Curs 1

Sarcina electrica si camp electric

Def:Sarcina electrica este o marime primitiva scalara ce caracterizeaza global starea de incarcare electrica a corpurilor.

e= 1.602*10-19 -> sarcina elementara

Un corp este incarcat cu sarcina electrica atunci cand are un exces (-) sau un deficit de electron(+)Corpul se incarca cu sarcina electrica prin fenomenul triboelectrizare, electrizarea se face prin contact repetat.Acest fenomen deranjeaza mecanismele cu banda.

Banda de cauciuc- triboelectrizarea au efecte negativeMetode pentru incarcarcare:- Efectul corona- Descarcare corona

Materiale – conductoare(rezistivitate mica 10-6), semiconductoare(medie), izolante(rezistivitate mare 10+6)

Campul electric

Def: Câmpul electric este definit ca raportul dintre forța electrică la care este supusă o particulă încărcată electric și sarcina acestei particule:

Cum se formeaza campul electric?- Prin prezenta sarcinii electrice

Intensitatea campului electric

Def: Este marimea primitiva vectoriala ce descrie local starea electrica a campului electromagnetic.

Q-sarcina si sursa de camp electric

Q= sursa de camp electric (in jurul lui genereaza camp electric)

-> corpul de proba (cu sarcina mai mica)Cum punem in evidenta ca acolo exista camp electric?- Prin prezenta corpului de proba

- Apare o forta electrica, deoarece : F⃗ = q*E⃗

F⃗ -> forta campului electricq -> sarcina pe care o poarta campul de proba

E⃗ -> intensitate a campului electro

E⃗ =

F⃗q [V/m] -> Forta exercitata asupra unui corp pe sarcina unitate

E⃗ -> caracterizeaza campul electric in fiecare punct

Inductia campului electricD⃗ = inductie electrica

D⃗= ε 0*E⃗ [C/m2]

ε 0=1

4 π⋅9⋅109 [F/m]

ε 0 ->permitivitate electrica absoluta a vidului

Legea lui Coulomb- se refera la forta de interactiune intre doua corpuri incarcate cu sarcine electrice (daca sarcina e de acelasi

semn se resping, daca e de semn contrar se atrag)

Def: Modul fortei este produsul celor doua sarcini, divizat cu patratul dinstantei.

F⃗12 -> forta de interactiune

F⃗12=

q1⋅q24 πε0⋅d

2⋅⃗U 12

U12 -> sensul directiei

F⃗12=

q1⋅q24 πε0⋅d

2⋅⃗U 12

F⃗21=

q1⋅q24 πε0⋅d

2⋅⃗U 21

F⃗12=-F⃗21

d-> distanta

Intensitatea campului electric

F⃗12=q1E⃗2

Corpul 1 este corpul probaCorpul 2 este sursa de camp

E⃗2 =

q24 πε0⋅d

2⋅⃗U 12

F⃗21=q2E⃗1

Corpul 1 sursa de campCorpul 2 corp de proba

E⃗1 =

q14 πε0⋅d

2⋅⃗U 21

Intensitatea campului electric intr-un punct

r⃗ -> vectorul de pozitie

E⃗ =

q

4 πε0⋅r2⋅r⃗r

r-> versorul directiei r⃗

E⃗ =

q

4 πε0⋅r3⋅⃗r

E depinde de sarcina q si de distanta d (sau r)

- practic se face cu sisteme de electrozi alimentatii la inalte tensiuniE=106 V/m -> intensitatea practica cu care lucram este de ordinul 106V/m

Tensiunea electrica

Def: Tensiunea electrică între două puncte ale unui circuit electric este diferența de potențial între cele două puncte și este proporțională cu energia necesară deplasării de la un punct la celălalt a unei sarcini electrice.

- Se defineste cu ajutorul campului electric - Se definete intre doua puncte

- Tensiunea e aceiasi pe orice curba dintre A si B

U AB=∫A(C )

BE⃗ d⃗l

[V]

d⃗l -Tangenta la traiectorie

Daca A,B sunt pe aceiasi linie de cap atunci cosα=0

Campul electric uniform

Daca facem integrarea pe directia perpendiculara pe cei doi electrozi

U AB=∫(C )E⃗ d⃗l

E⃗ ,d⃗l -> coliniari -> α=0 -> E*dl

E -> ramen neschimat -> E⃗ =constant

E=U AB

d [

Vm ]-> intensitatea campului electric intre electrozi

[U]SI = V (volt)

Potential electric

Def: Potențialul electric denumit și potențial electrostatic este o mărime fizică de tip câmp scalar ce caracterizează câmpul electric. Potențialul electric al unui punct din spațiu este egal cu raportul dintre lucrul forței electrice necesar pentru deplasarea unui corp de probă încărcat cu o sarcină electrică din acel punct până la infinit și sarcina electrică a corpului de probă. Echivalent, potențialul electrostatic este raportul dintre energia potențială electrostatică a unui corp încărcat electric, asociată poziției sale în câmpul electric, și sarcina electrică a corpului.

Potential – ne referim la un singur punctVA -> potentialul punctului A

[VA] = V(volt)- Integrala de linie a campului electric pe o curba oarecare- Po -> punct de referinta , punct potential nul, zero

Electrozi plani – intre cei doi electrozi apare un camp electric uniform

-intensitatea are aceiasi directive si sens -> E-ul are aceiasi valoare peste tot

U AB=∫(C )

E⋅dl=E∫ dl=E⋅d

V A=∫A(c )

P0

E⃗ d⃗l

[V]=V.

U AB=∫A(C )

BE⃗ dl

- Curba (c) trebuie sa treaca prin Po

U AB=∫A

B

E⃗ d⃗l=∫A

Po

E⃗ d⃗l+∫Po

B

E⃗ d⃗l=∫A

Po

E⃗ d⃗l−∫B

Po

E⃗ d⃗l=V A−V B

UAB = VA - VB .

Tensiunea dintre doua puncte = diferenta de potential dintre A si B

Strapungere a dielectricelor

Def: Electronii din interiorul atomilor materialelor dielectrice nu se pot deplasa la fel de uşor precum în cazul materialelor conductoare. Totuşi, nici materialele dielectrice nu pot rezista unor tensiuni infinit de mari. Atunci când tensiunea aplicată este suficient de mare, dielectricul va ceda până la urmă „presiunii” electrice iar deplasarea electronilor va avea eventual loc prin material. Spunem în acest caz că a avut loc o străpungere a dielectricului

Estr – rigiditate dielectrica(marime care caracterizeaza materiile izolante

-campul electric la care se strapunge campul electric, nu mai este izolant

Estr = 3 * 106 V/m

d = 10 mm

Ustr = Estr * d = 3 * 106 * 10-2 = 3 * 104 V = 30rV

Descarcarea corona -> produce pierderi, consuma energie

Inainte de strapungere apare descarcarea corona, apare numa cand electrozii realizeaza un camp electric puternic uniform.

La dieletricii solizi dupa o anumita valoare de tensiune se strapunge, rigiditatea nu este consumata in functie de grosime, rigiditate mai mica daca materialul este gros, rigiditate mai mare daca materialul este mai subtire

Rigiditatea=Estr

- Daca presiunea creste, rigiditatea creste

La dielectricii lichizi prezenta apei duce la scaderea puternica a rigiditatii dielectrice

- Se incearca a se elimina apa