Electrocinetica

Dumitran Ioana DianaClasa a 10-a S2

Intensitatea curentului electric

Intensitatea curentului electric, numită şi intensitate electrică este o mărime fizică scalară ce caracterizează curentul electric şi măsoară sarcina electrică ce traversează secţiunea unui conductor în unitatea de timp.

Unitatea de măsură în Sistemul Internaţional este amperul (A), si este egal cu intensitatea curentului electric care trece prin doi conductori identici expusi in vid intre care exista o forta de 2·10-7 N.

Tensiune electrică

Tensiunea electrică între două puncte ale unui circuit electric este diferenţa de potenţial între cele două puncte şi este proporţională cu energia necesară deplasării de la un punct la celălalt a unei sarcini electrice.

Tensiunea electromotoare reprezintă mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre lucrul total efectuat de câmpul electric pentru a transporta sarcina electrică pe întregul circuit şi mărimea sarcinii electrice.

Rezistenta electrica

Rezistenta electrica se masoara in ohmi. Cuprul este des folosit ca material conductor, deoarece este un conductor bun si are o rezistenta mica. Argintul este un conductor si mai bun, dar utilizarea sa pe scara larga ar fi prea scumpa. In anumite circuite insa, se insereaza special dispozitive electrice cu rezistenta mare pentru a reduce curentul in unele parti ale circuitului.

Legile lui Ohm

Legea lui Ohm pe o portiune de circuit

Intensitatea curentului electric, care trece printr-o porţiune de circuit, este direct proporţionalã cu tensiunea aplicatã la capetele porţiunii de circuit şi invers proporţionalã cu rezistenţa acelei porţiuni de circuit.

I= intensitatea curentului este exprimatã in amperi; U= tensiunea este exprimatã in volţi; R= rezistenţa este exprimatã in ohmi.

R

UI

LEGEA LUI OHM PENTRU UN CIRCUIT ÎNTREG

Intensintatea curentului electric , pe întregul circuit, este direct proporţionalã cu intensitatea electromotoare şi invers proporţionalã cu rezistenţa întregului circuit. E=I R+I r

I-intensiteatea curentului exprimatã în amperi; E-tensiunea electromotoare (tensiunea electricã de–a

lungul întregului circuit –exprimatã în volţi); R-rezistenţa circuitului exterior–exprimatã în ohmi; r-rezistenţa circuitului interior–exprinatã în ohmi; R +r -rezistenţa întregului circuit exprimatã în ohmi.

rR

EI

Legile lui Kirhhoff

Legea 1

 Prima teorema ( lege ) a lui Kirchhoff se refera la un nod si se poate enunta in felul urmator:Suma algebrica a intensitatilor curentlor 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 intensitatile curentilor care pleaca dintr-un nod se iau cu semnul + ,iar cele care intra in nod cu semnul -.

Legea 1

I1+I2-I3=0Ex :Se da I1 = 2A I2 = 3A si I3 = 6A sa se determine I4

Se alege pentru I4 un sens arbitrar ca in figura de mai jos si obtinem:I1 + I2 - I3 + I4 = 0=> I4 = I3 - I2 - I1 = 6 - 3 - 2 = 1A =>Sensul pentru I4 coincide cu sensul ales.

Legea 2

A doua teorema ( lege ) a lui Kirchhoff face 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 circuit reprezinta o portiune de circuit care este formata din cel putin doua laturi care formeaza o linie ploigonala inchisa si la parcurgerea caeia se trece prin fiecare nod o singura data.

Legea 2

U1 + E1 = R1I1U2 + E2 = R2I2U3 + E3 = R3I3U4 + E4 = R4I4U1 - U2 + U3 + U4 = 0E1 - E2 - E3 - E4 = R1I1 - R2I2 + R3I3 + R4I4

Efectele curentului electric

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

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.

Efectul termic

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.

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.

Efectul electrochimic

Electroliza Pentru detalii, vezi: Electroliză. 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. Catozii cântăresc mai mult decât iniţial şi dacă m1, m2, m3, m4 sunt masele finale ale acestora m1<m2<m3<m4. Ionii de Cu2+ sunt atraşi de catod care le cedează electroni, sunt neutralizaţi şi se depun pe acesta.

Efectul electrochimic

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 transformă calitativ suprafaţa electrozilor.

Reacţiile chimice de la electrozi duc la fenomenul de ionizare electrolitică a acestora. Comparând m3 şi m4, deducem că masa de cupru depusă pe catod, m~t. Comparând m1, m2, m3, m4, deducem că m~I.

Efectul electrochimic

Aplicaţii industriale Electroliza este utilizată pentru obţinerea metalelor

pure (Cu, Ag, Al, Zn, Pt) în galvanoplastie, galvanostegie.

Obţinerea metalelor pure prin rafinare se realizează prin electroliza cu anod solubil unde metalul este transferat de pe anodul impur pe catodul realizat sub forma unei lame sau a unui fir foarte pur. Aluminiul pur se obţine din praf de alumină (Al2O3), care se topeşte într-o cuvă cu pereţi din grafit, acesta constituind catodul. Anodul este un electrod din grafit. În urma electrolizei ionii de Al3+ se depun pe pereţii cuvei.

Efectul electrochimic

Prin electroliză se obţine şi cuprul electrotehnic de mare puritate.

Galvanoplastia constă în depunerea unor straturi metalice subţiri pe obiecte metalice în scop de protecţie sau decorativ (nichelare, cromare, argintare, aurire etc.)