Fandom

Coman Wiki

Electricitate

749pages on
this wiki
Add New Page
Talk0 Share

Ad blocker interference detected!


Wikia is a free-to-use site that makes money from advertising. We have a modified experience for viewers using ad blockers

Wikia is not accessible if you’ve made further modifications. Remove the custom ad blocker rule(s) and the page will load as expected.

Sarcina electrica

Sarcina electrica este o marime scalara, derivata in S.I., definita pe baza marimilor fizice fundamentale: intensitatea curentului electric si timp.

Simbol: q sau Q U.m.: C (Coulomb)

Corpurile electrizate au sarcina electrica diferita de zero. Corpurile pentru care sarcina electrica totala este zero sunt neutre din punct de vedere electric.

Sarcinile electrice pot fi: pozitive; negative.

Corpurile incarcate cu sarcini de acelasi semn se resping, iar cele incarcate cu sarcini de semne contrare se atrag. Denumirea celor doua tipuri de sarcini electrice ca “negative” si “pozitive” este o simpla conventie. Initial, aceste denumiri au fost legate de faptul ca un corp incarcat cu un anumit tip de sarcina trece intr-o stare neutra daca se aduce pe el o sarcina de aceeasi valoare, dar de tip contrar. Sarcinile electrice nu au nimic intrinsec negativ sau pozitiv, este vorba de un anumit tip de notatie care sa permita comunicarea.

Legea conservarii sarcinii electrice:

Sarcina electrica totala a unui sistem izolat este constanta in timp (se conserva).

Sarcina electrica totala a unui sistem reprezinta suma algebrica a sarcinilor pozitive si negative ale sistemului.


Starea neutra nu presupune absenta sarcinii electrice din sistem, este suficient ca sarcina electrica totala sa fie zero. Pentru toate corpurile macroscopice, conditia de neutralitate este:



Orice sarcina electrica existenta liber in natura este un multiplu intreg al unei anumite sarcini electrice, numita sarcina electrica elementara:

Simbol: e


unde N este un numar intreg. Sarcina electrica elementara este cea mai mica sarcina electrica pozitiva care exista liber in natura.

Valoarea sarcinii electrice elementare este:


Sarcina electrica elementara reprezinta sarcina unui ion monovalent pozitiv, fiind egala cu modulul sarcinii electronului.

Deoarece sarcina electrica nu poate lua orice valoare, ci doar anumite valori, se spune ca sarcina este cuantificata (are caracter discontinuu sau discret). Orice modificare a sarcinii electrice se poate face “in salturi” egale cu multiplii de e.













Legea lui Coulomb

Cel care a contribuit la descoperirea legii interactiunii dintre sarcinile electrice a fost Charles – Augustin de Coulomb. In 1785, acesta a utilizat o balanta de torsiune, asemanatoare cu cea folosita de Cavendish la determinarea constantei atractiei gravitationale, pentru a arata ca forta de interactiune electrica este proportionala cu „cantitatea de electricitate” a corpurilor aflate in interactiune. Coulomb nu a putut da o dovada clara a acestei proprietati datorita lipsei unei unitati de masura pentru sarcina electrica. Abia mai tarziu, Carl – Friedrich Gauss a propus o prima unitate de masura pentru sarcina electrica, definita chiar din legea interactiunii electrice descoperita de Coulomb. Descoperirea legii interactiunii electrice este rezultatul unor determinari experimentale. Masurand in diferite conditii forta de interactiune dintre doua corpuri de dimensiuni mici, incarcate electric, se constata ca aceasta forta: este orientata in lungul dreptei determinate de cele doua corpuri; este direct proportionala cu fiecare dintre cele doua sarcini electrice ale corpurilor aflate in interactiune; este invers proportionala cu patratul distantei dintre corpurile aflate in interactiune; depinde de mediul in care sunt corpurile aflate in interactiune. Numeroase experimente au demonstrat faptul ca interactiunea electrica respecta principiul actiunii si reactiunii.

Legea interactiunii electrice (legea lui Coulomb):

Doua corpuri incarcate electric, punctiforme in raport cu distanta dintre ele, interactioneaza cu o forta direct proportionala cu fiecare dintre sarcinile electrice ale corpurilor si invers proportionala cu patratul distantei dintre ele, orientata pe directia determinata de cele doua corpuri.


Unde q1 si q2 sunt sarcinile corpurilor, este vectorul de pozitie al sarcinii q2 fata de sarcina q1, iar este forta care actioneaza asupra sarcinii q2.





Modulul fortei coulombiene este:


Valoarea constantei de proportionalitate k din legea lui Coulomb depinde de mediul in care se gasesc sarcinile aflate in interactiune si se poate determins prin masuratori experimentale.



Constanta de proportionalitate este egala cu interactiunea dintre doua corpuri punctiforme cu sarcini electrice egale cu 1 C, plasate la o distanta de 1 m unul de celalalt. Constanta de proportionalitate este numeric egala cu modulul fortei de interactiune dintre cele doua corpuri. In vid, doua corpuri punctiforme incarcate cu sarcini electrice egale cu 1 C, plasate la o distanta de 1 m unul de celalalt, interactioneaza cu o forta:


Constanta k are, pentru vid, valoarea (cea mai mare comparativ cu orice alt mediu):



Constanta de proportionalitate k din legea lui Coulomb se scrie sub forma:


unde este o constanta de material numita permitivitate electrica. Permitivitatea electrica are cea mai mica valoare pentru vid:


unde reprezinta permitivitatea electrica absoluta; iar - permitivitatea electrica relativa.

Permitivitatea electrica relativa a unui mediu oarecare este o marime fizica adimensionala.


Folosind permitivitatea electrica a mediului, modulul fortei coulombiene se scrie:


Valorile permitivitatii electrice relative pentru diferite substante:

Substanta Substanta aer 1,00059 portelan 4...5 petrol 2...2,3 mica 4...8 hartie 2...2,5 glicerina 43 ebonita 3...4 apa 81 sticla 2...12 ceramica pana la 8000












Intensitatea campului electric

In diferite puncte ale spatiului din jurul unui corp electrizat se exercita actiuni electrice asupra oricarui alt corp plasat in punctele respective, indiferent daca este vorba de un corp incarcat sau neutru si indiferent daca este un corp din material izolator sau conductor. In functie de conditiile concrete, efectele interactiunii sunt sau nu observabile.

In punctele spatiului din jurul unui corp electrizat in care se manifesta actiuni electrice, spunem ca exista un camp electric generat de corpul electrizat.

Corpul electrizat care genereaza campul este numit sursa a campului. Daca sursa campului electric este in repaus, campul generat se numeste camp electrostatic.

Pentru detectia campului electric intr-un punct oarecare din spatiu se utilizeaza un corp punctiform incarcat electric, numit corp de proba.

Consideram un corp punctiform incarcat cu sarcina Q (sursa campului). Intr-un punct pozitionat prin vectorul fata de acest corp, asupra unui corp punctiform incarcat cu sarcina q (corpul de proba) va actiona o forta:


Aceasta forta trebuie sa depinda de corpul de proba si de campul electric din locul in care se afla corpul de proba. Pentru a descrie campul electric in fiecare punct al spatiului, se defineste marimea fizica vectoriala numita intensitatea campului electric:

Intensitatea campului electric intr-un punct este numeric egala cu forta electrica ce actioneaza asupra unui corp punctiform incarcat cu o sarcina de 1 C, plasat in acel punct al campului:

Simbol: E


U.m.:

Intensitatea campului electric generat de sarcina punctiforma Q este:


Intensitatea campului este orientata la fel cu , daca Q>0; sau in sens contrar lui , daca Q<0.


















Potentialul electric

In campul electric generat de un corp punctiform fix, incarcat cu sarcina Q, se plaseaza un corp de proba incarcat cu sarcina q. Energia potentiala a sistemului este data de relatia:


Lucrul mecanic efectuat de camp asupra corpului de proba, daca acesta s-ar deplasa din acest punct pana la infinit (starea de referinta), este:


Energia potentiala poate fi interpretata ca o consecinta a interactiunii dintre corpul de proba si campul electric generat de Q in locul in care se afla q. Pentru a descrie campul electric in fiecare punct al spatiului, se defineste marimea fizica scalara numita potentialul campului electric:

Potentialul electric intr-un punct al unui camp electric este numeric egal cu lucrul mecanic efectuat de forta electrica la deplasarea unui corp cu sarcina de 1 C, din punctul respectiv pana in punctul de referinta.

Simbol: V


U.m.: (Volt)

Daca corpul de proba se deplaseaza intre punctele aflate la distantele r1, respectiv r2 de Q, lucrul mecanic efectuat asupra sa se scrie sub forma:





Tensiunea electrica

Tensiunea electrica reprezinta diferenta de potential dintre doua puncte ale unui camp electric.

Simbol: U


U.m.: (Volt)

Lucrul mecanic efectuat asupra corpului de proba se mai poate scrie sub forma:


Voltul (V):

1 V este tensiunea electrica dintre doua puncte ale unui camp electric intre care fortele electrice efectueaza un lucru mecanic de 1 J, la deplasarea unui corp punctiform incarcat cu sarcina de 1 C.

Observatie 1: Deoarece la deplasarea unui corp de proba dintr-un punct oarecare pana in punctul de referinta avem:



Observatie 2: In cazul campului electric generat de sarcina punctiforma Q, potentialul electric la o distanta r de Q are expresia:


Pentru un camp uniform:


Intensitatea campului electric este numeric egala cu variatia potentialului masurata pe directia liniilor de camp, pe o distanta de 1 m.

Observatie 3:

Datorita caracterului aditiv al energiei, intr-un punct oarecare al unui camp electric rezultat prin suprapunerea campurilor generate de mai multe corpuri punctiforme incarcate electric, potentialul este egal cu suma algebrica a potentialelor campurilor generate independent de fiecare corp incarcat:


Capacitatea electrica a unui conductor izolat

Capacitatea electrica a unui conductor izolat si departat de alte corpuri este o marime fizica scalara si pozitiva, definita prin relatia:

Simbol: C


unde Q este sarcina pe conductor, iar V este potentialul sau.

U.m.: (Farad)

Faradul:

1 F este capacitatea electrica a unui conductor izolat si departat de alte corpuri, care se incarca cu o sarcina de 1 C cand potentialul sau este de 1 V.

In definirea capacitatii unui conductor izolat, se considera ca starea de referinta pentru potential corespunde starii in care Q = 0. Capacitatea unei sfere metalice de raza R este:










Condensatorul electric

Capacitatea unui condensator

Condensatorul electric este un ansamblu format din doua conductoare, numite armaturi, separate de un strat foarte subtire din material izolator, numit dielectric.

Daca intre armaturile condensatorului se aplica o tensiune electrica, atunci armaturile se incarca, acumuland sarcini electrice egale in modul si de semne contrare. Sarcina electrica acumulata de diferite condensatoare, avand aceeasi tensiune intre armaturi, depinde de caracteristicile constructive ale condensatorului. Indiferent de tipul de tipul de condensator, raportul dintre sarcina acumulata si tensiunea dintre armaturi este constant pentru un condensator dat.

Capacitatea electrica a unui condensator este definita prin relatia:



Q este sarcina de pe armatura A.

Condensatorul plan

Condensatorul plan este alcatuit din doua armaturi plane, de arie S fiecare, dispuse paralel la distanta d una de cealalta. Intre cele doua armaturi se gaseste un dielectric cu permitivitatea electrica . Consideram ca: Distanta dintre armaturi este foarte mica in comparatie cu dimensiunile armaturilor, astfel incat se poate considera ca, intre armaturi, campul electric este uniform. In realitate, in apropierea marginilor armaturilor, campul nu este uniform. Armaturile sunt plasate fata in fata astfel incat suprafata activa (suprafata comuna) sa sie S.

Pentru condensatorul plan, expresia capacitatii electrice este:




Tipuri de condensatoare: In functie de forma armaturilor: - plane;

                                                            - sferice;
                                                            - cilindrice.

In functie de natura dielectricului folosit: - aer;

                                                             - hartie;
                                                                            - mica;
                                         - ceramica;
                                                                            - material plastic;
                                                                            - oxizi.

In functie de posibilitatea de modificare a valorii capacitatii: - fixe;

                                                                                                          - variabile;

- semireglabile.

Capacitatea condensatoarelor utilizate in practica acopera un interval de valori cuprins intre 1 pF si 1 F. Pentru obtinerea unor capacitati mari, este necesara realizarea unor armaturi aflate la distante foarte mici si cu suprafete mari. Distanta dintre armaturi este un parametru ce limiteaza superior tensiunea electrica ce poate fi aplicata intre armaturi.

Tensiunea de strapungere:

La atingerea unei anumite valori a tensiunii dintre armaturi, numita tensiune de strapungere, intre armaturi se produce o descarcare electrica ce determina distrugerea locala a dielectricului, eventual si realizarea unui contact electric intre armaturi. Tensiunea de strapungere depinde de dielectric si este direct proportionala cu grosimea acestuia (d).

Tensiunea nominala:

Are simbolul U0, este tensiunea normala de functionare, tensiunea recomandata de producator, este de 1,15...3 ori mai mica decat tensiunea de strapungere, in functie de dielectricul utilizat. Nu se poate mari prea mult capacitatea electrica pe seama micsorarii distantei dintre armaturi, deoarece aceasta ar micsora si tensiunea nominala a condensatorului.





Condensatoare cu hartie sau material plastic

Condensatoarele ce au dielectric hartie se fabrica relativ usor si au capacitatea de pana la zeci de mF, iar tensiunea nominala poate urca pana la zeci de kV. In mod asemanator sunt realizate si condensatoare ce au ca dielectric o pelicula din material plastic (polistiren, teflon etc.).

Condensatoare electrolitice

Ideea constructiva a acestor condensatoare este obtinerea unui strat dielectric la suprafata unui metal, prin reactii chimice din acel metal si un electrolit. Oxidul care se formeaza constituie un dielectric de grosime foarte mica si, in consecinta, se obtin capacitati electrice mari (tensiunile nominale sunt relativ mici). In functie de materialul utilizat la confectionarea armaturilor, condensatoarele electrolitice pot fi: cu aluminiu, cu tantal, cu niobiu etc.

Condensatoare cu electrozi din aluminiu

Acestea pot avea electrolit lichid sau semiuscat. In cazul electrolitului lichid (de exemplu, hidroxid de sodiu), un cilindru de aluminiu (catodul) este umplut cu hidroxid de sodiu. Acesta reactioneaza cu aluminiul, formand pe suprafata interioara a cilindrului un strat foarte subtire de hodroxid de aluminiu (izolator). Se construiesc si condensatoare asemanatoare, dar cu dielectric semiuscat. Sistemul obtinut se infasoara la fel ca la un condensator cu hartie pentru a ocupa un volum cat mai mic.

Condensatoare cu electrozi din tantal

Acestea permit obtinerea unor parametri mai convenabili. Varianta constructiva cea mai utilizata consta intr-un electrod (anodul) realizat din pulbere de tantal sinterizata (pulbere incalzita si presata in vid la aproximativ 20000C) sub forma cilindrica. Cilindrul este apoi oxidat si introdus intr-ocapsula care contine electrolit.

Condensatoare variabile

Condensatoarele variabile sunt construite astfel incat capacitatea poate fi modificata prin reglarea suprafetei active a armaturilor. Astfel de condensatoare sunt utilizate in unele aparate de radio, pentru acordarea receptorului pe frecventa dorita. Dielectricul utilizat este, fie aerul, fie un material plastic.



Gruparea condensatoarelor

In retelele electrice, condensatoarele sunt conectate in diverse moduri.

Condensatorul echivalent este condensatorul in care se inlocuieste o grupare de condensatoare cu unul singur.

Un condensator este echivalent unei grupari de condensatoare daca, la aplicarea aceleiasi tensiuni la bornele condensatorului echivalent ca si la bornele gruparii, condensatorul echivalent se incarca cu aceeasi sarcina electrica ca si gruparea de condensatoare.

Condensatoarele pot fi grupate: - serie; - paralel;

          - mixt.

Gruparea serie


In fig. 1. sunt reprezentate n condensatoare conectate in serie si condensatorul echivalent, CS. Presupunem ca, inainte de aplicarea tensiunii U, condensatoarele sunt descarcate. Armaturile vecine a doua condensatoare consecutive si conductorul ce le conecteaza formeaza, din punct de vedere electrostatic, un singur conductor izolat de mediul inconjurator (zona hasurata). Pe acest conductor sarcina totala trebuie sa ramana zero, deci condensatoarele conectate in serie se incarca cu sarcini egale. Pentru gruparea serie de condensatoare, avem:


















Gruparea paralel

Doua sau mai multe condensatoare sunt grupate in paralel daca armaturile lor sunt conectate la aceleasi doua puncte ale unui circuit electric. Toate condensatoarele dintr-o grupare in paralel au aceeasi tensiune intre armaturi.






Capacitatea echivalenta pentru o grupare serie este totdeauna mai mica decat oricare dintre capacitatile condensatoarelorconectate in serie. Capacitatea echivalenta pentru o grupare paralel este totdeauna mai mare decat oricare dintre capacitatile condensatoarelor conectate in paralel.

Sursa: BaditaAlexandra.ome.ro

Also on Fandom

Random Wiki