3.6. Το ηλεκτρικό κύκλωμα

Το ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ένα σύνολο από πηγές, αποδέκτες, όργανα μέτρησης, καλώδια σύνδεσης και διακόπτες. Τα παραπάνω στοιχεία συνδέονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να δημιουργούνται αγώγιμοι δρόμοι για το ρεύμα. Στο κύκλωμα πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον μία ηλεκτρική πηγή και ένας τουλάχιστον αποδέκτης. Ο αποδέκτης μπορεί να είναι και ένας απλός αντιστάτης (παθητικός αποδέκτης). Η "καρδιά" κάθε ηλεκτρικού κυκλώματος είναι η ηλεκτρική πηγή. Αυτή αποτελεί το στοιχείο που ενεργοποιεί όλα τα άλλα και από το οποίο πηγάζει η αρχική ενέργεια, που διατίθεται συνεχώς στα άλλα στοιχεία του κυκλώματος.

Στην εικόνα (7) γίνεται μια προσπάθεια να αναλύσουμε το ρόλο μιας πηγής σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, συγκρίνοντάς το με ένα απλό μηχανικό κύκλωμα. Στο μηχανικό κύκλωμα ένας εργάτης ανεβάζει από το έδαφος μεταλλικές σφαίρες και τις τοποθετεί στη σανίδα, που παρουσιάζει κλίση ως προς τον ορίζοντα. Οι σφαίρες κυλούν πάνω στη σανίδα και πέφτουν σε ένα βαρέλι, που περιέχει ένα παχύρρευστο υγρό, π.χ. λάδι. Οι σφαίρες περνούν μέσα από το λάδι και φτάνουν στον πυθμένα, όπου υπάρχει μια μικρή πόρτα που την εξουσιάζει ένας "δαίμων".

Ο "δαίμων" έχει την ικανότητα να ανοίγει την πόρτα την κατάλληλη στιγμή, ώστε να βγαίνουν οι σφαίρες χωρίς να χύνεται το λάδι. Στη συνέχεια, οι σφαίρες, ακολουθώντας τον επικλινή δρόμο, καταφτάνουν στον εργάτη, όπου και συνεχίζεται ο κύκλος.

Στο ηλεκτρικό κύκλωμα το ρόλο του εργάτη τον αναλαμβάνει η ηλεκτρική πηγή. Ο εργάτης δαπανά ενέργεια, για να σηκώσει τις σφαίρες, να τις αναγκάσει, δηλαδή, να κινηθούν αντίθετα από τη φυσική τάση τους, που είναι να πέφτουν. Στο ηλεκτρικό κύκλωμα η πηγή δαπανά ενέργεια, για να κινήσει τα ηλεκτρόνια από υψηλό δυναμικό (θετικός πόλος της πηγής) προς χαμηλό δυναμικό (αρνητικός πόλος της πηγή), αντίθετα δηλαδή προς τη φυσική τάση τους, που είναι να κινούνται από χαμηλό δυναμικό σε υψηλό δυναμικό.

Εικ. 7

Μπορείτε, αν θέλετε, να εξομοιώσετε το ρόλο μιας πηγής σε ένα κύκλωμα με το ρόλο μιας αντλίας. Η αντλία προσφέρει ενέργεια στη μάζα του νερού, για να υπερνικήσει τη μηχανική αντίσταση του υαλοβάμβακα. Η ηλεκτρική πηγή προσφέρει ενέργεια στα ηλεκτρόνια, για να υπερνικήσουν την αντίσταση από τα ταλαντούμενα ιόντα.

Στο ηλεκτρικό κύκλωμα το ρόλο του λαδιού τον αναλαμβάνει ο αντιστάτης. Η ενέργεια που έχουν αποκτήσει οι σφαίρες μετατρέπεται σε θερμότητα κατά την κίνηση τους μέσα στο λάδι, λόγω μεγάλης τριβής. Στον αντιστάτη η ενέργεια των ηλεκτρονίων μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω των κρούσεων των ηλεκτρονίων με τα ταλαντούμενα ιόντα.

Εικ. Στο εσωτερικό ενός Η/Υ. Μερικά κυκλώματα είναι, πραγματικά, εξαιρετικά πολύπλοκα.