II. FENOMENE ELECTRICE ŞI MAGNETICE



II.1. Electrostatica

II.1.1. 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

important

Clasificarea materialelor din punct de vedere electric:

a) Conductoare electrice sunt materiale care permit curgerea electricității de la un atom la altul (a electronilor aflați pe straturile mai depărtate de nucleu, numiți electroni liberi).

Exemple:

  • toate metalele;
  • grafitul;
  • corpul omenesc;
  • pământul etc.

b) Izolatoare electrice sunt materiale care nu permit curgerea electricității de la un atom la altul (nu au electroni liberi).

Exemple:

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

  • plasticul;

  • cauciucul;

  • sticla;

  • porțelanul;

  • apa pură;

  • aerul uscat etc.

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

1. 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 orifiu 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.

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/Q) este o mărime fizică scalară care măsoară starea de electrizare a unui corp.

Definiţie

Sarcină electrică elementară (e) este cea mai mică sarcină existentă în natură, fiind egală cu sarcina unui electron ( respectiv proton, dar de semn opus).

Definiţie

Sarcina unui corp (q/Q) este un multiplu întreg al sarcinii electrice elementare :

unde n = nr.întreg și e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C .


Problemă model

1) Ce valoare are sarcina învelișului electronic a unui atom de oxigen știind că acesta are Z=8 ? Se dă e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C .

Rezolvare:

Știind că Z = nr. p+ din nucleu = nr. ē din învelișul electronic, înseamnă că atomul de oxigen are în înveliș 8 electroni. Deci n = 8.

Sarcina unui corp (q) este un multiplu întreg al sarcinii electrice elementare :

Q = n ∙ e, unde n = nr. ē și e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C .

Q = n ∙ e = 8 ∙ 1,6 ∙ 10-19 C = 12,8 ∙ 10-19 C.



Experiment

2. 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) de protoni în nucleele atomilor.

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



Experiment

3. 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 încarcat cu sarcini pozitive , iar paiul de plastic cu sarcini negative și de aceea s-au atras.

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 de la distanță prin intermediul câmpului electrostatic din jurul oricărui corp electrizat.

Experiment

4. 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 .

Atenție

Atenție când lucrezi cu obiecte ascuțite!

Descrierea experimentului:

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

  • O lungime mai mică din sârma de cupru să rămână în afara capacului borcanului (deasupra) și o lungime mai mare din ea trage-o în borcan.

  • În partea de sub capac îndoaie sârma și pune pe acest cârlig două foițe de aluminiu.

  • Freacă un balon de păr sau de 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 aparat care servește la punerea în evidență a stării de electrizare a unui corp.

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.



Experiment

5. 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.



Experiment

6. 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 iar 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.

Observaţie

Explicația electrizării prin influență:

  • La apropierea de un conductor (sfera electroscopului) a unui corp încărcat electric (bagheta de sticlă ) are loc o redistribuire a electronilor liberi din conductor. În cazul apropierii unui corp electrizat pozitiv, are loc atracția electonilor liberi spre sfera conductoare ( care se va încărca negativ), iar partea de jos a firului metalic cu cele două lamele va fi mai săracă în electroni față de nucleele pozitive și se va încărca pozitiv.

  • La apropierea de un izolator a unui corp încărcat electric (bagheta de sticlă) are loc un fenomen numit polarizare, în care moleculele izolatorului se alungesc și centrele nucleelor nu mai coincid cu centrele învelișurilor electronice. Are loc orientarea moleculelor polare de către corpul electrizat.

important

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 cu ale corpului electrizat. Se modifică sarcina electrică a fiecărui corp, dar sarcina electrică totală rămâne constantă.

3) Electrizarea prin influență (de la distanță): corpul neutru se încarcă cu sarcini de semne opuse corpului electrizat. Corpul electrizat prin influență (de la distanță) nu-și modifică sarcina electrică, dar la extremități se încarcă cu sarcini de semne contrare. Are loc o redistribuire a electronilor din corp.

În toate cele trei metode de electrizare se respectă Legea conservării sarcinii electrice: Într-un sistem izolat, sarcina electrică totală se conservă.



II.1.2. Legea lui Coulomb


Atenție

Acest experiment se efectuează numai de către profesori! Atenție când lucrezi cu mașina Van de Graaff! Pericol de electrocutare !


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.


Experiment

7. Legea lui Coulomb


Materiale necesare: generatorul electrostatic Van De Graaff, pendul electrostatic

Atenție

Acest experiment se efectuează numai de către profesori! Atenție când lucrezi cu mașina Van de Graaff! Pericol de electrocutare !

Descrierea experimentului (Partea1):

  • Pune în funcțiune generatorul și electrizează sferele lui.

  • Electrizează prin contact cu colectorul generatorului (sfera mare a generatorului), bila unui pendul electrostatic.

  • Apropie la o distanță mică (câțiva centimetri), fără să mai atingi pendulul de sfera generatorului.

  • Observă devierea firului pendulului față de verticală.

Observaţie (Partea1)

Pendulul este puternic respins de colector, având un unghi mare față de verticală.

Descrierea experimentului (Partea2):

  • Repetă experimentul pentru o distanță mai mare dintre pendul și colector și apreciază unghiul dintre fir și verticală.
  • Ce legătură observi între distanța dintre cele două corpuri electrizate și unghiul de deviere al firului?
Observaţie (Partea2)

Cu cât crește distanța dintre cele două corpuri electrizate, unghiul de deviere al firului față de verticală scade.

Concluzia experimentului (Partea1+Partea2):

În urma contactului dintre cele două corpuri, ele se încarcă cu sarcini de același fel și se resping. Unghiul de deviere față de verticală crește cu scăderea distanței dintre corpurile electrizate.

Forța de respingere electrostatică este invers proporțională cu distanța dintre corpurile electrizate.

Descrierea experimentului (Partea3):

  • Repetă experimentul pentru distanța mică (câțiva centimetri), dintre pendul și colector, dar cu generatorul încărcat electric mai mult.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea3)

Unghiul de deviere față de verticală este mai mare cu cât corpurile sunt încărcate cu sarcini electrice mai mari.

Concluzia experimentului (Partea3):

Unghiul de deviere față de verticală crește cu creșterea încărcării cu sarcină electrică a corpurilor electrizate.

Forța de respingerea electrostatică este direct proporțională cu mărimea sarcinilor corpurilor electrizate.

Observaţie

În anul 1785 fizicianul francez Charles Coulomb a descoperit experimental legea care îi poartă numele, Legea lui Coulomb.

Definiţie

Legea lui Coulomb:

“Două corpuri electrizate, considerate punctiforme în raport cu distanța dintre ele, interacționează în vid cu o forță direct proporțională cu produsul sarcinilor electrice ( q1 ∙ q2 ) și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele (r2).

Observaţie

a) Pentru alte medii, constanta are valori mai mici decât cea în vid/aer, ceea ce înseamnă o forță electrică mai mică.

b) Pentru vid,

Problemă model

1. Două corpuri punctiforme încărcate cu sarcinile q1 = 2 nC, respectiv q2 = 5 nC, se află la distanța de 40 cm în aer. Calculează forțele de interacțiune electrică.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și transformăm în SI :

    • q1 = 2 nC = 2 ∙ 10(-9) C

    • q2 = 5 nC = 5 ∙ 10(-9) C

    • r = 40 cm = 0,4 m

    • F = ?

  • Desenăm forțele electrice, egale în modul dar de sens opus :
  • Scriem Legea lui Coulomb:

Problemă model

2)Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = -4 pC, respectiv q2 = 6 pC, se află la distanța de 300 mm în aer. Calculează și reprezintă forțele de interacțiune electrică.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și transformăm în SI:

q1 = 2 pC = -4 ∙ 10 -12 C

q2 = 6 pC = 6 ∙ 10-12 C

r = 300 mm = 0,3 m

F = ?

  • Desenăm forțele electrice de atracție, egale în modul, dar de sens opus:
  • Scriem Legea lui Coulomb:


II.1.3. Descărcările electrice din atmosferă

Observaţie

De mii de ani și până în prezent a existat frica omului de fulgere şi trăsnete. Oamenii considerau aceste descărcări electrice din natură ca fiind rezultatul mâniei unor divinităţi, care 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 electrizat de pe Pământ, perceput 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.


Atenție

Acest experiment se efectuează numai de către profesori! Atenție când lucrezi cu mașina Van de Graaff! Pericol de electrocutare !


Experiment

8. Vântul electrostatic


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

Atenție

Acest experiment se efectuează numai de către profesori! 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

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.

Observaţie

La ora actuală se 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 de zi cu zi

Iarna când instalațiile de încălzire funcționeaza 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 că atunci când te 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.

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.
  • Prin frecarea dintre păr și pieptăne/peria de plastic, părul se încarcă pozitiv, iar plasticul negativ. Firele de păr, fiind încărcate cu același tip de sarcină, se resping 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 exemplu 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, nylon-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 așezarea unui vas cu apă în apropierea caloriferului).

3) Folosește produse de curățenie cu efect antistatic.



II.2. Electrocinetica

II.2.1. 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.

important

Purtătorii de sarcină electrică ce formează curentul electric pot fi:

a) Electronii liberi, în metale.

b) Ionii, în lichide și gaze.

Componentele unui circuit electric

1) Generatoarele 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.), curent care are un singur sens prin circuit: bateria electrică, acumulatori electrici, bateria solară.

  • Generatoare de curent alternativ (c.a.), curent 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 cinetică (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 - 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

Sensul convenţional al curentului electric este invers sensului deplasării electronilor prin circuit.

Bineînţeles că vă veţi întreba de ce sensul curentului electric stabilit prin convenţie nu corespunde cu sensul real al deplasării electronilor?

Lucrurile stau aşa, deoarece savanţii din secolul al XIX-lea, neştiind de existenţa electronilor, au fixat sensul curentului electric înainte de a-i cunoaşte natura sa.

important

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 :
important

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


Experiment

9. 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.

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 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.



II.2.2. 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 purtătorilor de sarcină electrică prin circuit. Ele efectuează un lucru mecanic asupra acestor purtători pentru a-i deplasa.

Definiție

Tensiunea electromotoare (prescurtată t.e.m., cu simbolul E) a unei surse este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Ltotal) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul întregului circuit.

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

Lucrul mecanic total efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin întreg circuitul este egal cu lucrul mecanic exterior efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin circuitul exterior (Lext) și lucrul mecanic efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin circuitul interior al sursei (Lint):

Definiție

Tensiunea electrică la borne (cu simbolul Ub ) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Lext) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul circuitului exterior.

Definiție

Tensiunea internă (cu simbolul u) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Lint) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul circuitului interior.

important

Astfel obținem relația dintre cele trei tensiuni electrice ale unui circuit electric:

important

Caracterizarea tensiunii electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul:



• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



• Instrument de măsură:

Observaţie

Dacă alegem două puncte oarecare ale unui circuit electric, 1 și 2, tensiunea electrică între acestea este egală lucrul mecanic efectuat de sursă ( L12) pentru deplasarea unității de sarcină electrică ( q ) între aceste două puncte.

Diferența de potențial dintre 2 puncte:

Bateriile de buzunar au diferite tensiuni electromotoare.



Experiment

10. 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).

Concluzia experimentului:

Relația care exprimă bilanțul tensiunilor într-un circuit este:

E = Ub + u

Experimental se poate determina numai tensiunea electromotoare a sursei (E) și tensiunea la bornele circuitului exterior (Ub).

Tensiunea internă (u) se determină din formula tensiunilor :

u = E - Ub



Experiment

11. 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.

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, acesta se poate deteriora.



II.2.3. 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, care transportă o sarcină q = n ∙ e.

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

Caracterizarea intensității electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul:



• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



• Instrument de măsură:



Experiment

12. 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 în 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.

Problemă model

1) La capetele unei porțiuni de circuit există o tensiune de 24 V.

a) Calculează lucrul mecanic efectuat de sursa electrică pe acea porțiune de circuit prin care trece o sarcină de 8C.

b) Știind că intensitatea curentului electric este de 2 A, află timpul în care se efectuează acest lucru mecanic ?

Rezolvare :

  • Notăm datele problemei :

    • U = 24 V

    • q = 8 C

    • I = 2 A

    • L = ?

    • t = ?

  • a) Scriem formula de definiție a tensiunii electrice :



  • b) Scriem formula de definiție a intensității curentului


II.2.4. Rezistența electrică.

Constanta de proporționalitate dintre tensiunea aplicată (U) și intensitatea curentului (I) este cunoscută sub numele de rezistența electrică a conductorului.

Definiție

Rezistenţa electrică este mărimea fizică care ne arată cât de mult se opune un conductor la trecerea curentului electric prin el .

Definiție

Rezistența electrică a unui conductor (R) este mărimea scalară egală cu raportul dintre tensiunea aplicată (U) la capetele conductorului și intensitatea curentului (I) stabilit prin el, când temperatura conductorului rămâne constantă.

important

Caracterizarea rezistenței electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul:



• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



• Instrument de măsură:


Experiment

13. Determinarea rezistenței electrice a unui rezistor


Materiale necesare: sursă de tensiune variabilă (baterii electrice de diferite tensiuni electromotoare), rezistor de 50 Ω (poți folosi un beculeț), fire de legătură, ampermetru, voltmetru (multimetru).

Descrierea experimentului:

  • Leagă rezistorul în serie cu bateria de 1,5 V și cu ampermetrul.

  • Măsoară intensitatea curentului electric ce trece prin rezistor.

  • Leagă rezistorul în serie cu bateria de 1,5 V și măsoară tensiunea la bornele rezistorului, legând în paralel voltmetrul la rezistor.

  • Repetă măsurătorile, schimbând bateria de 1,5 V cu una de 3 V, respectiv de 9 V.

  • Trece datele în următorul tabel:

  • Reprezintă graficul tensiunii în funcție de intensitate.

  • Ce observi ?

Observaţie

Raportul dintre tensiunea la bornele rezistorului și intensitatea curentului ce trece prin acesta este constant.

Concluzia experimentului:

Constanta de proporționalitate dintre tensiune și intensitate este rezistența electrică a conductorului respectiv.



Experiment

14. De cine depinde rezistența unui conductor


Materiale necesare: baterie electrică, fire de legătură, beculeț, 2 mine de grafit una subțire și una mai groasă, conductor de cupru, conductor de fier, voltmetru.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Leagă beculețul la baterie și intercalează la capetele acestui circuit un conductor de cupru.

  • Măsoară tensiunea la bornele conductorului.

  • Repetă și pentru alte conductoare din alte materiale (fier, grafit) care să aibă aceeași lungime și grosime cu cel de cupru.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea 1)

Tensiunea la bornele conductoarelor a crescut de la cupru, la fier, fiind cea mai mare la grafit. Cum intensitatea curentului este aceeași în toate aceste trei cazuri, înseamnă că rezistența acestor conductoare a crescut, cea mai mică fiind a cuprului și cea mai mare a grafitului.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Leagă beculețul la baterie și intercalează la capetele acestui circuit un conductor de grafit, cu o lungime mică. Măsoară tensiunea la bornele conductorului.

  • Repetă și pentru alte lungimi mai mari ale minei de grafit.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea 2)

Tensiunea la bornele conductoarelor a crescut de la mina de grafit cu cea mai mică lungime până mina de grafit cu cea mai mare lungime . Cum intensitatea curentului este aceeași în toate aceste trei cazuri, înseamnă că rezistența acestor conductoare a crescut odată cu lungimea conductorului de grafitului.

Descrierea experimentului (Partea 3):

  • Leagă beculețul la baterie și intercalează la capetele acestui circuit un conductor de grafit subțire. Măsoară tensiunea la bornele conductorului.

  • Repetă și pentru alte grosimi mai mari ale minei de grafit.

  • Ce observi ?

Observaţie (Partea 3)

Tensiunea la bornele conductoarelor a scăzut de la mina de grafit cu cea mai mică grosime până la mina de grafit cu cea mai mare grosime . Cum intensitatea curentului este aceeași în toate aceste trei cazuri, înseamnă că rezistența acestor conductoare a crescut odată cu scăderea ariei secțiunii transversale (grosimii) conductorului de grafitului.

Când rezistența conductorului din circuit crește, scade luminozitatea becului, deoarece crește căderea de tensiune la capetele conductorului și scade căderea de tensiune la bornele becului.

Concluzia experimentului:

Rezistenţa unui conductor depinde de:

a) materialul din care este confecţionat. Astfel, conductoarele sunt de două categorii:

  • Bune conductoare (exemple: argintul, cuprul, aurul, aluminiul), care au rezistenţa mică.

  • Slab (greu) conductoare (exemple: fierul, wolframul, nichelina, manganina, grafitul etc.), care au rezistenţa mare.

b) de lungimea lui (cu cât lungimea conductorului e mai mare, cu atât şi rezistenţa lui e mai mare).

c) de aria secțiunii transversale (cu cât aria transversală lui e mai mare, cu atât el are rezistenţa mai mică).

important

Dependența rezistenței electrice de natura și de dimensiunile conductorului este:

unde ρ este rezistivitatea electrică a materialului conductor:

Observaţie (Partea 3)

- Rezistivitatea electrică a materialului conductor depinde numai de natura materialului din care este confecționat rezistorul. Astfel conductoarele au rezistivitatea cuprinsă în intervalul 10-8 – 10-5 Ωm, semiconductorii între 10-3 – 107 Ωm, iar izolatoarele între 108 – 1020 Ωm.

Cu cât rezistivitatea unui material este mai mică, cu atât el are rezistența mai mică și se opune mai puțin la trecerea curentului electric prin el. Iată câteva exemple de rezistivități electrice la temperatura de 20°C:

  • Argint: 1,59 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Cupru: 1,68 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Aur: 2,44 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Aluminiu: 2,82 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Wolfram: 5,47 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Fier: 9,71 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Platină: 10,6 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Mercur: 95,8 ∙ 10-8 Ω ∙ m

  • Nichelină: 4,2 ∙ 10-7 Ω ∙ m

- Rezistența electrică a conductoarelor (metale) crește atunci când temperatura crește.

- Rezistența electrică a unor materiale precum nemetalele (grafitul și semiconductorii germaniul și siliciul) scade atunci când temperatura crește. Ele se numesc semiconductori.

- Rezistența electrică a conductorului depinde și ea de temperatură după următoarea relație:

R = R0 (1+αt)

  • Supraconductibilitatea este un fenomen în care rezistența electrică a unui material conductor devine zero, dacă temperatura sa este mai mică decât o anumită valoare specifică materialului, numită temperatură critică.

  • De exemplu: rezistența electrice a mercurului sub o temperatură, apropiată de temperatura heliului lichid ( 4,2 K = - 267°C ) este zero.

Aplicațiile supraconductibilității :
  • Magneți supraconductori și cabluri supraconductoare în acceleratoarele de particule.

  • Bobine realizate din materiale supraconductoare, care pot genera câmpuri magnetice foarte mari.

  • Transport de energie - Trenurile MAGLEV de mare viteză.

  • Biomagnetism: aparatură de rezonanță magnetică (computer tomograf)

  • Domeniul informaticii: se speculează apariția unor microprocesoare cu o frecvență de 4000 de ori mai mare decât o au procesoarele actuale



Experiment

15. Cât este rezistența corpului omenesc


Materiale necesare: multimetru ( ohmmmetru ).

Descrierea experimentului:

  • Comută butonul multimetrului pe scala ohm ( Ω ) la 2000 k.

  • Strânge vârful conectorilor ohmmetrului în fiecare mână.

  • Citește valoarea rezistenței electrice a corpului tău

Observaţie

Rezistența electrică se poate măsura direct cu ohmmetrul.

Concluzia experimentului:

Valoarea rezistenţei electrice a corpului uman are valori diferite şi depinde de ţesutul muscular, sistemul osos, aparatul circulator, organele interne, de sistemul nervos şi de procesele biofizice şi biochimice care au loc în organism.

Rezistenţa electrică totală a corpului uman depinde de rezistenţa electrică a stratului din piele.

Problemă model

1) Printr-un conductor trece un curent electric de 0,3 A, având la capete o tensiune de 24 V. Află rezistența conductorului.

Rezolvare :

  • Scriem datele problemei:

    • U = 24 V

    • I = 0,3 A

    • R = ?

  • Scriem formula rezistenței electrice :




II.2.5. Legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit

Experiment

16. Legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit


Materiale necesare: sursă de tensiune variabilă (baterii electrice de diferite tensiuni electromotoare), rezistoare de diferite valori (50 Ω, 100 Ω), fire de legătură, ampermetru, voltmetru (multimetru).

Descrierea experimentului:

  • Leagă rezistorul de 50 Ω în serie cu bateria de 4,5 V și cu ampermetrul. Măsoară intensitatea curentului electric ce trece prin rezistor.

  • Leagă rezistorul de 100 Ω în serie cu bateria de 4,5 V și cu ampermetrul. Măsoară intensitatea curentului electric ce trece prin rezistor.

  • Cum depinde intensitatea de rezistența electrică ?

Observaţie

Intensitatea curentului ce trece prin rezistor scade cu creșterea rezistenței acestuia.

La experimentul nr. 13, când am determinat rezistența unui rezistor, am realizat graficul dependenței intensității ce trece printr-un rezistor de tensiunea aplicată la capetele acestuia:

Concluzia experimentului:

Graficul intensității curentului electric în funcție de tensiune reprezintă caracteristica curent – tensiune pentru o porțiune de circuit (capetele unui rezistor). Din analiza acestui grafic, rezultă dependența aproximativ liniară dintre intensitatea curentului și tensiune.

Intensitatea curentului ce traversează rezistorul depinde de :

1) Tensiunea de la capetele rezistorului: cu cât creşte tensiunea de la bornele rezistorului, cu atât creşte şi intensitatea curentului ce trece prin el.

2) Rezistenţa electrică: cu cât creşte rezistenţa rezistorului, cu atât scade intensitatea curentului ce trece prin rezistor.

Definiție

Legea lui Ohm:

“Intensitatea curentului electric (I) care străbate o porțiune de circuit fără surse este direct proporțională cu tensiunea electrică (U) aplicată acelei porțiuni și invers proporțională cu rezistența (R) acestei porțiuni.“



II.2.6. Legea lui Ohm pentru întregul circuit.

Definiție

Legea lui Ohm pentru întregul circuit:

“Intensitatea curentului electric printr-un circuit simplu este direct proporțională cu tensiunea electromotoare a sursei (E) și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului (R+r).“




important

1) Legea lui Ohm este valabilă în general pentru surse chimice deoarece au rezistența internă mică, dar poate fi particularizată și pentru alte surse.

2) Dacă rezistența exterioară (R) are valori foarte mici, obținută de exemplu prin scurtcircuitarea sursei cu un conductor scurt, adică dacă R = 0, intensitatea curentului debitat de sursă devine maximă:

Acest lucru nu este de dorit, deoarece curenții mari pot provoca daune, iar sursa se consumă rapid.

Problemă model

1) Pe un bec de lanternă este scris 0,2 A și 6,3 V. Se leagă becul la o baterie de 9 V. Determină :

a) Rezistența electrică a filamentului becului.

b) Sarcina electrică ce trece prin filamentul becului timp de o oră.

c) Tensiunea internă a bateriei.

d) Rezistența internă a bateriei.

e) Intensitatea curentului de scurcircuit.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • I = 0,2 A

    • U = 6,3 V

    • E = 9 V

    • t = 1h = 3600 s

  • Calculăm necunoscutele :



II.2.7. Energia și puterea electrică

Energia electrică (notată cu W) a unei surse măsoară lucrul mecanic efectuat de aceasta pentru a deplasa sarcina electrică (q) prin secțiunea transversală a circuitului, într-un interval de timp (Δt):

W = L = E ∙ q

Dar q = I ∙ Δt ( din formula intensității )

Wtot = E ∙ I ∙ Δt ( energia consumată pe întreg circuitul ).

Wext = U ∙ I ∙ Δt ( energia consumată pe o porțiune de circuit ).

Wint = u ∙ I ∙ Δt ( energia consumată pe circuitul interior ).

important

Caracterizarea energiei electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul: Energia electrică transferată unei porțiuni de circuit, de rezistență R, este :

unde,

U este tensiunea electrică,

I este intensitatea curentului electric,

Δt este intervalul de timp.

• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



1 kWh = 1000 W • 3600 s = 3.600.000 J.

Definiție

Puterea electrică (P) este o mărime fizică care măsoară viteza de transfer a energiei electrice.

important

Caracterizarea puterii electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul: Puterea electrică transferată unei porțiuni de circuit, de rezistență R, este:

unde,

W este energia electrică,

Δt este intervalul de timp

U este tensiunea electrică,

I este intensitatea curentului electric,

• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



Experiment

17. Măsurarea puterii electrice a unui bec de lanternă


Materiale necesare: o baterie de tensiune electromotoare egală cu tensiunea nominală a becului, un voltmetru, un ampermetru, un bec de 6,3 V, fire de legătură.

Descrierea experimentului:

  • Realizează circuitul electric simplu prezentat în imaginea următoare :
  • Măsoară intensitatea curentului electric ce trece prin circuit și tensiunea electrică de la bornele becului.
  • Calculează puterea becului înmulțind tensiunea aplicată la bornele becului cu intensitatea curentului ce trece prin bec.
Observație

P = U ∙ I (măsurată în W)

Concluzia experimentului:

Becul luminează normal când se respectă valorile nominale înscrise pe el ( Un, In și Pn ).

important

Valorile nominale inscripționate pe aparatele electrice sunt o pereche dintre valorile Pn, In, Un.

Pn = Un • In



II.2.8. Sinteză recapitulativă - Electrizare. Circuit electric simplu.

important

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

Sarcină electrică elementară (e) este cea mai mică sarcină existentă în natură, fiind egală cu sarcina unui electron ( respectiv proton, dar de semn opus).

Sarcina unui corp (q/Q) este un multiplu întreg al sarcinii electrice elementare:

unde n = nr.întreg și e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C .


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 electoni 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.


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.



La electrizarea prin contact cele două corpuri se încarcă cu sarcini de același semn. Se modifică sarcina electrică a fiecărui corp, dar sarcina electrică totală rămâne constantă.


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

Corpul electrizat prin influență (de la distanță) nu-și modifică sarcina electrică, dar la extremități se încarcă ce sarcini de semne contrare. Are loc o redistribuire a electronilor din corp.



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.



Legea lui Coulomb:

“Două corpuri electrizate, considerate punctiforme în raport cu distanța dintre ele, interacționează în vid cu o forță direct proporțională cu produsul sarcinilor electrice ( q1 ∙ q2 ) și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele (r2).

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

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

Purtătorii de sarcină electrică ce formează curentul electric pot fi:

a) Electronii liberi, în metale.

b) Ionii, în lichide și gaze.



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.) , curent care are un singur sens prin circuit: bateria electrică, acumulatori electrici, bateria solară.

  • Generatoare de curent alternativ (c.a.), curent 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).




Tensiunea electromotoare (prescurtată t.e.m., cu simbolul E) a unei surse este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Ltotal) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul întregului circuit.

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



Tensiunea electrică la borne (cu simbolul Ub) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Lext) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul circuitului exterior.



Tensiunea internă (cu simbolul u) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Lint) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul circuitului interior.



Astfel obținem relația dintre cele trei tensiuni electrice ale unui circuit electric:




Caracterizarea tensiunii electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul:



• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



• Instrumente de măsură: voltmetru, care se leagă în paralel la elementele circuitului, având simbolul:



Observaţie: Dacă alegem două puncte oarecare ale unui circuit electric, 1 și 2, tensiunea electrică între acestea este egală lucrul mecanic efectuat de sursă (L12) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) între aceste două puncte.



Diferența de potențial dintre 2 puncte:




Când aplicăm o tensiune electrică între două puncte ale unui conductor, apare un curent electric, adică o mișcare dirijată a electronilor săi liberi, care transportă o sarcină q = n ∙ e.

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.

Caracterizarea intensității electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul:



• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



• Instrumente de măsură: ampermetru, legat în serie cu elementele circuitului.




Constanta de proporționalitate dintre tensiunea aplicată (U) și intensitatea curentului (I) este cunoscută sub numele de rezistența electrică a conductorului.

Rezistenţa electrică este mărimea fizică care ne arată cât de mult se opune un conductor la trecerea curentului electric prin el.

Rezistența electrică a unui conductor (R) este mărimea scalară egală cu raportul dintre tensiunea aplicată (U) la capetele conductorului și intensitataea curentului (I) stabilit prin el, când temperatura conductorului rămâne constantă.

Caracterizarea rezistenței electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul:



• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



• Instrumente de măsură:


Constanta de proporționalitate dintre tensiune și intensitate este rezistența electrică a conductorului respectiv.


Rezistenţa unui conductor depinde de :

a) materialul din care este confecţionat. Astfel, conductoarele sunt de două categorii:

  • Bune conductoare (exemple: argintul, cuprul, aurul, aluminiul), care au rezistenţa mică.

  • Slab (greu) conductoare (exemple: fierul, wolframul, nichelina, manganina, grafitul etc.), care au rezistenţa mare.

b) de lungimea lui (cu cât lungimea conductorului e mai mare, cu atât şi rezistenţa lui e mai mare).

c) de aria secțiunii transversale (cu cât aria transversală lui e mai mare, cu atât el are rezistenţa mai mică).

Dependența rezistenței electrice de natura și de dimensiunile conductorului este:

unde ρ este rezistivitatea electrică a materialului conductor:




Intensitatea curentului ce traversează rezistorul depinde de :

1) Tensiunea de la capetele rezistorului: cu cât creşte tensiunea de la bornele rezistorului, cu atât creşte şi intensitatea curentului ce trece prin el.

2) Rezistenţa electrică: cu cât creşte rezistenţa circuitului, cu atât scade intensitatea curentului ce trece prin rezistor.



Legea lui Ohm:

“Intensitatea curentului electric (I) care străbate o porțiune de circuit fără surse este direct proporțională cu tensiunea electrică (U) aplicată acelei porțiuni și invers proporțională cu rezistența (R) acestei porțiuni.“




Legea lui Ohm pentru întregul circuit:

“Intensitatea curentului electric printr-un circuit simplu este direct proporțională cu tensiunea electromotoare a sursei (E) și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului (R+r).“

Observație:Dacă rezistența exterioară (R) are valori foarte mici, obținută de exemplu prin scurtcircuitarea sursei cu un conductor scurt, adică dacă R = 0, intensitatea curentului debitat de sursă devine maximă:

Acest lucru nu este de dorit, deoarece curenții mari pot provoca daune, iar sursa se consumă rapid.



Energia electrică (notată cu W) a unei surse măsoară lucrul mecanic efectuat de aceasta pentru a deplasa sarcina electrică (q) prin secțiunea transversală a circuitului, într-un interval de timp (Δt):

W = L = E ∙ q

Dar q = I ∙ Δt ( din formula intensității )

Wtot = E ∙ I ∙ Δt ( energia consumată pe întreg circuitul ).

Wext = U ∙ I ∙ Δt ( energia consumată pe o porțiune de circuit ).

Wint = u ∙ I ∙ Δt ( energia consumată pe circuitul interior ).


Caracterizarea energiei electrice ca mărime fizică:

• Simbol:

• Formulă de calcul: Energia electrică transferată unei porțiuni de circuit, de rezistență R, este :

unde,

U este tensiunea electrică,

I este intensitatea curentului electric,

Δt este intervalul de timp.

• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



1 kWh = 1000 W • 3600 s = 3.600.000 J.



Puterea electrică (P) este o mărime fizică care măsoară viteza de transfer a energiei electrice.

Caracterizarea puterii electrice ca mărime fizică:

• Simbol:



• Formulă de calcul: Puterea electrică transferată unei porțiuni de circuit, de rezistență R, este:

unde,

W este energia electrică,

Δt este intervalul de timp,

U este tensiunea electrică,

I este intensitatea curentului electric.

• Unitatea de măsură în Sistemul Internațional:



Valorile nominale inscripționate pe aparatele electrice sunt o pereche dintre valorile Pn, In, Un.

Pn = Un • In



II.2.8.1 Probleme recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

Problemă model

1) Dacă la bornele unui generator electric se leagă un rezistor cu o rezistență de 20 Ω, prin circuit se măsoară cu ampermetru un curent de 3 A. Știind rezistența generatorului de 1 V, află tensiunea electromotoare notată pe acest generator. Ce intensitate are curentul electric la scurtcircuitarea rezistorului?

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • R = 20 Ω

    • I = 3 A

    • r = 1 V

    • E = ?

  • Aflăm tensiunea la bornele rezistorului din legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit:



  • Aflăm tensiunea internă din legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit :


  • Calculăm tensiunea electromotoare aplicând relația dintre cele trei tensiuni ale unui circuit (Tensiunea la bornele circuitului exterior este egală cu tensiunea la bornele rezistorului, fiind un singur consumator, adică Ub = U):

    • E = Ub + u = 60 + 3 = 63 V

  • Aplicăm legea lui Ohm pentru întreg circuitul, punând condiția ca rezistența circuitului exterior (a rezistorului) să fie 0 :

Problemă model

2) Un fir de cupru este legat la o baterie. Firul metalic are rezistivitatea 1,68 ∙ 10-8Ω ∙ m. El este străbătut de un curent de 120 mA, când are o lungime de 4 m și o secțiune transversală de 0,2 mm2. Să se determine tensiunea la capetele firului.

Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și le transformăm în SI:


  • Calculăm rezistența firului de cupru, aplicând formula rezistenței în funcție de dimensiunile conductorului:


  • Calculăm tensiunea la capetele conductorului, din legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit :

Problemă model

3) La o baterie electrică cu tensiune electromotoare de 4,5 V se alimentează un bec. Știind tensiunea la bornele becului de 4 V și rezistența becului de 20Ω, determină:

a) Intensitatea curentului ce trece prin bec.

b) Numărul de electroni ce traverează secțiunea transversală a filamentului becului.

c) Tensiunea internă a bateriei.

d) Rezistența internă a bateriei.

e) Puterea electrică a becului.

f) Energia electrică consumată de bec în 20 min, atât în SI, cât și în kWh.

g) Intensitatea curentului la scurtcircuit.

Rezolvare:


  • Notăm datele problemei:

    • E = 4,5 V

    • Ub = 4 V

    • R = 20 Ω

    • I = ?


a) Scriem legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit (bornele becului) :



b) Numărul de electroni (n) ce traverează secțiunea transversală a filamentului becului în 20 min.

  • n = ?

  • t = 20 min = 20 ∙ 60 s = 1200 s

  • Scriem formula de definiție a intensității curentului electric :

  • Scoatem necunoscuta n :


c)Tensiunea internă: u = ?

  • Scriem relația dintre cele trei tensiuni ale unui circuit:

    • E = Ub + u

    • u = E – Ub = 4,5 – 4 = 0,5 V


d) Rezistența internă: r = ?

  • Scriem formula rezistenței:


e) Puterea electrică a becului: P = ?

  • P = U ∙ I = 4 ∙ 0,2 = 0,8 W

f) Energia electrică W =? J, kWh.



g) Intensitatea curentului la scurtcircuit Isc = ?


Intensitatea la scurtcircuit a crescut de 9 ori față de valoarea nominală a intensității unui bec (0,2 A) și beculețul se poate arde.

Problemă model

4) Un acumulator de 110 V alimentează un bec prin filamentul căruia trece o sarcină de 20 C timp de 10 s. Știind tensiunea internă de 10 V, determină:

a) Tensiunea la bornele becului, Ub = ?

b) Intensitatea curentului electric, I = ?

c) Rezistența becului, R = ?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • E = 110 V

    • Q = 20 C

    • t = 10 s

    • u = 10 V

a) Scriem relația dintre cele trei tensiuni electrice:

  • E = Ub + u

  • Ub = E – u = 110 – 10 = 100 V

b) Scriem formula de definiție a intensității curentului electric:



c) Scriem legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit (bornele becului):

Problemă model

5) Dacă tensiunea la bornele unui generator este U1 = 5 V, prin rezistorul R1 trece un curent de 3 A. Când unui alt rezistor R2 îi aplicăm la capete o tensiune U2 = 8 V, prin el trece un curent de 2 A. Cât este tensiunea electromotoare a sursei electrice și rezistența sa internă?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • U1 = 5 V

    • I1 = 3 A

    • U2 = 8 V

    • I1 = 2 A

    • E = ?

    • r = ?

  • Calculăm rezistențele celor două rezistoare:



  • Aplicăm legea lui Ohm pentru întreg circuitul, atât pentru I1, cât și pentru I2:
Problemă model

6) Fie o grupare serie de n1 = 6 rezistoare identice, cu valoarea R1 = 2Ω identică cu o grupare paralel de n2 rezistoare identice, cu rezistența R2 = 48Ω fiecare. Determină numărul de rezistoare, n2, grupate în paralel.


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • n1 = 6 rezistoare

    • R1 = 2Ω

    • R2 = 48Ω

    • n2 = ?

  • Calculăm rezistența echivalentă serie:


  • Calculăm rezistența echivalentă paralel:


  • Egalăm Rs cu Rp și scoatem necunoscuta n2:
Problemă model

7) Un consumator alimentat la o tensiune de 220 V, în 8h de funcționare consumă o energie electrică de 10 kWh.

a) Ce valoare are intensitatea curentului electric prin acest consumator?

b) Ce putere electrică are el?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și le transformăm în SI:

    • U = 220 V

    • t = 8 h = 8 ∙ 3600 s = 28.800 s

    • W = 10 kWh = 10 ∙ 1000 W ∙ 3600 s = 36 ∙ 106 J

a) Scriem formula energiei electrice și scoatem necunoscuta I:



b) Calculăm puterea consumatorului:

Problemă model

8) Neglijând pierderile de energie, calculați ce lucru mecanic efectuează motorul unui troleibuz, în timp de 8h, dacă curentul este de 120 A și tensiunea de 500 V. Exprimați rezultatul și în kWh.


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei și le transformăm în SI:

    • U = 500 V

    • I = 120 A

    • t = 8 h = 8 ∙ 3600 s = 28.800 s

    • L = ? J, kWh

  • Scriem formula intensității curentului electric și scoatem necunoscuta Q:



  • Scriem formula tensiunii electrice și scoatem necunoscuta L:


  • Transformăm lucrul mecanic din J în kWh, știind că 1J = 1W ∙ 1s :
Problemă model

9) Cât costă pe lună (30 de zile) consumul unui bec de 100 W, care luminează 6 h pe zi, știind că 1 kWh costă 50 de bani?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • W = ? kWh

    • Cost = ?

    • P = 100 W = 100/1000 = 1/10 kW

    • 1 kWh costă 50 bani

    • t = 8 h = 30 ∙ 6 h = 180 h

  • Calculăm energia electrică în kWh:
Problemă model

10) Ce căldură degajă un bec de 25 W în timp de 1h, știind că din energia electrică consumată 4% se transformă în energie luminoasă ?


Rezolvare:

  • Notăm datele problemei:

    • Q = ?

    • P = 25 W

    • t = 1 h = 3600 s

    • W → Lumină 4%

  • Calculăm energia electrică:



  • Calculăm căldura degajată de bec:


II.2.9. Exerciții recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

Exerciții recapitulative - Electrizare. Circuit electric simplu.

1) Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = 7 nC, respectiv q2 = 3 nC, se află la distanța de 10 cm în aer. Calculează și reprezintă forțele de interacțiune electrică.


2) Completează spațiile libere:

  • a) Curentul electric este ………………………………………. a purtătorilor de sarcină electrică printr-un circuit electric.

  • 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 ……………………


3) Ce valoare are sarcina nucleului unui atom de sulf, știind că acesta are Z=16? Se dă e = sarcină electrică elementară = 1,6 ∙ 10-19 C.


4) Pe un bec este scris 100 W și 220 V. Becul alimentat la rețeaua electrică funcționează normal. Calculează:

  • a) Sarcina electrică ce trece prin filamentul becului într-o zi în care luminează 8 ore.

  • b) Puterea becului.

  • c) Energia electrică consumată de bec într-o lună de zile (cu media de 30 de zile), cu media de funcționare de 8 ore/zi, atât în J, cât și în kWh.

  • d) Care este costul energiei electrice consumată de 5 astfel de becuri într-o locuință într-o lună de zile, cunoscând prețul unui kWh de 0,8 lei ?

  • e) Dacă am înlocui cele 5 becuri de 100 W cu becuri economice de 23 W, ce economie de bani am face într-o lună de zile ?



II.2.10. Test de autoevaluare - Electrizare. Circuit electric simplu.

Test de autoevaluare - Electrizare. Circuit electric simplu.

1) Două corpuri punctiforme, încărcate cu sarcinile q1 = 8 pC, respectiv q2 = -3 pC, se află la distanța de 20 cm în aer (constanta k= 9∙ 109 N ∙ m2/C2). Calculează și reprezintă forțele de interacțiune electrică.


2) Completează următoarele afirmații:

  • a) Electrizarea corpurilor prin frecare are loc printr-un transfer de ………………. de la un corp la altul.

  • b) Interacțiunile electrostatice sunt de două feluri :………………………………..

  • c) La electrizarea prin contact, corpul neutru se încarcă cu sarcină .................................................ca sarcina celui deja electrizat.

  • d) La electrizarea prin influență, corpul neutru se încarcă cu sarcină .............................................ca sarcina celui deja electrizat.


3) Completează în dreptul fiecărui simbol ce dispozitiv reprezintă:

a) ...................



b) ....................



c) ....................



d) ....................




4) Dă exemple de:

  • 2 surse electrice

  • 2 aparate electrocasnice care au ca piesă de bază un motor electric

  • 2 aparate electrocasnice care au ca piesă de bază un rezistor electric

  • 2 metale folosite la conductoarele de legătură.


5) Desenează schema unui circuit electric format din: acumulator electric, fier de călcat, bec, mixer și un întrerupător închis. Apoi arată pe desen sensul curentului electric.


6) Ce unități de măsură în SI au următoarele mărimi fizice:

  • Rezistența electrică

  • Intensitatea curentului electric.

  • Tensiunea electrică.

  • Puterea electrică

  • Energia electrică.


7) Ce instrumente de măsură în SI au următoarele mărimi fizice:

  • a) Intensitatea curentului electric.
  • b) Energia electrică.
  • c) Tensiunea electrică.
  • d) Puterea electrică
  • e) Rezistența electrică

8) Un bec este alimentat la o baterie pe care scrie 24 V și care are o tensiune internă de 2 V. Știind că prin bec trece un curent de 0,2 A, calculează:

  • a) Tensiunea la bornele becului.

  • b) Rezistența becului.

  • c) Intensitatea la scurtcircuit.

  • d) Energia electrică în kWh consumată de bec într-o lună de zile, știind că becul a funcționat 5 h pe zi.


Fiecare subiect are 1p, iar subiectul 8 are 2p. Din oficiu 1p.



II.2.11. Gruparea rezistoarelor.

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 dintre cele două tipuri de grupări trebuie să cunoaștem elementele unei rețele electrice (circuit ramificat).

important

O rețea electrică, oricât de complicată, este constituită din trei elemente distincte:

  • Noduri;

  • Laturi;

  • Ochiuri.

Definiție

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

Definiție

Latura de circuit este porțiunea de circuit cuprinsă între două noduri succesive, astfel încât prin elementele ei să circule același curent electric.

Definiție

Ochiul de circuit reprezintă porțiunea de circuit formată din două laturi, conectate astfel încât să formeze un contur închis.

Definiție

Un grup de rezistoare se înlocuiește cu unul singur, denumit rezistor echivalent. Rezistența acestuia reprezintă echivalentul rezistențelor respectivei grupări.



Experiment

18. Gruparea în serie a rezistoarelor


Materiale necesare: baterie electrică, rezistoare de diferite valori ( 50 Ω, 100 Ω ), fire de legătură, ampermetru, voltmetru (multimetru).

Descrierea experimentului:

  • Realizează următorul montaj legând în serie cele 2 rezistoare.
  • Aplică o tensiune de la baterie și măsoară intensitatea curentului electric, tensiunea de la capetele grupării și tensiunea pe fiecare rezistor.
  • Calculează raportul dintre tensiunea de la capetele grupării și intensitatea ce trece prin ele, adică rezistența electrică a grupării celor două rezistoare. În ce relație se află cele trei tensiuni măsurate, respectiv rezistența grupării cu rezistențele celor 2 rezistoare ?
Observaţie

Tensiunea dintre capetele grupării de rezistoare este egală în acest caz cu suma tensiunilor de la bornele celor două rezistoare.

Se observă că suma rezistențelor celor două rezistoare este egală cu rezistența grupării de rezistoare.

Concluzia experimentului:

Aplicând la capetele rezistorului echivalent aceeași tensiune ca la bornele grupării în serie, prin rezistorul echivalent circulă același curent ( I ) ca prin gruparea echivalată: U = U1 + U2 . Se poate scrie:

U1 = IR1; U2 = IR2 ; U = IRs ;

U = U1 + U2

IRs = IR1 + IR2

Rs = R1 + R2

important

Rezistoarele prin care trece același curent și care se află pe aceeași latură a unui circuit formează o grupare în serie, fiind echivalate cu rezistorul Rs .

Rezistența rezistorului echivalent serie este:



Experiment

19. Gruparea în paralel a rezistoarelor


Materiale necesare: baterie electrică, rezistoare de diferite valori (50 Ω, 100 Ω ), fire de legătură, ampermetru, voltmetru ( multimetru).

Descrierea experimentului:

  • Realizează următorul montaj legând în paralel cele două rezistoare.
  • Aplică o tensiune de la baterie și măsoară intensitatea curentului electric ce trece atât prin fiecare rezistor, cât și prin circuitul cu sursa.
  • Măsoară tensiunea electrică de la capetele grupării și tensiunea pe fiecare rezistor.
  • Calculează rapoartele dintre intensitate și tensiune (adică inversele rezistențelor electrice dintre punctele de măsurare) pentru fiecare dintre cele trei măsurători.
  • În ce relație se află cele trei intensități măsurate? Dar cele trei tensiuni măsurate?
Observaţie

Suma inverselor celor două rezistențe este egală cu inversul rezistenței circuitului. Intensitatea curentului ce intră în grupare este egală cu suma intensităților curenților ce trec prin cele două rezistoare, iar tensiunile măsurate sunt egale.

Concluzia experimentului:

Aplicând la capetele rezistorului echivalent aceeași tensiune ca la bornele grupării în paralel, pe rezistorul echivalent va cădea aceeași tensiune ca pe fiecare dintre rezistoarele din grupare: U = U1 = U2.

Se poate scrie:

Simplificând pe U de la numărător obținem formula rezistenței echivalente paralel.

important

Rezistoarele care se află pe laturi diferite între aceleași două noduri ale unui circuit, având aceeași tensiune la capete formează o grupare în paralel, fiind echivalate cu rezistorul Rp.

Rezistența rezistorului echivalent paralel este:


Problemă model

1. Determină rezistenţa echivalentă a rezistoarelor din următoarea grupare mixtă :



Rezolvare:

  • Se notează pe rețea toate nodurile cu litere mari.

  • Mergem pe conturul circuitului de la un nod la altul și echivalăm grupările de rezistoare cu rezistoarele echivalente, serie sau paralel.

  • Între nodul A și B avem 2 rezistoare pe aceeași latură, deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs1.

  • Între nodul B și C avem 2 rezistoare pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp1.

  • Între nodul A și E avem 1 rezistor pe care îl copiem.

  • Între nodul E și F avem 2 rezistoare pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp2.



  • Calculăm rezistențele echivalente :


  • Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare :

    • Între nodul A și D, pe latura de sus, avem 2 rezistoare pe aceeași latură (Rs1 cu Rp1), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs2 .

    • Între nodul A și D, pe latura din mijloc, avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R5 cu Rp2), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs3 .



  • Calculăm rezistențele echivalente:

    • Rs2 = Rs1 + Rp1 = 25 + 4 = 29Ω

    • Rs3 = R5 + Rp2 = 2 + 6 = 8Ω

  • Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

    • Între nodul A și D avem 2 rezistoare pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp3.


  • Calculăm rezistența echivalentă:




II.2.12. Extindere: Teoremele lui Kirchhoff.

Cum se rezolvă o problemă cu rețea electrică :

  • Notează cu litere mari nodurile rețelei (punctele unde se intersectează și se ating cel puțin trei conductori).

  • Notează laturile rețelei (porțiunile de circuit dintre două noduri succesive, prin care trece un singur curent). Stabilește arbitrar (cum dorești tu) câte un sens pentru fiecare curent și notează-i cu simboluri cu indici (I1, I2, ... etc). Ai grijă ca unii să intre în nod (vârful săgeții spre nod) și alții să iasă din nod (vârful săgeții opus nodului).

  • Notează ochiurile simple ale rețelei (porțiunile de circuit care au un contur închis și formate din două laturi). Stabilește arbitrar (cum dorești tu) câte un sens de parcurs pentru fiecare ochi.

Definiție

Prima teoremă a lui Kirchhoff :

“Suma algebrică a intensităților curenților care se întâlnesc într-un nod de circuit este nulă“.

unde intensitățile Ik pot fi pozitive sau negative, în funcție de modul în care trece curentul prin nod (intră în nod sau iese din nod).

O altă modalitate de enunțare a primei teoreme a lui Kirchhoff :

“Suma algebrică a intensităților curenților care intră într-un nod de circuit este egală cu suma intensităților curenților care ies din nodul de rețea“.

Pentru n = nr. noduri, se scriu (n-1) ecuații cu prima teoremă a lui Kirchhoff, aplicată nodurilor de rețea.

De exemplu pentru nodul A aplicăm Teorema I a lui Kirchhoff:

I1 + I2 + I4 = I3 + I5

Definiție

A doua teoremă a lui Kirchhoff:

“Suma algebrică a tensiunilor electromotoare pentru un ochi de circuit este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acel ochi de circuit“.

unde termenii sumelor pot fi pozitivi sau negativi, în funcție de sensul tensiunii sau al intensității în raport cu sensul ales arbitrar pentru ochiul considerat.

Pentru m = nr. ochiuri simple, se scriu m ecuații cu a doua teoremă a lui Kirchhoff.




Problemă model

1. Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat:

Rezolvare:

  • Notăm cu litere mari nodurile rețelei (A și B).

  • Notăm laturile rețelei, stabilim arbitrar sensurile curenților de pe fiecare latură:

    • AE1B (I1)

    • AE2B (I2)

    • AR3B (I3)

  • Notăm ochiurile simple ale rețelei. Stabilim arbitrar (cum dorim) câte un sens de parcurs pentru fiecare ochi (orar sau antiorar).


  • Aplicăm prima teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a intensităților curenților care intră într-un nod de circuit este egală cu suma intensităților curenților care ies din nodul respectiv“.

  • Pentru n = nr. noduri, se scriu (n-1) ecuații cu prima teoremă a lui Kirchhoff, aplicată nodurilor de rețea, deci pentru un singur nod:

    • I1 + I2 = I3

  • Aplicăm a doua teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a tensiunilor electromotoare pentru un ochi de circuit este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acel ochi de circuit“, pentru două ochiuri simple:


  • Facem un sistem de 3 ecuații și cu cele trei necunoscute I1, I2, I3


  • Înlocuim datele numerice:


  • Scoatem pe I1 din prima ecuație: I1 = I3 – I2 și îl înlocuim în a doua ecuație


  • Se înlocuiește I2 într-o ecuație cu I3:


  • Din prima ecuație îl aflăm pe I1:




II.2.13. Gruparea generatoarelor identice (studiu experimental)

Prin gruparea mai multor surse se obține o „sursă echivalentă“ cu o tensiune electromotoare echivalentă și o rezistență internă echivalentă.

Experiment

20. Cum determinăm rezistența internă a unei baterii


Materiale necesare: baterie electrice, bec, fire de legătură, ampermetru, voltmetru ( multimetru).

Descrierea experimentului:

  • Realizează următorul montaj legând în paralel bornele voltmetrului la bornele bateriei, pentru a-i determina tensiunea electromotoare , E. ( pentru o baterie nouă apare înscrisă pe baterie ).
  • Realizează circuitul din următorul montaj și notează indicațiile ampermetrului ( I ) și voltmetrului ( U ).
  • Calculează rezistența internă a bateriei aplicând Legea lui Ohm pentru întreg circuitul :

Concluzia experimentului:

Obținem:


Experiment

21. Gruparea în serie a generatoarelor


Materiale necesare: două baterii cu parametrii determinați în montajul anterior, un voltmetru, fire de legătură.

Descrierea experimentului:

  • Măsoară, pe rând, tensiunea electromotoare a fiecărei baterii, legând în paralel voltmetrul la bornele bateriei. Notează-le cu E1, E2.

  • Grupează două baterii în serie, legând borna plus a uneia la borna minus a celeilalte.

  • Măsoară tensiunea electromotoare a grupării, ES (la mers în gol - fără să fie conectate în circuit).

  • Compară Es cu E1 + E2.

Concluzia experimentului:

Tensiunea electromotoare echivalentă este suma tensiunilor electromotoare ale bateriilor din grupare.

Teorema a doua a lui Kirchhoff pentru circuitul analizat este:

Obținem legea lui Ohm pentru întregul circuit:

important

Pentru o grupare în serie de n surse identice: tensiunea electromotoare a grupării serie de generatoare electrice:

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice:

Dacă avem mai multe baterii la dispoziție și avem nevoie de o tensiune mai mare decât a unei baterii, grupăm în serie bateriile.


Experiment

22. 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 modeda 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 ca și celelalte baterii, prin transformarea energiei chimice a reacțiilor care au loc între cele două metale diferite și sucul de lămâie în energie electrică.

Prin legarea mai multor baterii în serie crește tensiunea electromotoare a grupării respective.


Experiment

23. Gruparea în paralel a generatoarelor


Materiale necesare: două baterii cu parametrii determinați în montajul anterior, un voltmetru, fire de legătură.

Descrierea experimentului:

  • Măsoară, pe rând, tensiunea electromotoare a fiecărei baterii, legând în paralel voltmetrul la bornele bateriei. Notează-le cu E1, E2.

  • Grupează două baterii în paralel, legând borna plus a uneia la borna plus a celeilalte și borna minus a uneia la borna minus a celeilalte.

  • Măsoară tensiunea electromotoare la bornele grupării paralel la mers în gol, Ep .

Concluzia experimentului:

Pentru cazul particular în care cele două surse sunt identice se obține:

Ep = E1 = E2

important

Pentru o grupare în paralel de n surse identice: tensiunea electromotoare a grupării paralel de generatoare electrice:

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice :

Dacă avem nevoie de un curent de o intensitate mai mare pentru un anumit circuit, grupăm bateriile în paralel.

Temă
  1. Privește telecomanda din poza de mai jos și spune cum sunt legate bateriile electrice ?


II.2.14. Legea lui Joule. Efectul electrotermic.

Definiție

Efectul electrotermic (efectul termic al curentului electric) constă în încălzirea unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

Aplicații

Cel mai cunoscut aparat care se bazează pe efectul electrotermic este becul electric care a fost inventat în 1878 de către inventatorul american, Thomas Edison.

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.


Experiment

24. Efectul electrotermic.


Materiale necesare: o baterie, un bec de lanternă, sârmă de cupru, fire de legătură.

Descrierea experimentului:

  • Realizează un circuit simplu format dintr-o baterie, bec, o sârmă de cupru, fire de legătură.

  • Închide circuitul și lasă să treacă curentul electric prin circuit, câteva minute.

  • Privește filamentul becului și atinge cu mâna sârma.

  • Ce observi ?

Observație

Sârma de cupru s-a încălzit foarte puțin, iar filamentul becului s-a încălzit foarte mult, chiar până la incandescență ( s-a înroșit).

Concluzia experimentului:

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

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

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

Aplicații

Siguranţa fuzibilă protejează aparatele electrice din instalaţiile electrice împotriva supracurenţilor care apar în reţea, mai ales la producerea unui scurtcircuit. Ea joacă rol de întrerupător electric când apar curenţi cu intensităţi foarte mari în circuit. Fiind confecţionată dintr-un fir foarte subţire din argint sau cupru, ea are o rezistenţă mare comparativ cu restul aparatelor (rezistenţa unui conductor este invers proporţională cu grosimea acestuia). Când supracurenţii trec prin reţeaua electrică, firul siguranţei se topeşte şi întrerupe trecerea acestora prin aparate (care altfel, le-ar arde). Siguranţa arsă se înlocuieşte cu alta nouă (cumpărată din comerţ), după ce s-a înlăturat cauza care a produs scurtcircuitul.

Alte aplicații ale efectului electrotermic sunt aparatele cu rezistor. De exemplu fierul de călcat are un conductor dintr-un aliaj de crom – nichel spiralat, care traversat de curent electric se încălzeşte până la o temperatură de 700°C. El este plasat în interiorul carcasei metalice. Căldura degajată este transmisă tălpii metalice pentru netezirea rufelor.

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.

Definiție

Legea lui Joule:

Căldura disipată (Q) de o porțiune de circuit cu rezistența electrică R este direct proporțională cu pătratul intensității curentului ( I2 ) care parcurge acea porțiune, cu rezistența ei ( R ) și cu durata trecerii curentului ( Δt ).

unde,

R este rezistența electrică,

I este intensitatea curentului electric,

Δt este intervalul de timp.

Energia transferată conductorului de rezistență R este transmisă de către acesta mediului înconjurător sub formă de căldură ( energie termică ). Electonii liberi în mișcare se ciocnesc cu ionii rețelei metalice ai conductorului, astfel agitația termică se intensifică ducând la creșterea temperaturii și încălzirea conductorului.


Experiment

25. Legea lui Joule


Materiale necesare: o baterie, calorimetru cu sârmă de nichelină și termometru , fire de legătură, pahar gradat, cronometru.

Descrierea experimentului:

  • Măsoară o anumită cantitate de apă (0,1 kg) și pune-o în calorimetru.

  • Măsoară temperatura apei.

  • Pune capacul calorimetrului cu sârma de nichelină în apă.

  • Leagă o baterie la bornele conductorului de nichelină și pornește cronometrul.

  • Așteaptă până crește temperatura apei cu câteva grade ( 3°C), și oprește cronometrul.

  • Calculează căldura degajată de conductorul de nichelină, la trecerea curentului electric prin el.

Observație

Q = R ∙ I2 ∙ Δt = m ∙ c ∙ ΔT

Q = 0,1 ∙ 4185 ∙ 3 = 1255,5 J

Concluzia experimentului:

Știind I = 0,02 A și Δt = 12 min = 720 s, află rezistența rezistorului.



II.2.15. Extindere: Efectul chimic al curentului electric. Electroliza.

Trecerea curentului electric prin soluţiile de electroliţi determină fenomene chimice la electrozi, numite efecte electrochimice.

Definiție

Efectul electrochimic (electroliza) constă în degajări de gaze şi depuneri de substanţe la cei doi electrozi legați la o baterie atunci când curentul electric trece prin soluţiile sau topiturile de electroliţi.

Definiție

Electrolitul este o substanță care, dizolvată sau topită, permite trecerea curentului electric prin ea. Ca exemple de electroliți avem sărurile, acizii și bazele.

Definiție

Fenomenul fizic în care un electrolit se descompune în ioni la dizolvarea în apă se numește disociație electrolitică.

important

În urma disocierii electrolitice, ionii formați au o mișcare dezordonată .

La introducerea a doi electrozi legați la o sursă electrică, ionii din soluție încep să se miște ordonat și să se deplaseze către electrodul de semn opus lor, adică trece curentul electric prin soluție.

Odată ajunși la electrozi, au loc reacții chimice , adică ionii se neutralizează, devenind atomi sau molecule.

Vom exemplifica pe clorura de cupru II (CuCl2).





Trecerea curentului electric prin soluţiile de electroliţi determină fenomene chimice la electrozi, numite efecte electrochimice.

Deci efectul electrochimic (electroliza) unei soluții de clorură cuprică constă în degajări de gaze (Cl2) şi depuneri de substanţe (Cu) la trecerea curentului prin soluţiile sau topiturile de electroliţi.


Experiment

26. Electroliza sării de bucătărie


Materiale necesare: sursă de alimentare (baterie electrică de 9V sau alimentator), bec 3,5V, electrozi de grafit (mine mai groase de creion mecanic - se pot procura de la o baterie de 4,5V uzată), suport electrozi confecţionat din carton , conductoare de legătură, apă (de preferat, distilată), sare de bucătărie, linguriţă şi pahar.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Fixează electrozii de grafit în suport, pune apă în pahar şi aşază suportul pe pahar.

  • Realizează un circuit serie legând un electrod la o bornă a bateriei, celălalt electrod la o bornă a becului şi cu cealaltă bornă a becului închide circuitul la a doua bornă a bateriei.

  • Introdu electrozii în apă.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 1)

Becul nu se aprinde.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Scoate cartonul cu electrozi şi toarnă în apa din pahar o lingură cu sare de bucătărie (amestecând-o ) şi repetă experimentul, lăsând circa cinci minute să treacă curentul prin saramură.

  • Ce observi?

Observație (Partea 2)

Becul se aprinde. La electrodul legat la borna pozitivă(+) a bateriei (anod), se simte mirosul specific al clorului.

Concluzia experimentului:

Apa pură (distilată) este izolatoare electrică.

Apa în care se dizolvă săruri devine conductoare electrică.

Soluţiile (sau topiturile) de săruri, acizi sau baze se numesc electroliţi.

La această electroliză, ionul negativ de clor din soluţie s-a deplasat către anod, unde s-a neutralizat.

Un atom de clor s-a unit cu altul, rezultând molecula de Cl2, adică binecunoscutul gaz clor, cu mirosul lui specific.

La catod, s-a neutralizat ionul de sodiu. Atomul de sodiu, fiind foarte reactiv, s-a combinat cu apa din soluţie, dând hidroxidul de sodiu (dacă ai picura fenolftaleină în pahar, soluţia s-ar înroşi imediat).


Experiment

27. Electroliza iodurii de potasiu


Materiale necesare: sursă de alimentare (baterie electrică de 9V sau alimentator), electrozi de grafit (mine mai groase de creion mecanic sau se pot procura de la o baterie de 4,5V uzată) , suport electrozi confecţionat din carton , conductoare de legătură, apă , iodură de potasiu, linguriţă şi pahar.

Descrierea experimentului:

  • Dizolvă iodura de potasiu în apă.

  • Fixează electrozii de grafit în suport, pune soluția în pahar şi aşază suportul pe pahar.

  • Leagă un electrod la o bornă a bateriei și celălalt electrod la cealaltă bornă a bateriei.

  • Introdu electrozii în soluție.

  • Ce observi ?

Observație

La catod apare o colorație maronie.

Concluzia experimentului:

La catod se obține iod, la anod se degajă hidrogen și în soluție se formează hidroxid de potasiu.


Experiment

28. Electroliza azotatului de sodiu


Materiale necesare: sursă de alimentare (baterie electrică sau alimentator), conductoare de legătură, apă , azotat de sodiu, fenolftaleină, linguriţă, hârtie de filtru pahar.

Descrierea experimentului:

  • Dizolvă azotatul de sodiu în apă și adaugă câteva picături de fenolftaleină.

  • Impregnează o hârtie de filtru cu această soluție.

  • Leagă firele la bornele bateriei.

  • Atinge capetele firelor de hârtia impregnată cu soluție.

  • Ce observi?

Observație

La firul legat la borna negativă apare o colorație roșu-carmin.

Concluzia experimentului:

La catod se concentrează ionii pozitivi de sodiu care cu apa formează hidroxidul de sodiu. Fenolftaleina în mediu bazic se înroșește.


Experiment

29. Cum determini borna negativă a unei baterii cu ajutorul turmericului


Materiale necesare: sursă de alimentare (baterie electrică sau alimentator), conductoare de legătură, apă, alcool 96 %, turmeric ( curcumină ) pulbere sau pastilă, linguriţă, 2 pahare, hârtie de filtru (sugativă), pâlnie, sare de bucătărie.

Descrierea experimentului:

  • Dizolvă turmericul în alcool și filtrează.

  • Adaugă câteva picături din această soluție portocalie într-o soluție de sare de bucătărie.

  • Impregnează o hârtie de filtru cu această soluție.

  • Leagă firele la bornele bateriei.

  • Atinge capetele firelor de hârtia impregnată cu soluție.

  • Ce observi ?

Observație

La firul legat la borna negativă apare o colorație maronie.

Concluzia experimentului:

La catod se concentrează ionii pozitivi de sodiu care cu apa formează hidroxidul de sodiu. Curcumina în mediu bazic se maronește.


Experiment

30. Rafinarea (purificarea) cuprului.


Materiale necesare: alimentator (baterie de 9V), 2 electrozi de cupru (sârmă mai groasă), carton folosit ca suport pentru electrozi, soluţie de sulfat de cupru (piatra vânătă-se găseşte la chimicale pentru stropit viţa-de-vie), pahar sau borcan, conductoare de legătură.

warning

Atenție ! Piatra vânătă este toxică ! Nu o atinge și nu o gusta.

Descrierea experimentului:

  • Taie un disc de carton cât gura paharului.

  • Leagă cei doi electrozi la bornele bateriei şi introdu-i în paharul cu soluţie de sulfat de cupru.

  • Lasă să treacă curentul electric prin soluţie timp de cel puţin 5-10 min. şi observă suprafaţa catodului (electrodul legat la polul negativ al bateriei).

  • Ce observi ?

Observație

Pe suprafaţa catodului s-a depus un strat subţire roşiatic de cupru.

Concluzia experimentului:

Acest experiment arată una din aplicaţiile electrolizei, foarte importantă în tehnică, şi-anume rafinarea metalelor care, numai pe cale electrolitică, permite obţinerea metalelor cu cea mai înaltă puritate (99,99% ). Ionii pozitivi de cupru din soluţie se neutralizează la catod. Cuprul depus pe catod se înegreşte repede la contactul cu aerul atmosferic, deoarece se oxidează (oxidul de cupru este negru). Anodul, confecţionat din cupru, se consumă.


Experiment

31. Argintarea electrochimică


Materiale necesare: alimentator (baterie de 9V), 1 electrod de cupru (sârmă mai groasă), 1 electrod de argint, carton folosit ca suport pentru electrozi, soluţie de azotat de argint, pahar sau borcan, conductoare de legătură

warning

Acest experiment se efectuează numai de către profesori!

Atenție! Azotatul de argint este toxic și caustic !

Descrierea experimentului:

  • Taie un disc de carton cât gura paharului.

  • Leagă electrodul de cupru la catod ( borna negativă a bateriei ) și obiectul de argint la anod ( borna pozitivă a bateriei ).

  • Introdu cei doi electrozi în paharul cu soluţie de azotat de argint.

  • Lasă să treacă curentul electric prin soluţie timp de cel puţin 5-10 min. şi observă suprafaţa catodului (electrodul legat la polul negativ al bateriei).

  • Ce observi ?
Observație

Pe suprafaţa catodului de cupru s-a depus un strat subţire de argint.

Concluzia experimentului:

Ionii de argint din soluție se neutralizează la catod, depunându-se sub formă metalică. Prin această metodă se acoperă unele metale cu alte metale care nu se oxidează în aerul atmosferic (argintare, aurire, nichelare, cromare etc.).


Experiment

32. Galvanoplastia


Materiale necesare: alimentator (baterie de 9V), 2 electrozi de cupru (sârmă mai groasă), carton folosit ca suport pentru electrozi, soluţie de sulfat de cupru, pahar sau borcan, conductoare de legătură, ceară, grafit pulbere (obținută prin fărâmițarea minelor de creion).

warning

Atenție ! Piatra vânătă este toxică ! Nu o atinge și nu o gusta.

Descrierea experimentului:

  • Taie un disc de carton cât gura paharului.

  • Modelează din ceară o figurină.

  • Tăvălește figurina prin pulberea de grafit petru a deveni conductoare

  • Agață figurina de o sârmă de cupru și leagă acest electrod la catod (borna negativă a bateriei)

  • Leagă celălalt electrod de cupru la anod ( borna pozitivă a bateriei ) .

  • Introdu cei doi electrozi în paharul cu soluţie de sulfat de cupru.

  • Lasă să treacă curentul electric prin soluţie timp de cel puţin 30 min. şi observă suprafaţa figurine agățată la catod (electrodul legat la polul negativ al bateriei).

  • Ce observi ?
Observație

Pe suprafaţa figurinei de ceară impregnată cu grafit s-a depus un strat subţire de cupru.

Concluzia experimentului:

Operația de reproducere a unor obiecte prin electroliză se numește galvanoplastie. Obiectul ce trebuie reprodus se așază întotdeauna la catod iar metalul cu care se acoperă mulajul se așază la anod.

Aplicații

Electroliza are foarte multe aplicații:

1) Obținerea unor substanțe pe cale electrolitică: aluminiu, sodiu, magneziu, oxigen, hidrogen, clor, sodă caustică (NaOH) etc.

2) Rafinarea (purificarea) metalelor obținându-se metale de cea mai înaltă puritate.

3) Galvanostegia constă în adică acoperirea unui obiect metalic cu un strat subţire dintr-un alt metal depus prin electroliză: aurire, argintare, cromare, nichelare, zincarea etc. De exemplu medaliile de aur câștigate de olimpici nu sunt din aur, ci din argint placat cu aur. La catod se așază metalul care trebuie acoperit, iar la anod metalul cu care dorim să acoperim.

4) Galvanoplastia constă în reproducerea în relief a unor obiecte. Mulajul obiectului se face din ceară impregnată cu grafit pentru a deveni conductoare și se așază la catod, iar la anod se pune metalul cu care se face reproducerea.



II.2.16. Extindere: Transferul de putere într-un circuit electric simplu de curent continuu.

Ce este o etichetă energetică? Eticheta energetică ilustrează, prin culori, săgeți sau literele alfabetului, eficiența energetică a unui aparat electric de uz casnic.

Etichetele energetice arată unde se situează aparatele electrocasnice pe care le comercializați sau produceți pe o scară de la A la G, în funcție de consumul lor de energie. Clasa A (verde) este cea mai eficientă din punct de vedere energetic și clasa G (roșu) cel mai puțin eficientă. În prezent dat fiind faptul că majoritatea aparatelor electrice de un anumit tip sunt clasa A, au fost adăugate și alte 3 clase: A+, A++ și A+++.

Etichetele energetice le permit consumatorilor să economisească bani alegând produse care consumă mai puțină energie. Etichetele pot să încurajeze întreprinderile să creeze și să investească în proiectarea eficientă din punct de vedere energetic a produselor.

Un aparat electrocasnic din clasa energetică A++ consumă jumătate faţă de unul din clasa B. Alegerea unei maşini de spălat rufe de uz casnic de clasa A în locul uneia de clasa C conduce la o economie anuală de energie de până la 110 kWh/an. De exemplu pornind de la clasa energetică A spre clasa de eficientă G, se constată un consum de energie scăzut de la o clasa energetică la următoarea în ordine succesivă astfel: consumul energetic al unui aparat clasa A faţă de cel al unui aparat clasa D este cu 74% mai mic, reprezentând o economie anuală de 156 kWh/an; consumul energetic al unui aparat clasa B faţă de cel al unui aparat clasa D este cu 75% mai mic, reprezentând o economie anuală 104 kWh/an, consumul energetic al unui aparat clasa C faţă de cel al unui aparat clasa D este cu 90% mai mic, reprezentând o economie anuală de 51 kWh/an.

Când transferul de putere de la o sursă electrică, de rezistență internă r și tensiune electromotoare E, la un aparat de rezistență R este maxim ?

Puterea transmisă de către sursă aparatului este :

important

S-a constatat că puterea transmisă de către sursă aparatului electric este maximă atunci când rezistența aparatului (R) este egală cu rezistența internă a sursei (r).



II.3. Efectul magnetic al curentului electric

II.3.1. Studiul experimental (calitativ) al efectului magnetic. Electromagneţi.

Până în 1820 electricitatea şi magnetismul au fost două domenii ale fizicii strict separate. Însă experimentul celebru al fizicianului danez Hans Christian Oersted (1777-1851) a stabilit prima legătură între electricitate şi magnetism, demonstrând că în jurul unui conductor parcurs de curent electric apare un câmp magnetic. Astfel a luat naştere un nou domeniu al fizicii: electromagnetismul.

Ampère demonstrează proprietăţile magnetice ale unui solenoid.

Definiție

Efectul electromagnetic constă în apariția unui câmp magnetic în jurul unui conductor parcurs de curent electric.


Experiment

33. Efectul electromagnetic al unui conductor liniar


Materiale necesare: baterie (de 4,5V sau de 9V), o sârmă de cupru sau aluminiu dezizolată şi busolă sau ac magnetic plutitor (un smartphone cu senzor magnetic şi aplicaţie software de tip busolă sau ac magnetic ).

Descrierea experimentului:

  • Lasă acul magnetic ( ac magnetizat pe un magnet și pus pe o foiță de celofan pe apă ) să se orienteze spre polii Pământului, până rămâne nemișcat.

  • Leagă capetele conductorului la polii bateriei și plimbă conductorul (prin care trece curent electric) pe deasupra acului magnetic, având grijă să nu-l atingi.

  • Ce observi ?

Observație

Conductorul prin care trece curent electric deviază acul magnetic de la direcţia N.G.-S.G. a Pământului.

Concluzia experimentului:

În jurul conductorului parcurs de curent electric apare un câmp magnetic, care deviază ușor acul magnetic.


Experiment

34. Efectul electromagnetic al unei bobine


Materiale necesare: carton (10cm. cu 5cm.), sârmă de cupru (1,5m.- 2m.) izolată sau dezizolată, baterie (4,5V sau 9V), bandă adezivă, busolă sau ac magnetic plutitor.

Descrierea experimentului:

  • Confecţionează un cilindru de carton cu diametrul de 2-3cm.

  • Înfăşoară sârma de cupru, spiră lângă spiră, pe toată lungimea tubului, în acelaşi sens şi scoate capetele sârmei prin interiorul tubului pentru a nu se desface înfăşurarea. Ai obținut o bobină prin înfășurarea conductorului de cupru pe un suport izolator.

  • Capetele conductorului acestei bobine le legi la bornele bateriei.

  • Cu un capăt al bobinei parcursă de curent electric te plimbi pe deasupra acului magnetic plutitor

  • Ce observi ?

Observație

Acul magnetic este deviat considerabil de la direcţia N.G - S.G. a Pământului de capătul bobinei.

Concluzia experimentului:

În jurul bobinei parcursă de curent electric apare un câmp magnetic astfel încât, bobina se comportă ca un magnet, având la cele două capete cei doi poli magnetici.

Capătul bobinei care se atrage cu N acului magnetic este polul sud al bobinei, iar capătul bobinei care se atrage cu S acului magnetic este polul nord al bobinei.

Inversând legarea bornelor bobinei la polii bateriei, polii magnetici ai săi se inversează și ei.


Experiment

35. Efectul electromagnetic al unui electromagnet


Materiale necesare: Materiale necesare: bobina de la experimentul anterior, cui sau şurub mai mare, obiecte mici de fier (cuie, ace, agrafe de birou), baterie.

warning

Atenție să nu înțepi în ace sau cuie!

Descrierea experimentului:

  • Introdu în mijlocul bobinei o bară de fier (cui, şurub) ale cărei capete să iasă în afara suportului bobinei. Ai obţinut un electromagnet. Electromagnetul se mai poate obţine şi prin înfăşurarea unei sârme de cupru sau aluminiu direct pe un cui sau şurub.

  • Leagă capetele bobinei la baterie;

  • Apropie miezul de fier al electromagnetului de o grămăjoară de cuie.

  • Ce observi ?

Observație

Miezul electromagnetului atrage obiectele de fier.

Concluzia experimentului:

Câmpul magnetic din jurul electromagnetului este mult mai intens decât cel din jurul unui conductor liniar sau bobine parcurse de curent electric.

Electromagnetul atrage obiecte de fier.


Temă
  1. Priveşte cu atenţie imaginile ce urmează şi descoperă ce efect al curentului electric corespunde fiecăreia.

Efectul:

.........................................



..........................................



..........................................

Definiție

Câmpul magnetic este o formă a materiei, care se manifestă prin acțiunea asupra acului magnetic sau asupra conductoarelor parcurse de curent electric.

important

Pentru reprezentarea intuitivă a câmpului magnetic, la fel ca şi 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 sau de forma conductorului prin care trece curent electric.

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.



important

Liniile de câmp magnetic ale unui conductor liniar parcurs de curent sunt cercuri concentrice în jurul curentului şi sunt într-un plan perpendicular pe acesta. Sensul lor poate fi determinat cu regula mâinii drepte: înfășurăm conductorul cu cele patru degete astfel încât degetul mare întins lateral să arate sensul sensul curentului electric ( de la plus la minus ) prin conductor. Cele patru degete vor da sensul liniilor de câmp magnetic.

important

Câmpul magnetic produs de un curent electric depinde de intensitatea curentului electric, dar şi de sensul acestuia.

important

Liniile de câmp magnetic ale unei bobine ale cărei spire sunt străbătute de un curent electric este similară cu un magnet în formă de bară din punct de vedere al distribuţiei liniilor de câmp magnetic.

Sensul lor poate fi determinat cu regula mâinii drepte: înfășurăm bobina cu cele patru degete în sensul curentului electric ( de la plus la minus ), iar degetul mare întins lateral arată sensul sensul liniilor de câmp magnetic.


Experiment

36. Spectrul magnetic al unui solenoid


Materiale necesare:

Materiale necesare: solenoid (bobina cu un singur rând de spire), fire de legătură baterie, busolă.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Pune la un capăt al solenoidului busola.

  • Leagă bateria la bornele solenoidului

  • Ce observi ?

Observație (Partea 1)

Capătul solenoidului atrage sudul acului magnetic.

Concluzia experimentului (Partea 1):

Solenoidul parcurs de curent electric se comportă ca un magnet, având la capete cei doi poli magnetici, nord și sud.

Capătul solenoidului care a atras polul sud al acului, reprezintă polul nord al solenoidului.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Schimbă polaritatea bornelor bateriei la solenoid

  • Ce observi ?

Observație (Partea 2)

Capătul solenoidului atrage nordul acului magnetic.

Concluzia experimentului (Partea 2):

Capătul solenoidului care a atras polul nord al acului, reprezintă polul sud al solenoidului.

Prin schimbarea sensului curentului prin bobină, se schimbă și poli magnetici ai acesteia.


Definiție

Mărimea fizică vectorială care caracterizează un câmp magnetic din punct de vedere al intensității interacției sale cu conductor parcurs de curent electric aflat în acel câmp se numeşte inducţia câmpului magnetic (notată cu B)

important

În orice punct din câmp, inducția magnetică este un vector tangent la linia de câmp magnetic în planul acesteia și are sensul liniei de câmp.

Unitatea de măsură în SI este:

Pentru caracterizarea câmpului magnetic este necesar ca pe lângă inducția magnetică care este o mărime care depinde și de proprietățile mediului, să se introducă o altă mărime fizică numită intensitatea câmpului magnetic, notată cu H.

Relația dintre cele două mărimi este B = μ • H = μ0 • μr • H

μ = permeabilitatea magnetică absolută, ce caracterizează proprietățile magnetice ale unui mediu

μo = 4π • 10-7 = permeabilitatea magnetică a vidului.


Experiment

37. Inducția magnetică a unei bobine


Materiale necesare:

Materiale necesare: 2 bobine cu număr de spire diferit și aceeași lungime, o bobină cu același număr de spire și mai scurtă decât celelalte două, fire de legătură, 2baterii de 3V, aplicație software care măsoară inducția magnetică, descărcată gratuit, pe un smartphone din magazinele online.

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Apropie de aplicația de pe telefon bobina cu lungime mare și nunmăr de spire mic, alimentată la o baterie de 3V.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 1)

Aplicația indică o inducție magnetică de 22 μT, 22 microtesla = 22/1000000 T.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Apropie de aplicație bobina cu lungime mare și cu număr de spire mai mare, alimentată la o baterie de 3V.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 2)

Aplicația indică o inducție magnetică de 26 μT.

Descrierea experimentului (Partea 3):

  • Apropie de aplicație bobina cu lungime mică și cu număr de spire mare, alimentată la o baterie de 3V.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 3)

Aplicația indică o inducție magnetică de 30 μT.

Descrierea experimentului (Partea 4):

  • Apropie de busolă sau de aplicație bobina cu lungime mare și cu număr de spire mare, alimentată la o baterie de 6V.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 4)

Aplicația indică o inducție magnetică de 29 μT.


important

Câmpul magnetic al bobinei (inducția magnetică) este cu atât mai intens cu cât:

  • intensitatea curentului electric prin spirele bobinei este mai mare

  • cu cât numărul de spire al bobinei este mai mare

  • cu cât lungimea bobinei este mai mică.


Experiment

38. Forța de atracție a unui electromagnet


Materiale necesare:

Materiale necesare: 2 bobine cu număr de spire diferit și aceeași lungime, fire de legătură, 2baterii de 3V, ace de gamălie (agrafe de birou).

warning

Atenție să nu înțepi în ace!

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Apropie de ace bobina cu număr de spire mic, alimentată la o baterie de 3V .

  • Ce observi ?

Observație (Partea 1)

Bobina atrage un anumit număr de ace (18 ace).

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Apropie de ace bobina cu număr de spire mare, alimentată la o baterie de 3V.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 2)

Bobina atrage mai multe ace (20 ace), când are mai multe spire și aceeași lungime.

Descrierea experimentului (Partea 3):

  • Apropie de ace bobina cu număr de spire mic, alimentată la o baterie de 6V.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 3)

Bobina atrage mai multe ace (20 ace), când este traversată de un curent de intensitate mai mare.

important

Forţa de atracţie exercitată de electromagnet asupra obiectelor de fier, depinde direct proporțional de câmpul magnetic produs de bobina electromagnetului parcursă de curent electric și , implicit, de inducția magnetică a acesteia.

Forţa de atracţie exercitată de electromagnet asupra obiectelor de fier este cu atât mai mare cu cât:

  • intensitatea curentului electric, prin spirele bobinei, este mai mare;

  • cu cât numărul de spire al bobinei este mai mare;

  • cu cât lungimea bobinei este mai mică;

  • cu cât aria secțiunii bobinei este mai mare;

  • forma miezului de fier: ea crește de la miezul de fier sub formă de bară, apoi potcoavă (U), fiind cea mai mare la miezul de fier închis.

unde B este inducţia câmpului magnetic produs de electromagnet, S este aria secţiunii bobinei electromagnetului, iar μ0 este permeabilitatea magnetică a vidului.



Aplicațiile electromagneților

1) Macaraua electromagnetică se folosește în industria metalurgică, la transportarea pieselor de fier și mai ales la încărcarea fierului vechi în cuptoarele de topit din cadrul fabricilor de oțeluri. Acestea sunt formate dintr-un electromagnet foarte puternic purtat de către o macara mecanică. Electromagnetul folosit are de obicei formă de clopot. Bobina lui are un număr de spire foarte mare, iar curentul ce trece prin electromagnetul macaralei are o intensitate mare.



2) Soneria electrică are ca părți principale:

  • Un electromagnet;

  • O lamă elastică din oțel cu un ciocănaș la capăt;

  • Clopotul de sonerie ;

  • Un buton.

Iată cum funcționează soneria: dacă apăsăm butonul soneriei, trece curent prin bobina electromagnetului care atrage lamela de oțel(aliaj al fierului). Aceasta are la capăt un ciocănaș care lovește clopotul de sonerie producând un sunet.



3) Releul electromagnetic este un dispozitiv care comandă închiderea și deschiderea unui circuit de la distanță, ca un comutator, având un electromagnet care atrage o lamelă.

Releele electromagnetice sunt folosite printre altele la închiderea și deschiderea circuitelor de înaltă tensiune, la construcția interfoanelor, mai precis a yalelor electromagnetice de la ușa de la intrarea blocurilor, a macazurilor de cale ferată (tren, metrou sau tramvai) dar și la echipamentele de automatizări.


Experiment

39. Forța electromagnetică


Materiale necesare:

Materiale necesare: dispozitiv pentru demonstrarea forței electromagnetice, fire de legătură, 1 baterie de 4,5V

Descrierea experimentului (Partea 1):

  • Alimentează bobina dispozitivului la baterie.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 1)

Latura de jos a bobinei deviază într-o parte.

Descrierea experimentului (Partea 2):

  • Alimentează bobina dispozitivului la baterie inversând firele la polii bateriei.

  • Ce observi ?

Observație (Partea 2)

Latura de jos a bobinei deviază în cealaltă parte.

Concluzia experimentului:

Latura de jos a bobinei parcursă de curent electric și aflată într-un câmp magnetic este deviată datorită unei forțe numită forță electromagnetică.


important

Forţa electromagnetică este forţa exercitată de un câmp magnetic asupra unui conductor parcurs de curent electric .

Dacă plasăm un conductor liniar într-un câmp magnetic uniform, forţa electromagnetică exercitată asupra lui este:

I = intensitatea curentului ce trece prin conductor

l = lungimea conductorului aflat în câmp magnetic

α = unghiul făcut de vectorul inducţie magnetică cu orientarea curentului electric (direcţie şi sens) şi corespunde unghiului minim.

Sensul forţei electromagnetice depinde de :

  • Aranjarea polilor magnetici (cu ce pol apropiem magnetul de bobină)

  • Sensul curentului prin bobină.

Sensul forţei electromagnetice se poate determina cu regula mâinii stângi : întindem mâna stângă cu fața spre polul nord al magnetului, astfel încât cele patru degete să fie îndreptate în sensul curentului electric și degetul mare întins lateral va arăta sensul forței electromagnetice.

Aplicațiile forței electromagnetice

1) Aparatele de măsură pentru intensitatea curentului electric (ampermetrul) şi pentru tensiunea electrică de la bornele unui aparat (voltmetrul) au ca principiu de funcţionare acţiunea curentului electric asupra unui câmp magnetic (forţa electromagnetică).



Primul galvanometru (pentru măsurarearea unor curenți electrici de slabă intensitate) a fost construit de Johann Schweigger în 1820, ulterior fiind îmbunătățit de André-Marie Ampère.

Ampermetrele analogice pot fi de două tipuri:

  • ampermetru cu cadru mobil: alcătuit dintr-un magnet fix în jurul căruia se poate roti o bobină prin care trece curentul electric de măsurat;

  • ampermetru cu magnet mobil: alcătuit dintr-o bobină fixă, în interiorul căreia se află suspendat unul sau mai multe ace magnetice a căror deviație poate fi măsurată.



La trecerea curentului electric prin bobină, aceasta interacționează cu câmpul magnetic al magnetului. Astfel apare un cuplu de forțe electromagnetice care rotesc bobina cadru și acul indicator proporțional cu intensitatea curentului ce trece prin bobină

Pentru a măsura curentul ce trece printr-un element de circuit, ampermetrul se montează în serie cu acesta ca el să fie străbătut de același curent cu a elementului de circuit (deoarece curentul este același în circuitul de serie).

Dacă legăm un ampermetru în paralel cu un element de circuit, având o rezisteță foarte mică (aproape 0), va scurcircuita acel element și va indica un curent foarte mare, cel de scurtcircuit.

Dat fiind că în timpul operației de măsurare, prin ampermetru trece curentul de măsurat, rezistența lui electrică trebuie sa fie cât mai mică posibil (putând ajunge până la 10-3 Ω), pentru o bună precizie.

Voltmetrul are aceeași construcție cu cea a ampermetrului cu diferența că acesta are montată o rezistență foarte mare în serie cu bobina ampermetrului.

Voltmetrul se leagă în paralel la bornele porțiunii de circuit deoarece prin voltmetru se ramifică un curent de intensitate foarte mică, datorită rezistenței sale foarte mari.



2) Motoarele electrice funcţionează pe bază de electromagnetism, mai precis datorită forţelor electromagnetice ce iau naştere între câmpul magnetic produs de stator şi curentul electric ce trece prin bobina rotorului.Aceste forţe electromagnetice pun în mişcare rotorul motorului ce se află pe un ax. Statorul este format dintr-un magnet ( la motoarele de dimensiuni mici) sau electromagnet, având rolul de-a produce câmpul magnetic. Rotorul este alcătuit dintr-o bobină cu miez de fier fixată pe un ax. Alimentarea bobinei rotorului se face printr-un sistem de contacte mobile, numit colector. Pe lamelele acestuia alunecă două contacte fixe, din cărbune presat, numite periuţe.



3) Trenurile foarte rapide cu suspensie magnetică au electromagneţi în loc de roţi (joacă rolul statorului). Forţa magnetică generată de aceştia susţine trenul la câţiva centimetri deasupra liniei, propulsându-l cu viteză foarte mare. Motorul liniar al acestor trenuri necesită o valoare mare a investiţiei iniţiale, dar deoarece aceste trenuri nu ating şinele, forţa de frecare nu există şi costurile de întreţinere sunt foarte mici.



4) Microfonul transformă sunetul în semnale electrice. O membrană elastică dinăuntrul microfonului este pusă în vibraţie de undele sonore. Vibraţia se transmite unor spire. Spirele sunt situate între polii unui magnet. Pe măsură ce spirele se mişcă, generează un curent electric. Curentul se mişcă înainte şi înapoi ca şi sunetul şi este transportat către amplificator.



5) Difuzorul funcţionează invers decât un microfon. El transformă semnalele electrice înapoi în unde sonore. Semnalele electrice se scurg printr-o spirală, dând naştere unei forţe electromagnetice. Această forţă împinge spirele spre şi dinspre magnet. Spirele care vibrează fac un con să vibreze, producând sunete.

II.4. Măsuri de securitate în domeniul electricităţii

Din păcate, corpul omenesc este conductor electric.

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

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

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

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).


II.5. Sinteză recapitulativă - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

important

Rezistoarele prin care trece același curent și care se află pe aceeași latură a unui circuit formează o grupare în serie, fiind echivalate cu rezistorul Rs.

Rezistența rezistorului echivalent serie este:



Rezistoarele care se află pe laturi diferite între aceleași două noduri ale unui circuit, având aceeași tensiune la capete formează o grupare în paralel, fiind echivalate cu rezistorul Rp.

Rezistența rezistorului echivalent paralel este:



Cum se rezolvă o problemă cu rețea electrică:

  • Notează cu litere mari nodurile rețelei (punctele unde se intersectează și se ating cel puțin trei conductori).

  • Notează laturile rețelei (porțiunile de circuit dintre două noduri succesive, prin care trece un singur curent). Stabilește arbitrar (cum dorești tu) câte un sens pentru fiecare curent și notează-i cu simboluri cu indici (I1, I2, ... etc). Ai grijă ca unii să intre în nod (vârful săgeții spre nod) și alții să iasă din nod (vârful săgeții opus nodului).

  • Notează ochiurile simple ale rețelei (porțiunile de circuit care au un contur închis și formate din două laturi). Stabilește arbitrar (cum dorești tu) câte un sens de parcurs pentru fiecare ochi.



Prima teoremă a lui Kirchhoff :

“Suma algebrică a intensităților curenților care se întâlnesc într-un nod de circuit este nulă“.

unde intensitățile Ik pot fi pozitive sau negative, în funcție de modul în care trece curentul prin nod (intră în nod sau iese din nod).

O altă modalitate de enunțare a primei teoreme a lui Kirchhoff:

“Suma algebrică a intensităților curenților care intră într-un nod de circuit este egală cu suma intensităților curenților care ies din nodul de rețea“.

Pentru n = nr. noduri, se scriu (n-1) ecuații cu prima teoremă a lui Kirchhoff, aplicată nodurilor de rețea.



A doua teoremă a lui Kirchhoff :

“Suma algebrică a tensiunilor electromotoare pentru un ochi de circuit este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acel ochi de circuit“.

unde termenii sumelor pot fi pozitivi sau negativi, în funcție de sensul tensiunii sau al intensității în raport cu sensul ales arbitrar pentru ochiul considerat.

Pentru m = nr. ochiuri simple, se scriu m ecuații cu a doua teoremă a lui Kirchhoff.



Pentru o grupare în serie de n surse identice: tensiunea electromotoare a grupării serie de generatoare electrice:

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice:

Dacă avem mai multe baterii la dispoziție și avem nevoie de o tensiune mai mare decât a unei baterii, grupăm în serie bateriile.



Pentru o grupare în paralel de n surse identice: tensiunea electromotoare a grupării paralel de generatoare electrice:



Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice :



Dacă avem nevoie de un curent de o intensitate mai mare pentru un anumit circuit, grupăm bateriile în paralel.



Efectele curentului electric sunt fenomenele care apar în urma trecerii curentului electric printr-un circuit.

Efectele curentului electric sunt de trei feluri:

  • Efectul electrotermic;

  • Efectul electrochimic;

  • Efectul electromagnetic.

Efectul electrotermic (efectul termic al curentului electric) 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) au o rezistență mică și se încălzesc puțin la trecerea curentului electric prin ele.

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

Cele mai importante aplicații ale efectului electrotermic sunt aparatele cu rezistor, becul cu incandescență, siguranța fuzibilă.



Legea care măsoară cantitativ căldura degajată printr-un conductor la trecerea curentului prin el se numește Legea lui Joule.

Legea lui Joule:

Căldura disipată (Q) de o porțiune de circuit cu rezistența electrică R este direct proporțională cu pătratul intensității curentului (I2) care parcurge acea porțiune, cu rezistența ei (R) și cu durata trecerii curentului (Δt).

unde,

R este rezistența electrică,

I este intensitatea curentului electric,

Δt este intervalul de timp.

Energia transferată conductorului de rezistență R este transmisă de către acesta mediului înconjurător sub formă de căldură ( energie termică ). Electonii liberi în mișcare se ciocnesc cu ionii rețelei metalice ai conductorului, astfel agitația termică se intensifică ducând la creșterea temperaturii și încălzirea conductorului.



Trecerea curentului electric prin soluţiile de electroliţi determină fenomene chimice la electrozi, numite efecte electrochimice.

Efectul electrochimic (electroliza) constă în degajări de gaze şi depuneri de substanţe la cei doi electrozi legați la o sursă electrică, atunci când prin soluţiile sau topiturile de electroliţi trece curentul electric.

Electrolitul este o substanță care, dizolvată sau topită, permite trecerea curentului electric prin ea. Ca exemple de electroliți avem sărurile, acizii și bazele.

Fenomenul fizic în care un electrolit se descompune în ioni la dizolvarea în apă se numește disociație electrolitică.

În urma disocierii electrolitice, ionii formați au o mișcare dezordonată.

La introducerea a doi electrozi legați la o sursă electrică, ionii din soluție încep să se miște ordonat și să se deplaseze către electrodul de semn opus lor, adică trece curentul electric prin soluție.

Odată ajunși la electrozi au loc reacții chimice, adică ionii se neutralizează, devenind atomi sau molecule.

Vom exemplifica pe clorura de cupru II (CuCl2).



Efectul electromagnetic constă în apariția unui câmp magnetic în jurul unui conductor parcurs de curent electric.

În jurul conductorului parcurs de curent electric apare un câmp magnetic, care deviază ușor acul magnetic.

În jurul bobinei parcursă de curent electric apare un câmp magnetic astfel încât, bobina se comportă ca un magnet, având la cele două capete cei doi poli magnetici.

Capătul bobinei care se atrage cu N acului magnetic este polul sud al bobinei, iar capătul bobinei care se atrage cu S acului magnetic este polul nord al bobinei.

Inversând legarea bornelor bobinei la polii bateriei, polii magnetici ai săi se inversează și ei.



Câmpul magnetic din jurul electromagnetului este mult mai intens decât cel din jurul unui conductor liniar sau bobine parcurse de curent electric.

Electromagnetul atrage obiecte de fier.

Câmpul magnetic este o formă a materiei, care se manifestă prin acțiunea asupra acului magnetic sau asupra conductoarelor parcurse de curent electric.

Pentru reprezentarea intuitivă a câmpului magnetic, la fel ca şi 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 sau de forma conductorului prin care trece curent electric.

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.



Liniile de câmp magnetic ale unui conductor liniar parcurs de curent sunt cercuri concentrice în jurul curentului şi sunt într-un plan perpendicular pe acesta. Sensul lor poate fi determinat cu regula mâinii drepte: înfășurăm conductorul cu cele patru degete astfel încât degetul mare întins lateral să arate sensul sensul curentului electric ( de la plus la minus ) prin conductor. Cele patru degete vor da sensul liniilor de câmp magnetic.



Câmpul magnetic produs de un curent electric depinde de intensitatea curentului electric, dar şi de sensul acestuia.



Liniile de câmp magnetic ale unei bobine ale cărei spire sunt străbătute de un curent electric este similară cu un magnet în formă de bară din punct de vedere al distribuţiei liniilor de câmp magnetic.

Sensul lor poate fi determinat cu regula mâinii drepte: înfășurăm bobina cu cele patru degete în sensul curentului electric ( de la plus la minus ), iar degetul mare întins lateral arată sensul sensul liniilor de câmp magnetic.




Mărimea fizică vectorială care caracterizează un câmp magnetic din punct de vedere al intensității interacției sale cu conductor parcurs de curent electric aflat în acel câmp se numeşte inducţia câmpului magnetic (notată cu B)

În orice punct din câmp, inducția magnetică este un vector tangent la linia de câmp magnetic în planul acesteia și are sensul liniei de câmp.

Unitatea de măsură în SI este




Pentru caracterizarea câmpului magnetic este necesar ca pe lângă inducția magnetică care este o marime care depinde si de proprietățile mediului, se introduce intensitatea câmpului magnetic notata cu H.

Relația dintre cele două mărimi este B = μ • H = μ0 • μr • H

μ = permeabilitatea magnetică absolută, ce caracterizează proprietățile magnetice ale unui mediu

μ0 = 4π • 10-7 = permeabilitatea magnetica a vidului.

Câmpul magnetic al bobinei este cu atât mai intens cu cât:

  • intensitatea curentului electric, prin spirele bobinei, este mai mare;

  • cu cât numărul de spire al bobinei este mai mare;

  • cu cât lungimea bobinei este mai mică.

Forţa de atracţie exercitată de electromagnet asupra obiectelor de fier, depinde direct proporțional de câmpul magnetic produs de bobina electromagnetului parcursă de curent electric și , implicit, de inducția magnetică a acesteia.

Forţa de atracţie exercitată de electromagnet asupra obiectelor de fier mai depinde și de forma miezului de fier . Ea crește de la miezul de fier sub formă de bară, apoi potcoavă (U), până la miezul de fier închis.



II.6. Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

1) Determină rezistenţa echivalentă a rezistoarelor din următoarea grupare mixtă:



Rezolvare:

  • Notăm pe rețea toate nodurile cu litere mari.

  • Mergem pe conturul circuitului de la un nod la altul și echivalăm grupările de rezistoare cu rezistoare echivalente, serie sau paralel.

  • Între nodul A și B, în partea stângă, avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R1 și R2), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs1.

  • Între nodul A și B avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R4 și R7), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs2.

  • Între nodul B și C avem 1 rezistor (R3), pe care îl copiem.

  • Între nodul A și C avem 2 rezistoare pe aceeași latură (R5 și R6), deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs3.

  • Între nodul B și C avem sursa pe care o copiem.



  • Calculăm rezistențele echivalente :


Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

  • Între nodul A și B avem 2 rezistoare (Rs1 și Rs2) pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp1.

  • Restul schemei o copiem.



  • Calculăm rezistența echivalentă:


Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

  • Între nodul B și C avem 2 rezistoare (Rp1 și Rs3) pe aceeași latură, deci sunt în serie și le echivalăm cu Rs4.


  • Calculăm rezistența echivalentă:


Pe schema nouă, continuăm să echivalăm grupările de rezistoare:

  • Între nodul B și C avem 2 rezistoare (Rs4 și R3) pe laturi diferite între aceleași 2 noduri, deci sunt în paralel și le echivalăm cu Rp2.


  • Calculăm rezistența echivalentă a întregii grupări:


Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

2) Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat:



  • Notăm cu litere mari nodurile rețelei (A și B).

  • Notăm laturile rețelei, stabilim arbitrar sensurile curenților de pe fiecare latură:

    • AE1B (I1)

    • AE2B (I2)

    • AR3B (I3)

  • Notăm ochiurile simple ale rețelei. Stabilim arbitrar (cum dorim) câte un sens de parcurs pentru fiecare ochi (orar sau antiorar).

  • Aplicăm prima teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a intensităților curenților care intră într-un nod de circuit este egală cu suma intensităților curenților care ies din nodul respectiv“.

  • Pentru n = nr. noduri, se scriu (n-1) ecuații cu prima teoremă a lui Kirchhoff, aplicată nodurilor de rețea, în cazul nostru pentru un singur nod:

    • I1 + I2 = I3
  • Aplicăm a doua teoremă a lui Kirchhoff: “Suma algebrică a tensiunilor electromotoare pentru un ochi de circuit este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acel ochi de circuit“, pentru două ochiuri simple:



Facem un sistem de 3 ecuații și cu cele trei necunoscute I1, I2, I3.



  • Înlocuim datele numerice:


  • Scoatem pe I1 din prima ecuație:


  • Rezolvăm sistemul cu 2 ecuații și 2 necunoscute, prin reducere:


  • Înlocuim pe I3 într-o ecuație cu I2:


  • Schimbăm sensul curentului I2 ales inițial, arbitrar, pe rețea:


  • Din prima ecuație îl aflăm pe I1:


Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

3) Realizează electroliza fluorurii de zinc (ZnF2).



Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

4) Rezistența internă a unei baterii crește treptat în timp de când a fost fabricată, chiar dacă nu este folosită, tensiunea electromotoare a acesteia rămânând constantă. Astfel bateria, în timp, chiar dacă nu este folosită, va produce un curent de intensitate mai mică, crescându-i rezistența internă.

Poți determina vârsta unei baterii legând ampermetrul la bornele bateriei și citind intensitatea la scurtcircuit.

Pentru o baterie de 1,5 V, Isc = 2-3 A, când este nou fabricată.

a) Determină cât este rezistența internă a bateriei când este nouă și la ce valoare ajunge când Isc = 1,3 A.



b) Determină cât este rezistența internă a acumulatorului de 12V când este nou, știind că are o intensitate la scurtcircuit Isc = 40A.



Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

5) O sursă electrică cu t.e.m. de 12 V are o rezistență internă de 0,5 Ω. Ea este legată la un bec cu rezistența de 10 Ω.

Se cere:

a) Cât este intensitatea curentului ce trece prin bec dacă rezistența ampermetrului este de 0,001 Ω (considerăm că nu este un ampermetru ideal care are rezistența zero)?

b) Cât este intensitatea măsurată de ampermetru dacă scoatem becul din circuit ?

c) Cât este intensitatea curentului dacă la bornele becului legăm un voltmetru care nu este ideal, având o rezistență de 100.000 Ω ( voltmetrul ideal are rezistența care tinde spre infinit, pentru a nu permite treacerea curentului prin acesta și astfel se obține citirea corectă) ?

d) Dacă legăm direct voltmetrul la bornele sursei, cât este intensitatea curentului ?

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei:

    • E = 12 V

    • r = 0,5 Ω

    • Rb = 10Ω

    • RA = 0,001 Ω

    • RV = 100.000 Ω

a)



  • Becul și rezistorul ampermetrului și rezistența sursei sunt în serie și au rezistența echivalentă:


b)



  • Dacă ampermetrul ar fi fost unul ideal, cu rezistența 0, el ar fi scurtcircuitat sursa și ar fi măsurat curentul de scurtcircuit cu formula


  • Însă acest ampermetru nu are rezistența 0 și vom avea o intensitate:


c)



  • Rb și RV sunt în paralel și le calculăm rezistența echivalentă Rp:


  • Rp, RA și r sunt în serie și au rezistența echivalentă:


d)



  • Legând direct voltmetrul la sursă, r și RV vor fi în serie și intensitatea va deveni:


Dacă voltmetru ar fi fost unul ideal (cu rezistența infinită), intensitatea curentului ar fi fost zero.

Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

6) Un resort are lungimea inițială de 10 cm. Când suspendăm de el o tijă de fier cu mase marcate de 20 g, lungimea lui este de 14 cm. Sub tija de fier se așază un electromagnet legat la o baterie, caz în care lungimea resortului ajunge la 18 cm.

Se cere:

a) Greutatea tijei.

b) Forța de atracție a electromagnetului.

Rezolvare:

  • Scriem datele problemei și le transformăm în SI:

    • l0 = 10 cm = 0,1 m

    • l1 = 14 cm = 0,14 m

    • l2 = 18 cm = 0,18 m

    • m = 20 g = 0,02 kg

  • a) Calculăm greutatea tijei cu masa marcată:

    • G = m ∙ g = 0,02 ∙ 10 = 0,2 N

    • Forța deformatoare este chiar greutatea tijei și ea produce o deformare de :

    • Δl1 = l1 – l0 = 0,14 – 0,10 = 0,04 m

    • F = G = k ∙ Δl1

  • b) Calculăm a doua deformare:

    • Δl2 = l2 – l0 = 0,18 – 0,10 = 0,08 m = 2 ∙ Δl1

    • Forța de atracție a electromagnetului asupra tijei de fier adunată cu greutatea tijei produce a doua deformare a resortului:

    • Fa + G = k ∙ Δl2

    • Fa = k ∙ Δl2 - k ∙ Δl1 = k ∙ 2Δl1 - k ∙ Δl1 = k ∙ Δl1 = G = 0,2 N

Probleme model recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

7) Becurile B2 și B3 au valorile nominale de 6 V și 0,1 A și funcționează normal. Ampermetrul indică 300 mA. Este identic becul B1 cu becurile B2 și B3 ?



Rezolvare:



I = I1 + I2 = 0,3 A

I2 = I3 + I4 = 0,2 A

I3 = I4 = 0,1 A

I1 = 0,1 A

Curentul din ramura principală cu sursa și cu ampermetrul se ramifică pe laturile becurilor B2 și B3, care fiind identice și legate în paralel, vor avea fiecare un curent de intensitate egală cu jumătate din curentul I2, adică 0,1 A.

Becul B1 are tensiunea nominală de 6 V și intensitatea nominală de I1 = 0,1 A.

Deci becul B1 este identic cu becurile B2 și B3.



II.7. Exerciții recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

Exerciții recapitulative - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

1) Determină rezistenţa echivalentă a rezistorilor din următoarea grupare mixtă:

a)



b)




2) Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat:




3) Realizează electroliza fluorurii de zinc (ZnF2).


4) Completează următoarele afirmații:

a) Efectul electrotermic constă în …………………..unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

b) Efectul electrochimic constă în ………………..de gaze și ……………….de substanțe la cei doi ………………legați la o sursă electrică și introduși într-o soluție sau topitură de ………………….

c) Efectul electromagnetic constă în apariția unui ………………………… în jurul unui conductor la trecerea curentului prin el.


5) O bobină având în interior un miez de fier potcoavă, cu 150 spire și lungimea de 10 cm este alimentată la o baterie de 4,5 V. Ea atrage 5 agrafe de birou. Când atrage mai multe agrafe de birou:

a) Când o alimentăm la o sursă de 1,5 V sau 12 V?

b) Când micșorăm la jumătate lungimea bobinei, păstrând numărul de spire sau când îi dublăm lungimea?

c) Când îi punem un miez de fier bară sau unul închis?

d) Când dublăm numărul de spire sau când înjumătățim numărul de spire, la aceeași lungime a bobinei?


6) Avem un conductor de cupru legat la o baterie. În care din următoarele situații câmpul magnetic este cel mai intens?

a) Conductorul este înfășurat pe un cui?

b) Conductorul este liniar (întins)?

c) Conductorul este înfășurat pe un suport izolator?


7) Scrie în dreptul fiecărei afirmații ce efect al curentului electric are la bază:

a) Ampermetrul

b) Becul cu incandescență

c) Obținerea industrială a clorului

d) Purificarea metalelor

e) Plita electrică

f) Macaraua electromagnetică.


8) Avem următorul circuit electric în care cele două becuri sunt identice. Ampermetrul ideal indică 0,2 A, iar voltmetrul ideal indică 4V. Știind că bateria are 4,5 V, determină:

a) Valoarea rezistenței fiecărui bec.

b) Rezistența internă a bateriei.

c) Căldura degajată de un bec într-o oră de funcționare.





II.8. Test de autoevaluare - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

Test de autoevaluare - Rețele electrice. Efectul curentului electric. Forța electromagnetică.

1) Realizează electroliza fluorurii de zinc (ZnF2). -1p


2) Completează următoarele afirmații : -1p

a) Efectul electrochimic constă în ………………..de gaze și ……………….de substanțe la cei doi ………………legați la o sursă electrică și introduși într-o soluție sau topitură de ………………….

b) Efectul electrotermic constă în …………………..unui conductor la trecerea curentului electric prin el.

c) Efectul electromagnetic constă în apariția unui ………………………… în jurul unui conductor la trecerea curentului prin el.


3) Avem un conductor de cupru legat la o baterie. În care din următoarele situații câmpul magnetic este cel mai intens? -1p

a) Conductorul este înfășurat pe un cui?

b) Conductorul este liniar (întins)?

c) Conductorul este înfășurat pe un suport izolator?


4) Scrie în dreptul fiecărei afirmații ce efect al curentului electric are la bază: -1p

a) Macaraua electromagnetică.

b) Purificarea metalelor

c) Becul cu incandescență

d) Fierul de călcat


5) Determină rezistenţa echivalentă a rezistorilor identici din următoarea grupare mixtă: -2p




6) Determină intensitățile curenților din următorul circuit ramificat: -2p



Din oficiu: -2p