pe vremuri, electricitatea...

of 4/4
Pe vremuri, electricitatea sub forma de fulgere ~i tunete starnea teama oamenilor, dar cu timpul omul a invafat sa o foloseasca spre folosul sau. Magnetismu~ care pe vremuri era doar o ciudafenie fiira infeles, joaca acum un rol cheie in producerea curentuhti electric in generatoare imense. U nele haine sunt facute din materiale care se 1ncarcaelectric cand le scoa- tem peste cap. Uneori Incarcarea este atat de mare, 1ncat se pot auzi pocniturile scanteilor, iar Intr-o Incapere Intunecoasase $i pot vedea aceste scantei. Scanteile sunt de fapt ni~te fulgere minuscule ~i iau na~tere la fel ca ~i cele O Fulgerul se genereaza atunci cand caracterul de izolator al aerului se schimba datorita tensiunii electrice acumulate ~i va conduce sarcinile acumulate la sol. O Ma~ina Wimshurst este una dintre primele gene- ratoare electrice, care a utilizat fenomenul de electrizare prin divizare frecand un disc rotativ din sticl3 ~i unul fix din metal. §o Parcurile moderne de distrac,ie ~i :3 targurile utilizeaza electricitate in cantitati ~ . .§ mari pentru iluminare. alimentarea ~ caruselului ~i a altor ma~ini. Parcurile de ~ distrac,ie calatoare au generatoare proprii ~ pentru acest scop. "' lumin~, iar tunetele sunt generate In timpul exploziei datarat~ lnfierbantarii instantanee a aerului. Obiectele din jurul nastru cantin multe miliaane de sarcini electrice. Aceste sarcini sunt p~rti campanente ale atamilar care campun abiectul respectiv. Centrul sau nucleul atamului este campus In general din dau~ feluri de particule: neutrani ~i pratani. Neutranii nu au sarcin~ electric~, pratan~ilns~ au ~i prin canventie aceasta se nume~te sarcin~ pazitiv~. Particulel~ care se mi~c~ 1n normale: prin desc~rcarea instantanee a sarcinilor electrice. Desc~rc~rile produse In timpul furtunii, lntre nori, degaj~ energii imense sub form~ de c~ldurn ~i lurnin~. Fulgerul v~zut de noi este de fapt aceas~ 169

Post on 18-Apr-2018

221 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Pe vremuri, electricitatea sub

    forma de fulgere ~i tunetestarnea teama oamenilor, dar

    cu timpul omul a invafat sa o

    foloseasca spre folosul sau.

    Magnetismu~ care pe vremuri

    era doar o ciudafenie fiirainfeles, joaca acum un rol cheie

    in producerea curentuhtielectric in generatoare imense.

    U nele haine sunt facute din materialecare se 1ncarca electric cand le scoa-tem peste cap. Uneori Incarcarea este

    atat de mare, 1ncat se pot auzi pocniturilescanteilor, iar Intr-o Incapere Intunecoasa se $ipot vedea aceste scantei.

    Scanteile sunt de fapt ni~te fulgereminuscule ~i iau na~tere la fel ca ~i cele

    O Fulgerul se genereaza atunci candcaracterul de izolator al aerului se schimbadatorita tensiunii electrice acumulate ~i va

    conduce sarcinile acumulate la sol.

    O Ma~inaWimshurst este una

    dintre primele gene-ratoare electrice, carea utilizat fenomenul

    de electrizare prindivizare frecand undisc rotativ din sticl3~i unul fix din metal.

    o Parcurile moderne de distrac,ie ~i:3 targurile utilizeaza electricitate in cantitati~ .

    . mari pentru iluminare. alimentarea

    ~ caruselului ~i a altor ma~ini. Parcurile de

    ~ distrac,ie calatoare au generatoare proprii

    ~ pentru acest scop."'

    lumin~, iar tunetele sunt generate In timpulexploziei datarat~ lnfierbantarii instantanee aaerului.

    Obiectele din jurul nastru cantin multemiliaane de sarcini electrice. Aceste sarcinisunt p~rti campanente ale atamilar carecampun abiectul respectiv. Centrul saunucleul atamului este campus In general dindau~ feluri de particule: neutrani ~i pratani.Neutranii nu au sarcin~ electric~, pratan~i lns~au ~i prin canventie aceasta se nume~tesarcin~ pazitiv~. Particulel~ care se mi~c~ 1n

    normale: prin desc~rcarea instantanee asarcinilor electrice. Desc~rc~rile produse Intimpul furtunii, lntre nori, degaj~ energiiimense sub form~ de c~ldurn ~i lurnin~.Fulgerul v~zut de noi este de fapt aceas~

    169

  • ELECTRICITATE $1 MAGNETISM

    O Testarea unuiizolator de inaltatensiune. Se ridicatensiunea in varfulizolatorului pana cese strapunge aerul ~ise formeaza curentin forma de arcurielectrice.

    pan~ cand se egaleaz~ num~rul celor dou~sarcini ~i sferele devin neutre.

    in anii 1700 multi cerce~tori au efectuatexperimente privitoare la electricitate. Augenerat sarcini uria~e cu ma~ini pe bazaelectriz~rii prin frecare. Cand au conectat celedou~ extremit~ti ale ma~inii, sarcinile s-audeplasat instantaneu printr"un impuls decurent foarte putemic. In multe experimenteera mai util~ o surs~ de curent care s~mentin~ un curent relativ constant pe o dura~relativ mai lung~. in 1790, un cerce~tor

    O Condensatoarelestocheaza sarcinaelectrica pe placu1emetalice. Variantelereglabile se utili-zeaza pe placilereceptoarelor radio(in dreapta sus).

    italian, Alessandro Volta, a realizat tocmai oasemenea sursa.

    Celule ~i circuiteCelula electrica produce energie electrica dinenergie chimica. De obicei, aceste celule seinterconecteaza pentru a forma o sursa maiputemica la extremitati. Aceste celule inter-conectate se numesc baterii, de~i de multe ori~i o singura celula este numita baterie. Uncircuit electric este format dintr-o sursa deenergie electrica -de exemplu, o baterie -~iun conductor, prin care se transporta curentul

    00 Metalele sunt conductoare bune, deoa-rece electronii lor se pot deplasa liber. Dacametalul nu este supus la tensiune electricaatunci electronii au o mi~care haotica (sus).Daca exista tensiune in conductor, atunci

    electronii, avand sarcina negativa, se vordeplasa spre borna pozitiva. Aceasta mi~carea electronilor reprezinta curentul electric.

    de mult timp. Acestea raman in stareaincarcata pana cand numarul sarcinilorpozitive devine egal cu cel al sarcinilornegative. Aceasta se poate intampla, spreexemplu, prin zborul liber al particulelor cusarcina. Corpul care a devenit incarcat negativdatorit:1 electronilor in exces, poate devenineutru din nou daca facilitam cumvadeplasarea surplusului de electroni; corpulincarcat pozitiv datorit:1 pierderii electronilorpoate redeveni neutru daca prime~teelectroni. Aceast:1 m~care a electronilor senume~te curent electric.

    ConductoareMaterialele prin care se poate realizatransportul sarcinilor electrice se numescconductoare electrice. Metalele ~i o formaraspandita a carbonului -grafitul -suntmaterialele cu o conductivitate foarte buna.Materialele care in mod normal nu conduccurentul electric -chihlimbarul, uleiul, ceara,sticla, hartia ~i materialele din plastic -senumesc izolatoare.

    sa presupunem ca avem doua sfere iden-tice din metal, incarcate cu sarcini electriceegale, dar de sens opus. Daca facilitam cumvamigrarea sarcinilor: de exemplu, le conectamprintr-o sarma metalica -atunci electronii cusarcina negativa migreaza de pe sfefaincarcat:1 negativ pe sfera incarcat:1 pozitiv,

    ~ jurul nucleului se numesc electroni ~i au~ sarcin~ electric~ .neg~tiv~. jn mod no~l,cf num~rul electronilor m atom este aCela~l cu] num~rul neutronilor, astfel sarcinile lor de1 m~rime egal~ dar de semn opus, se

    neutralizeaz~ reciproc. jn aceast~ stare,atomul nu prezint~ nici un fel de sarcin~ sauputere electric~ detectabil~, dac~ ins~.r~stum~m cumva acest echilibru, corpul se vacomporta ca fiind inc~rcat cu sarcin~ pozitiv~sau negativ~, in functie de particulele care' auramas mai multe: protonii sau electronii.

    Electrizarea prin frecareUnele materiale se pot inc~rca prin frecare,deoarece frecarea transport~ electroni de peunul pe cel~lalt. Pieptenele de plastic, deexemplu, prime~te electroni din firele de p~r~i astfel devine polarizat negativ, p~rul ins~devine polarizat pozitiv deoarece protonii vorfii majoritari. Obiectele inc~rcate electric leatrag pe cele neinc~rcate; de aceea atragepieptenele buc~tile mici de hartie.

    Atrac,ie ~i respingereCorpurile electrizate se atrag sau se respingreciproc. Dac~ sunt inc~rcate cu sarcini desemn opus, ele se atrag, iar dac~ sarcinile auacela~i semn, se resping.

    Corpurile inc~rcate prin frecare au sarcin~"static~", deoarece pot p~stra sarcina lor oricat

    170

  • Cafactefistici magnetice ~i V4 atfage buc;ltilede fief.

    Cei doi poliAce~ti magneti prezinta o trasatura comuna:caracterul magnetic pare a fi concentrat 1ndoua puncte, numite poli, unul care arata cat-re nord ~i unul care arata spre sud. Extremi-tatile magnetului se numesc poli, deoarecelasand liber magnetul in sens orizontal, mag-netul se va a~eza cu varfurile catre po!jimagnetici ai pamantului -Polul Sud ~i PolulNord -care ~i el este un magnet gigantic.Acesta este principiul de functionare al bu-solei. Ambele extremitati ale magnetului atragfierul nemagnetizat, dar daca apropiem doimagneti, atunci polul nordic al unuia atragepolul sudic al celuilalt ~i viceversa. jn acela~itimp, cei doi poli sudici, respectiv nordici, sevor respinge reciproc. ~adar, polii deacela~itip se resping. Totu~i, pare paradoxal ca polulnordic al magnetului se intoarce catre Polul

    MagnetismSe crede c~ Thales din Milet a fost primul carea cercetat forta de atractie ciudat~ al ferituluimagnetic asupra fierului obi~nuit, In 600 l.e.n.Au trecut multe secole pan~ cand s-a g~sit outilizare practic~ a fortei magnetice, Inbusolele de navigatie. jn 200 e. n. chineziiutilizau deja o form~ rudimentarn a busolei,dar In Europa a ap~rut doar In jurul anului1200.

    Oare de ce se pozitioneaz~ ferita magneti-ca este lasat~ s~ se roteasc~ liber, IntotdeaunaIn aceea~i directie? Acest fenomen a r~mas unmister de-a lungul secolelor. Azi ~tim Ins~ c~fierul ~i alte materiale magnetizabile secompun din magneti mici numiti domeniimagnetice sau regiuni magnetice. Acestea deobicei sunt directionate aleator, iar prinsuprapunerea fortelor nu rezult~ o fort~magnetic~ detectabila. Daca dintr-o oarecarecauz~ aceste domenii se orienteaza toate Inaceea~i directie, atunci metalul va avea

    O Izolatoareceramice ondulate.Prin intermediul lorse izoleaza liniileelectrice de inaltatensiune ( 400kilovol~i) de la stalpi.Por~iunile mai lungise leaga prin bucle.

    Intre celedoua extremitati ale sursei. Curentuleste de fapt o mi~care ordonata a electronilor,asemanatoare curgerii apei printr-un tub.Pentru curgere este nevoie de presiune ~i lafel este ~i cu migrarea electronilor. Aceasta"presiune" -generata de sursa :.. se masoarnIn volti, iar intensitatea curentului In amperi.Debitul apei, produs de presiunea exercitata,depinde de grosimea tevii. Teava lunga ~iIngusta .Ingreuneaza curgerea apei, ~irespectiv: conductorul lung ~i Ingust are orezistenta rnai mare decat sarma mai groasa,produsa din acela~i material.

    Rezisten,aRezistenw electrica se masoara In ohmi.Cuprul este des folosit ca material conductor,deoarece este un conductor bun ~i are orezistenta mica. Argintul este un conductor ~imai bun, dar utilizarea sa pe scara larga ar fiprea scumpa. in anumite circuite Insa, seinsereaza special dispozitive electrice curezistenta mare pentru a reduce curentul Inunele parti ale circuitului.

    Legea lui Ohmin 1827, un cercetator german, Georg Ohm adescoperit relatia Intre tensiunea electrica (U),

    O cateva dintr-ogama larga derezistoare. care seutilizeaza incircuitele electrice.Benzile coloratemarcheaza valoarea

    rezisten,ei.Rezistoarele cu aripide fixare suntdestinate circuitelorde putere. Ele se

    in~urubeaza prinintermediul aripilorde fixare pe bare demetal care racescelementul.

    intensitatea curentului electric (I) ~irezistivitatea electrica (R). Aceasta relatie sepoate scrie in mai multe moduri:

    U = IR, I = U/R, R = U/I;unde U se masoarn in vo!.ti, I in ampeti ~i R inohmi. Conform relatiilor, daca legam orezistenta: de 6 ohrni pe bomele unei bateriide 12 volti, atunci prin aceasta rezistenta se vastabili un curent de

    I = U/R ~ 12/6 = 2 amperi.

  • ELECTRICITATE ~I MAGNETISM

    Aceasta descoperire a fost prezentata In 1831cand, cu ajutorul unei bare magnetizate auprodus curent electric printr-o bobina,mi~cand bara In interiorul bobinei. La fel audemonstrat ca se Intampla acela~i lucru dacami~ca bobina fata de magnet. Observatiile lorau fost preluate de profesorul Heinrich Lenzdin Sankt Petersburg, care ulterior a stabilitlegile ce guverneaza fenomenele deinteractiune a campurilor electrice ~imagnetice. Acest principiu important seutilizeaza In generatoare, Incepand de ladinamurile de la biciclete ~i pana lageneratoarele din centralele electrice careproduc putere electrica In gospodarii,magazine, birouri ~i uzine.

    Miez din Campul-ferita pentru , magnetic

    baterie generat de

    cur~

    Se inchidecurent in

    bobin3

    ca sarma se va Incalzi cand este parcursa de.curent electric. in momentul In care a conec-tat cele doua borne ale sursei s-a petrecut unfenomen ciudat: acul busolei din apropiere adeviat ~i nu a mai revenit la pozitia initiala.Oersted ~i-a dat seama ca curentul din sarmaa generat un camp magnetic care a actionatasupra acului busolei. Acest experiment ainsemnat descoperirea unuia dintre cele maiimportante fenomene diq ~tiinta naturii:electromagnetismul.

    ElectromagnetismCurentul din conductor produce un campmagnetic relativ slab, dar cercetatorii au gasitmodalitatea de amplificare a acestuia, Intr-un

    O Daca se mi~ca

    O Pulberea de metal indica forma campuluidin interiorul unei bobine strabatute decurent (sus). in electromagne,ii utiliza,i inpractica, conducta se bobineaza pe un miezmagnetic (jos), pentru a cre~te puterea

    campului magnetic.

    timp relativ scurt. Daca se Infa$oaraconductorul sub forma unei bobine $i seintroduce In interiorul ei un miez de fier ,atunci intensitatea campului magnetic cre$tefoarte mult. Aceasta bobina cu miez Ininterior se nume$te electromagnet.

    Nord al pamantului. Aceasta se explica prinfaptul ca polul magnetic al pamantului dinapropierea Polului Nord este de fapt un polsudic din punct de vedere magnetic.

    Faptul ca electricitatea ~i magnetismul au olegatura stransa s-a descoperit abia In 1819. Inacel an, un profesor de fizica danez, HansOersted, a prezentat audientei un nou fenomenelectric ~i a incercat sa-i gaseasca o explicatie.

    Descoperirea lui OerstedOmul de ~tiinta danez a legat extremitatileunei baterii cu o sarma, vrand sa demonstreze

    Motoare ~i generatoareDaca o sirma prin care se lnchide un circuitelectric se afla linga un magnet permanent,atunci sirma se va mi~ca din pozitia ei initialala aparitia curentului, daca nu este tinuta fIXa.Acest lucru se datoreaza electromagnetismu-lui. In 1821, Michael Faraday a realizat oma~ina simpla In care un fir strabatut decurent se mi~ca In jurul unui magnetpermanent. Binelnteles, aceasta "ma~inuta"mica nu era potrivita pentru o utilizarepractica, dar prin ea s-a materializat ideea cesta la baza motoarelor electrice moderne: cuajutorul curentului electric se poate realizami~care continua. Motoarele electricemoderne utilizeaza electromagneti In loc de osirigura sirma ~i functioneaza mai eficace ~imai controlabil.

    Oersted a aratat ca electricitatea poategenera forte magnetice, iar Faraday, ~i paralelcu el dar independent, fizicianul americanJoseph Henry, au demonstrat ca prinmagnetism se poate produce curent electric.

    00 Michael Faraday (la stanga) a facut odescoperire importanta privitoare la legaturadintre campul electric ~i magnetic. Cugeneratorul sau a reu~it sa inducaelectricitate in discul rotativ dintre bornele

    electromagnetului (la dreapta).

    172.5tiinta ,5i tehnologie 52- APARATE ELECTRICE .5tiinta ~i tehnologie 53- PRODUCEREA CURENTULUI ELECTRIC

    un magnetpermanent ininteriorul bobinei.atunci se inducetensiune in conducte.Prin legarea

    extremita1ilorbobinei printr-osarma, tensiuneagenereaza curent.Pe desen. bornelebobinei s-au legat laun aparat cu care semasoara tensiunea(voltmetru). Cand pebornele aparatuluiapare o tensiune.acul lui deviaza.