2. Curentul electric reprezintă deplasarea dirijată a sarcinilor
electrice. Există două mărimi fizice care caracterizează
curentul electric:
intensitatea curentului electric, numită adesea simplu tot
curentul electric, caracterizează global curentul măsurănd
cantitatea de sarcină electrică ce străbate secţiunea
considerată în unitatea de timp. Se măsoară în amperi.
densitatea de curent este o mărime vectorială asociată
fiecărui punct, intensitatea curentului regăsindu-se ca
integrală pe întreaga secţiune a conductorului din
densitatea de curent. Se măsoară în amperi pe metru
pătrat.
Sarcinile electrice în mişcare pot fi purtate de electroni,
ioni sau o combinaţie a acestora. Stabilirea curentului
electric este determinată de existenţa unei tensiuni între
cele două puncte (între care se deplasează sarcinile). De
asemenea, curentul electric se mai poate stabili dacă un
circuit închis este influenţat de o tensiune electromotoare.
3. Dacă se notează sarcina electrică prin Q, timpul cu
t şi intensitatea curentului electric cu I, aceste
mărimi sunt legate prin relaţia:
Pentru mărimi variabile în timp formula se poate
rescrie folosind mărimi instantanee:
4. o Un circuit electric este o reţea care realizează o buclă
închisă, realizând astfel o cale de întoarcere pentru
curentul electric. O reţea este o conexiune dintre două
sau mai multe componente, şi poate fi şi deschisă, nu
neapărat un circuit închis.
o Reţelele electrice care se compun din surse (de
tensiune sau de curent), elemente liniare(rezistori,
capacităţii - condensatori, inductori) şi elemente liniar
distribuite ( linii de transmisie a energiei) pot fi
analizate prin metode algebrice pentru determinarea
răspunsului în DC( Curent Continuu), în AC( Curent
Alternativ) sau în regim tranzitoriu.
o O reţea care conţine, de asemenea şi componente
electronice active se numeşte circuit electronic. Aceste
reţele sunt, în general, neliniare şi necesită un design
şi o analiză mai complexă.
5. Metode de proiectare
Pentru a construi orice circuit electric, fie analogic sau digital, inginerii
electricieni trebuie să fie capabili să prevadă tensiunile şi curenţii în
orice punct al circuitului. Circutele liniare, care sunt circuite care au la
intrare şi la ieşire aceeaşi frecvenţă, pot fi analizate manual, folosind
teoria numerelor complexe. Celelalte circuite pot fi analizate doar cu
programe specializate sau cu tehnici de estimare.
Programe pentru simularea circuitelor, cum ar fi VHDL sau PSPICE,
permit inginerilor proiectarea circuitelor intr-un timp şi cu costuri reduse,
nu în ultimul rând eliminând erorile uzuale.
Legi electrice
Un număr de legi electrice se aplică petru toate circuitele electrice.
Acestea sunt:
Legea lui Kirchhoff( pentru curent): Suma curenţilor care intră într-un
nod este egală cu suma curenţilor care ies din nodul respectiv.
Legea lui Kirchhoff( pentru tensiune): Suma diferenţelor de potenţial
într-o buclă de circuit este zero.
Legea lui Ohm: Căderea de tensiune pe un rezistor este egală cu
produsul rezistenţei şi al curentului care parcurge rezistorul( la
temperatură constantă).
Teorema lui Norton: Orice reţea de surse de tensiune şi/sau curent şi
rezistori poate fi echivalată cu o sursă ideală de curent şi un singur
rezistor în paralel cu acea sursă.
Teorema lui Thévenin: Orice reţea de surse de tensiune şi/sau curent
şi rezistori poate fi echivalată cu o sursă ideală de tensiune şi un
singur rezistor în serie cu acea sursă.
6. Numim circuit electric un traseu închis de−a lungul căruia pot trece
purtătorii de sarcină electrică.
Într−o lanternă, închizând întrerupătorul, traseul este
complet şi permite purtătorilor de sarcină să circule
7.
8. Rezistenţa electrică este o mărime fizică prin care se exprimă
proprietatea unui conductor electric de a se opune trecerii prin el a
curentului electric. Unitatea de măsura a rezistenţei electrice, în SI,
este ohm-ul, notat cu Ω.
Pentru un conductor omogen, valoarea rezistenţei este :
unde:
ρ este rezistivitatea materialului din care este făcut
conductorul, măsurată în ohm · metru;
l este lungimea conductorului, măsurată în metri;
S este secţiunea transversală a conductorului, măsurată în
metri pătraţi;
Într-un circuit electric, valoarea rezistenţei se calculează cu
ajutorul legii lui Ohm, fiind egală cu raportul dintre tensiunea U
aplicată la bornele sursei şi intensitatea I a curentului care
circulă prin conductor.
9. Legea lui Ohm este o simpla relatie intre curent tensiune si rezistenta
dintr-un circuit electric.
Legea lui Ohm :
Curentul intr-un circuit electric este direct proportional cu tensiunea si
invers proportional cu rezistenta .
Notatie :
I = current
V = tensiune
R= rezistenta
O parte a legii lui Ohm spune ca : curentul este direct proportional cu
tensiunea .
Daca tensiunea dintr-un circuit creste sau scade atunci curentul va creste
sau scade in accasi masura cu tensiunea.
Alta parte a legii lui Ohm spune ca curentul este invers proportional cu
rezistenta .
Daca rezistenta electrica creste atunci curentul electric va descreste.
Din afirmatiile de mai sus putem deduce urmatoarele formule :
Formula 1 pentru legea lui Ohm : V = I * R
Pentru a afla valoarea curentului sau a rezistentei electrice pot fi utilizate
urmatoarele formule care sunt la fel ca si formula 1 dar sum alta forma.
A doua forma pentru legea lui Ohm : Curentul = Tensiunea / Rezistenta
sau I = V / R
A treia forma pentru legea lui Ohm : Rezistenta =tensiunea/ Curent sau
R = V / I
10. 1. Legea lui Ohm
Tensiunea se măsoară în volţi şi este simbolizată prin „E” sau „V”
Curentul se măsoară în amperi şi este simbolizat prin „I”
Rezistenţa se măsoară în ohmi şi este simbolizată prin „R”
Legea lui Ohm: E = IR; I = E / R; R = E / I
Curentul
Un circuit electric este format atunci când este construit un drum prin care electronii
se pot deplasa continuu. Această mişcare continuă de electroni prin firele unui
circuit poartă numele curent, şi adeseori este denumită „curgere”, la fel precum
curgerea lichidului dintr-o ţeavă.
Tensiunea
Forţa ce menţine „curgerea” electronilor prin circuit poartă numele de
tensiune. Tensiunea este o mărime specifică a energiei potenţiale ce este tot timpul
relativă între două puncte. Atunci când vorbim despre o anumită cantitate de
tensiune prezentă într-un circuit, ne referim la cantitate de energie potenţială
existentă pentru deplasarea electronilor dintr-un punct al circuitului într-altul. Fără a
face referinţa la două puncte distincte, termenul de „tensiune” nu are sens.
Rezistenţa electrică
Electronii liberi tind să se deplaseze prin conductori cu o anumită rezistenţă sau
opoziţie la mişcare din partea acestora. Această opoziţie poartă numele de
rezistenţă. Cantitatea de curent disponibilă într-un circuit depinde de cantitatea de
tensiune disponibilă pentru a împinge electronii, dar şi de cantitatea de rezistenţă
prezentă în circuit. Ca şi în cazul tensiunii, rezistenţa este o cantitate ce se
măsoară între două puncte distincte. Din acest motiv, se folosesc termenii de
„între” sau „la bornele” când vorbim de tensiunea sau rezistenţă dintre două puncte
ale unui circuit.
11. Coulomb-ul şi sarcina electrică
O mărime de bază în măsurătorile electrice, predată adesea la începutul cursurilor de electronică
dar nefolosită mai târziu, este Coulomb-ul, mărimea sarcinii electrice proporţională cu numărul de
electroni în stare de dezechilibru. O sarcină de un Coulomb este egală cu 6,25x1018 electroni.
Simbolul mărimii sarcinii electrice este litera Q, iar unitatea de măsura, Coulombul, este abreviata
prin C. Vedem prin urmare faptul că unitate de măsură pentru deplasarea electronilor, amperul,
este egal cu o cantitate de electroni egală cu 1 Coulomb ce se deplasează printr-un punct al
circuitului într-un interval de 1 secundă. Pe scurt, curentul este gradul de deplasare al sarcinii
electrice printr-un conductor.
Joule-ul şi energia electrică
După cum am mai spus, tensiunea este mărimea energiei potenţiale pe unitatea de sarcină
disponibilă pentru motivarea electronilor dintr-un punct în altul. Înainte de a putea da o definiţie
exactă a „volt”-ului, trebuie să înţelegem cum putem măsura această cantitate pe care o numim
„energie potenţială”. Unitatea generală pentru orice tip de energie este Joule-ul, egal cu lucrul
mecanic efectuat de o forţă de 1 Newton pentru a deplasa un corp pe o distanţă de 1 metru.
Definit prin aceşti termeni ştiinţifici, 1 volt este egal cu raportul dintre o energie electrică potenţială
de 1 Joule şi o sarcină electrică de 1 Coulomb. astfel, o baterie de 9 volţi eliberează o energie de
9 Jouli pentru fiecare Coulomb de electroni ce se deplasează prin circuit.
Definirea legii lui Ohm
Aceste simboluri şi unităţi pentru mărimile electrice vor fi foarte importante atunci atunci când vom
începe să folosim relaţiile dintre ele în cadrul circuitelor. Prima, şi poate cea mai importantă, este
relaţia dintre curent, tensiune şi rezistenţă, legea lui Ohm, descoperită de Georg Simon Ohm şi
publicată în 1827 în lucrarea Die galvanishe Kette, mathematisch berabeitet (de) (Analiza
matematică a circuitului galvanic). Principala descoperire a lui Ohm a fost că, cantitatea de
curent printr-un conductor metalic într-un circuit este direct proporţională cu tensiunea
aplicată asupra sa, oricare ar fi temperatura, lucru exprimat printr-o ecuaţie simplă ce descrie
relaţia dintre tensiune, curent şi rezistenţă.
Această relaţie fundamentală este cunoscută sub numele de legea lui Ohm:
E = IR
12. Analiza circuitelor simple folosind legea lui Ohm
Să folosim acum aceste ecuaţii pentru a analiza circuitele simple.
În circuitul alăturat, există doar o singură sursă de tensiune (bateria), şi doar o
singură rezistenţă (becul, neglijând rezistenţa datorată conductorilor). În această
situaţie legea lui Ohm se poate aplica foarte uşor. În cazul în care cunoaştem două
din cele trei variabile (tensiune, curent şi rezistenţă) din acest circuit, putem folosi
legea lui Ohm pentru determinarea celei de a treia.
În acest prim exemplu, vom calcula cantitatea
de curent (I) dintr-un circuit, atunci când
cunoaştem valorile tensiunii (E) şi a rezistenţei
(R).
Care este valoarea curentului (I) din acest
circuit?
I = E / R = 12 V / 3 Ω = 4 A
13. Legile lui Kirhhoff permit determinarea unor marimi fizice necunoscute ,
cunoscand alte marimi fizice.
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 -.
Exemplu primei teoreme ( legi ) a lui Kirchhoff
I1+I2-I3=0
14.
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.
Exemplu legea ( teorema ) a doua a lui Kirchhoff .
15. 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 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 este procesul de orientare şi separare a ionilor unui electrolit cu
ajutorul curentului electric continuu.
Efectul Hall
Cea mai răspândită aplicaţie tehnică a efectului Hall este teslametrul.
Efectul piezoelectric
Efectul piezoelectric direct constă în proprietatea unor cristale de a se încărca cu
sarcină electrică pe unele dintre feţele acestora atunci când sunt supuse la solicitări
de întindere sau de compresiune după o anumita direcţie.
16. Efectul fotoelectric
Energia purtată de radiaţia electromagnetică este de natură discretă sub
formă de cuante de energie numite fotoni.
Efecte termoelectrice (Seebeck, Peltier şi Thompson)
Efectul Seebeck constă în apariţia unei t.e.m. într-un circuit format din
două conductoare de natură diferită cu joncţiuni la capete, când cele două
joncţiuni se află la temperaturi diferite.
Pe baza acestui efect se realizează termocuple pentru măsurarea
temperaturii.