Curentul electric.Efectele curentului electric Aparate pentru masurarea curentului

electric Intensitatea curentului electric Tensiunea electrica.Rezistenta electrica Legea lui Ohm Legea lui Kirchoff

Circuitul electric Un circuit

electric simplu este ansamblul format din:

generatorul electric sau sursa electrică

consumatori conductoare de

legăturăPorţiunea de circuit situată în afara generatorului se numeşte circuit exterior.circuit exterior.Porţiunea de circuit situată în interiorul generatorului se numeşte circuit interiorcircuit interior..

Reprezentarea schematica a elementelor de circuit

Reprezentarea schematica a elementelor de circuit

consumator

bec

E,r

Sursă electrică

E,r sursa electrică

CCurentul electricurentul electric în conductori în conductori metalicimetalici

MMetaletalelele e sunt conductoare de clasa I. Buna lor conductibilitate este datorată structurii lor, structură de reţea cristalină în nodurile căreia sunt ioni pozitivi printre care se mişcă dezordonat electronii liberi, electroni numiţi de conducţie. Dacă avem două conductoare încărcate

cu potenţiale diferite VA < VB, puse în legătură cu un conductor metalic, electronii liberi (purtători de sarcină electrică negativă) sunt puşi în mişcare dirijată de forţele electrostatice ale câmpului electric ce ia naştere.

Curentul electricCurentul electric reprezintă o mişcare ordonată a purtătorilor de reprezintă o mişcare ordonată a purtătorilor de sarcină electrică.sarcină electrică. Sensul curentului electricSensul curentului electric, prin convenţie, este sensul de mişcare al sarcinii electrice pozitive.

Efectele curentului electricTrecerea curentului electric printr-un circuit poate să producă următoarele efecte:

Efect termic Efect magnetic Efect chimic

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.

Curentul electric incalzeste conductorul prin care circula.Acest efect se produce intotdeauna.

Efectul magnetic Este reprezentat de apariţia unei tensiuni electromotoare

de inducţie (descrisă cantitativ de legea inducţiei electromagnetice Faraday) într-un conductor supus acţiunii unui câmp magnetic.

Acul magnetic este deviat în preajma conductorului parcurs de curentul electric, rezultă, curentul electric generează în jurul său un câmp magnetic.

Acest efect se produce întotdeauna.

Efectul chimic-electroliza Consta in depunerea de substanta la electrozii unei

solutii de electrolit. Curentul electric separă ionii din soluţiile

conductoare, îi transportă la electrozi, unde se neutralizează şi se depun sau provoacă diverse reacţii chimice.

Aparate pentru masurarea curentului electric

Principalele instrumente de masura utilizate sunt ampermetrul pentru masurarea intensitatii curentului electric si voltmetrul pentru masurarea tensiunii electrice .

Ampermetrul În general pentru masurarea curentului electric este necesara întreruperea

circuitului si introducerea unui ampermetru A, de rezistenta rA, în circuitul parcurs de curentul de masurat. Înainte de introducerea ampermetrului în circuit, curentul electric are valoarea I si se numeste valoarea adevarata a curentului de masurat:

Unde UAB este tensiunea la bornele AB iar RC este rezistenta circuitului parcurs de curentul I.

Ca urmare a introducerii ampermetrului în circuit, curentul masurat Im, mai mic decât I, va avea valoarea:

unde rA este rezistenta interna a ampermetrului. Eroarea relativa ce apare ca urmare a introducerii ampermetrului în circuit este:

Pentru ca aceasta eroare sa fie cât mai mica trebuie ca rezistenta ampermetrului sa fie cât mai mica fata de rezistenta circuitului.

Voltmetrul Pentru masurarea tensiunii intre doua puncte ale unui circuit se

foloseste un instrument numit voltmetru. Pentru a masura tensiunea intre doua puncte ale unui circuit, voltmetrul

cu cele doua borne ale sale se conecteaza la cele doua puncte.

Tensiunea indicata de voltmertru este egala cu tensiunea dintre punctele A si B

Intensitatea curentului electricIntensitatea curentului electric Marimea ce caracterizeaza un curent electric din punct de vedere al afactelor pe

care le produce se numeste intnsitatea curentului electric. Intensitatea curentului electric este o marime fizica scalara definita prin raportul:

tQI

Q = sarcina electrica transportata ΔT = intervalul de timp in care trece curentul

electric prin medii

AI SI 1 CsAtIQ SISISI 111

Un coulombUn coulomb reprezintă sarcina electrică transportară prin secţiunea transversală a unui conductor de un curent electric staţionar cu intensitatea de 1A în timp de 1 s.

Intensitatea curentului electric se măsoară cu ampermetrul.ampermetrul.

A

Tipuri de dependenţe de timp ale intensităţii Tipuri de dependenţe de timp ale intensităţii curentului electriccurentului electricÎn funcţie de dependenţa de timp a intensităţii curentului, se folosesc următoarele denumiri:• curent continuu-curent continuu- sensul curentului rămâne acelaşi• curent alternativ-curent alternativ- sensul se inversează periodic.

I

t

continuu

alternativ

Tensiunea electrica(electromotoare) Prin definiție , diferența de potențial electric (tensiunea electrică)

dintre două puncte ale unui câmp electric este mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre lucrul mecanic efectuat de câmp pentru a deplasa o sarcină de probă între cele două puncte și valoarea sarcinii de probă. În sistemul internațional , unitatea de măsură pentru U este 1 V (Volt).

Pentru menţinerea constantă a intensităţii curentului electric, prin conductor, trebuie ca diferenţa de potenţial la capetele lui să diferenţa de potenţial la capetele lui să rămână constantărămână constantă. Acestă condiţie este realizată de generatorul electric.

unde:U - tensiune electromotoare;

L - lucrul forţei electrice; q - sarcina electrică.

Generatoarele electrice sunt caracterizate de o tensiune electromotoare E: numeric egală cu lucrul mecanic efectuat pentru a transporta unitatea de sarcină pozitivă de-a lungul înteregului circuit.

E= U+u

E - tensiunea electromotoare sau tensiune la bornele sursei în circuit deschisE - tensiunea electromotoare sau tensiune la bornele sursei în circuit deschisU - tensiunea pe circuitui exterior sau tensiunea la bornele sursei în circuit U - tensiunea pe circuitui exterior sau tensiunea la bornele sursei în circuit închisînchisu - tensiunea pe circuitul interioru - tensiunea pe circuitul interior

Rezistenta electrica Rezistenţa electrică este o mărime fizică prin care se exprimă proprietatea

unui conductor electric de a se opune trecerii prin el a curentului electric. Unitatea de măsura a rezistenţei electrice, în SI, este ohm-ul, notat cu Ω.

Pentru un conductor omogen, valoarea rezistenţei este :

unde: ρ este rezistivitatea materialului din care este făcut

conductorul măsurată în ohm · metru; l este lungimea conductorului, măsurată în metri;

S este secţiunea transversală a conductorului, măsurată în metri pătraţi;

Într-un circuit electric simplu (ochi), valoarea rezistenţei circuitului se calculează cu ajutorul legii lui Ohm, fiind egală cu raportul dintre tensiunea U aplicată la bornele sursei şi intensitatea I a curentului care circulă prin circuit.

A.Legea lui ohm pe o portiune de A.Legea lui ohm pe o portiune de circuitcircuit

Intensitatea curentului electric printr-o portiune de circuit pasiva (fara generator) este direct proportionala cu tensiunea aplicata la bornele circuitului.

Daca intre doua puncte ale unui circuit intre care se aplica tensiunea U se conecteaza pe rand consumatoridiferiti (diferiti ca dimensiuni sau ca natura a substantei din care sunt facuti) se constata ca pentru aceeasi valoare a intensitatii curentului, rezistentele sunt diferite.

Definind tensiunea electromotoare a unui generator (E), a fost prezentata si relatia dintre tensiunea de la bornele acestuia (Ub), aplicata unui circuit electric simplu, si caderea de tensiune in interiorul generatorului (u):

  Pentru cele doua portiuni ale circuitului, cea exterioara generatorului

(circuit exterior) si cea interioara (circuit interior), poate fi utilizata legea lui Ohm formulata anterior (legea lui Ohm pentru o portiune de circuit):

  pentru circuitul exterior: U = IR pentru circuitul interior: u = Ir

B.Legea lui ohm pentru intreg circuitulB.Legea lui ohm pentru intreg circuitul Folosind relatiile obtinute prin utilizarea legii lui Ohm pentru o portiune

de circuit, se obtine:

E = IR + Ir = I(R+r)  Astfel a fost formulata de catre Ohm o lege pentru intregul circuit. 

Utilizarea acesteia pemite calcularea valorii intensitatii curentului electric ce se stabileaste  intr-un circuit electric simplu, in functie de parametrii acestuia.

uma dintre rezistenta interna a generatorului si cea a circuitului exterior reprezinta rezistenta electrica totala a circuitului electric simplu.

Intensitatea curentului electric ce se stabileaste la inchiderea unui circuit electric simplu este direct proportionala cu tensiunea electromotoare a generatorului si invers proportionala cu rezistenta totala a circuitului (Legea lui Ohm pentru un circuit electric simplu):

Legea lui KirchoffLegea lui Kirchoff 1. Introducere Un circuit este, de obicei, format din diferite elemente conectate

între ele, astfel încât s existe una sau mai multe ci de închidere a curentului electric. Se va considera circuitul din figura 1, format dintr-o sursa si 3

elemente.

Figura 1 – Circuit cu o surs i 3 elemente

Pentru realizarea acestui circuit, au fost efectuate câteva conexiuni între bornele elementelor; aceste conexiuni se numesc “noduri”. Astfel, avem:- una din bornele sursei a fost conectat cu una din bornele elementului 1 (nodul A)- cealalta borna a elementului 1 a fost conectat cu una din bornele elementului 2 i cu una dinbornele elementului 3 (nodul B) -în final, celelalte borne ale elementelor 2 i 3, se conecteaz cu borna liber a sursei, închizândusecircuitul (nodul C)

Schematic, un circuit poate fi reprezentat sub forma din figura urmtoare:

Figura 2 – Circuitul din figura 1, redesenat

-Din punctul de vedere al reprezentrii, nodul B a fost “divizat” în nodurile B1 i B2; deoarecepotenialul unui punct este unic, diferena de potenial între B1 i B2 este nul; este ca i cum, un conductor perfect ar conecta cele dou puncte. -Astfel, punctele B1 i B2 constituie un singur nod. Un rationament identic se poate aplica si nodului C. Circuitul are, asadar, 3 noduri: A, B i C.Parcurgând nodurile, se pot identifica circuite prin care curentul poate circula; acestea se numesc “ochiuri”.

Circuitul considerat, are 3 ochiuri, cum se observa în figura urmatoare:

Figura 3 – Identificarea ochiurilor circuitului din Figura 1

-un ochi, reprezentat cu rou, care se închide prin elementul 1, apoi elementul 3 i în final prin surs; -un ochi, reprezentat cu albastru, ce trece prin elementul 1, apoi elementul 2 i se închide prin surs; -în sfârit, un ochi, reprezentat cu verde, ce trece prin elementul 3 i se închide prin elementul 2.Oricare dintre acestea poate fi parcurs de un curent electric.

Teorema I a lui Kirchhoff (Legea nodurilor)Teorema I a lui Kirchhoff (Legea nodurilor) Chiar daca se cunosc toate elementele ce formeaza un circuit si

ecuaitile caracteristice corespunzatoare, (Componente elementare), nu este posibil sa se determine totalitatea tensiunilor si curenilor din circuit. Este necesar sa se cunoasca cele doua teoreme importante, cunoscute ca Teoremele lui Kirchhoff.

Figura 4 – Explicativ pentru Teorema I (Legea nodurilor)

Conform Teoremei I, în orice moment, suma algebrica a curenilor ce intra sau ies dintr-un nod, estenul.Pentru curenii reprezentai în Figura 4, Teorema I

conduce la ecuatia: i2+i4-i1-i3=0Cu alte cuvinte, suma curenilor care "intra" în nod este egal cu suma celor ce "ies" din nod.Astfel, daca suma curentilor ce intra în nod este egal cu suma celor ce ies, nodul nu poate acumulasarcina electrica. Altfel spus, un nod este perfect conductor, fara posibilitatea acumulrii de sarcinaelectrica.

Figura 5 – Curenii din circuit

Teorema a II-a a lui Kirchhoff (Legea Teorema a II-a a lui Kirchhoff (Legea ochiurilor)ochiurilor) Conform Teoremei a II-a a lui Kirchoff (Legii ochiurilor), în orice

moment, suma algebric a tensiunilor de-a lungul oricrui ochi de circuit, este nul.

Figura 6 – Explicativ pentru Teorema a II-a (Legea ochiurilor)

Cu sensurile de referinta specificate în figura de mai sus si parcurgând ochiul în sensul acelor deceasornic, Teorema a II-a a lui Kirchhoff conduce la ecuatia: u1-u2+u3-u4=0De notat faptul ca, tensiunile u2 si u4 au fost considerate cu semn negativ, deoarece sensurile lor dereferin, sunt opuse sensului de parcurgere a ochiului. Indiferent de sensul de parcurgere a ochiului(în sens orar sau trigonometric), se vor obine ecuatii de tensiuni echivalente.

Va multumim pentru atentie!

Proiectul a fost realizat de : Rusu Bianca Balan Anastasia Hogea Teodora Popa Vlad Solomon Georgiana Sobea Diana