1.Magnetism şi electromagnetism

1.1.Curentul electric Poate devia un ac magnetic. Acest lucru a fost demonstrat de un fizician danez, Cristian Oersted (1777-1851), în 1820. El a fost primul care a stabilit legătura care există între electricitate şi magnetism. În 1831, fizicianul englez Michael Faraday (1791- 1887) a făcut experienţa inversă: el a demonstrat că mişcarea unui magnet poate produce un curent electric. Inventator şi pasionat al experimentelor, el a pus bazele unei noi ştiinţe, electromagnetismul, care studiază acţiunile reciproce ale electricităţii şi magnetismului.

1.2.Magnetismul naturalUn magnet atrage pilitura de fier, de nichel şi de cobalt sau a altor substanţe care au în componenţă aceste metale. Aceste trei metale, numite şi “feromagnetice”, sunt singurele care au această proprietate. Mai mult, dacă punem o bucată de metal feromagnetic în contact cu un magnet, ea va căpăta proprietăţi feromagnetice.Magnetizarea se transmite, deci, la distanţă şi prin contact direct. Zona care înconjoară un magnet şi în care se manifestă forţele magnetice se numeşte “câmp magnetic”.

1.3.Câmpul magnetic produs de un curent electricUn fir conductor drept, străbătut de un curent electric, creează în jurul lui un câmp magnetic. Dacă firul formează o buclă, câmpul magnetic o va străbate. Este ceea ce se întâmplă cu câmpul magnetic al unei bare magnetizate, o tijă de fier, de exemplu. Pentru a crea un câmp magnetic mai intens, putem înfăşura un fir conductor pe un cilindru. Acest câmp poate fi intensificat dacă introducem o bară magnetică de-a lungul axei acestui cilindru: acesta constituie principiul de funcţionare a unei bobine magnetice, sau solenoid, numită şi “electromagnet”.

Un electromagnet este un obiect simplu şi foarte util, căci permite crearea unui câmp electromagnetic oriunde este plasat. El constituie elementul de bază în orice aparat electromagnetic. La o sonerie electrică, de pildă, un electromagnet acţionează un ciocan care loveşte un clopoţel.

1.4.Curentul electric produs de un magnetDacă curentul electric creează un câmp magnetic, la rândul lui, câmpul magnetic poate produce un curent electric, numit “curent indus”. Acesta constituie principiul inducţiei electromagnetice. Anumite generatoare de curent funcţionează pe acest principiu. Ele sunt alcătuite dintr-un magnet care are o mişcare oscilatorie în raport cu o bobină: astfel se produce un curent care-şi schimbă sensul. Aceste generatoare de curent alternativ se numesc alternatoare.

1

1.5.document.doc

Există alternatoare de toate mărimile, de la cele mici (dinam), folosite la alimentarea farurilor unei biciclete, şi până la uriaşele grupuri turbo-alternatoare folosite în centralele electrice.

1.6.Motorul electric, o aplicaţie a electromagnetismuluiCând un fir electric drept, străbătut de un curent, este plasat într-un câmp magnetic, asupra lui acţionează o forţă numită “forţă electromagnetică”. Această forţă împinge firul într-o anumită direcţie, care depinde de orientarea câmpului magnetic şi de sensul curentului electric. Are loc atunci transformarea energiei electrice în energie mecanică.

Motorul electric, de pildă, foloseşte forţa electromagnetică. Într-un astfel de motor, firul electric drept este înlocuit cu o bobină, străbătută de un curent electric şi aşezată într-un magnet. Forţa electromagnetică produsă învârte o roată care furnizează la rândul ei un lucru mecanic. Este ceea ce permite rotirea acelor unui ceas, vârfului unei maşini de găurit, paletelor unui ventilator.

1.7.Principiul inducţiei electromagneticeO mică bobină conductoare este conectată la un aparat de măsură fără să fie străbătută de nici un curent electric. Acul aparatului nu se mişcă. Atunci când introducem o bară magnetică în bobină, acul aparatului înregistrează o mişcare într-o anumită direcţie. Mişcarea magnetului creează un curent electric în bobină. Atunci când îndepărtăm bara magnetică, acul aparatului se mişcă în celălalt sens. Astfel se demonstrează producerea unui curent care circulă în sens opus. Acest curent, care îşi schimbă sensul, este un curent alternativ. Spunem, de asemenea, că mişcarea barei magnetice induce un curent alternativ. Această experienţă a fost realizată de fizicianul englez Michael Faraday, în 1831. El a demonstrat astfel existenţa inducţiei electromagnetice.

1.8.AlternatorulUn alternator, sau generator de curent alternativ, este un sistem ingenios de producere a energiei electrice cu ajutorul unui magnet. El este alcătuit dintr-o bobină conductoare, pătrată, care se roteşte în câmpul magnetic al unui magnet fix. Această mişcare induce (sau produce) în bobină un curent care îşi schimbă sensul (altfel spus un curent alternativ). Acest curent trece prin inelele colectoare care se rotesc împreună cu bobina. Nişte perii fixe, care sunt în contact cu aceste inele, adună curentul şi îl canalizează pentru a putea fi utilizat.

2

2.Electromagneti

2.1.Constructia principiul de functionare:Electromagneti sunt dispositive care sunt larg utilizate in constructia aparatelor elecrtive in urmatoarele scopuri:

Elemente de actionare a contactelor electrice(cum este cazul cantactelor electromagnetice).

Elemente de actionare pentru ancalansarea si declansarea intrerupatoarelor automate

Elementen de comnda a diverselor sisteme acolo unde este nevoie sa se provoace de la distanta actiunea unei forte sau unui moment de forte

Elemente traductoare de current sau tensiune cum sunt declansatoarele si releele electromagnetice de scurtcircuit,de tensiune nula si altele

Electromagnetii transforma energia campului mafnetic in energie mecanica prin atragerea unei armature mobile.Un electromagnet (fir.3.9.) este este format dintr-o armatura fixa (denumita si miex fix) pa care se afla o bobina si o armature mobila situate la o anumita distanta de armatura fixa. Spatiul de aer care se afla intre armatura fixa si cea mobila se numeste intrefier.Trecerea unui current electric prin bobina de nastere unui flux magnetic care produce atragerea armaturii spre armatura fixa.Armatura fixa si cea mobila sunt realizate din otel moale sau din aliaje ale fierului cu alte metale cu proprietati magnetice, cum sunt nichelul si cobaltul.Piesele feromagnetice si spatiile de aer strabatute de fuxul magnetic alcatuiesc circuitul magnetic.

3

2.2.Forme si caracteristici functionale

Dupa natura tensiunii care se aplica bobinei,electromagnetii pot fi de current continuu sau de current alternative.

3.ELECTROMAGNETUL DE CURENT

CONTINUU

3.1. Tematica lucrării

1.1. Construcţia şi caracteristicile electromagnetului de curent continuu .

1.2. Principalele tipuri constructive.

1.3. Studiul variaţiei fluxului în circuitul magnetic; scheme magnetice echivalente.

1.4. Măsurarea fluxului indus în circuitul magnetic ; aprecierea fluxului de dispersie.

1.5. Măsurarea forţei electromagnetice; caracteristica statică.

1.6. Studiul regimului dinamic al electromagneţilor de curent continuu.

3.2. Modul de lucru

2.1. Determinarea variaţiei fluxului şi forţei electromagnetice pentru

electromagneţii de curent continuu de tip plonjor.

2.1.1. Se va studia construcţia principalelor tipuri de electromagneţi de curent

continuu:

a) cu mişcare de rotaţie (cu clapetă);

b) cu mişcare de translaţie (cu plonjor);

b1) cu armătură fixă - tip oală şi tip U;

b2) cu plonjor şi opritor - drept şi tronconic.

Se va urmări legătura dintre mărimea forţei electromagnetice, alura caracteristicii statice şi

forma circuitului magnetic.

Se vor observa soluţiile tehnologice şi materialele folosite pentru executarea bobinei şi

circuitului magnetic.

4

Se va executa o schiţă pentru unul dintre electromagneţi (secţiune longitudinală). Schiţa se

va întocmi pe hârtie milimetrică, scara 1:1, respectând normele de desen tehnic.

2.1.2. Pentru electromagnetul a cărui schiţă s-a executat se va desena traseul

fluxului magnetic, punând în evidenţă fluxul de dispersie şi de umflări.

Pentru acelaşi electromagnet se va stabili schema magnetică echivalentă completă cu

reluctanţele în fier, în întrefierul de lucru şi în întrefierurile tehnologice, cu reluctanţele de

dispersie şi de umflări.

2.1.3. Se va determina variaţia fluxului în circuitul magnetic al electromagnetului

plonjor din figura 1 conectat la circuitul din figura 2.

Pentru măsurarea fluxului în miez sunt montate bobine sondă cu câte 20 spire fiecare: -

bobinele 1 măsoară fluxul în întrefier ;

- bobinele 2,2' şi 6, 6' sunt montate astfel încât să verifice simetria

circuitului magnetic faţă de axa plonjorului;

- bobinele aşezate pe coloană dau o imagine a variaţiei fluxului de

dispersie în lungul ferestrei.

Măsurătorile se vor executa la 1 = min = 1mm , la 2 = 6mm şi la 3 = max = 11mm,

observând variaţia căderii de tensiune magnetică în fier şi a fluxului de dispersie.

Întrefierul se variază prin adăugare de şaibe distanţoare nemagnetice (din alamă) pe tija

plonjorului, accesibilă prin deşurubarea piuliţei PR .

Rezultatele se vor trece în tabelul 1 şi se va trasa variaţia fluxului

în lungul coloanei = f(h) pentru întrefierurile min şi max ca în

figura.3 .

[mm]

=1

[Wb]

2

[Wb]

2'

[Wb]

3

[Wb]

4

[Wb]

5

[Wb]

6

[Wb]

6'

[Wb]

[Wb]

Tabelul 1

5

Convertirea tensiunii induse, măsurată la bornele bobinelor sondă, în tensiune

proporţională cu fluxul înlănţuit de bobina respectivă, se face prin lanţul de măsurare a

cărui schemă bloc este prezentată în figura 4.

Schema funcţionează în felul următor: semnalul de la bornele bobinei se amplifică (AU =

10) şi se integrează pe timpul ta cât durează fenomenul tranzitoriu la conectarea

electromagnetului, după care se memorează cu un circuit S-H (sample and hold -

eşantionează şi memorează). Funcţionarea integratorului pe durata ta se asigură de grupul

format din comparatorul de precizie (bloc 3) şi comutatorul analogic (bloc 5), astfel: la

apariţia tensiunii, comparatorul de "prag zero" comandă închiderea comutatorului (realizat

cu tranzistor JFET); dispariţia tensiunii de integrat determină deschiderea comutatorului şi

deci blocarea intrării integratorului.

Comutatorul 6 serveşte la stabilirea condiţiilor iniţiale nule, la fiecare măsurătoare, dacă

aceasta se doreşte de utilizator. Realizarea concretă a schemei de măsură este prezentată în

figura 5.

În figura 6 este reprezentat tabloul frontal al integratorului. Butonul PORNIT-OPRIT şi

perechile de borne UC şi a-b nu se utilizează în această lucrare.

Electromagnetul asupra căruia se fac determinările este fixat pe un stativ, pe postamentul

căruia sunt zece perechi de borne: opt dintre ele sunt numerotate corespunzător cu

bobinele sondă, una este pentru conectarea electromagnetului, în circuitul din figura 2, iar

la ultima pereche de borne este accesibil un şunt de 1 .

Tensiunea de la bornele bobinelor sondă se aplică, pe rând, la intrarea integratorului

(bornele Ui din figura 6). La ieşirea integratorului (bornele Ue din figura 6) se măsoară cu

un multimetru digital, o tensiune U de ordinul volţilor. Transformarea în flux se face astfel:

(1)

unde n = 20 este numărul de spire al bobinei sondă şi k = 10-3 este constanta integratorului.

Electromagnetul fiind de curent continuu, în circuitul magnetic se produce variaţie

de flux numai la conectarea sau deconectarea bobinei la sursa de tensiune. Pentru

executarea unei măsurători corecte, ţinând seama de particularităţile lanţului de măsurare,

se procedează astfel :

- se leagă bobina electromagnetului în circuit, respectând polaritatea indicată la

bornele ei;

6

- se face legătura între bornele unei bobine sondă şi bornele de intrare în integrator,

astfel încât borna de sus a bobinei sondă să fie conectată la borna de sus a integratorului

(notată cu * în figura 6);

- se aduce integratorul la zero prin apăsare pe butonul RESET (din figura 6);

- se conectează circuitul de alimentare al bobinei electromagnetului;

- se citeşte valoarea tensiunii U la voltmetru;

- se deconectează circuitul bobinei electromagnetului;

- se schimbă bobina sondă şi se reiau operaţiile.

Cu ajutorul măsurătorilor efectuate se apreciază fluxul de dispersie ca fiind diferenţa între

fluxul maxim şi minim din coloană:

(2)

şi coeficientul de dispersie :

(3)

Legat de aceste rezultate se explică schemele magnetice echivalente simplificate, pentru

întrefier maxim şi minim.

2.1.4. Pentru determinarea caracteristicii statice a electromagnetului se vor face

măsurătorile cu dispozitivul descris în figura 7.

Electromagnetul are Un = 220V c.c., dar se va alimenta de la sursa reglabilă 0-220 V

c.a., printr-un redresor, care este montat în cutia sa de borne. Durata de acţionare este

100% şi cursa maximă max = 10 mm. Determinările se vor executa însă la Un = 110V,

deoarece la 220 V şi la întrefier minim forţa electromagnetică este de 22 daN , ceea ce

ar îngreuna inutil măsurătorile.

În determinarea caracteristicii statice se vor parcurge următoarele etape:

Se fixează pe comparator poziţia de zero, corespunzătoare întrefierului maxim de 10

mm;

Prima măsurătoare se face la = 8 mm, întrefier ce se realizează împingând plonjorul

cu şurubul 5 (figura 7) pe distanţa x = 2 mm măsurabilă cu comparatorul 8;

După fixarea întrefierului dorit se pun greutăţi pe talerul 7 şi se verifică dacă

electromagnetul le poate ridica. Se notează cu G greutatea pieselor puse pe taler. La

fiecare întrefier forţa electromagnetică se va determina cu aproximaţie mai mică de 1N,

prin încadrarea lui G între două valori: G' pe care electromagnetul o atrage şi G'' = G' +

1N pe care electromagnetul nu o atrage (1N 100 gf este cea mai mică greutate

disponibilă).

7

Forţa electromagnetică măsurată este egală cu:

Fem = G0 + G [N] (4)

unde G0 = 6 N este greutatea talerului 7 şi a subansamblului 6 din figura 7.

Măsurătorile se execută din 1 mm în 1 mm până la x = 9 mm. Rezultatele se trec în

tabelul 2 şi se trasează caracteristica statică Fem = f() , ca în figura 8.

2.2. Studiul variaţiei fluxului indus şi a curentului absorbit de bobina de

excitaţie a electromagnetului de curent continuu din figura 1, pe durata

regimului tranzitoriu de conectare la sursa de tensiune.

Tabelul 2

Alura calitativă a curbelor este cea din figura 9. În această figură este reprezentată şi

deplasarea armăturii mobile x = f(t). Prin corelarea curbelor i = f(t) şi x = f(t) se definesc

timpul de pornire, timpul de deplasare şi de acţionare.

Oscilogramele sunt cele din figurile 10 şi 11. În figura 10 s-a variat cursa armăturii mobile

(cu şaibe nemagnetice ca la paragraful 2.1.3), iar în figura 11 s-a schimbat forţa rezistentă

care se opune mişcării plonjorului (prin adăugarea de greutăţi pe talerul T din figura 1).

Curbele 1 şi 4 din figura 10 a şi b şi 11 a şi b s-au obţinut blocând plonjorul la întrefier

maxim, respectiv minim. Se observă în acest caz, creşterea exponenţială a curentului, ca

într-un circuit R, L, cu R şi L constante, cu pante diferite corespunzătoare celor două

constante de timp, respectiv celor două inductivităţi diferite pentru max şi min. Se va

aprecia pe oscilograma pentru fiecare situaţie în parte, timpul de pornire ca fiind timpul

x = max-x G = m∙g Fem = G0 + G

mm mm N N

1 9

2 8

.

8

scurs între iniţierea creşterii curentului şi părăsirea curbei exponenţiale corespunzătoare

întrefierului maxim max. Se va măsura şi timpul de acţionare.

Rezultatele se trec în tabelul 3 .

Tabelul 3

Frez tp ta td = ta-tp

N mm ms ms ms

.

.

.

3.3.Întrebări

1. Care sunt principalele forme constructive ale electromagneţilor de curent continuu?

2. Prezentaţi schema echivalentă a circuitului magnetic, punând în evidenţă fluxurile

magnetice în diferite porţiuni ale circuitului.

3. Prezentaţi schemele magnetice echivalente serie pentru electromagnetul clapetă şi cu

plonjor.

4. Cum variază fluxul magnetic util al electromagnetului în funcţie de întrefier.

5. Care sunt relaţiile de calcul pentru forţa dezvoltată de un electromagnet de curent

continuu.

6. Care este alura caracteristicii statice a electromagnetului de curent continuu? Cum este

influenţată caracteristica statică de forma circuitului magnetic pentru o solenaţie constantă.

7. Bobina unui electromagnet de curent continuu are N spire din conductor de secţiune S.

Cum poate fi modificată solenaţia?

8. Explicaţi regimul dinamic al electromagnetului de c.c. şi prezentaţi calitativ evoluţia în

timp a curentului absorbit şi a fluxului magnetic.

9. Care sunt mijloacele de creştere/micşorare a timpului de acţionare la electromagneţii de

c. c. ?

10. Explicaţi modificarea timpului de acţionare în cazul prezenţei pe miez a unor înfăşurări

suplimentare în scurtcircuit.

9

Fig. 1. Schiţa electromagnetului de c.c. cu indicarea amplasării bobinelor sondă

Fig. 2. Schema electrică de alimentare a bobinei electromagnetului

10

Fig. 3. Variaţia fluxului în lungul coloanei circuitului magnetic pentru electromagnetul din fig.1 la întrefier minim şi maxim

Fig. 4. Schema bloc a lanţului de măsură :a. 1 - amplificator

2 - integrator3 - comparator de precizie4 - circuit S-H5 - comutator analogic

b. Forma calitativă a semnalului de intrare în integrator

11

Fig. 5. Schema electrică a lanţului de măsură

12

Fig. 6. Panoul frontal al integratorului

ALIMENTARE - buton de reţinere pentru conectare la reţea şi LED de semnalizare a existenţei tensiunii de alimentare.

Ui - borne pentru aplicarea tensiunii de intrare în integratorUe - borne pentru măsurarea tensiunii de ieşire din integratorRESET - buton cu revenire pentru aducerea la zero după efectuarea unei

măsurătoriPORNIT-OPRIT - buton cu reţinere pentru măsurarea cu condiţii iniţiale diferite

de zero.Uc - borne pentru aplicarea unei tensiuni iniţialea , b - borne pentru măsurarea cu comandă printr-un releu intermediar.

14

Fig. 7. Dispozitiv pentru determinarea caracteristicii statice

1 - masă suport2 - electromagnet3 - piesa pentru fixarea electromagnetului4 - tija plonjorului5 - şurub pentru reglarea întrefierului6 - subansamblu pentru realizarea legăturii între plonjor şi forţa rezistentă7 - taler pentru aşezarea greutăţilor8 - comparator pentru măsurarea întrefierului

15

Fig. 8. Caracteristica statică a electromagnetului montat pe dispozitivul din figura 7.

Fig. 9. Reprezentarea calitativă a mărimilor în regim dinamic:a) fluxul indus în circuit, măsurat în zona întrefierului;b) curentul absorbit de bobina de excitaţie;c) deplasarea armăturii mobile

16

Fig. 10. Variaţia fluxului în întrefierul de lucru (a) şi a curentului absorbit de bobină (b) la conectarea circuitului, pentru diferite curse ale plonjorului :

1. armătura imobilă la întrefier minim;2. cursa minimă x = max; 3. x = < max;4. armătura imobilă la întrefier maxim x =

17

Fig. 11. Variaţia fluxului în întrefierul de lucru (a) şi a curentului absorbit de bobină (b) la conectarea circuitului pentru diferite forţe rezistente :

1. armătura imobilă la întrefier minim ;2. Frez = G1 ;3. Frez = G2 > G1 ;4. Frez >> Fem armătura imobilă la întrefier maxim.

18

4.Clasificarea undelor electromagnetice. Aplicatii.

Clasificare Inductia electromagnetica Natura luminii Fotonul

4.1.Clasificarea undelor electromagnetice Noiuni Generale :

Campul electromagnetic: ansamblul campurilor electrice si magnetice , care oscileaz si se genereaz reciproc.

Und electromagnetic: un camp electromagnetic care se propag .

Undele (radiaiile) electromagnetice pot fi grupate dupa fenomenul care sta la baza producerii lor. Astfel , radiatiile numite heriene se datoresc oscilatiei electronilor in circuitele oscilante LC sau n circuitele electronice speciale (cu caviti rezonante ").

Prin transformarea energiei interne a oricrui corp in energie electromagnetic rezulta radiatiile termice. Radiatiile electromagnetice , numite radiatiile de franare , apar la fornarea brusc a electronilor in campul nucleului atomic.Radiatiile sincrotron ( denumirea se datoreste faptului ca acest fenomen a fost pus in evidenta la o instalaite de accelerare a electronilor in camp magnetic , numit sincrotron ) si au originea in miscarea electronilor intr-un camp magnetic .

Acestor grupe de radiatii le corespund anumite domenii de frecvente.Cea mai uzual oprire a radiatiilor electromagnetice se face dupa frecventa si lungimea sa de unde vin. Aceasta oprire cuprinde urmtoarele grupe :1.Undele radio. Domeniul de frecventa acestor unde este cuprins intre zeci de hertzi pana

la un gigahertz ( 1GHz = 109 Hz ) , adica au lungimea de unda cuprins intre citva km pana la 30 cm . Se utilizeaza in special in transmisiile radio si TV. Dup lungimea de unde se impart in unde lungi (2 Km - 600 m ) , unde medii ( 600 - 100 m ) , unde scurte ( 100 - 10 m ) si unde ultrascurte ( 10 m - 1 cm ).

2.Microundele. Sunt generate ca si undele radio de instalaii electronice . Lungimea de unde este cuprins intre 30 cm si 1 mm . In mod corespunzator frecventa variaz intre 109 -- 31011 Hz. Se folosesc in sistemele de telecomunicatii , in radar si in cercetarea stiinifica la studiul propietilor atomilor , moleculelor si gazelor ionizate. Se impart in unde decimetrice, centimetrice si milimetrice.

3.Radiatia infrarosie. Cuprinde domeniul de lungimi de unde situat intre 10-3 si 7,810-7 m ( 31011-- 41014 Hz ). In general sunt produse de corpurile inclzite. In ultimul timp s-au realizat instalaii electronice care emit unde infrarosii cu lungime de unde submilimetric.

4.Radiatia vizibila. Este radiatia cu lungimea de unde cuprins intre aproximativ 7,610-7 m i 41014 m.

19

5.Radiatia ultraviolet. Lungimea de unde a acestei radiatii este cuprins in domeniul 3,810-7 i 610-10 m. Este generat de catre moleculele si atomii dintr-o descarcare electrica in gaze. Soarele este o sursa puternic de radiatii ultraviolete.

6.Radiatia X ( sau Rontgen ) . Aceste radiatii au fost descoperite in 1895 de fizicianul german W. Rontgen. Ele sunt produse in tuburi speciale in care un fascicul de electroni accelerat cu ajutorul unei tensiuni electrice da ordinul zecilor de mii de volti , bombardeaza un electrod.

7.Radiatia . Constitue regiunea superioar ( 3 10 18 - 3 10 22 Hz ) in clasificarea undelor electromagnetice in raport cu frecventa lor. Sunt produse de catre nucleele atomilor.

4.2.Inductia electromagnetica

Unsprazece ani a cautat Faraday ( intre 1820 si 1831 ) sa descopere producerea curentului electric sub actiunea campului magnetic. Totul prarea atat de simplu , dar toate experimentele erau sortite esecului pentru ca se rationa astfel : din moment ce apare un camp magnetic in jurul unui curent electric , de ce nu apare si un curent electric intr-un conductor plasat intr-un camp magnetic ? Intr-adevar , campul magnetic apare , in jurul unui curent electric , dar acesta este intreinut printr-un consum de energie din exterior. In cazul in care plasm in repaus un conductor intr-un camp magnetic , nu se consuma energie , deci nu poate sa apara un curent electric.Experienta crucial a lui Faraday , care prefigura transformatorul de mai tarziu a fost efectuat in felul urmator : pe un cilindru de lemn a insurat doua bobine , una legat la un galvanometru ( B1 ) si alta la o baterie ( B2 ). In mod neasteptat , in bobina B1 aprea un curent numai atunci cand intreruptorul K stabilea sau intrerupea curentul prin B2. Semnalul aprut in B1 era slab , dar disparea chiar daca prin B2 circula curentul , deci exista un camp magnetic ale cruci linii treceau si prin B1. O alt observaite : curentul inregistrat in B1 avea un sens la inchiderea circuitului , dar si schimba sensul la intreruperea curentului. O analiza atenta a curentului din B1 , numit curent indus , a artat ca la inchiderea circuitului , cand se stabileste un camp magnetic , sensul curentului indus este astfel , incat campul magnetic creat de el are sens invers campului generat de B2. Dimpotriva , la intreruperea curentului , deci cand campul magnetic dispare , sensul curentului este astfel , incat campul creat de el are acelasi sens cu cel care dispare. Fenomenul astfel descoperit de Faraday a primit numele de inductie electromagnetica.

20

4.3.Natura luminii Un fapt incontestabil stabilit de experienta este acela ca lumina transporta energie. Dar dupa cum stim energia poate fi transportat in doua moduri : prin particule in msicare , sub forma de energie cinetica a acestor particule si prin unde , sub form de energie de deformare a unui mediu elastic , fara a avea un transport de masa. Sub care din aceste forme se va propaga lumina ? Dup Newton , lumina este alcatuit din particule materiale ce se propag in directia razei luminoase cu viteze diferite in diferite medii transparente ( teoria corpusculara a luminii ). Dupa Huygens, lumina constitue o perturbatie a unui mediu elastic special ( numit eter " ) , viteza de propagare a acestei perturbaii depind de asemenea de natura corpului transparent ( teoria ondulatorie a luminii ). Considerand mai si lumina ca o perturbatie a unui mediu elastic , fara a ne preocupa de tipul acestei perturbaii (dac este longitudinal , transversal , etc) putem prelua rezultatele obtinute in studiul propagrii undelor la mecanica. Astfel s-a aedus ca daca o unda plan cade la suprafata de separare a doua medii sub unghiul de inciden si , atunci pentru unda reflectat unghiul de reflexie este egal cu unghiu de inciden , iar pentru unda refractat unghiul de refracie r este diferit de unghiul de inciden. Asadar cele doua conceptii explicai n moduri diferite legea refraciei ; una prin micsorarea vitezei luminii intr-un mediu mai des , cealalt prin cereterea vitezei intr-un mediu mai des. Pentru a decide intre aceste doua conceptii au fost necesare masuratori directe ale vitezei luminii in diverse medii transparente. Astfel de masuratori au fost incepute in a doua jumatate a secolului al XVIII-lea. Sunt numeroase , iar precizia lor a crescut mult cu timpul. Prin aceste experiente s-a putut determina , pentru trecerea luminii din aer in ap ca v1 / v2 = 1,333. Pe de alt parte din masurarea unghiurilor se stia ca sin i / sin r = 1,333. Aceste date experimentale nu sunt satisfacute de relatia , ci de relatia , obtinandu-se astfel castig de cauza pentru conceptia ondulatorie a luminii , care prevede o reducere a vitezei in medii mai dese ( v2 < v1 ). Aceasta conceptie a aprut ca urmare a descoperirii fenomenelor de interferen si difractie de la sfritul secolului al XVII-lea. Ea a fost formulat schematic de catre Huygens in 1690 si completat de catre Fresnel la inceputul secolului al XIX-lea , care a elaborat teoria ondulatorie , potrivit careia lumina este o perturbatie a unui mediu elastic numit eter " si se propag sub forma unor unde transversale periodice , de frecventa foarte mare. Existenta eterului cosmic nu a putut fi dovedit. De altfel prin proprietatile ce trebuia sa le aiba , acesta nici nu putea avea consisten fizic. Dupa descoperirea undelor electromagnetice in a doua jumatate a secolului al XIX-lea s-a dovedit ca undele de lumina sunt unde electromagnetice si ca efectele luminoase sunt produse de catre campul electric al undei electromagnetice. Teoria electromagnetic nu putea explica ca unele fenomene cum ar fi , de exemplu , distributia dupa lungimile de unde a enrgiei radiante emise prin inclzirea corpurilor. Aceasta distributie si gasete explicatia in cadrul teoriei cuantice a luminii , fundamentat de Planck (1900) . S-a stabilit astfel ca un flux de unde luminoase , de orice frecventa , se comport ( mai ales in unele fenomene speciale , cum este efectul fotoelectric ) ca u flux discontinuu , alctuit din

21

particule de lumini,, numite fotoni , a caror energie de miscare este h ( h fiind constanta lui Planck ). S-a dovedit de altfel ca nu numai domeniul vizibil , ci intregul domeniul existent al undelor electromagnetice poseda proprietati corpusculare ". Dar in timp ce in domeniul infrarosu ( mici ) , aspectul corpuscular se manifesta atat de slab , incta experimental de obicei el nici nu apare vizibil , predominand aspectul ondulator" , la frecvente foarte mari ,i n ultraviolet , de exemplu aspectul corpuscular apare foarte evident , radiatiile comportandu-se practic ca un flux de fotoni. In domeniul vizibil ambele aspecte au pondere aproape egal , experienta punand in evidenta cand proprietatile ondulatorii (interferena , difracia) , cand proprietile corpusculare ale luminii ( efectul fotoelectric , de exemplu ). Asadar , radiatiile luminoase sunt unde electromagnetice care au proprietatea de a impresiona retina ochiului.. Ele poseda atat proprieti ondulatorii , cat si proprietati corpusculare . Observatie: Pana la descoperirea fotonului relatiile n = v2 / v1 (Newton) i n = v1 / v2 (Huygens) pareau incompatibile .I n teoria electromagnetica a luminii , care admite dualismul corpuscul-unde a fenomenului luminos , aceasta dificultate dispare. Pentru aceasta trebuie doar sa intelegem ca una din relatii combine vitezele particulelor de lumina , considerat ca un flux de particule ,i n timp ce cealalt relatie combine vitezele undelor de lumini , considerat ca o unda electromagnetica. Se presupune ca lumina trece din vid ( unde viteza ei este c ) intr-un mediu de indice de refractie n. In teoria fotonic ( corpuscular ) , daca viteza fotonilori n mediul dat este v , vom avea n = v / c. n teoria electromagnetic ( ondulatorie ) , cu u viteza undelor luminoase in mediul dat , vom avea n = c / u. Asadar : uv = c2Aceast relatie este acum relativ usor de explicat. Astfel ,i n teoria fotonic lumina constituie din particule (fotoni) de mas m (mas de micare") ce se micsoara cu viteza v si poseda o unda asociat , de o lungime de unda : Folosind E = h v = mc2 , obtinem : Pe de alta parte , considerand lumina ca o unda de viteza u s i frecvent avem : Ultimele doua relatii conduc la uv = c2 , relatie ce rezulta cum am vazut , din faptul ca att teoria corpuscular cat si cea ondulatorie trebuie sa furnizeze aceiasi valoare pentru indicele de refractie n , care se poate determina experimental , direct , in afara teoriei. Aceasta relatie pune in evidenta o stralucire sintez intre proprietile ondulatorii si corpusculare ce se manifest deosebit de pregnant in cazul luminii. O astfel de sintez nu putea fi prevzut de vechile teorii mecaniciste ; cunoasterea ei este un rezultat al fizicii cuantice , aparut la inceputul acestui secol.

22

4.4.FOTONUL

In urma studiului radiatiei emise de corpurile inclzite (radiauiile termice) , s-a constatat experimental ca orice corp inclzit emite o radiatie electromagnetica care este cu atat mai intens cu cat temperatura corpului este mai ridicat. De asemenea se cunoaste ca , corpurile inclzite trec prin diverse coloratii ( rousu , portocaliu , galben , alb , alb-albastru ) cu cresterea temperaturii . Nici o explicatie bazat pe teoria ondulatorie a luminii nu a condus la aceast dependen. M. Planck in 1900 a reuit sa dea o explicatie corecta , dar pentru aceasta a fost nevoit sa introduca relatia = hv,in care h este constanta lui Planck , v frecventa radiatiei emise , iar energia minima a radiatiei de frecventa ce se poate pierde sau castiga. El a numit aceasta proprietate , cuantificarea energiei radiante , iar = hv -- cuant de energie . In 1905 A.Einstein folosete optiunea de cuant pentru a explica efectul fotoelectric. Dar revolutionar in aceasta explicatie este faptul ca Einstein intelege prin cuanta hv nu numai o portie " minima de energie , ci si o individualitate a ei , care si confera proprietati de particule. In acest fel cuanta hv poate ciocni un electron ca o veritabil particul , explicand pe aceast cale efectul fotoelectric. Pin foton sau cuant de energie radiant inelegem azi cantitatea elementar de energie a unei radiatii , dat de formula de mai sus , care poseda unele proprieti de particul cum ar fi : impulsul si masa de miscare . Cu alte cuvinte fotonul reprezinta cea mai mic cantitate de energie a unei radiatii de frecventa dat , ce poate fi emis sau absorbit de substanta.

23

Cuprins

1.Magnetism si Electromagnetism 1.1.Curentul electric 1.2.Magnetismul natural 1.3. Câmpul magnetic produs de un curent electric 1.4. Curentul electric produs de un magnet 1.5. document.doc 1.6. Motorul electric, o aplicaţie a electromagnetismului 1.7. Principiul inducţiei electromagnetice 1.8. Alternatorul

2.Electromagneti 2.1. Constructia principiul de functionare 2.2. Forme si caracteristici functionale

3.ELECTROMAGNETUL DE CURENT

3.1.Tematica lucrării 3.2.Modul de lucru 3.3.Întrebări

4.Clasificarea undelor electromagnetice 4.1. Clasificarea undelor electromagnetice 4.2. Inductia electromagnetica 4.3. Natura luminii 4.4. FOTONUL

24