V. FENOMENE ELECTRICE ŞI MAGNETICE.

V.1. Magneți. Poli magnetici. Interacțiuni magnetice.

Cu aproximativ 4000 de ani în urmă, un cioban grec a descoperit că o rocă neagră atrăgea cuiele de fier. Aceste roci erau cunoscute sub denumirea de “magnetite”, probabil numite după orașul antic Magnesia (astăzi se numește Manisa, în vestul Turciei ), din apropierea stâncilor cu magnetite.

Magneții ne fascinează și îi folosim lipiți de frigidere, să închidem dulapurile, ornamente de prins bilete pe frigider, la separarea metalelor, la trenurile de mare viteză „Maglev” etc.

Experiment

1. Ce este un magnet ?


Materiale necesare: magnet, diferite metale : fier, aur, cupru, argint, aluminiu, zinc, plumb, agrafe de oțel ( aliaj al fierului ).

Descrierea experimentului:

  • Apropie, pe rând, magnetul de metale.

  • Ce metale atrage magnetul ?

Observaţie

Magnetul atrage numai cuiul de fier și agrafele de oțel.

Definiție

Magnetul este un corp care atrage obiecte care conțin fier și metale feroase (cobalt, nichel).


important

Clasificarea magneților:

I. După proveniență :

  • Naturali care sunt și permanenți din roca neagră numită magnetită.

  • Artificiali: din oțel magnetizat (temporar, își pierde proprietățile magnetice în timp), din neodim (permanenți), din ferită (permanenți) etc.

II. După formă :

  • Magneți bară


  • Magneți cilindrici


  • Magneți potcoavă sau în formă de U


  • Ace magnetice sau busole


Experiment

2. Ce sunt polii magnetici ?


Materiale necesare: magnet, obiecte de fier.

Descrierea experimentului:

  • Apropie un magnet de o grămăjoară cu obiecte de fier.

  • Ce observi ?

Observaţie

Magnetul atrage în mod deosebit obiectele de fier cu capetele sale.

important

Polii magnetici sunt capetele magnetului care atrag în mod deosebit obiectele de fier.

Fiecare magnet are doi poli numiţi polul nord şi polul sud.

Capătul magnetului care se orientează către polul nord geografic (N.G.) al Pământului se numește pol nord (N).

Capătul magnetului care se orientează către polul sud geografic (S.G.) al Pământului se numește pol sud (S).


Experiment

3. Interacțiuni magnetice


Materiale necesare: 2 magneți.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Apropie doi magneți cu poli opuși, nord cu sud.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea 1)

Magneții se atrag.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Apropie doi magneți cu poli de același fel, nord cu nord și sud cu sud

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea 2)

Magneții se resping.

important

Interacțiunile magnetice sunt de două feluri :

1) Atracția dintre doi magneți are loc când apropiem cei doi magneți cu poli opuși, nord cu sud.

2) Respingerea dintre doi magneți are loc când apropiem cei doi magneți cu poli de același fel, nord cu nord și sud cu sud.

Definiție

Interacțiunile magnetice sunt interacțiuni de la distanță , care se manifestă prin intermediul câmpului magnetic din jurul oricărui magnet.

Observaţie

Dacă tăiem un magnet, obținem doi magneți, adică polii magnetici sunt inseparabili.

important

Pentru reprezentarea intuitivă a câmpului magnetic, la fel ca în cazul câmpului electric, se pot folosi linii de câmp, formând așa-numitul spectrul câmpului magnetic.

Spre deosebire de liniile câmpului electric, liniile câmpului magnetic sunt curbe închise.

Spectrul câmpului magnetic este diferit în funcție de forma magnetului.

Liniile de câmp magnetic ale unui magnet bară au sensul astfel încât intră în polul sud, traversează magnetul, ies din polul nord şi se închid în exteriorul magnetului.





V.2. Magnetismul terestru. Busola.


important

Pământul este un imens magnet, care pe lângă perechea de poli geografici, Nord-Geografic și Sud –Geografic, are și o pereche de poli magnetici: Nord-Magnetic (N.M.) și Sud-Magnetic (S.M.).

Deoarece polul nord al unui magnet atrage polii sud ai altor magneți și respinge polii nord, trebuie să fie atras de polul sudic al magnetului Pământului. Deci polii magnetici sunt situați invers ca cei geografici.

Pământul este un imens magnet bară magnetic poziționat în centrul Pământului și înclinat la un unghi de aproximativ 11° față de axa de rotație a Pământului.



Aplicații

Câmpul magnetic al Pământului are un rol foarte important pentru planeta noastră , deoarece el respinge radiațiile cosmice ( particule care au o viteză foarte mare și care pot distruge organismele vii ) provenite de la Soare, mai ales în timpul erupțiilor solare.

Chinezii au dezvoltat o busolă maritimă chiar mai devreme decât vikingii și cu o construcție similară. Chinezii navigau cu ajutorul unei așchii de magnetită care plutea pe apa, încă din anii 2000 d.Hr., atunci când exploratorii , cum ar fi Marco Polo, au adus compasul magnetic înapoi în Italia. Aducerea busolei în Europa a însemnat un salt uriaș pentru călătorii și comerț, permițând în cele din urmă europenilor să exploreze oceanele pe care vikingii le navigaseră deja folosind propria versiune a busolei pentru cel puțin 500 de ani.



V.3. Structura atomică a substanței. Electrizarea și sarcina electrică. Interacțiunea dintre corpurile electrizate. Metode de electrizare.

În general corpurile din natură sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece ele sunt formate din atomi, care la rândul lor, sunt neutri.

Observaţie

Structura atomului:

1. Nucleul este partea centrală a atomului, alcătuit din particule numite nucleoni, și-anume:

  • Protoni, particule încărcate cu sarcină pozitivă, cu simbolul p+1.

  • Neutroni, particule neutre din punct de vedere electric, cu simbolul n0.

2. Învelișul electronic este spațiul din jurul nucleului format dintr-un nor de particule numite electroni care gravitează în jurul nucleului. Electronii sunt particule cu sarcină negativă, cu simbolul e-1 sau ē.

Definiţie

Atomul este o particulă neutră din punct de vedere electric, deoarece are numărul de protoni din nucleu ( particule pozitive) egal cu numărul de electroni din învelișul electronic (particule negative), adică

V.3.1. Electrizarea prin frecare

Observaţie

Pentru o bună reușită a experimentelor de electrizare trebuie respectate anumite condiții:

  • Corpurile să fie curate (eventual degresate cu spirt), bine uscate, de preferat și rotunjite.

  • Încăperea unde se efectuează să fie încălzită și fără umiditate.

  • Nu încercați aceste experimente când plouă afară și este multă umiditate în aerul atmosferic.

Experiment

4. Atracția corpurilor electrizate


Materiale necesare: baghetă de plastic, bucată de lână, bucățele de hârtie ( sau bobițe de polistiren ), o sticluță cu apă, doză goală de aluminiu, vas cu soluție de detergent de vase, compas.

Descrierea experimentului (Partea1):

  • Pune pe masă o grămăjoară de bobițe de polistiren și apropie de ea bagheta.
  • Ce observi ?
Observaţie (Partea1)

Bagheta nu atrage bucățelele mici.

Descrierea experimentului (Partea2):

  • Freacă cu bucata de lână un capăt al baghetei, fără să atingi cu mâna porțiunile frecate.
  • Ce observi ?
Observaţie (Partea2)

După frecare, bagheta atrage bobițele.

Descrierea experimentului (Partea3):

  • Apropie un corp electrizat de o doză de aluminiu.
  • Ce observi ?
Observaţie (Partea3)

Corpul electrizat atrage doza.

Descrierea experimentului (Partea4):

  • Pune soluția de detergent de vase într-un vas.

  • Suflă cu un pai ca să formezi un balon de săpun.

  • Apropie un corp electrizat de balonul de săpun.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea4)

Corpul electrizat atrage balonul de săpun.

Descrierea experimentului (Partea5):

  • Cu ajutorul unui compas fă un orificiu mic în fundul sticlei cu apă.
  • Scoate dopul sticlei ca să obții un jet subțire de apă.
  • Apropie un corp electrizat de jetul de apă.
  • Ce observi ?
Observaţie (Partea5)

Corpul electrizat atrage jetul de apă.

Concluzia experimentului:

Corpurile electrizate au proprietatea de a atrage corpuri ușoare (bucățele de hârtie, bobițe de polistiren, doze de aluminiu, baloane de săpun, jet subțire de apă, firele de păr etc).

Observaţie

Nu uitați că orice interacțiune are loc prin forțe reciproce. Corpul electrizat atrage cu o forță corpul neutru, dar și corpul neutru atrage cu aceeași forță corpul electrizat, dar în sens opus.

Prin frecarea a două corpuri, acestea se electrizează și se încarcă cu sarcini electrice, pozitive sau negative.

Observaţie

Se consideră sarcina electrică pozitivă (+), sarcina cu care se încarcă un corp de sticlă.

Se consideră sarcina electrică negativă (-), sarcina cu care se încarcă un corp de plastic (sau de ebonită).

Definiţie

Sarcina electrică (q) este o mărime fizică ce măsoară starea de electrizare a unui corp.

Unitatea de măsură în SI:

Definiţie

Fenomenul prin care un corp se încarcă cu sarcini electrice se numește electrizare.


Experiment

5. Electrizarea prin frecare


Materiale necesare: balon umflat, lavetă, suport.

Descrierea experimentului:

  • Suspendă balonul de un suport.

  • Freacă cu laveta balonul, fără să atingi cu mâna porțiunile frecate și apoi lasă-l liber.

  • Apropie laveta de balonul suspendat.

  • Ce observi ?

Observaţie

Cele două corpuri frecate se atrag.

Concluzia experimentului:

În urma frecării a două corpuri, unul se încarcă cu sarcini pozitive (laveta), celălalt cu sarcini negative (balonul de cauciuc).

important

Electrizarea corpurilor prin frecare are loc printr-un transfer de electroni de la un corp la altul, astfel:

- Corpul care cedează electroni, se va încărca cu sarcini electrice pozitive, deoarece va avea un surplus (mai mulți) protoni în nucleele atomilor.

- Corpul care primește electroni, se va încărca cu sarcini electrice negative, deoarece va avea un surplus de electroni în învelișurile electronice ale atomilor.

important

Interacțiunile electrostatice sunt de două feluri:

1) Atracția are loc între două corpuri electrizate cu sarcini opuse ( pozitivă cu negativă). Forțele de atracție sunt egale în modul, dar de sens opus.



2) Respingerea are loc între două corpuri electrizate cu sarcini de același fel ( pozitivă cu pozitivă sau negativă cu negativă). Forțele de respingere sunt egale în modul, dar de sens opus.

Interacțiunile dintre două corpuri electrizate au loc la distanță prin intermediul câmpului electrostatic din jurul oricărui corp electrizat.

Experiment

6. Interacțiuni electrostatice


Materiale necesare: corp de sticlă (borcănel), bucată de mătase, un pai de suc, lână, ață, suport.

Descrierea experimentului (Partea1):

  • Taie paiul în două bucăți.

  • Prinde un fir de ață de bucată mică de pai și suspend-o de un suport.

  • Freacă cu o mănușă de lână cele două bucățele tăiate din pai, una fiind cea suspendată.

  • Apropie paiul electrizat prin frecare de cel suspendat.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea1)

Cele două paie se resping.

Concluzia experimentului (Partea1) :

Cele două paie se resping deoarece s-au încărcat cu aceleași sarcini electrice, fiind confecționate din material identic.

Descrierea experimentului (Partea2):

  • Freacă cu bucata de mătase (hârtie) partea rotunjită a unui borcănel, fără să atingi cu mâna porțiunile frecate.

  • Apropie borcănelul de paiul suspendat.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea2)

Cele două corpuri se atrag.

Concluzia experimentului (Partea2):

Sticla s-a încărcat cu sarcini pozitive, iar paiul de plastic cu sarcini negative și de aceea s-au atras.


V.3.2. Electrizarea prin contact. Pendul electrostatic.

Experiment

7. Confecționarea unui electroscop


Materiale necesare: borcan de sticlă curat și uscat, sârmă de cupru, 2 foițe de aluminiu (e la folia de împachetat), capac de carton, foarfece.

Descrierea experimentului:

  • Decupează din carton un capac mai mare decât gura borcanului, fă o gaură în capac, astfel încât firul de cupru să treacă prin el.

  • Întinde firul astfel încât o parte mai mică să rămână în afara capacului borcanului, deasupra și o mare parte va fi în borcan.

  • În partea de jos, îndoaie sârma și pune pe acest cârlig două foițe de aluminiu.

  • Freacă un balon de păr sau lână și apropie-l de capătul de sus al sârmei.

  • Ce observi ?

Observaţie

Cele două foițe de aluminiu se depărtează una de cealaltă.

Concluzia experimentului:

Electroscopul este un dispozitiv care detectează corpurile electrizate.

Când electroscopul este neutru, foițele de aluminiu stau una lângă alta.

Când electroscopul este încărcat, foițele se încarcă cu sarcini opuse și de aceea se resping și se îndepărtează.



Experiment

8. Electrizarea prin contact


Materiale necesare: baghetă, bucată de lână, electroscop.

Descrierea experimentului:

  • Freacă bagheta de lână.

  • Atinge capătul baghetei de sfera electroscopului.

  • Ce observi ?

Observaţie

Foițele electroscopului se resping, adică se încarcă cu sarcini electrice.

Concluzia experimentului:

Sfera electroscopului se va încărca cu același tip de sarcină electrică cu a corpului electrizat prin contact.

Mai putem electriza un corp neutru prin contactul (atingerea) cu un corp deja electrizat.

important

Electrizarea prin contact are loc prin trecerea electronilor de pe corpul electrizat pe cel neutru, care se va încărca cu același fel de sarcină electrică ca și cel electrizat.


V.3.3. Electrizarea prin influență.

Experiment

9. Electrizarea prin influență (de la distanță)


Materiale necesare: baghetă de sticlă, bucată de mătase (hârtie) , electroscop.

Descrierea experimentului:

  • Electrizează prin frecare cu mătase, bagheta de sticlă.

  • Apropie, fără să atingi, bagheta de sticlă de sfera electroscopului.

  • Ce observi ?

Observaţie

Foițele electroscopului se resping, arătând că electroscopul s-a încărcat cu sarcini electrice.

Concluzia experimentului:

Sfera electroscopului se va încărca cu sarcină electrică opusă corpului electrizat adus în apropiere. Sfera s-a încărcat pozitiv și plasticul s-a electrizat negativ.

important

Electrizarea prin influență (de la distanță) are loc prin încărcarea unui corp neutru cu sarcină electrică opusă celui electrizat.



V.4. Descărcările electrice din atmosferă: fulgerul și trăsnetul.

Observaţie

De mii de ani și până în prezent a existat frica de fulgere şi trăsnete a omului. Cel mai des, oamenii au atribuit acestor descărcări electrice din natură mâniei unor divinităţi, care, zice-se, se foloseau de ele pentru a-şi exterioriza stările sufleteşti sau pentru a-i pedepsi pe cei care le-au stârnit.

Marele stăpân al săgeţilor de foc ce cad din cer rămâne Sfântul Ilie, aducător de ploaie şi care poate provoca furtuni puternice.

Definiţie

Fulgerul este descărcarea electrică dintre doi nori electrizați și percepută de om ca o lumină.

Definiţie

Trăsnetul este descărcarea electrică dintre un nor electrizat și un corp de pe Pământ, percepută de om ca o lumină.

Observaţie

Corpurile înalte sunt mai predispuse trăsnirii, deoarece se încarcă mai ușor, prin influență, de la norii electrizați.

Norii se electrizează prin frecarea maselor de aer ce conțin picături foarte fine de apă.

Definiţie

Tunetul este zgomotul produs în urma unei descărcări electrice.


Observaţie

Sarcinile electrice pot fi generate cu mașina de electrizare Van de Graaff care are doi poli: o sferă metalică goală în interior numită colector de sarcină (care se încarcă pozitiv) și o sferă mai mică plină (care se încarcă negativ).

Colectorul se află pe o bandă de cauciuc trecută peste două role și pusă în mișcare de un motor electric. Două periuțe preiau sarcinile care apar pe banda electrizată prin frecare.

Observaţie

Benjamin Franklin (1706 – 1790) a descoperit natura fulgerului și a trăsnetului. El a inventat paratrăsnetul care protejează clădirile sau vapoarele de descărcările electrice.

important

Paratrăsnetul este un conductor de cupru cu vârf care are proprietatea de a atrage descărcările electrice. Capătul de jos al conductorului se împământează.


Experiment

10. Vântul electrostatic


Materiale necesare: generatorul electrostatic Van De Graaff, ac magnetic.

Atenție

Atenție când lucrezi cu mașina Van De Graaff ! Pericol de electrocutare !

Descrierea experimentului:

  • Pune în funcțiune generatorul și electrizează sferele lui.

  • Așază suportul acului magnetic pe colectorul generatorului electrostatic.

  • Ce observi ?

Observaţie

Acul magnetic începe să se rotească.

Concluzia experimentului:

Acul magnetic se rotește deoarece sarcinile electrice se scurg mai ușor prin vârfurile acului, provocând o respingere a acestor puncte și respectiv rotația lor.

Observaţie

La ora actuală se mai folosesc paratrăsnete cu circuite electronice integrate, capabile sa transmită în avans o undă ionizată de captare a trăsnetelor (ceea ce prin tija clasică Franklin nu se realizează).

Aceste dispozitive, cunoscute sub denumirea Paratrăsnete cu Dispozitive de Amorsare, pe scurt şi PDA au forma eliptică sau ovală şi conţin de regulă un concentrator de energie în partea superioară.

Paratrăsnetele PDA se montează în vârful unui catarg ca și paratrăsnetele clasice.

Observaţie

Multe dintre morțile provocate de trăsnete apar atunci când victima nu primește asistența medicală de specialitate imediat.

Deși o mare parte din victimele care sunt trăsnite supraviețuiesc, șansele ca aceștia să rămână fără nicio urmă sunt extrem de mici, deoarece curentul, căldura și unda de șoc pot provoca leziuni extrem de grave care de cele mai multe ori sunt ireversibile.

Atenție

În timpul furtunilor cu descărcări electrice (fulgere și trăsnete) trebuie să respectați următoarele reguli împotriva trăsnirii :

  • Adăpostiți-vă în casă sau în mașină (tramvai, troleibuz, vehicul cu caroserie metalică).

  • Nu vă apropiați de geamuri.

  • Nu vă plimbați cu bicicleta.

  • Nu înotați.

  • Nu vă adăpostiți sub copaci. Dacă sunteți în pădure, ieșiți cât mai repede într-o poiană, stați ghemuiți acoperiți de o mantie și nu deschideți umbrela.

  • Nu vorbiți la telefon.


Electricitatea statică în viața dezi cu zi

Iarna când instalațiile de încălzire funcționează fără întrerupere, lipsa de umiditate din interioarele caselor noastre vine la pachet cu electricitatea statică și ruda ei cea neplăcută: descărcarea electrostatică.

Ce se întâmplă? Ai remarcat să atunci când de așezi în pat sau tragi o haină pe tine pe întuneric se formează mici scântei la atingerea cu textilul? Anumite haine ți se lipesc în mod neplăcut de piele deși nu ești ud sau te curentezi neplăcut atunci când atingi o altă persoană sau anumite obiecte? Iată ce se întâmplă.

Cele mai puternice combinații care creează electricitate statică:

  • Pielea uscată și textilele cu conținut mare de poliester. Pielea uscată se încarcă pozitiv iar poliesterul se încarcă puternic negativ. Când cele 2 se întâlnesc apar efecte foarte neplăcute: scântei, pișcături, haine lipite de corp.
  • Părul și pieptănul sau peria de plastic. Prin frecare parul se încarcă pozitiv iar plasticul negativ. Firele de păr, fiind încărcate cu același tip de sarcină, se vor respinge și dau o impresie de păr nearanjat.

Ce pot face pentru a reduce electricitatea statică din casă?

1) Folosește materiale care nu se electrizează ușor, de ex. bumbacul)

  • Aerul și pielea umană, mai ales când sunt foarte uscate, au tendința de a ceda electroni și deci de a se încărca puternic pozitiv. Blana naturală, părul uman și sticla de asemenea, cedează electroni și se încarcă puternic pozitiv. Lâna, mătasea, nailon-ul, plumbul, aluminiul și hârtia se încarcă și ele pozitiv, deși în proporție mai mică.

  • Materialele care se încarcă puternic negativ (atrag electroni) sunt teflonul, siliconul, polietilena, poliuretanul, polistirenul. Aurul, platina, cuprul și nichelul, precum și chihlimbarul, se încarcă moderat negativ.

  • Materiale care se încarcă foarte puțin electrostatic sau sunt neutre sunt: pielea naturală, lemnul, bumbacul și oțelul.

2) Umidifică și purifică aerul:

Umiditatea aerului împiedică electricitatea statică să se formeze, deci orice formă de umidificare este bine venită: umidificatorul electric, plantele, apa fierbinte din cadă și chiar fierberea apei pe aragaz.

3) Folosește produse de curățenie cu efect antistatic.



V.5. Curent electric. Circuite electrice. Componentele unui circuit. Generatoare electrice.

Suntem în secolul 21 și trăim într-o lume bazată pe tehnologie, care la rândul ei se bazează 24 de ore din 24 de ore pe energie electrică.

Te-ai gândit măcar odată când ai avut o pană de curent electric, cum ar fi viața ta și a celorlalți fără electricitate?

Dacă ar avea loc o puternică explozie solară, sistemele de transmitere a curentului electric s-ar avaria.

Consecințele acestei avarieri ar fi:

  • Toate orașele ar rămâne în beznă.

  • Mijloacele de comunicare nu ar mai funcționa (telefoane, televizoare, calculatoare, radio etc.)

  • Nu am mai avea apă la robinet (fără apă de băut și de spălat).

  • În spitale ar fi haos, fără aparatură medicală.

  • Transportul ar fi blocat.

Dar să nu devenim prea sceptici și să ne bucurăm de această minunăție a lumii, numită curent electric.

Definiţie

Curentul electric este mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică printr-un circuit electric.

Componentele unui circuit electric

1) Generatoare electrice (surse electrice) sunt dispozitive care au rolul de a produce și de a menține curentul electric printr-un circuit.

Clasificarea generatoarelor după felul curentului produs:

  • Generatoare de curent continuu (c.c.), care are un singur sens prin circuit: bateria electrică, acumulatori electrici, bateria solară.

  • Generatoare de curent alternativ (c.a.), care își schimbă periodic sensul prin circuit: generatorul din cadrul centralelor electrice, dinamul de la bicicletă.

Simboluri pentru surse electrice :

Componentele unui circuit electric

2) Aparate electrice (consumatori electrici) sunt dispozitive care transformă energia electrică ( a curentului electric ) în :

a) lumină, numit bec electric cu simbolul:

b) căldură, numit rezistor electric, cu simbolul:

Exemple de aparate care au rezistori:

  • foen (uscător de păr);

  • aerotermă;

  • calorifer electric;

  • plită electrică;

  • filtru de cafea;

  • fier de călcat;

  • prăjitor de pâine etc.

c) energie mecanică (pune ceva în mișcare), numit motor electric, cu simbolul:

Exemple de aparate care au motoare electrice:

  • aspirator;

  • ventilator;

  • mașină de spălat;

  • frigider;

  • hotă;

  • aer condiționat;

  • mixer etc.

Componentele unui circuit electric

3) Conductoare de legătură sunt fire confecționate din aluminiu sau cupru și care leagă componentele circuitului între ele.

Componentele unui circuit electric

4) Întrerupătoare electrice care au rolul de a închide și de a deschide circuitul electric. Numai când întrerupătorul este pe poziție închis, trece curentul electric prin circuit.

important

Sensul convențional al curentului electric printr-un circuit este de la borna pozitivă a sursei spre borna negativă, prin circuitul exterior (prin consumatori).

Observaţie

Curentul electric poate fi continuu (având un singur sens) şi alternativ (schimbându-şi periodic sensul).

Experiment

11. Circuitul electric simplu


Materiale necesare: baterie electrică, bec, motoraș, rezistor (poți folosi o sârmă de fier de la buretele metalic de vase), fire de legătură, întrerupător.

Descrierea experimentului:

  • Leagă în serie (unul după altul) bateria electrică, becul, motorașul, rezistorul, firele de legătură și întrerupătorul.

  • Închide întrerupătorul.

  • Ce observi ?
Observaţie

La închiderea întrerupătorului curentul electric trece prin circuit.

Becul luminează, motorașul învârte elicea și rezistorul dă căldură.

Concluzia experimentului:

Un circuit electric simplu este format din sursă electrică (bateria electrică), fire de legătură, consumatori electrici (becul, motorașul, rezistorul) și întrerupător, toate legate în serie.

Clasificarea generatoarelor după tipul energiei pe care o transformă în energie electrică:

  • Bateriile electrice și acumulatorii transformă energia chimică în energie electrică:


  • Telefoanele mobile, camerele video, aparatele foto digitale, laptop-urile etc. funcţionează cu acumulatoare.


  • Dinamurile și alternatoarele electrice transformă energia mecanică în energie electrică:


  • Baterii solare (fotocelule) transformă energia luminii în energie electrică:


Consumatorii electrici sunt dispozitive care transformă energia electrică (a curentului electric) în:

a) lumină, numit bec electric



b) căldură, numit rezistor electric











c) energie mecanică (pune ceva în mișcare), numit motor electric










V.6. Conductoare și izolatoare electrice.

Experiment

12. Conductoare și izolatoare electrice


Materiale necesare: baterie electrică, bec, fire de legătură, obiecte din diferite materiale (metale, plastic, grafit, cauciuc etc.).

Descrierea experimentului:

  • Leagă bateria electrică la bornele becului cu ajutorul firelor de legătură și lasă două capete libere (nu închide circuitul electric).

  • Intercalează, pe rând, obiectele din materiale diferite. Care materiale produc aprinderea becului?

Observaţie

Numai metalele (aur, cupru, argint, aluminiu, plumb, zinc, fier etc.) și grafitul (mina de la creion) determină aprinderea becului.

Concluzia experimentului:

Metalele și grafitul lasă să treacă curentul electric prin ele și astfel se închide circuitul.

important

Clasificarea materialelor din punct de vedere electric:

a) Conductoare electrice sunt materiale care permit trecerea curentului electric prin ele.

Exemple:

  • toate metalele,

  • grafitul,

  • corpul omenesc,

  • pământul etc.

b) Izolatoare electrice sunt materiale care nu permit trecerea curentului electric prin ele.

Exemple:

  • ebonita (materialul din care se confecționează soclurile prizelor, întrerupătoarelor, aparatelor electrice),

  • plasticul,

  • cauciucul,

  • sticla,

  • porțelanul,

  • apa pură,

  • aerul uscat etc.



V.7. Becul electric.

Definiție

Becul electric este un aparat care transformă curentul electric în lumină.

Efectul electrotermic constă în încălzirea unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

Conductoarele electrice se încălzesc diferit la trecerea curentului electric prin ele , astfel :

  • Metalele bune conductoare (exemple: argintul, cuprul, aurul, aluminiul) se încălzesc puțin la trecerea curentului electric prin ele.

  • Metalele greu conductoare (exemple: wolframul, nichelina, manganina) se încălzesc mult la trecerea curentului electric prin ele.

Construcția becului

Filamentul becului este confecționat dintr-un metal greu conductor (wolfram), care la trecerea curentului electric prin el se încălzește până la incandescență, producând lumină și căldură.

Observație

Aparatele electrice cu rezistor funcționează tot pe baza efectului electrotermic, având rezistorul confecționat dintr-un material greu conductor (nichelină, manganină), care traversat de curent electric se încălzeşte până la incandescență, degajând căldură.

Foenul (uscătorul de păr) conţine pe lângă rezistorul de nichelină spiralat şi un motor electric pentru a evacua aerul cald spre părul ce trebuie uscat.



V.8. Gruparea becurilor în serie și în paralel. Scurtcircuitul. Tensiunea electrică. Intensitatea curentului electric.

Orice element de circuit (generator electric, bec, rezistor, motor, întrerupător) poate fi legat (grupat ) cu un altul ( de același fel sau diferit ) în două moduri:

  • în serie și

  • în paralel.

În viața de zi cu zi întâlnim grupări mixte de serie cu paralel.

Pentru a înțelege diferența celor două tipuri de grupări trebuie să cunoaștem ce este nodul de circuit ramificat și ce este o latură de circuit.

Definiție

Nodul de circuit reprezintă intersecția și contactul fizic a cel puțin trei conductoare electrice (contacte electrice).

Definiție

Latura de circuit este porțiunea de circuit dintre două noduri.


V.8.1. Gruparea becurilor în serie și în paralel

Experiment

13. Gruparea în serie și în paralel a becurilor


Materiale necesare: baterie electrică, 3 becuri identice, fire de legătură.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Leagă un bec la baterie. Observă cât de mult luminează.

  • Realizează un montaj, legând unul după altul cele două becuri. Observă cât de mult luminează.

  • Realizează un montaj, legând unul după altul cele trei becuri. Observă cât de mult luminează.

  • Deșurubează un bec din soclul lui.

  • Ce observi ?

Observaţie Partea 1

Cu cât legăm mai multe becuri în serie, cu atât ele luminează mai slab.

Dacă un bec se arde, nici celelalte nu mai luminează.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Realizează un montaj, legând contactele de același fel ale celor două becuri ( contactele centrale legate împreună la o bornă a bateriei, iar contactele laterale legate împreună la cealaltă bornă a bateriei ). Observă cât de mult luminează.

  • Realizează un montaj, legând contactele de același fel ale celor trei becuri ( contactele centrale legate împreună la o bornă a bateriei, iar contactele laterale legate împreună la cealaltă bornă a bateriei ). Observă cât de mult luminează.

  • Deșurubează un bec.

  • Ce observi ?

Observaţie Partea 2

Cu cât legăm mai multe becuri în paralel, ele luminează normal, ca și cum ar fi singure legate la baterie.

Dacă un bec se arde, celelalte luminează.

important

La legarea în serie elementele de circuit (becurile) sunt legate unul după celălalt și prin fiecare bec trece același curent. Nu avem niciun nod de circuit.



Dezavantajele legării în serie a becurilor:

  • Cu cât legăm mai multe becuri în serie, cu atât ele luminează mai slab.

  • Dacă un bec se arde, nici celelalte nu mai luminează.


La legarea în paralel elementele de circuit (becurile) sunt legate cu aceleași capete împreună și curentul electric de la sursă se ramifică prin fiecare latură pe care se află un bec. Avem cel puțin două noduri de circuit. Prin becurile legate în paralel trec curenți diferiți.



Avantajele legării în paralel a becurilor:

  • Cu cât legăm mai multe becuri în paralel ele luminează normal, ca și cum ar fi singure legate la baterie.

  • Dacă un bec se arde, celelalte luminează.


V.8.2. Scurtcircuitul.


Definiție

Scurtcircuitul se produce când se realizează un contact între două puncte ale unui circuit electric.

important

Scurtcircuitul se poate produce la:

  • generator, când legăm cu un fir polii (bornele) acestuia. Sursa electrică se încălzește și se distruge dacă scurtcircuitul durează mai mult, deoarece sursa trimite prin fir toate sarcinile electrice care conduc la apariția unui curent foarte mare (bateria se descarcă).


  • consumator, când legăm cu un fir bornele acestuia (becul se stinge).
Atenție

Marea majoritate a incendiilor sunt datorate scurtcircuitelor produse în instalația electrică a locuințelor. Curenții foarte mari care apar determină supraîncălzirea circuitului electric și producerea incendiilor.

Pentru a proteja aparatele electrice împotriva scurcircuitelor, se folosesc siguranțe fuzibile. Acestea se ard când apar curenții foarte mari, se deschide circuitul și nu mai trec acești curenți mari prin aparatele electrice (altfel, s-ar arde aparatul respectiv).

Atenție

Incendiile electrice nu se sting cu apă, ci cu o pătură uscată sau extinctor cu dioxid de carbon.


Experiment

14. Efectele scurtcircuitului


Materiale necesare: baterie electrică, 3 becuri identice, fire de legătură.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Leagă cele trei becuri în serie la o baterie.

  • Leagă cu un fir bornele bateriei timp de 2s.

  • Ce observi ?

Observaţie Partea 1

Becurile se sting și bateria se încălzește.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Leagă cu un fir bornele unui bec di gruparea serie.

  • Ce observi ?

Observaţie Partea 2

Celelalte becuri luminează mai tare.

Descrierea experimentului (Partea 3):

  • Leagă cele trei becuri în paralel la o baterie.

  • Leagă cu un fir bornele bateriei timp de 2s.

  • Ce observi ?
Observaţie Partea 3

Becurile se sting și bateria se încălzește.

Descrierea experimentului (Partea 4):

  • Leagă cu un fir bornele unui bec din gruparea paralel.
  • Ce observi ?
Observaţie Partea 4

Becurile se sting.

important

I. Dacă într-un montaj de becuri legate în serie:

  • Scurtcircuităm unul dintre becuri, celelalte becuri luminează mai tare.


  • Scurtcircuităm bateria, becurile nu mai luminează și bateria se încălzește.


II. Dacă într-un montaj de becuri legate în paralel:

  • Scurtcircuităm unul dintre becuri, celelalte becuri se sting.


  • Scurtcircuităm bateria, becurile nu mai luminează și bateria se încălzește.


V.8.3. Tensiunea electrică. Tensiunea electromotoare.

Generatoarele electrice (sursele electrice) sunt dispozitive care au rolul de a produce și de a menține curentul electric printr-un circuit, adică asigură deplasarea electronilor prin circuit.

important

Tensiunea electromotoare (prescurtată t.e.m., cu simbolul E) a unei surse apare notată pe orice sursă.

Unitate de măsură în S.I pentru tensiunea electrică este voltul (V):



Tensiunea electrică la borne (cu simbolul U) se măsoară tot în Volți.



Instrument de măsură:

Bateriile de buzunar au diferite tensiuni electromotoare .

Experiment

15. Măsurarea tensiunilor electrice


Materiale necesare: baterie electrică, bec, fire de legătură, întrerupător, voltmetru.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Leagă în serie bateria electrică, becul, firele de legătură și întrerupătorul.

  • Leagă în paralel bornele voltmetrului la sursă, cu întrerupătorul deschis.

Observaţie Partea 1

Când legăm în paralel voltmetrul la bornele sursei, cu circuitul deschis, măsurăm tensiunea electromotoare a sursei ( E ).

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Închide întrerupătorul.

  • Ce observi ?

Observaţie Partea 2

La închiderea întrerupătorului, când legăm în paralel voltmetrul la bornele sursei, cu circuitul închis, măsurăm tensiunea la bornele circuitului exterior ( Ub ).

Descrierea experimentului (Partea 3):

  • Leagă în paralel bornele voltmetrului la bornele becului, cu întrerupătorul închis.
Observaţie Partea 3

Când legăm în paralel voltmetrul la bornele becului, cu circuitul închis, măsurăm tensiunea la bornele becului ( Ubec ) .



Experiment

16. Tensiunea nominală


Materiale necesare: baterii electrice de 1,5 V, 4,5 V și 9 V, bec de 3,5 V, fire de legătură.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Leagă becul la bornele bateriei de 1,5 V.

  • Cum luminează becul ?

Observaţie Partea 1

Când legăm un bec cu tensiunea nominală de 3,5 V la o baterie de 1,5 V, becul luminează slab.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Leagă becul la bornele bateriei de 3 V.

  • Cum luminează becul ?

Observaţie Partea 2

Când legăm un bec cu tensiunea nominală de 3,5 V la o baterie de 3 V, becul luminează normal.

Descrierea experimentului (Partea 3):

  • Leagă becul la bornele bateriei de 9 V.

  • Cum luminează becul ?

Observaţie Partea 3

Când legăm un bec cu tensiunea nominală de 3,5 V la o baterie de 9 V, becul luminează puternic.

Concluzia experimentului:

Pe orice consumator scrie tensiunea lui nominală, pentru care a fost construit.

Dacă alimentăm consumatorul la o tensiune mai mică decât cea înscrisă pe el, el va funcționa mai slab. Spunem că becul este subtensionat

Orice consumator trebuie alimentat la o tensiune egală cu cea nominală, pentru o funcționare normală (optimă).

Dacă alimentăm consumatorul la o tensiune mai mare decât cea înscrisă pe el, el se poate deteriora. Spunem că becul este supratensionat.


Experiment

17. O baterie din lămâi


Materiale necesare: lămâi,monede de 5 bani, agrafe de birou, fire de legătură, un voltmetru.

Descrierea experimentului:

  • Introdu într-o lămâie , într-o parte o monedă și în cealaltă parte agrafa de birou.

  • Prinde câte un fir de legătură de monedă, respectiv de agrafă și conectează-le la un voltmetru în paralel. Notează tensiunea electromotoare a acesteia.

  • Grupează în serie cu prima lămâie o altă lămâie, legând moneda uneia de agrafa celeilalte și leagă capetele acestei grupări la voltmetru în paralel. Notează tensiunea electromotoare a acestei grupări.

  • Ce observi ?

Observaţie

Crește tensiunea electromotoare a grupării de lămâi.

  • Dacă mai dispui de lămâi poți continua cu o grupare mai mare de baterii din lămâi.

Concluzia experimentului:

Bateriile din lămâi generează curent electric.



V.8.4. Intensitatea curentului electric.

Când aplicăm o tensiune electrică între două puncte ale unui conductor, apare un curent electric, adică o mișcare dirijată a electronilor săi liberi.

Definiție

Intensitatea curentului electric (I) este o mărime fizică scalară care măsoară sarcina electrică ce trece prin secțiunea transversală a unui conductor în unitatea de timp.

important

1) Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



2) Instrument de măsură:




Experiment

18. Măsurarea intensității curentului electric


Materiale necesare: baterie electrică, bec, fire de legătură, întrerupător, ampermetru.

Descrierea experimentului:

  • Leagă în serie bateria electrică, becul, firele de legătură și întrerupătorul.

  • Verifică aprinderea becului.

  • Leagă în serie la circuitul deja creat și ampermetru și citește indicația acestuia.

  • Dacă dispui de mai multe ampermetre, conectează câte unul in diferite secțiuni ale circuitului și citește indicațiile lor.

Observaţie

Pentru un circuit simplu, intensitatea curentului electric are aceeași valoare în toate secțiunile circuitului.

Concluzia experimentului:

Intensitatea curentului electric se măsoară cu ampermetru, legat în serie cu elementele circuitului.



V.9. Măsuri de protecție împotriva electrocutării.

Din păcate, corpul omenesc este conductor electric.

Este suficient ca două puncte ale corpului să intre în contact cu două puncte ale circuitului electric ca să aibă loc un accident, numit electrocutare, când se poate opri fie respiraţia, fie circulaţia sângelui (sau ambele efecte).

Definiție

Electrocutarea este accidentul produs la trecerea curentului electric de intensitate mare prin corpul omenesc.

Tensiunile bateriilor cu care ai lucrat la experimente (1,5V-9V) sunt inofensive pentru corpul omenesc.

Atenție

Tensiunile periculoase pentru corpul omenesc încep de la valoarea de 24V (locuri umede) şi 50V (aer uscat).

Poate fi considerat nepericulos curentul alternativ a cărui intensitate este mai mică de 20 mA şi curentul continuu a cărui intensitate este mai mică de 50 mA.

Observaţie

Deoarece toate aparatele electrocasnice funcţionează doar dacă sunt conectate la o priză electrică, ai fi tentat să afirmi că priza este o sursă electrică.

Dar, reamintindu-ne că sursa electrică este dispozitivul care produce curent electric, ne dăm seama că acest lucru nu se întâmplă la priză, ea fiind un dispozitiv intermediar între consumatorii electrici şi generatoarele electrice de la diverse centrale electrice.

La instalaţiile electrocasnice există două tipuri de prize:

  • priza simplă a cărei soclu are 2 borne;

  • priza cu împământare care are două borne şi o bornă legată la pământ (împământarea).

Cele două borne tip mamă ale unei prize nu sunt identice. Pentru a le distinge fără pericol, electricienii utilizează o şurubelniţă specială de tensiune. Când şurubelniţa specială de tensiune introdusă într-o bornă tip mamă se aprinde înseamnă că aceea este borna numită fază, iar în cazul când nu se aprinde, aceea este borna numită nul. Între cele două borne tip mamă (între fază şi nul) există o tensiune eficace de 220V, la fel între fază şi împământare.

Priza cu împământare, cu toate că nu joacă un rol indispensabil în funcţionarea aparatelor, are un rol foarte important în securitatea din domeniul electricităţii. Fără aceasta, la producerea accidentală a unui scurtcircuit, atingând carcasa metalică a unui aparat electric ar exista riscul electrocutării.

Aparatele electrice se leagă la priză cu ajutorul ștecărului, care pătrunde în orificiile prizei.

Cablul ștecărului are două fire, astfel încât de la una din bornele prizei, prin unul din fire, pleacă curentul electric spre aparatul electric, trece prin aparat și se întoarce la priză prin celălalt fir al cablului pentru a se închide circuitul electric.



Pentru a-ţi asigura propria securitate, ai grijă la următoarele reguli de protecţie:

Pericol de electrocutare
  1. Să nu introduci vreun obiect conductor în una din bornele prizei (poate fi chiar faza) pentru a nu exista riscul trecerii curentului electric prin corpul tău.

Pericol de electrocutare
  1. Să nu utilizezi niciodată vreun aparat electric în locuri umede (sala de baie) şi să nu atingi aparate electrice prin care circulă curent, dacă eşti ud pe mână;

Pericol de electrocutare
  1. Să nu repari (demontezi) vreun aparat electric înainte de a-l debranşa de la priză şi să nu atingi fire electrice neprotejate (fără izolaţie);

Pericol de electrocutare
  1. Când scoţi un aparat electric din priză, nu-l trage de cordon, ci ţine o mână pe soclul prizei şi cu cealaltă trage fişa cordonului de alimentare;

Pericol de electrocutare
  1. Nu pune în funcţiune la o priză prea multe aparate electrice (apar supracurenţi cu pericol de încălzire puternică a fişelor electrice).
Pericol de electrocutare
  1. Nu atinge prize, întrerupătoare care sunt deteriorate ( crăpate, rupte, arse ) sau care nu sunt bine fixate în perete.
Pericol de electrocutare
  1. Nu atinge părțile neizolate ale cablurilor electrice și nu folosi aparate care au cablurile neizolate sau crăpate.
Pericol de electrocutare
  1. Nu atingeți și nu înălțați zmeie în apropierea cablurilor electrice aeriene ale stâlpilor de electricitate, tramvaielor, trenurilor etc.
Pericol de electrocutare
  1. Nu atingeți cablurile electrice aeriene căzute de pe stâlpi.
Pericol de electrocutare
  1. Incendiile electrice nu se sting cu apă, ci cu o pătură uscată, cu nisip sau extinctor cu dioxid de carbon.


V.10. Sinteza recapitulativă - Fenomene electrice şi magnetice.

important

Magnetul este un corp care atrage obiecte care conțin fier și metale feroase (cobalt, nichel).

Clasificarea magneților:

  • După proveniență:

    • Naturali care sunt și permanenți din roca neagră numită magnetită.

    • Artificiali: din oțel magnetizat (temporar, își pierde proprietățile magnetice în timp ), din neodim (permanenți), din ferită (permanenți) etc.

  • După formă:

    • Magneți bară

    • Magneți cilindrici

    • Magneți potcoavă sau în formă de U

    • Ace magnetice sau busole


Polii magnetici sunt capetele magnetului cu care atrage în mod deosebit obiectele de fier.

Fiecare magnet are doi poli numiţi polul nord şi polul sud.

Capătul magnetului care se orientează către polul nord geografic (N.G.) al Pământului se numește pol nord (N).

Capătul magnetului care se orientează către polul sud geografic (S.G.) al Pământului se numește pol sud (S).




Interacțiunile magnetice sunt de două feluri :

  • Atracția dintre doi magneți are loc când apropiem cei doi magneți cu poli opuși, nord cu sud.

  • Respingerea dintre doi magneți are loc când apropiem cei doi magneți cu poli de același fel, nord cu nord și sud cu sud.

Interacțiunile magnetice sunt interacțiuni de la distanță , care se manifestă prin intermediul câmpului magnetic din jurul oricărui magnet.


Pământul este un imens magnet, care pe lângă perechea de poli geografici, Nord-Geografic și Sud –Geografic, are și o pereche de poli magnetici: Nord-Magnetic (N.M.) și Sud-Magnetic (S.M.).

Deoarece polul nord al unui magnet atrage polii sud ai altor magneți și respinge polii nord, trebuie să fie atras de polul sudic al magnetului Pământului. Deci polii magnetici sunt situați invers ca cei geografici.

Pământul este un imens magnet bară magnetic poziționat în centrul Pământului și înclinat la un unghi de aproximativ 11° față de axa de rotație a Pământului.




ELECTROSTATICA

În general corpurile din natură sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece ele sunt formate din atomi, care la rândul lor, sunt neutri.

Structura atomului:

1. Nucleul este partea centrală a atomului, alcătuit din particule numite nucleoni, și anume:

  • Protoni, particule încărcate cu sarcină pozitivă, cu simbolul p+1.

  • Neutroni, particule neutre din punct de vedere electric, cu simbolul n0.

2. Învelișul electronic este spațiul din jurul nucleului format dintr-un nor de particule numite electroni care gravitează în jurul nucleului. Electronii sunt particule cu sarcină negativă, cu simbolul e-1 sau ē.

Atomul este o particulă neutră din punct de vedere electric, deoarece are numărul de protoni din nucleu (particule pozitive) egal cu numărul de electroni din învelișul electronic (particule negative), adică




Corpurile electrizate au proprietatea de a atrage corpuri ușoare ( bucățele de hârtie, bobițe de polistiren, doze de aluminiu, baloane de săpun, jet subțire de apă, firele de păr etc.).

Se consideră sarcina electrică pozitivă (+), sarcina cu care se încarcă un corp de sticlă.

Se consideră sarcina electrică negativă (-), sarcina cu care se încarcă un corp de plastic (sau de ebonită).

Sarcina electrică (q), este o mărime fizică scalară care măsoară starea de electrizare a unui corp.

Unitatea de măsură în SI:




Fenomenul prin care un corp se încarcă cu sarcini electrice se numește electrizare.

În urma frecării a două corpuri, unul se încarcă cu sarcini pozitive (laveta), celălalt cu sarcini negative (balonul de cauciuc).

Electrizarea corpurilor prin frecare are loc printr-un transfer de electroni de la un corp la altul, astfel :

  • Corpul care cedează electroni, se va încărca cu sarcini electrice pozitive, deoarece va avea un surplus (mai mulți) protoni în nucleele atomilor.

  • Corpul care primește electroni, se va încărca cu sarcini electrice negative, deoarece va avea un surplus de electroni în învelișurile electronice ale atomilor.

Interacțiunile electrostatice sunt de două feluri:

1) Atracția are loc între două corpuri electrizate cu sarcini opuse ( pozitivă cu negativă). Forțele de atracție sunt egale în modul, dar de sens opus.



2) Respingerea are loc între două corpuri electrizate cu sarcini de același fel (pozitivă cu pozitivă sau negativă cu negativă). Forțele de respingere sunt egale în modul, dar de sens opus.



Interacțiunile dintre două corpuri electrizate au loc la distanță prin intermediul câmpului electrostatic din jurul oricărui corp electrizat.


Electroscopul este un dispozitiv care detectează corpurile electrizate.

Când electroscopul este neutru, foițele de aluminiu stau una lângă alta.

Când electroscopul este încărcat, foițele se încarcă cu sarcini opuse și de aceea se resping și se îndepărtează.


Electrizarea prin contact are loc prin trecerea electronilor de pe corpul electrizat pe cel neutru, care se va încărca cu același fel de sarcină electrică ca și cel electrizat.




Pentru a electriza un corp neutru, există trei metode de electrizare :

1) Electrizarea prin frecare: cele două corpuri, ambele neutre, se încarcă cu sarcini de semne opuse.

2) Electrizarea prin contact: corpul neutru se încarcă cu sarcini de același semn ca ale corpului electrizat.

3) Electrizarea prin influență (de la distanță): corpul neutru se încarcă cu sarcini de semne opuse corpului electrizat.


Descărcările electrice din atmosferă: fulgerul și trăsnetul.

Fulgerul este descărcarea electrică dintre doi nori electrizați și percepută de om ca o lumină.



Trăsnetul este descărcarea electrică dintre un nor electrizat și un corp de pe Pământ, percepută de om ca o lumină.

Observaţie: Corpurile înalte sunt mai predispuse trăsnirii, deoarece se încarcă mai ușor, prin influență, de la norii electrizați. Norii se electrizează prin frecarea maselor de aer ce conțin picături foarte fine de apă.



Tunetul este zgomotul produs în urma unei descărcări electrice.

Paratrăsnetul este un conductor de cupru cu vârf, care are proprietatea de a atrage descărcările electrice. Capătul de jos al conductorului se împământează.


Atenție

În timpul furtunilor cu descărcări electrice (fulgere și trăsnete) trebuie să respectați următoarele reguli împotriva trăsnirii :

  • Adăpostiți-vă în casă sau în mașină (tramvai, troleibuz, vehicul cu caroserie metalică).

  • Nu vă apropiați de geamuri.

  • Nu vă plimbați cu bicicleta.

  • Nu înotați.

  • Nu vă adăpostiți sub copaci. Dacă sunteți în pădure, ieșiți cât mai repede într-o poiană, stați ghemuiți acoperiți de o mantie și nu deschideți umbrela.

  • Nu vorbiți la telefon.

important

Curent electric. Circuite electrice. Componentele unui circuit. Generatoare electrice.

Curentul electric este mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică printr-un circuit electric.

Componentele unui circuit electric:

1) Generatoare electrice (surse electrice) sunt dispozitive care au rolul de a produce și de a menține curentul electric printr-un circuit.

Clasificarea generatoarelor după felul curentului produs:

  • Generatoare de curent continuu (c.c.), care are un singur sens prin circuit: bateria electrică, acumulatori electrici, bateria solară.

  • Generatoare de curent alternativ (c.a.), care își schimbă periodic sensul prin circuit : generatorul din cadrul centralelor electrice, dinamul de la bicicletă.

Simboluri pentru surse electrice:



2) Aparate electrice (consumatori electrici) sunt dispozitive care transformă energia electrică ( a curentului electric ) în :

a) lumină, numit bec electric cu simbolul:



b) căldură, numit rezistor electric, cu simbolul:



Exemple de aparate care au rezistori:

  • foen (uscător de păr);

  • aerotermă;

  • calorifer electric;

  • plită electrică;

  • filtru de cafea;

  • fier de călcat;

  • prăjitor de pâine etc.

c) energie mecanică (pune ceva în mișcare), numit motor electric, cu simbolul:



Exemple de aparate care au motoare electrice:

  • aspirator;

  • ventilator;

  • mașină de spălat;

  • frigider;

  • hotă;

  • aer condiționat;

  • mixer etc.

3) Conductoare de legătură sunt fire confecționate din aluminiu sau cupru și care leagă componentele circuitului între ele.



4) Întrerupătoare electrice care au rolul de a închide și de a deschide circuitul electric. Numai când întrerupătorul este pe poziție închis, trece curentul electric prin circuit.



Sensul convențional al curentului electric printr-un circuit este de la borna pozitivă a sursei spre borna negativă, prin circuitul exterior (prin consumatori).

Curentul electric poate fi continuu (având un singur sens) şi alternativ (schimbându-şi periodic sensul).


Clasificarea materialelor din punct de vedere electric:

  • Conductoare electrice sunt materiale care permit trecerea curentului electric prin ele.

Exemple:

  • toate metalele,

  • grafitul,

  • corpul omenesc,

  • pământul etc.

  • Izolatoare electrice sunt materiale care nu permit trecerea curentului electric prin ele.

Exemple:

  • ebonita (materialul din care se confecționează soclurile prizelor, întrerupătoarelor, aparatelor electrice),

  • plasticul,

  • cauciucul,

  • sticla,

  • porțelanul,

  • apa pură,

  • aerul uscat etc.


Efectul electrotermic constă în încălzirea unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

Conductoarele electrice se încălzesc diferit la trecerea curentului electric prin ele , astfel :

  • Metalele bune conductoare** (exemple : argintul, cuprul, aurul, aluminiul) se încălzesc puțin la trecerea curentului electric prin ele.

  • Metalele greu conductoare (exemple : wolframul, nichelina, manganina) se încălzesc mult la trecerea curentului electric prin ele.

Filamentul becului este confecționat dintr-un metal greu conductor (wolfram), care la trecerea curentului electric prin el se încălzește până la incandescență, producând lumină și căldură.

Aparatele electrice cu rezistor funcționează tot pe baza efectului electrotermic, având rezistorul confecționat dintr-un material greu conductor (nichelină, manganină), care traversat de curent electric se încălzeşte până la incandescență, degajând căldură.


Gruparea becurilor în serie și în paralel

La legarea în serie elementele de circuit (becurile) sunt legate unul după celălalt și prin fiecare bec trece același curent. Nu avem niciun nod de circuit.



Dezavantajele legării în serie a becurilor:

  • Cu cât legăm mai multe becuri în serie, cu atât ele luminează mai slab.

  • Dacă un bec se arde, nici celelalte nu mai luminează.


La legarea în paralel elementele de circuit (becurile) sunt legate cu aceleași capete împreună și curentul electric de la sursă se ramifică prin fiecare latură pe care se află un bec. Avem cel puțin două noduri de circuit.



Avantajele legării în paralel a becurilor:

  • Cu cât legăm mai multe becuri în paralel, ele luminează normal, ca și cum ar fi singure legate la baterie.

  • Dacă un bec se arde, celelalte luminează.


Scurtcircuitul se produce când se realizează un contact între două puncte ale unui circuit electric.

Scurtcircuitul se poate produce la:

  • generator, când legăm cu un fir polii (bornele) acestuia. Sursa electrică se încălzește și se distruge dacă scurtcircuitul durează mai mult, deoarece sursa trimite prin fir toate sarcinile electrice care conduc la apariția unui curent foarte mare (bateria se descarcă).


  • consumator, când legăm cu un fir bornele acestuia (becul se stinge).
Atenție

Marea majoritate a incendiilor sunt datorate scurtcircuitelor produse în instalația electrică a locuințelor. Curenții foarte mari care apar determină supraîncălzirea circuitului electric și producerea incendiilor.

Pentru a proteja aparatele electrice împotriva scurcircuitelor, se folosesc siguranțe fuzibile. Acestea se ard când apar curenții foarte mari, se deschide circuitul și nu mai trec acești curenți mari prin aparatele electrice (altfel, s-ar arde aparatul respectiv).

Incendiile electrice nu se sting cu apă , ci cu o pătură uscată sau extinctor cu dioxid de carbon.

important

Dacă într-un montaj de becuri legate în serie:

  • Scurtcircuităm unul dintre becuri, celelalte becuri luminează mai tare.


  • Scurtcircuităm bateria, becurile nu mai luminează și bateria se încălzește.


Dacă într-un montaj de becuri legate în paralel:

  • Scurtcircuităm unul dintre becuri, celelalte becuri se sting.


  • Scurtcircuităm bateria, becurile nu mai luminează și bateria se încălzește.



Tensiunea electrică. Tensiunea electromotoare.

Generatoarele electrice (sursele electrice) sunt dispozitive care au rolul de a produce și de a menține curentul electric printr-un circuit, adică asigură deplasarea electronilor prin circuit.

Tensiunea electromotoare ( prescurtată t.e.m., cu simbolul E ) a unei surse apare notată pe orice sursă.

Unitate de măsură în S.I pentru tensiunea electrică este voltul ( V ):



Tensiunea electrică la borne (cu simbolul U) se măsoară tot în Volți.



Instrument de măsură:




Pe orice consumator scrie tensiunea lui nominală, pentru care a fost construit.

Dacă alimentăm consumatorul la o tensiune mai mică decât cea înscrisă pe el, el va funcționa mai slab. Spunem că becul este subtensionat

Orice consumator trebuie alimentat la o tensiune egală cu cea nominală, pentru o funcționare normală (optimă).

Dacă alimentăm consumatorul la o tensiune mai mare decât cea înscrisă pe el, el se poate deteriora. Spunem că becul este supratensionat.


Intensitatea curentului electric.

Când aplicăm o tensiune electrică între două puncte ale unui conductor, apare un curent electric, adică o mișcare dirijată a electronilor săi liberi.

Intensitatea curentului electric ( I ) este o mărime fizică scalară care măsoară sarcina electrică ce trece prin secțiunea transversală a unui conductor în unitatea de timp.

1) Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



2) Instrument de măsură:

(vezi figura de mai jos)

Atenție

Măsuri de protecție împotriva electrocutării.

Electrocutarea este accidentul produs la trecerea curentului electric de intensitate mare prin corpul omenesc.

Tensiunile periculoase pentru corpul omenesc încep de la valoarea de 24V (locuri umede) şi 50V (aer uscat).

Poate fi considerat nepericulos curentul alternativ a cărui intensitate este mai mică de 20 mA şi curentul continuu a cărui intensitate este mai mică de 50 mA.

Pericol de electrocutare

Pentru a-ţi asigura propria securitate, ai grijă la următoarele reguli de protecţie:

  • Să nu introduci vreun obiect conductor în una din bornele prizei (poate fi chiar faza) pentru a nu exista riscul trecerii curentului electric prin corpul tău.
  • Să nu utilizezi niciodată vreun aparat electric în locuri umede (sala de baie) şi să nu atingi aparate electrice prin care circulă curent, dacă eşti ud pe mână;

  • Să nu repari (demontezi) vreun aparat electric înainte de a-l debranşa de la priză şi să nu atingi fire electrice neprotejate (fără izolaţie);

  • Când scoţi un aparat electric din priză, nu-l trage de cordon, ci ţine o mână pe soclul prizei şi cu cealaltă trage fişa cordonului de alimentare;

  • Nu pune în funcţiune la o priză prea multe aparate electrice (apar supracurenţi cu pericol de încălzire puternică a fişelor electrice).

  • Nu atinge prize, întrerupătoare care sunt deteriorate ( crăpate, rupte, arse ) sau care nu sunt bine fixate în perete.

  • Nu atinge părțile neizolate ale cablurilor electrice și nu folosi aparate care au cablurile neizolate sau crăpate.

  • Nu atingeți și nu înălțați zmeie în apropierea cablurilor electrice aeriene ale stâlpilor de electricitate, tramvaielor, trenurilor etc.

  • Nu atingeți cablurile electrice aeriene căzute de pe stâlpi.

  • Incendiile electrice nu se sting cu apă, ci cu o pătură uscată, cu nisip sau extinctor cu dioxid de carbon.



V.11. Probleme recapitulative - Fenomene electrice şi magnetice.

Probleme recapitulative - Fenomene electrice şi magnetice

1) Realizează schema unui circuit electric având:



Rezolvare:



Probleme recapitulative - Fenomene electrice şi magnetice

2) Se dă următorul circuit în care toate becurile luminează normal, când se închide întrerupătorul.



Se cere:

a) Cum sunt legate becurile?

b) Ce măsoară voltmetrul și ce valoare arată el?

c) Ce măsoară ampermetrul și ce valoare arată el?

d) Care sunt valorile nominale ale becului B3?


Rezolvare:

a) B1 este în paralel cu gruparea serie formată de B2 și B3.

b) Voltmetrul măsoară tensiunea electrică și indică 6V.

c) Ampermetrul măsoară intensitatea curentului electric și indică

I = 0,3A + 0,2A = 0,5 A, deoarece curentul de la sursă se ramifică pe cele două laturi ale grupării paralel.

d) Becul B3 are intensitatea de 0,2A, deoarece este în serie cu B2 și prin ele trece același curent. Becul B3 are tensiunea de 3,5 V, deoarece este în serie cu B2 și tensiunea la capetele lor se adună: 2,5V + 3,5V = 6V (tensiunea la bornele grupării, 6V, este egală cu suma tensiunilor la bornele becurilor legate în serie).


Probleme recapitulative - Fenomene electrice şi magnetice

3) Precizează ce becuri luminează când:

a) k1, k2, k3 se închid.

b) k1, k2, k3 se deschid.

c) k1, k2 se închid și k3 se deschide.



Rezolvare:

a) Când k1, k2, k3 se închid, k3 scurtcircuitează pe B3 și B3 se stinge. B1 și B2 luminează, deoarece sunt în serie cu B3.

b) Când k1, k2, k3 se deschid, nu mai luminează niciun bec.

c) Când k1, k2 se închid și k3 se deschide, luminează toate becurile.




V.12. Exerciții recapitulative - Fenomene electrice şi magnetice.

Exerciții recapitulative - Fenomene electrice şi magnetice

1) Completează spațiile libere:

a) Magnetul este un corp care atrage.....................................................................

b) Generatoare electrice (surse electrice) sunt dispozitive care au rolul de a ………………….. și de a menține …………………………………… printr-un circuit.

c) Becul este un dispozitiv care transformă energia electrică în …………………

d) Rezistorul este un dispozitiv care transformă energia electrică în ………………

e) Motorul este un dispozitiv care transformă energia electrică în …………………

f) Curentul electric trece prin circuit când întrerupătorul este ……………………


2) Dă două exemple de:

a) surse electrice

b) aparate electrocasnice care au motor electric.

c) aparate electrocasnice care au rezistor electric.

d) conductoare electrice


3) Scrie în dreptul fiecărui desen ce fel de interacțiuni au loc între cele două corpuri :

a)



b)



c)



d)




4) Cum explici orientarea unui magnet suspendat de un fir pe direcția N-S.G. ?


5) Care dintre următoarele materiale sunt atrase de un magnet: nichel, lemn, argint, fier, sticlă, aluminiu, cobalt, oțel, aur.


6) Între un magnet și un metal feromagnetic se exercită întotdeauna forțe de:

a) Atracție

b) Respingere

c) Atracție sau respingere în funcție de cum așezăm polii magnetului.


7) Răspunde cu adevărat sau fals privind următoarele afirmații:

a) Corpurile electrizate resping corpurile ușoare.

b) Corpurile electrizate sunt neutre din punct de vedere electric.

c) Un corp electrizat pozitiv are mai mulți protoni în nucleu.

d) Un corp electrizat negativ are mai puțini electroni în învelișul electronic.

e) Atomul este o particulă neutră din punct de vedere electric.

f) Fulgerul este descărcarea electrică dintre un nor electrizat și un corp electrizat de pe Pământ.

g) Incendiile electrice nu se sting cu apă.


8) Desenează schema unui circuit electric simplu format din acumulator electric, mixer, bec, plită electrică și întrerupător închis.


9) Care dintre următoarele materiale sunt conductoare electrice: argint, sticlă, plastic, grafit, fier, cupru, ebonită, zinc, plumb, grafit, aer, apă, cauciuc?


10) Care sunt avantajele legării în paralel a becurilor ?


11) Precizează ce becuri se aprind în următorul circuit electric, când:

a) Se închid întrerupătoarele k1, k3 și k4 ?

b) Se închid întrerupătoarele k2, k3 și k4 ?

c) Se închid întrerupătoarele k1, k2 și k4 ?

d) Cum sunt legate cele patru becuri ?




12) Unde trebuie plasat un ampermetru și un voltmetru pentru a măsura intensitatea curentului electric ce trece prin bec și tensiunea la bornele becului ?




13) Precizează ce becuri se aprind în următorul circuit electric, când:

a) Se închid întrerupătoarele k1, k2 și k3 ?

b) Se închid întrerupătoarele k1 și k2 ?

c) Se închid întrerupătoarele k1 și k3 ?

d) Se închid întrerupătoarele k2 și k3 ?

e) Cum sunt legate cele trei becuri ?




14) Ce se întâmplă în circuit dacă:

a) Becul B2 se arde ?

b) Se închide întrerupătorul k ?




15) În figura de mai jos avem un circuit.



Se cere:

a) Din ce elemente este format acest circuit electric ?

b) Ce măsoară instrumentele A și V și cum sunt legate ele cu becul ?

c) Reprezintă sensul curentului.

d) Dacă becul se arde, ce se va întâmpla cu celelalte elemente de circuit? De ce?


16) În care din cele patru situații de mai jos, luminează becul ?






17) Precizează ce becuri luminează când:




18) Se dă următorul circuit în care toate becurile luminează normal, când se închide întrerupătorul.



Se cere:

a) Cum sunt legate becurile ?

b) Ce măsoară voltmetrul și ce valoare arată el ?

c) Ce măsoară ampermetrul și ce valoare arată el ?

d) Care sunt valorile nominale ale becului B2 ?



V.13. Test de autoevaluare - Fenomene electrice şi magnetice.

Test de autoevaluare - Fenomene electrice şi magnetice

1) Completează spațiile libere: -1p

a) Magnetul este un corp care atrage.....................................................................

b) Generatoare electrice (surse electrice) sunt dispozitive care au rolul de a …………………………………………………… printr-un circuit.

c) Motorul este un dispozitiv care transformă curentul electric în ……………

d) Curentul electric trece prin circuit când întrerupătorul este ………………


2) Dă două exemple de: -1p

a) surse electrice

b) aparate electrocasnice care au motor electric.

c) aparate electrocasnice care au rezistor electric.

d) conductoare electrice


3) Scrie în dreptul fiecărui desen ce fel de interacțiuni au loc între cele două corpuri: -1p

a)



b)



c)



d)



4) Ce este un fulger / trăsnet ? Arată și desenul acestora. -1p


5) Se dă următorul circuit electric: -2p



a) Din ce elemente este format acest circuit electric ?

b) Ce măsoară instrumentele A și V și cum sunt legate ele cu becul ?

c) Reprezintă sensul curentului.

d) Dacă becul se arde, ce se va întâmpla cu celelalte elemente de circuit ? De ce?


6) Precizează ce becuri luminează când: -1p

a) k1, k2, k3 se închid.

b) k4, k2 se închid .

c) k1, k2, k3, k4 se închid.

d) Cum sunt legate cele trei becuri ?




7) Completează spațiile libere pentru următoarele reguli de protecţie împotriva electrocutării/ trăsnirii: -1p

a) Să nu introduci ………………… în bornele prizei.

b) Când scoţi un aparat electric din priză, nu-l trage de …………………, ci ţine o mână de soclul prizei şi cu cealaltă trage ………………………………………

c) Nu atinge prize, întrerupătoare care sunt …………………………………........

d) Incendiile electrice nu se sting cu ......................., ci cu o ...............................


Oficiu – 2p