Ce trebuie să știm despre electrocinetică?

1. Ce trebuie să știm despre electrocinetică? Curentul electric Legealui Ohm Legealui Kirchhoff Gruparearezistoarelorelectrice Realizator: IamandiMihai

2. Home Curentul electric Primele experimente importante, în domeniul curentului electric au fost efectuate de Galvani (1737-1798) şi Volta (1745-1837). Galvani a descoperit accidental că trecerea curentului electric prin piciorul unei broaşte produce contracţii musculare, iar Volta a construit în 1800 prima baterie electrică. Prin curent electric se înţelege deplasarea ordonată a purtătorilor desarcină electrică, liberi într-un conductor (mediu), sub acţiunea unuicâmp electric. Se numestecurent electric stationaracelcurent electric in care vitezamiscariiordonate a purtatorilor de sarcinaesteconstanta in timp. Trebuie subliniat faptul că mişcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică, liberi, din conductor nu este o simplă mişcare rectilinie uniformă, ci reprezintă un fenomen complex, deoarece purtătorii de sarcină din conductor se găsesc într-o continuă mişcare haotică de agitaţie termică, suferind multiple accelerări, frânări şi devieri datorită ciocnirilor dintre ei cât şi datorită ciocnirilor cu ionii reţelei cristaline ce formează conductorul. Din aceste motive, putem vorbi numai de viteză medie a mişcării ordonate a purtătorilor de sarcină în conductor, sub acţiunea câmpului electric, care se numeşte viteză drift sau de antrenare. Această viteză are o valoare foarte mică: pentru un curent de 10A printr-un conductor de cupru cu secţiunea de 10mm2 are valoarea vd=0,06mm/s. Totuşi, un curent electric se transmite cu o viteză foarte mare datorită faptului că printr-un conductor se propagă câmpul electric pe toată lungimea conductorului şi acesta antrenează electronii sau ionii pe care îi întâlneşte în cale. Din acest motiv conductorii se mai numesc şi ghiduri de câmp electric Pagina 2

3. Home Intensitatea curentului electric I, este o mărime fizică scalară care măsoară sarcina electrică ce străbate secţiunea transversală a unui conductor în unitatea de timp: Densitateade curenteste o mărimevectorialăasociatăfiecăruipunct, intensitateacurentuluiregăsindu-se ca integralăpeîntreagasecţiune a conductorului din densitatea de curent. Se măsoarăînamperipemetrupătrat. Sarcinileelectriceînmişcare pot fipurtate de electroni, ionisau o combinaţie a acestora. Stabilireacurentului electric estedeterminată de existenţauneitensiuniîntreceledouăpuncte (între care se deplaseazăsarcinile). De asemenea, curentul electric se maipoatestabilidacă un circuit închisesteinfluenţat de o tensiuneelectromotoare. Pagina 1 Pagina 3

4. Home Curentcontinuu, curentalternativ Dacă mişcarea sarcinilor se face numai într-un singur sens, avem de-a face cu un curent continuu (generat de exemplu de bateria galvanică sau de dinam). Dacă sensul de deplasare alternează în timp, curentul se numeşte alternativ (alternatorul este un dispozitiv care generează un asemenea curent). Curentul alternativ folosit în industrie este de obicei (cvasi) sinusoidal, adică intensitatea lui variază ca o funcţie sinusoidală (în timp). În cazul redresării curentului alternativ se obţine un curent continuu de intensitate variabilă, numit şi pulsatoriu (sau ondulat). Redresarea se poate face cu ajutorultuburilor electronice (diode sau duble diode) sau semiconductoarelor (diode, punţi redresoare). Pagina 2 CurentContinuu Curentalternativ

5. Home Legea lui Ohm sau legea conducţiei electrice, stabileşte legăturile între intensitatea curentului electric (I) dintr-un circuit, tensiunea electrică(U) aplicată şi rezistenţa electrică (R) din circuit. A. Legea lui Ohm pe o porţiune de circuit Considerând un circuit electric format din mai mulţi consumatori şi un generator electric, se poate aprecia uşor că între punctele A şi B potenţialul electric scade, deoarece curentul electric circulă de la A către B. Măsurând tensiunea U la bornele unui consumator şi intensitatea I a curentului electric prin el se constată că rapoartele: Căderea de tensiune U pe o porţiune de circuit este proporţională cu intensitatea I a curentului electric prin acea porţiune a circuitului.U = RI Constanta de proporţionalitate dintre căderea de tensiune şi intensitatea curentului electric se numeşte rezistenţă electrică şi se notează cu R. Unitatea de măsură pentru rezistenţa electrică se deduce din expresia: Pagina 2

6. Home Rezistenţa electrică R caracterizează orice consumator electric şi depinde de elementele constructive ale acestuia unde  caracterizează materialul din care este confecţionat consumatorul şi se numeşte rezistivitate electrică. Rezistivitatea electrică depinde de temperatura conductorului:=(1+t)unde  este rezistivitatea la 0oC, iar  este coeficientul termic alrezistivităţii. Rezistenţa electrică depinde şi ea de temperatură:R=R0(1+t) Pagina 1 Pagina 3

7. Home B. Legea lui Ohm pe întregul circuit Pentru un circuit electric simplu, format dintr-un generator cu tensiunea electromotoare E şi rezistenţa internă r, care alimentează un consumator electric R, se poate scrie:E=U+u Aplicând legea lui Ohm pe fiecare porţiune de circuit: U=RI şi u=rI şi după înlocuiri se obţine:E=I(R+r)sau: Intensitatea curentului electric, printr-un circuit electric închis, este direct proporţională cu tensiunea electromotoare E a sursei şi invers proporţională cu rezistenţa electrică totală a circuitului. Tensiunea la bornele sursei, în circuit închis, este:U=E-rI Pentru un circuit deschis (întrerupt) curentul electric este nul, deci:U=E Pagina 2

8. Home Legile (teoremele) lui Kirchhoff Legile lui Kirhhoff permit determinarea unor marimi fizice necunoscute , cunoscand alte marimi fizice.            Prima teorema ( lege ) a lui Kirchhoff se refera la un nod si se poate enunta in felul urmator:Suma algebrica a intensitatilorcurentlor din laturile care se ramifica dintr-un nod al unui circuit este egala cu 0.Un nod este punctul unui circuit in care sunt interconectate cel putin trei elemente de circuit.Latura unui circuit reprezinta o portiune de circuit care este cuprinsa intre doua noduri,nu cuprinde nici un nod interior si este parcursa de acelasi curent.O conventie adoptata in formularea legii conservari sarcinii spune ca intensitatilecurentilor care pleaca dintr-un nod se iau cu semnul + ,iar cele care intra in nod cu semnul -. I1+I2-I3=0 Pagina 2

9. Home A doua teorema ( lege ) a lui Kirchhoffface referinta la un ochi de circuit si suna in felul urmator:Suma algebrica a tensiunilor la bornele laturilor ce alcatuiesc un ochi este egala cu 0 ; suma algebrica tensiunilor electromotoare ale surselor din laturile unui ochi de retea este egala cu suma algebrica a caderilor de tensiune pe rezistoarele laturilor. Un ochi de circuitreprezinta o portiune de circuit care este formata din cel putin doua laturi care formeaza o linie ploigonalainchisa si la parcurgerea caeia se trece prin fiecare nod o singura data. U1 + E1 = R1I1U2 + E2 = R2I2U3 + E3 = R3I3U4 + E4 = R4I4U1 - U2 + U3 + U4 = 0E1 - E2 - E3 - E4 = R1I1 - R2I2 + R3I3 + R4I4 Pagina 1

10. Home Gruparea rezistorilor Doi sau mai mulţi rezistori sunt grupaţi în paralel atunci când la capetele acestora este aplicată aceeaşi tensiune. Gruparea în paralel a celor doi rezistori este străbătută de un curent cu intensitatea I, atunci când la capetele grupării este aplicata tensiunea U. Aşadar, gruparea este caracterizată de rezistenţa electrică echivalentă: Rezistorul R1 este străbătut de curent cu intensitatea iar rezistorul R2 este străbătut de curent cu intensitatea Aplicând prima lege a lui Kirchhoff (legea curenţilor) într−unul dintre cele două noduri ale grupării în paralel, obţii: Pagina 2

11. Home de unde obţii că: Aşadar, rezistenţa echivalentă a grupării în paralel este: Rezistenţa echivalentă a unei grupări în paralel de rezistori este: Doi sau mai mulţi rezistori sunt grupaţi în seriedacă sunt străbătuţi de curent cu aceeaşi intensitate. Pagina 1 Pagina 3

12. Home Daca la capetele grupării în serie din figura 5−3a este aplicată tensiunea U, gruparea este străbătută de curentul cu intensitatea I. Aşadar, gruparea este caracterizată de rezistenţa electrică echivalentă Aplicând a doua lege a lui Kirchhoff (legea tensiunilor), obţii: de unde obţii că: Aşadar, rezistenţa echivalentă a unei grupări în serie a celor doi rezistori este Rezistenţa echivalentă a unei grupări în serie de rezistori este suma rezistenţelor grupării: Pagina 2