𝜊
𝐿
σε
𝐶′ = 𝜀
𝜊
𝐿′
όπου L’>L και
ταυτόχρονα αυξάνεται η διαφορά δυναμικού σε V’ αφού
το φορτίο παραμένει το ίδιο
𝑄 = 𝐶′ ∙ 𝑉′
.
Η ενεργεία του πυκνωτή μεταβάλλεται από:
11
E =
2
C ∙ V
2
σε
E′ =
2
C′ ∙ V′
2
EV
κατά συνέπεια
E
′
=
V
′
< 1
δηλαδή
E′ > E
. Το Ε’
αυξάνεται διότι πρέπει να καταναλωθεί έργο για να
Εικόνα 8. α) Φόρτιση με επαγωγή, το ηλεκτροσκόπιο αποκλίνει, β) εφαρμογή γείωσης, το ηλεκτροσκόπιο από-
ηλεκτρίζεται, γ) το ηλεκτροσκόπιο αποκλίνει ξανά.
15
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
αυξάνει στην ουσία την δυναμική ενεργεία του πυκνωτή.
Παράρτημα 3.
Φαινόμενο ακίδας
Έστω ότι έχουμε μια σφαίρα Α ακτίνας R και μια
σφαίρα Β ακτίνας r, όπου
𝑅 > 𝑟
. Η σφαίρα Α έχει αρχικά
ηλεκτρικό φορτίο Q. Αν συνδέσουμε τις δυο σφαίρες Α
και Β με αγώγιμο σύρμα, τότε να εξετάσετε τι θα συμβεί
σε κάθε σφαίρα όταν αποκατασταθεί ηλεκτροστατική
ισορροπία (δηλαδή V
big
=V
small
) όσο αναφορά τα μεγέθη:
απομακρυνθούν οι πλάκες του πυκνωτή το οποίοα) δυναμικό, β) πυκνότητα ηλεκτρικού φορτίου, γ)
ηλεκτρικό πεδίο - δυναμικές γραμμές.
Ανάλυση:
Οι δυο σφαίρες με ακτίνες r και
𝑅 = 𝑛𝑟
αντίστοιχα,
στην ηλεκτροστατική ισορροπία θα αποκτήσουν το ίδιο
δυναμικό οπότε:
=→ 𝑞 =
𝑘
(𝑄−
𝑞
)
𝑘𝑞
𝑄
𝑛𝑟𝑟𝑛
+1
(1)
Εικόνα 9. α) αύξηση διαφοράς δυναμικού σε πυκνωτή, β) σφαίρες διαφορετικού μεγέθους, γ) επαγωγική
διαδικασία πολλαπλασιασμού φορτίου σε Wimshurst, δ) ισχυρότερο ηλεκτρικό πεδίο στο χώρο γύρω από ακίδα, ε)
επαγωγική διαδικασία πολλαπλασιασμού φορτίου από διπλανούς τομείς.
16
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Οι επιφανειακές πυκνότητες φορτίου σ
Α
και σ
Β
κάνοντας
χρήση της εξίσωσης (1) απλοποιούνται και η μεταξύ τους
σχέση δίνεται παρακάτω:
Η μεγαλύτερη σφαίρα Α ( ακτίνας
𝑅 = 𝑛𝑟
) θα
κατακρατεί περισσότερο φορτίο αλλά θα έχει μικρότερη
επιφανειακή πυκνότητα φορτίου.
Κατά συνέπεια η μικρή σφαίρα Β ή αλλιώς η ακίδα,
επειδή έχει
φορτίου θα
μεγαλύτερη επιφανειακή
έχει πιο έντονο ηλεκτρικό
δυναμικές γραμμές θα είναι
πιο πυκνές), και τα
ηλεκτρικά φαινόμενα όπως η
εκκένωση ηλεκτρικού
Συμπεράσματα
μπορεί αφενός να τα εκτελέσει, αφετέρου να ελέγξει
φαινόμενα που δημιουργούνται μέσω σωματιδίων που
δεν βλέπει και να εξάγει συμπεράσματα.
Βιβλιογραφικές Αναφορές
[1]Panat, P. 2003. Contribu
t
ions of Maxwell to electromagne
t
ism. Resonance
8(5), pp. 17–29.,
[2]Gray, J. 1890. Electrical in
f
l
uence machines. Whittaker.,
[3]de Queiroz, A.C.M. 2019. Varia
t
ions of the doubler of electricity. Physics
Educa
t
ion 54(3), p. 035019.
[4]Lüttgens, G., Lüttgens, S. and Schubert, W. 2017. Sta
t
ic Electricity:
Understanding, Controlling, Applying. John Wiley & Sons.
[5]Aguilar, H.M. 2014. The Wimshurst machine as an electric circuit. Lat. Am.
J. Phys. Educ. Vol 8(1), p. 100.,
[6]Ivanov, D. and Nikolov, S. 2016. Electrosta
t
ics experiments with sharp metal
points. Physics Educa
t
ion 51(6), p. 065019.
[7]Burgo, T.A., Silva, C.A., Balestrin, L. and Galembeck, F. 2013. Fric
t
ion
coeficient dependence on electrosta
t
ic tribocharging. Scien
t
i
f
i
c reports
3(1), pp. 1–8.
πυκνότητα
Σημειώσεις
πεδίο (οι
1)
2)
Ευχαριστίες
Σε αυτό το άρθρο παρουσιαστήκαν μια σειρά από
απλά πειράματα, στηριζόμενα στον ηλεκτροφόρο, τα
οποία μπορούν να διεξαχθούν εύκολα από τους μαθητές
προς καλύτερη κατανόηση του στατικού ηλεκτρισμού και
εν γένει των ηλεκτρικών κατά βάση φαινομένων. Έγινε
προσπάθεια να δοθούν όπου ήταν εφικτό, ερμηνείες
σχετικά με τα ηλεκτροστατικά φαινόμενα για περαιτέρω
εμβάθυνση. Τα παρουσιαζόμενα πειράματα κάνουν την
διδασκαλία των ηλεκτροστατικών φαινομένων πιο
ευχάριστη και δίνουν ικανοποίηση στον μαθητή διότι
Θα ήταν αγνωμοσύνη να μην απευθύνω ευχαριστίες
στον αγαπητό συνάδελφο και «δάσκαλο» μου στα
πειραματικά φαινόμενα και τις πειραματικές κατασκευές
Παναγιώτη Μουρούζη. Η εκτενής συζήτηση και οι
πειραματικές επαληθεύσεις που πραγματοποιήσαμε σε
ευρύφάσμαηλεκτροστατικώνφαινόμενωνκαι
ειδικότερα για την κατανόηση λειτουργίας της μηχανής
Wilmshurst είναι ανεκτίμητη. Χωρίς την βοήθεια του το
άρθρο αυτό δεν θα είχε πραγματοποιηθεί, από καρδιάς
τον ευχαριστώ.
𝜎
Α
=
𝑘(𝑄 − 𝑞)
4𝜋𝑛
2
𝜎
𝛣
=
4𝜋𝑟
2
𝑘(𝑞)
𝑟
2
} → 𝜎
𝛣
= 𝑛𝜎
𝐴
φορτίου μέσω του αέρα θα είναι πιο έντονα.
Βιογραφικό συγγραφέως
Ο Ευάγγελος Βάρθης είναι πρώην συνεργάτης
στο Ε.Κ.Φ.Ε. Κέρκυρας, σπούδασε Φυσική στο
ΠανεπιστήμιοΙωάννινων,καιεκπόνησε
Διδακτορική Διατριβή στη Σχολή Επιστήμης
της Πληροφορίας και Πληροφορικής του
Ιόνιου Πανεπιστήμιου. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα είναι
η πειραματική φυσική, αλγόριθμοι, προγραμματισμός και
μέθοδοι διασύνδεσης πληροφορίας.
17
Τεύχος 1
,
Ιούλιος 2024
Μ
ε
π
ε
ι
ρ
ά
μ
α
τ
α
ηλε
κ
τρ
ι
σμού
α
ν
α
κ
α
λύ
π
τουμε
τη
δομή
της
ύλης
:
μ
ι
α
δ
ι
α
θ
εματ
ικ
ή
δ
ι
δα
κ
τ
ικ
ή
πρόταση
Περ
ί
λη
ψ
η
Λέ
ξ
ε
ι
ς
Κ
λε
ι
δ
ι
ά
:
Δομ
ικ
ά
σ
ω
ματ
ί
δ
ι
α
, χ
ημ
ικ
ός
δεσμός
,
αγ
ω
γ
ι
μότητα
,
παρανοήσε
ι
ς
Σ
τη
δ
ι
δα
κ
τ
ικ
ή
αυτή
πρόταση
ο
ι
μα
θ
ητές
/
τρ
ι
ες
θ
α
ταυτοπο
ι
ήσουν
το
ε
ί
δος
τ
ω
ν
δομ
ικώ
ν
σ
ω
ματ
ι
δ
ίω
ν
κ
α
ι
τον
χ
ημ
ικ
ό
δεσμό
,
