2. Curent electric
Curentul electric reprezinta deplasarea dirijata a sarcinilor electrice. Exista doua
marimi fizice care caracterizeaza curentul electric:
Intensitatea curentului electric, numita adesea simplu tot curentul electric,
caracterizeaza global curentul masurand cantitatea de sarcina electrica ce strabate
sectiunea considerata in unitatea de timp. Se masoara in amperi.
Densitatea de curent este o mărime vectoriala asociata fiecarui punct, intensitatea
curentului regasindu-se ca integrala pe intreaga sectiune a conductorului din densitatea
de curent. Se masoara in amperi pe metru patrat.
Sarcinile electrice in miscare pot fi purtate de electroni, ioni sau o
combinatie a acestora. Stabilirea curentului electric este determinata de
existenta unei tensiuni intre cele doua puncte (intre care se deplaseaza
sarcinile). De asemenea, curentul electric se mai poate stabili daca un circuit
inchis este influentat de o tensiune electromotoare.
3. Daca se noteaza sarcina electrica prin Q, timpul cu t si intensitatea
curentului electric cu I, aceste marimi sunt legate prin relatia:
Pentru marimi variabile in timp formula se poate rescrie folosind marimi
instantanee:
Daca miscarea sarcinilor se face numai intr-un
singur sens, avem de-aface cu un curent
continuu (generat de exemplu de bateria galvanica sau
de dinam). Daca sensul de deplasare alterneaza in
timp, curentul se numeste alternativ (alternatorul este
un dispozitiv care genereaza un asemenea curent).
Curentul alternativ folosit in industrie este de obicei
(cvasi) sinusoidal, adica intensitatea lui variaza ca o
functie sinusoidala (in timp).
4. In cazul redresarii curentului alternativ se obtine un curent continuu de intensitate
variabila, numit si pulsatoriu (sau ondulat). Redresarea se poate face cu ajutorul tuburilor
electronice (diode sau duble diode) sau semiconductoarelor (diode, punti redresoare).
Transformarea inversa pentru a obtine curent alternativ din curent continuu se face cu
ajutorul unor dispozitive electronice (invertoare) si este utila, de exemplu, la alimentarea
de la elemente galvanice sau acumulatoare a unor consumatori ce au nevoie de curent
alternativ (lampi electrice pentru avarii, alimentarea unor aparate electrice care
functioneaza cu curent alternativ de la acumulatorul autoturismului). De asemenea din
curent alternativ se poate obtine curent continuu si cu ajutorul grupurilor comutatrice (un
motor electric de curent alternativ roteste un dinam pentru a produce curent continuu care
sa alimenteze de exemplu electrodul de sudura).
Efectuând experimente de electrizare, sunt aduse in contact cu sfera/discul
unui electroscop diferite corpuri electrizate (de exemplu un corp conductor cu mâner
izolator, electrizat prin contact cu unul dintre polii mașinii electrostatice).
Foitele/lamelele electroscopului se îndepărtau, evidentiind faptul că între sferă si cutia
metalica a acestuia exista o diferenta de potențial. Realizând apoi contactul intre
sfera/discul electroscopului si cutia acestuia (folosind un fir conductor), se poate
remarca apropierea foițelor/ lamelelor electroscopului.
5. Sunt evidenţiate urmatoarele aspecte:
1. obtinerea starii finale de echilibru a fost obtinuta printr-un transport
de electroni, sub actiunea unui camp electric (existent in firul conductor,
datorita diferentei de potențial de la capetele acestuia);
2. o data cu egalarea potențialelor, se obtine o noua stare de echilibru,
transportul de sarcina electrica fiind intrerupt.
Pe durata foarte scurta a acestui proces, in sistemul conductoarelor in contact a
fost stabilit un curent electric.
Efectele curentului electric
Evidentierea curentului electric in diferite medii conductoare se realizeaza prin
efectele acestuia.
1. caldura, fenomen cunoscut sub numele de efect termic sau efect Joule:
2. aparitia unei forte asupra conductoarelor strabatute de el aflate in camp magnetic,
cunoscute sub denumirea de forte electromagnetice sau forte electrodinamice:
3. aparitia unui camp magnetic (rotativ) in jurul conductoarelor pe care le strabate.
4. transportul de substante (electrolizăa) atunci cand purtatorii de sarcina care determina
curentul electric continuu suntionii dintr-o solutie sau topitura.
6. Efectul termic (efect Joule)
Se constată incalzirea coductoarelor parcurse de curent electric. Uneori, pentru a va
incalzi in zilele de iarna, folositi radiatoare electrice, beneficiind astfel de efectul
Joule.
James Joule a descris cantitativ un
efect, ce-i poarta numele, efect de
care noi toti ne folosim astazi.
Care este cauza unui astfel de efect?
Toate efectele curentului electric constau in
transformarea energiei electrice intr-o alta forma
de energie, in cazul efectului Joule, energia electrica
transformandu-se in energia termica. De aceea este
simplu de inteles de ce vom cauta cauza acestui efect
studiind modul in care se consuma energia campului
electric atunci cand este realizata o miscare ordonata
de sarcină electricăa intr-un mediu conductor.
7. Miscarea ordonata a purtatorii de sarcina intr-un conductor este caracterizata printr-
oviteză medie (viteza de drift), ce se mentine constantă in cazul unui curent electric
continuu. Stabilirea, practic instantanee, a curentului electric la inchiderea unui circuit
este datorata câmpului electric, a carui viteza de propagare este de ordinul vitezei
luminii, mult mai mare decat viteza miscarii de drift a purtatorilor liberi din conductor.
Pentru intretinerea miscarii ordonate a acestora, se consuma energie.
Lucru mecanic efectuat de fortele campului la deplasarea unei sarcini Q
intre doua puncte A si B, cu potentiale respectiv are expresia:
Utilizand definitia intensitatii curentului electric, energia consumata pentru
transportul sarcinii electrice (care va fi notata in acest context cu W, pentru a
nu fi confunata cu t.e.m. a unei surse) poate fi scrisa sub forma:
Aceasta energie este transferata ionilor retelei, prin ciocnirile care au loc in interiorul
conductorului. Astfel se intensifica miscarea termica, ceea ce va determina cresterea
temperaturii acelui conductor, energia electrica consumata fiind transformata ireversibil
in căldură.
8. Caldura degajata intr-un timp la trecera unui curent electric continuu, de
intensitate I, printr-un rezistor de rezistenta R, este proportionala cu patratul
intensitatii curentului electric, cu rezistenta electrica a rezistorului si intervalului
de timp considerat legea Joule.
