curs electrician - cursul 1 - legea lui coulomb

7/31/2019 CURS ELECTRICIAN - Cursul 1 - Legea Lui Coulomb

1/7

www.circuiteelectrice.ro 01 - Legea lui Coulomb

1

Electricitate i magnetism (MIT 8.02, Walter Lewin)

Cursul 1 - Legea lui Coulomb(transcrierea subtitrrii)

Pentru urmrirea cursului n format video, accesai link -ulwww.circuiteelectrice.ro/mit802/01

Sunt profesorul Walter Lewin. Cursurile mele nu vor relua materialul din carte ci vor complemencartea. Cartea va ajuta la nelegerea cursului. Cursul va ajuta la nelegere crii. Nu vei ntldemonstraii complicate la cursul meu. Pentru asta avem cartea. Dar voi pune accentul pe concepte i v

putea privi dincolo de ecuaii, dincolo de concepte. Indiferent dac v place sau nu, v voi arta c fizeste frumoas. i s-ar putea s nceap s v plac. V-a sugera s nu chiulii nici mcar o singur zi.Cursul de electromagnetism nu este uor. n fiecare sptmn vom prezenta concepte noi i s-ar putea sv trezii c suntei mult prea n urm cu materia. Electricitatea i magnetismul sunt peste tot n jurlnostru. Avem becuri electrice. Ceasuri electrice. Avem microfoane, calculatoare, televizoare, radiouLumina reprezint ea nsi un fenomen electromagnetic, la fel i undele radio. Culorile curcubeului cerul albastru se datoreaz electricitii. V voi nva despre acest lucru n cursul de fa. Automobileaeronavele, trenurile, funcioneaz datorit electricitii. Caii au nevoie de electricitate ntruct contracmuchilor necesit electricitate. Sistemul vostru nervos este comandat prin intermediul electricitAtomii, moleculele, toate reaciile chimice exist datorit electricitii Vederea voastr nu ar funciofr electricitate. Inima voastr nu ar pompa snge fr electricitate. Nu ai putea s v folosii nici mccreierul fr electricitate, dei mi dau seama c i cu ajutorul electricitii, unii dintre voi s-ar putea savei o problem cu asta. 33 Conform teoriei moderne, atomul este compus dintr -un nucleu foarte mic ncomparaie cu mrimea atomului. Nucleul conine protoni cu o sarcin electric pozitiv, i neutroni ce nu posed sarcin electric. aproximativ aceeai cu masa neutronului. Valoarea este de aproximativ 6,7 10 la puterea kilograme. 41 1,7. Sarcinile pozitive se regsesc aici n nucleu, mpreun cu neutronii iarelectronii se afl n jurul acestuia. Dac atomul este neutru, numrul de electroni este egal cu numrul protoni. Prin ndeprtarea unui electron se obine un ion pozitiv. Prin adugarea unui electron se obineion negativ. Sarcina electronuluieste identic cu cea a protonului. De aceea numrul de electroni i protoni este acelai pentru atomi neutri. Masa electronului este de aproximativ 1800 de ori mai mic demasa protonului. Se poate neglija prin urma n cele mai multe cazuri. ntreaga mas a unui atom se afl n

nucleu. Dac aliniez 6 miliarde de atomi unul n continuarea celuilalt, iau 6 miliarde pentru c aceaseste, cu aproximaie, populaia pmntului. Voi obine o lungime de doar 6 centimetri. Asta v d o iddespre ct de mici sunt atomii. Diametrul nucleului este de aproximativ 10 la puterea centimetri. Atomnsui este de aproximativ 10.000 de ori mai mare. Norul de electroni, cu diametrul de 10 la putercentimetri. Iar dac aliniem 6 miliarde de atomi obinem doar att. 65 n anul 600 .e.n. se cunotea dfaptul c prin frecare, chihlimbarul putea atrage buci de frunze uscate. Cuvntul grecesc pentchihlimbar este electron. De aici vine numele electricitii. n secolul 16 se cunoteau mai multe substacapabile s realizeze acest lucru. Sticla i sulful, de exemplu. De asemenea, era cunoscut i document
http://www.circuiteelectrice.ro/mit802/01http://www.circuiteelectrice.ro/mit802/01http://www.circuiteelectrice.ro/mit802/01


2/7


2

faptul c n timpul petrecerilor, atunci cnd oamenii se plictiseau, femeile i frecau bijuteriile dchihlimbar i atingeau cu ele broatele care sreau din disperare. Acest lucru era considerat distractiv,netiindu-se de fapt ce se ntmpla cu chihlimbarul sau cu broatele. n secolul 18 s-a descoperit c existdou tipuri de electricitate. Una dintre ele prin frecarea sticlei, iar cealalt prin frecarea cauciucului sau achihlimbarului. S notm una dintre ele cu A, iar cealalt cu B. Se tia c A respinge A iar B respinge

dar A atrage B. 83 Benjamin Franklin a fost cel care, fr s tie de existena electronilor i protonilorintrodus ideea cum c toate substanele conin un fluid electric, denumit de el focul electric. Dup cuafirmase, dac un corp are prea mult foc, atunci acel corp este ncrcat pozitiv, iar dac exist o deficiedin acel foc atunci este ncrcat negativ. Franklin a introdus convenia de semn, i a decis c prin frecareasticlei se obine un exces de foc. Acest exces l-a denumit prin urmare pozitiv. 92 Vom vedea mai trziu nacest curs de ce aceast alegere- ansa de reuit fiind de 50%- este regretabil, dar va trebui sneobinuim cu ea. Prin urmare, conform lui Benjamin Franklin, dac lum acest fluid (electric) de pesubstan i-l transportm pe o alta, atunci cea care primete un exces devine ncrcat pozitiv, daautomat, ca i o consecin a acestui lucru, cea de pe care lum fluidul devine ncrcat negativ. Acereprezint de fapt principiul conservrii sarcinii. Sarcina nu poate fi creat. Prin crearea unei sarc pozitive crem automat o sarcin negativ. Plus i plus se resping. Minus i minus se resping. Plusminus se atrag. Benjamin Franklin, derulnd experimente, a observat c forele sunt cu att mai puterncu ct exist mai mult foc. Cu ct aceste obiecte sunt mai apropiate unele de celelalte, cu att forele sumai puternice. Franklin a observat c exist unele substane care conduc acest fluid, care conduc acestfoc. Acestea poart numele de conductoare. Dac avem o baghet de sticl, ca cea de aici, prin frecadevine ncrcat pozitiv, precum am discutat. Aici e bagheta. O frec cu o bucat de mtase i se va ncpozitiv. Ce se va ntmpla acum cu un obiect adus n apropierea acestei baghete ? Voi lua pentru ncepun conductor. Motivul pentru care aleg un conductor, este c o parte din electronii conductorilor nu sulegai de atomi ci se pot deplasa liber n interiorul conductorilor. Aceasta este o caracteristic conductorilor, a metalelor. Acest lucru nu este valabil i n cazul materialelor non-conductoare. n cazulacestora din urm, toi electronii sunt fixai pe atomi individuali. Prin urmare, avem aici o anumi

cantitate de electroni ce se pot deplasa liber. Ceea ce se va ntmpla, este c electronii vor fi atrai aceste sarcini pozitive. Plus i minus se atrag reciproc. O parte din aceti electroni, ce se pot deplaliberi, se vor deplasa n aceast direcie, iar sarcina pozitiv rmne n urm Acest proces se numeinducie. Obinem un fel de polarizaie. Obinem o divizare de sarcin. Este un efect foarte mic, probac doar unul din 10 la puterea 13 electroni ce au fost iniial aici se vor deplasa aici. Dar este suficient.Obinem aadar o polarizaie i o cantitate puin mai mare da sarcin negativ n partea dreapt decavem n partea stng. Ceea ce se va ntmpla acum, din moment ce fora de atracie dintre cei doi va fimai mare dect fora de respingere dintre ceilali doi, datorit faptului c distana este mai mic iFranklin observase deja c fora este cu att mai mare cu ct distana este mai mic. Dac acest obiectpoate deplasa liber, se va deplasa spre aceast baghet. Acesta este primul lucru pe care vreau s-l vedei.Am aici un balon conductor umplut cu heliu. Voi freca aceast baghet cu o bucat de mtase. Iar pmsur ce vin mai aproape de balon, vei vedea c balonul vine nspre baghet. Voi ncerca s frec ap bagheta de balon. Va dura puin mai mult pentru c bagheta nsi este un non-conductor foarte bun.Schimbul de sarcin dintre cele dou nu este chiar aa de uor de realizat. Dar dac insist, voi reui s psarcin pozitiv pe balon. n acel moment i balonul i bagheta vor fi pozitive. i se vor respinge reciprDar pentru nceput, inducia, unde vei vedea c balonul se deplaseaz spre bagheta de sticl. Aceexperimente se realizeaz cel mai bine cnd este uscat, iarna. Rezultatele nu sunt aa de bune cnd eumiditate. Este o vreme perfect acum pentru predarea acestui curs. Gata, bagheta ar trebui s fie acu


3/7


3

ncrcat pozitiv. Iar balonul vrea s vin ctre sticl. Vedei ? Este evident. Hai drag. Voi ncerca acus ncarc balonul. Va exista un schimb de electroni ce se vor deplasa de pe balon pe sticl iar schimbul sarcini electrice nu este tot timpul aa de uor. S vedem dac am reuit s ncarc att balonul ct bagheta cu sarcin pozitiv. Dac da, balonul nu o s m plac. Balonul va fi acum respins, dup cum putei vedea foarte clar. Pentru a v arta c ntr -adevr exist dou tipuri diferite de electricitate, dac

folosesc blan de pisic pentru frecare, prin tradiie folosim blana de pisic, i mtase pentru sticl. Dafolosim blan de pisic bagheta de cauciuc devine ncrcat negativ. inei minte c exist dou tipuri sarcin electric. Din moment ce balonul este acum ncrcat pozitiv, balonul va veni spre mine. Iat-l.Acum vine la mine. Ai vzut aadar pentru prima dat, foarte clar, c exist dou tipuri diferite deelectricitate. Sarcina de pe bagheta de sticl a fost considerat de Franklin ca fiind cea pozitiv, iar sarcnegativ ca fiind cea de pe cauciuc. 184 Ai putea crede c prin apropierea cu o baghet de sticl de balon non-conductor, am aici un balon non-conductor, ai putea crede c acest balon nu va fi atras de bagheta de sticl pentru c nu exist electroni liberi. Aceti electroni nu se pot deplasa liber, prin urmanu putem obine aceast polarizaie. Nu obinem aceast inducie. Dar este fals. De fapt, situaia estdestul de subtil. Trebuie s privim la scar atomic. Dac lum un atom precum cel de aici. Avesarcina pozitiv i avem norul de electroni din jurul nucleului pozitiv. Dac aduc o baghet de sticncrcat pozitiv n apropiere, atunci aceti electroni ce sunt legai de atomi, nu se pot deplasa lib precum n conductori, vor petrece un timp mai ndelungat n partea n care se afl bagheta de sticdeoarece se simt atrai de aceasta. Pe de alt parte, nucleul vrea s stea departe de bagheta de sticl. Veobserva prin urmare c avnd iniial un atom sferic, s presupunem c acesta este un atom sferic saumolecul sferic, atunci vom obine aproximativ o form de acest fel, iar electronii vor petrece puin mmult timp aici dect l petrec aici. Aceste lucru nseamn c am polarizat atomul. Dac electronii petrec perioad mai lung de timp n partea aceasta a atomului dect n partea aceasta, am creat de asemeneafenomenul de inducie. Ne vom atepta prin urmare ca aceast parte s devin mai negativ dect aceasV pot arta foarte frumos acest lucru pe o folie unde avem minus i plus, i avem un numr egal plusuri i minusuri. Aceste perechi reprezint prin urmare atomi neutri. i putei vedea acum. E ca

murdar dar o cur puin. Observai c exist un numr egal 220 de plusuri i minusuri. Imaginai-v cfiecare plus i minus 221 reprezint un atom neutru. Doar o reprezentare. Acum aduc o baghet de sticncrcat pozitiv n apropierea lor. n fiecare atom, electronii vor s se deplaseze n partea aceasta nucleul rmne n urm. Dac fiecare atom se comport n acest fel, se va ntmpla asta. Uitai ce aobinut acum. n interiorul substanei plusurile i minusurile se anuleaz reciproc. Dar n partea dreapam creat un strat ncrcat negativ iar n partea stng am creat un strat ncrcat pozitiv. ntr -un fel, amobinut din nou o inducie. Prin urmare, chiar i n cazul obiectelor non-conductoare, partea aceasta vadeveni negativ, iar partea aceasta va deveni pozitiv. Dac aduc o baghet de sticl n apropierea unbalon non-conductor, voi vedea c balonul vine ctre mine. V pot arta foarte uor asta. E indiferent daaleg sticlasau aleg cauciucul. Funcioneaz cu ambele materiale. Baloanele non-conductoare au tottimpul o problem potenial. Problema este c pot fi ele nsele ncrcate electric, le fel precum un balmetalic poate fi ncrcat cu electricitate. Totui, dac ating un balon metalic, atunci toate sarcinile aflate pe el se vor deplasa instant prin minte i n pmnt. Vom nelege asta mai trziu. Pentru c acesta este conductor. inei minte c un conductor conduce fluidul electric, dar un non-conductor nu. Cu acest baloneste mai dificil aadar. Chiar dac-l srut i-l ating nu sunt sigur c voi putea lua toat sarcin existent peel. De fapt, dac fac asta, s-ar putea ca situaia s devin i mai proast. S sperm c nu este ncrcat preamult. S ne apropiem cu aceast baghet de sticl i s vedem dac v pot convinge c, ntr -adevr, balonul este atras de baghet nu datorit electronilor liberi ci datorit acelui proces. Acelai lucru ar tre


4/7


4

s se ntmple i n cazul cauciucului, sper. 258 Dac e negativ, ar trebui s-l resping. Vedei, esterespins, prin urmare este ncrcat negativ. Prin faptul c l-am atins, probabil c l-am ncrcat i nu potface prea multe n privina asta. Este foarte dificil de ndeprtat sarcina electric. Am avut o bnuial c m-am apropiat cu sticla, era prea dornic s vin nspre ea. ncrcat negativ i acum. Asta este situaAsta nu nseamn c demonstraia a euat, ci c balonul este ncrcat i nu vrea cedeze sarcina pentru

este un non-conductor. Frecarea poate ducela apariia sarcinii electrice. Exact asta s-a ntmplat cnd amatins balonul i am ncercat s-l descarc. S-ar putea s-l fi ncrcat de fapt prin frecare. Dac lum aceste baloane de petrecere pe care le tii cu toii, i le frecm de hain sau de pantaloni, se lipesc de mnExist sarcin electric pe ele. Dac e pozitiv sau negativ, nu tiu, nici mcar nu in minte. Nuimportant. Cnd le aduc lng 280 mn, mna mea nu este un conductor foarte bun, dar obineminducie, fenomenul ce tocmai l-am discutat, iar cele dou se atrag reciproc. Partea pozitiv i ceanegativ se atrag reciproc. Le putei lipi chiar i de tavan. Sau le putei lipi pe tabl. V putei decocamera astfel. Foarte drgu, nu? Putei face toate astea datorit acestui curs. Cu aceste baloane grele e puin mai dificil. n plus, port bumbac. Dac purtai nailon sau polistiren 290 este mult mai bine. Emult mai uor s obinem, oh, asta da, asta e frumoas, cred c avem nevoie de unul albastru. Aa. Vedaadar c frecarea d natere electricitii. Acesta este motivul pentru care am putut crea sarcin electrcnd am frecat bagheta de sticl cu mtasea, respectiv blana de pisic. 296 Desigur, dac sticla se nca pozitiv mtasea se va ncrca automat negativ. Cnd v pieptnai prul, pe o vreme uscat, s-ar putea sauzii nite pocnituri. Aceste pocnituri nseamn scntei. Vom nva despre scntei n acest curs, dar astzi. Dar le putei auzi dac este linite. Pe msur ce facei asta ncrcai pieptenele. Aud pocniturile.Interesant. Pieptenele este acum ncrcat. Probabil c i eu, iat. Vedei? Nu este la fel de bun precusticla, dar este aceeai idee. Dac v dai jos tricoul i stingei lumina n camer, i stai n faa unoglinzi, e o experien nemaipomenit. 313 A face cu mare plcere pentru voi acest lucru dar v-am spusc port bumbac, iar cu bumbac nu obinem un efect aa de bun. Ar trebui s facei acest lucru cu un tricde nailon. Iar cnd v dai jos acel tricou de nailon, vei auzi nu doar pocnitul, dar vei putea vedea lumemis de aceste scntei mici de tot. Vei fi precum un bec electric. E un experiment ce nu trebuie s-l

ratai. V-a sugera s-l ncercai n acest weekend. ncercai-l cu un prieten. E i mai interesant. inemprobabil cu toii minte cnd ne plimbm pur i simplu. Facem lucrurile pe care le facem ntr -o zi normal.Avem covoare n camere i cnd vrem s ieim din camer atingem clana i ne curentm. Este o scntede fapt. Este electricitate. Cteodat, chiar i cnd atingei o persoan simii acest oc. Cnd gtii i vrs scoatei folia de plastic de pe rol, aceasta nu vrea s se desfac. Pe msur ce o desfacei avei frecafolia se ncarc i adeseori se mototolete i este foarte greu de lucrat cu ea. Toiv-ai ntlnit cu acestelucruri. De asemenea, celofanul din jurul cutiilor de ciocolata, acelai lucru. Pe msur ce-l iei jos, lncarci, fie c-i place fie c nu. Vreau acum s fac un experiment i am nevoie de un voluntar. Am nevoide un student care poart, preferabil, nu doar bumbac. Simon, tu ai un hanorac excelent din nailon. Daceti dispus s te sacrifici puin de dragul tiinei, hai aici i ia loc. Relaxeaz-te. 344 Asigur-te c picioarele tale nu sunt pe pmnt. Acum, Simon, am s te bat cu blana de pisic. te vei ncrca cu sarcelectric, i din moment ce nu vreau ca tu s fii singura persoan ce sufer n acest experiment, voi staeu pe o suprafa izolat. Dac, de exemplu, tu o s te ncarci pozitiv- nu tiu dac e pozitiv sau negativeu m voi ncrca cu sarcina de semn opus. Pe msur ce te bat te vei ncrca din ce n ce mai mult i m voi ncrca din ce n ce mai mult, iar apoi va trebui s-i convingem pe colegi c ambii suntemncrcai. Vom face asta ntr -un mod destul de convingtor. Las-m s te bat puin. Ca s te simi caacas. Ne cunoatem, nu? Bine. Desigur, dup cum am menionat deja, aceste experimente se desfoacel mai bine n condiii uscate. Dac eti prea ud, nu va funciona. Dac vei transpira prea mult, atunci nu


5/7


5

va funciona. Eti pregtit? Am aici o lamp cu neon. Cu toate c nu tim nc ce nseamn tensiune pentru c urmeaz s nvm n acest curs, avem nevoie de cteva zeci de mii de voli pentru a oblumin cu aceast lamp. Vom stinge imediat lumina ca s fie ntuneric, i voi ine lampa ntr -o mn iar Simon o va atinge n cellalt capt. Dac experimentul reuete, s-ar putea s vedei nite lumin. 374Simon, uit-te la mine prima dat, nu atinge lampa nc. Vom face s fie ntuneric. tii unde este, este

aici. Marcos, ntuneric te rog. Atinge-o. Atinge-o. Din nou. Atinge-o din nou. Perfect. Mulumesc. Putemavea puin lumin ? [aplauze] Mulumesc mult. Sarcinile de acelai semn se resping reciproc. 383 Ademonstrat acest lucru cu baloanele. Avem aici un instrument numit Van der Graaf. Poart numeleprofesorului Van der Graaf, ce l-a inventat. A fost profesor aici, la MIT. Acest instrument, ce nu-l vdiscuta ns n detaliu dar l vei nelege mai trziu. V voi spune totul despre el mai ncolo. Imaginai-vc acest instrument este o baghet de chihlimbar gigantic. Dei nu nelegem nc ce este tensiunedouzeci de mii de voli ntre Simon i mine. n cazul acestui instrument, trebuie s v imaginai ctesute de mii de voli. Instrumentul acesta este periculos. Dar, desigur, asta nseamn c este foarinteresant de lucrat cu el. Aadar, o baghet de chihlimbar gigantic. Voi pune pentru nceput niconfetti deasupra iar cnd vom porni Van der Graaf-ul bucelele de confetti se vor deplasa iniial sprecupola ncrcat electric, se afl deja pe ea de fapt. Dup ce va prelua o parte din sarcin se vor mprn toate prile, pentru c vor fi respinse. S aprindem nite lumini acolo pentru a vedea mai bine. 403 punem puin din asta deasupra. E doar confetti normal, buci de hrtie. Acum trebuie s-mi amintesccum s-i dau drumul. Ceea ce trebuia s se ntmple s-a ntmplat deja. Mai punem puin. Dac vedeiscntei, nu v facei griji..nc. [rsete 410 nc puin. N-a mai rmas nimic pentru a doua grup. S facem puin mai ntuneric. drumul i ne uitm la confetti-ul de deasupra. Cred c e destul de convingtor. O parte din confetti rmne acolo. Asta pentru c nu e un bun conductor. Iniial este atras de cupol, iar dnu se ncarc cu sarcin de pe Van der Graaff, atunci nu se va mprtia. Dac lum dou sarcini, pentsarcin vom folosi n general simbolul q. Aici avem q1 i aici avem q2. Iar distana dintre ele esteVectorul unitate pe direcia celor dou sarcini l notm cu r12 cciuli. Cciulia desemneaz faptul este un vector unitate. ambele negative sau ambele pozitive, se vor respinge reciproc iar aici avem o fo

pe care o notm F12. Este fora asupra sarcinii 2 datorit sarcinii 1, iar datorit faptului c fora de aciueste egal cu minus fora de reaciune, fora de aici este egal n amplitudine dar cu 180 de grade direcia opus. Coulomb, fizicianul francez, a fcut cercetri n acest domeniu n secolul 18. Coulombformulat urmtoarea relaie. Fora este proporional cu produsul dintre cele dou sarcini. Avem qnmulit cu q2. Ambele nmulite cu o constant, ce poart acum numele de constanta lui Coulomb, K. totul mprit la ptratul distanei (r^2) dintre cele dou sarcini. vectorului unitate de la sarcina 1 la sarcina2. Aceasta este fora asupra sarcinii 2 datorit sarcinii 1. Observai c aceast ecuaie este cu semn. Daambele sarcini sunt negative, fora este n aceast direcie, iar dac sunt ambele pozitive, fora e tot naceast direcie. Totui, dac una dintre sarcini este pozitiv iar cealalt negativ, obinem minus aceadirecie, iar aceast for se inverseaz. Evident, i cealalt for se va inversa. n Sistemul Internaionde Uniti (SI), unitatea de msur pentru sarcin este coulombul, dup acest om mare. O sarcin de coulomb reprezint o sarcin extrem de mare. Mai mult dect vei vedea n ntreaga via. Folosimgeneral micro-coulombi, cteodat chiar mai puin de att. 457 Sarcina unui singur pr oton, ce esteidentic cu sarcina unui electron, este aproximativ egal cu 1,6 ori 10 la puterea coulombi. Un coulom prin urmare este aproximativ 6 ori 10 la puterea 18 protoni, sau electroni dac sarcina este negativ. 4Constanta K, n uniti SI, este egal cu 9 ori 10 la puterea 9. Putem afla unitatea de msur, ntruct tc asta e n newtoni, asta e n coulombi la ptrat, iar asta e n metri ptrai. Unitatea de msur este aanewton metri la ptrat per coulomb la ptrat. 467 Asta nu e ns att de important. Nimeni nu conside


6/7


6

astfel constanta lui Coulomb. Din motive istorice, ce v vor da cteodat bti de cap, K se scrie umprit la 4pi epsilon zero. 471 Nu e nimic magic aici. E un motiv pur istoric. Unu mprit la 4pi epsilzeroeste egal cu 9 ori 10 la puterea 9. Asta e tot ce conteaz. Epsilon zero are i un nume, permitivitatvidului. Dar putei uita acest lucru. Nu conteaz numele. fora, ce este tot timpul de atracie n acel caz,exist respingere n cazul gravitaiei, este produsul dintre dou mase. Exist i aici constanta gravitaiei

din nou apare distana la ptrat. 482 Exist o asemnare imens ntre cele dou. Exist o anumisplendoare n faptul c electricitatea funcioneaz n acest fel, adic foarte aproape de modul n carefuncioneaz gravitaia. Dac adugm o a treia sarcin, de exemplu aici, q3, i vreau acum s aflu ceste fora asupra sarcinii q2, aplic principiul superpoziiei, ce l-am utilizat de multe ori n mecanicaclasic, i vedem c fora net asupra sarcinii 2 reprezint fora datorat sarcinii 1 plus fora datorasarcinii 3. Dac sarcina 3, dac aceasta este pozitiv i aceasta este pozitiv iar aceasta ar fi negativatunci aceast for va fi n direcia aceasta, F32, iar fora net asupra sarcinii 2 va fi suma vectorialcelor dou. Este oare evident c principiului superpoziiei funcioneaz? 496 n niciun caz. Nu este delevident. Credem n el? Da, credem. De ce credem n el? Pentru c este consistent cu toate experimentce au fost realizate pn acum. un principiu extrem de important, nu este de la sine neles. Dafuncioneaz. l putem folosi tot timpul. i l vom folosi. 504 Dac comparm mecanica clasic celectromagnetismul, comparnd aadar electricitatea cu gravitaia, vei vedea c forele electrice sunt mmai puternice dect cele gravitaionale. Pentru a v arta acest lucru, lum doi protoni ce se afl ladistan d unul de cellalt. Aici e un proton, i aici e un proton, separai de o distan d. Se respinreciproc. Fora de respingere dintre cei doi este extrem de uor de calculat. Cunoatem legea lui CoulomAcea legea ce poart numele lui Coulomb. Aadar fora, fora electric cu care cei doi protoni se respinaceasta este amplitudinea forei, este egal cu sarcina protonului, i anume 1,6 ori 10 la puterea . Dtrebuie s ridic aceast valoare la ptrat. nmulim cu constanta lui Coulomb egal cu 9 ori 10 la puterei mprim cu distana la ptrat. Aceasta este fora electric. Dac vreau s aflu fora gravitaional, reprezint fora de atracie dintre cei doi, acestea reprezint fore de respingere, dar vreau s aflu dovalorile lor, atunci am nevoie de masa protonului, egal cu 1,7 ori 10 la puterea . Trebuie s ridicm a

la ptrat. V amintii, m1 nmulit cu m2 nmulit cu constanta gravitaional. Constanta gravitaional,uniti SI, este egal cu 6,7 ori 10 la puterea . mprim totul cu d la ptrat. S comparm fora electriccea gravitaional. Calculm raportul dintre cele dou. Observai c d se anuleaz. Ambele conin d ptrat la numitor. acest raport este de aproximativ 10 la puterea 36. cu un ordin de mrime de 36 deatracia gravitaional. fa de electromagnetism. 541 Dac acestea ar fi singurele fore ce acioneaasupra protonilor, i aducem protonii n nucleu, ce are un diametru de doar 10 la puterea centimetri, atuacceleraia protonului va fi egal raportul dintre fora electric i masa protonului. F = ma. Baza mecanclasice. Dac vrem s aflm aceast fora electric atunci cnd distana este egal cu 10 la centimetri, reprezint 10 la metri, i calculm acest raport, vedem c este mai mare cu un ordin de mrime de 26 fade acceleraia gravitaional la suprafaa pmntului. Mai mare cu un ordin de mrime de 26. Poat ntrebai prin urmare ce naiba ine nucleul mpreun, dac fora exercitat asupra acestor protoni este ade mare. Ceea ce-l ine mpreun sunt forele nucleare, ce nu le nelegem n totalitate, dar din fericireforele nucleare nu fac parte din acest curs. Le vom lsa deoparte pentru moment. Ce ine prin urmalumea nostr mpreun ? La scar nuclear, 10 la centimetri, forele nucleare sunt foarte importante. scara atomic i pn la distane de mii de kilometri, forele electrice sunt cele care in lumea noastmpreun. Dar pe o scar mult mai mare, planetele, stelele i galaxia, gravitaia este cea care ine lumnoastr mpreun. Iar acum vei spune, ah, asta contrazice ceea ce tocmai ne-ai spus. N-ai spus cdistana la ptrat se anuleaz n cazul n care comparm gravitaia cu electricitatea ? Dar, dar totu


7/7


7

majoritatea obiectelor sunt neutre sau foarte aproape de a fi neutre. Dac lum pmntul, este foarte pu probabil ca pmntul, per ansamblu, s posede o sarcin mai mare de 10 coulombi. Probabil c deja amexagerat. Dac lum pmntul i dac lum luna, i pun pe amndou o sarcin de 10 coulombi, aici pmntul i aici e luna, i pun arbitrar 10 coulombi aici iar dincoace, s zicem, coulombi, se vor atrage,dar datorit distanei dintre ele, este mai nimic. Fore este neglijabil. Dar fora gravitaiei, ce es

proporional cu masa lor, ctig n acest caz particular. n cazul pmntului i al lunii, forgravitaional ctig n faa forei electrice cu un ordin de mrime de 25. Cu toate c forele electridomin peisajul de zi cu zi, inclusiv corpul nostru, comportamentul universului pe scar mare este dicde gravitaie. Vom folosi diferite instrumente pentru a msura cantitativ sarcina electric, iar unul dinstrumentele ce le vei vedea l vom folosi des n cursurile viitoare, poart numele de electroscop. Esun instrument foarte simplu. Este compus n general dintr-o singur bar conductoare. De obicei dinaluminiu, metal, iar la capt dou buci de beteal, dou buci de folie de aluminiu. De asemenea, mner aici, iar dac-l atingem cu un obiect ncrcat, datorit faptului c poate conduce electricitate, acest poate conduce focul definit de Benjamin Franklin, dac-l ating cu unobiect ncrcat pozitiv, atunci acestobiect se va ncrca pozitiv. Dac-l ating cu un obiect ncrcat negativ, va deveni ncrcat negativ. Puteivedea c cele dou folii foarte uoare de aluminiu se resping reciproc. Vedei c exist un anumit ungCu ct sarcina este mai mare cu att este mai mare unghiul. Putem realiza astfel msurtori cantitativExist i alte electroscoape nu foarte diferite. O bar conductoare cu o foi aici. Dac-l ncrcm foia seva deplasa n sus, iar dac mai adugm sarcin, se va deplasa i mai tare. Nu am acum un electroscaici. Dar vreau s vedei c dac m ncarc i in n mn aceast beteal pentru pomul de Crciun, davoi reui s adun suficient sarcin electric, beteala se va desface. Aceast idee este urmarea imediatfaptului c, indiferent de tipul sarcinii electrice, pozitiv sau negativ, beteala se va desface. Cel mai bmod de a face asta este s m ncarc cu Van der Graaff -ul. Dup cum am spus mai devreme acesteexperimente nu sunt lipsite de risc. Exist tot timpul posibilitatea s nu supravieuiesc acesteidemonstraii. [rsete] Dar nu v facei griji, se va gsi altcineva s in cursul de electromagnetism, doc s-ar putea s nu v prezinte aceast demonstraie nc odat. Fii ateni aadar,s-ar putea s fie singura

dat cnd o vei vedea. Punem puin lumin pe Van der Graaff mi-e fric tot timpul de acest moment,nopi nedormite din cauza Van der Graaff -ului. l voi porni acum, sau Marcos, ai tu curajul s-l porneti?l porneti tu? Eti pregtit? Ai emoii? Uitai-v la beteal i nu v uitai la mine, v rog. D-i drumul.635 Sunt un electroscop uman acum. [rsete] Dac vremea ar fi cooperat astzi, i dac a fi avut prlung, chiar i prul s-ar fi comportat precum un electroscop. Putem ncerca i asta. De ce nu o arunci?[rsete] [aplauze Bine, scoatei-v n acest weekendtricoul de nailonn faa oglinzii i bucurai-v deexperiment acas. Nu ncercai asta niciodat ! Ne vedem vineri. (subtitrarea n limba romn pentwww.circuiteelectrice.ro)

curs electrician - cursul 1 - legea lui coulomb

Documents