Efectele curentului electric

1. Efectele curentului electric Prof. Felicia Huides Colegiul tehnic “Costin Nenitescu” Bucuresti

2. Efectele curentului electric • Efectul termic • Efectul magnetic • Efectul electrochimic

3. Efectul termic • Efectul termic (denumit şi efect Joule-Lenz) este reprezentat de disiparea căldurii într-un conductor traversat de un curent electric. Aceasta se datorează interacţiunii particulelor curentului (de regulă electroni) cu atomii conductorului, interacţiuni prin care primele le cedează ultimilor din energia lor cinetică, contribuind la mărirea agitaţiei termice în masa conductorului. • Efectul termic al curentului electric are multiple aplicaţii industriale: cuptoarele încălzite electric, tăierea metalelor, sudarea cu arc electric etc

4. Efect Joule http://ww2.unime.it/weblab/ita/kim/joule/heat_ita.htm

5. Efectul magnetic Constă in aparitia unui câmp magnetic in jurul unui conductor parcurs de curent electric. Modulul vectorului inducţie magnetică intr-un punct situat la distanta r de conductorul parcurs de curent electric este: • μ-permeabilitate magnetică absolută; • I-intensitatea curentului care străbate conductorul; B = inducţia magnetică [B]SI=1T (tesla);

6. Campul magnetic al unui conductor http://www.walter-fendt.de/ph14ro/mfwire_ro.htm

7. Campul magnetic al unei bare magnetice • http://www.walter-fendt.de/ph14ro/mfbar_ro.htm

8. Efectul magnetic Modulul vectorului inducţie magnetică a câmpului magnetic creat în centrul unei spire circlare de raza r parcursa de curent electric este:

9. Efectul magnetic Modulul vectorului inducţie magnetică a câmpului magnetic creat în centrul unui solenoidde raza r parcurs de curent electric este:

10. Efectul electrochimic Electroliza solutiei de NaCl Electroliza • Electroliza este procesul de orientare şi separare a ionilor unui electrolit cu ajutorul curentului electric continuu. • Electroliza unei soluţii de clorură de cupru: în electrolit datorită disocierii sunt prezenţi ioni de Cu2+ şi ioni de 2Cl. După mai multe minute de funcţionare catodul capătă o culoare roşiatică şi se degajă un miros înţepător. • Ionii de Cu2+ sunt atraşi de catod care le cedează electroni, sunt neutralizaţi şi se depun pe acesta. • Ionii de 2Cl cedează electroni anodului; atomii neutri de clor, sub formă de molecule de gaz se dizolvă parţial în apă; este caracteristic mirosul înţepător. • Neutralizarea electrică a ionilor este însoţită de reacţii chimice specifice care transformăcalitativ suprafaţa electrozilor. http://www.xplora.org/downloads/Knoppix/Xplora/Minza/chimie/electroliza_ro/pag31.html

11. Electroliza soluţiei de KI • Soluţia conţine ioni K+ şi I- proveniţi prin ionizarea KI, şi ioni H+ (în apă există ioni H3O+) şi HO- rezultaţi prin ionizarea apei. • La trecerea curentului electric, ionii sunt orientaţi către cei doi electrozi. La electrodul negativ (catod) se produce reducerea ionilor H3O+, deoarece au potenţial de reducere mai mare decât a ionilor K+ (-2,92V), în timp ce la electrodul pozitiv (anod) are loc oxidarea (0,52V), deoarece oxidarea apei se realizează la o tensiune mult mai mare (1,23V). • Ecuatiile reacţiilor care au loc la electrozi sunt: • Ecuatia reacţiei totale care se desfăşoară la electroliza unei soluţii de KI este: http://www.xplora.org/downloads/Knoppix/Xplora/Minza/chimie/electroliza_ro/pag32.html

12. Cantitatea de substanta depusa la Catod • m = K·I·t = K·Q (prima lege a electrolizeienuntata de Faraday in anul 1833) K = echivalentulelectrochimic K= m/Q = m/ I·t Echivalentulelectrochimicestecantitatea de substantadepusala ecatod de un curent cu Intesitatea de 1 Ampertimp de 1s. Echivalentulelectrochimicdepinde de naturasubstanteiprin: • Masaatomica a substantei (A), direct proportional • Valentasubstantei (n), invers proportional Factorul de proportionalitate se noteaza cu (F) si se numestenumarullui Faraday (F = 96400 C/echivalent-gram. • Rezumandacestedependenteputemscrie: Aceastaultimarelatiereprezintalegea a doua a electolizei.

13. Efectul electrochimic Electroliza este utilizată pentru obţinerea metalelor pure (Cu, Ag, Al, Zn, Pt) în galvanoplastiesigalvanostegie. • Galvanoplastia constă în depunerea unor straturi metalice subţiri pe obiecte metalice în scop de protecţie sau decorativ (nichelare, cromare, argintare, aurire etc.) • Galvanostegia constă în depuneri electrolitice de metal pe mulaje din materiale plastice (sau ceară), impregnate cu un strat de grafit, pentru a le face conductoare. Mulajul este montat la catod şi după depunerea metalului se îndepărtează materialul mulajului. Se obţin astfel reproduceri foarte fidele ale formei unor obiecte (sculpturi, alte opere de artă).

14. Aplicaţii industriale • Produsele folosite la încălzirea industrială, precum şi pentru uzul casnic, funcţionează pe baza efectului Joule-Lenz. Elementul de circuit comun în construcţia acestor produse este un rezistor (sau mai multe, grupate adecvat) în care se dezvoltă efectul Joule al curentului electric. Rezistorul său (elementul rezistiv care disipă căldura) este realizat din nicrom, feronicrom, fecral, kanthal, cromal ş.a. Aceste materiale sunt rezistente la temperaturi mari, au rezistivitate electrică ridicată şi un coeficient mare de temperatură al rezistivităţii. • Efectul termic al curentului electric are multiple aplicaţii industriale: cuptoarele încălzite electric, tăierea metalelor, sudarea cu arc electric etc. • Arcul electric este un curent electric de mare intensitate. La separarea sub sarcină electrică a două piese metalice în contact, densitatea de curent creşte foarte mult datorită micşorării zonelor de contact, pe măsura depărtării pieselor şi datorită tensiunii electromotoare (t.e.m.) de autoinducţie care ia naştere la întreruperea curentului. http://www.softedu.eu/tehnologie/preview_planse/SudareArcElectric.jpg

15. Aplicaţii industriale • Datorită efectului Joule-Lenz foarte puternic, metalul este topit local şi vaporizat. În condiţiile existenţei vaporilor metalici şi a contactelor puternic încălzite, aerul dintre contacte se ionizează şi ia naştere o plasmă fierbinte cu temperaturi de cca. 6.000–7.000 K. Sub acţiunea diferenţei de potenţial dintre contacte plasma se deplasează, formând arcul electric; deci curentul electric continuă să existe şi după întreruperea mecanică a circuitului. • Din procesele de recombinare ale purtătorilor de sarcină, arcul electric eliberează energie sub formă de radiaţii luminoase intense. La sudarea metalelor, arcul electric se formează între un electrod şi piesa de sudat; tăierea metalelor se realizează prin topire locală cu arc electric, iar la întreruperea circuitelor electrice arcul este stins prin metode şi dispozitive speciale care favorizează procesele de deionizare în coloana de arc. La întrerupătorul cu pârghie, pentru a se evita topirea sau distrugerea parţială prin arc electric a pieselor de contact, între acestea se montează în paralel un condensator. Condensatorul se încarcă şi preia energia eliberată de câmpul magnetic prin curentul de autoinducţie, fără a se mai produce un arc electric. • Când un material conductor este plasat într-un câmp magnetic alternativ, curenţii induşi determină încălzirea materialului. La frecvenţe mari încălzirea este mai pronunţată la suprafaţa materialului conductor; efectul este utilizat la tratamente superficiale ale metalelor şi pentru lipire. • Cuptoarele electrice se utilizează şi pentru topirea metalelor. Dacă un dielectric este introdus între două armături plane, alimentate în curent alternativ, acesta se încălzeşte din cauza pierderilor de polarizare. Fenomenul este utilizat pentru topirea maselor plastice, la încălzirea îmbinărilor din lemn, la încălzirea alimentelor în cuptoarele cu microunde ş.a. • Calculul la încălzirea produsă de trecerea curentului electric prin conductoarele aparatelor şi maşinilor electrice este foarte important: încălzirea nu trebuie să afecteze stabilitatea termică a materialelor izolatoare. http://mirror-uk-rb1.gallery.hd.org/_exhibits/light/light-bulb-glowing-filament-AHD.jpg Cuptor electric uzina metalurgica

16. Manual virtual de fizica • http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3 • http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Electromagnetism:C%E2mpul_magnetic_produs_de_curentul_electric

17. Bibliografie • http://ro.wikipedia.org/wiki/Efectele_curentului_electric • http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Electromagnetism:C%E2mpul_magnetic_produs_de_curentul_electric • http://www.xplora.org/downloads/Knoppix/Xplora/Minza/chimie/electroliza_ro/pag32.html • http://www.walter-fendt.de/ph14ro/mfbar_ro.htm • http://ww2.unime.it/weblab/ita/kim/joule/heat_ita.htm • http://www.wawa.com.sg/Development/kidsscience/images/battery.png • http://www.wawa.com.sg/Development/kidsscience/kidsscience_dec.htm