CAPITOLUL 1

M`rimile electromagnetismului. Starea de electrizare a corpurilor. Polarizarea electric`. Tensiunea electric`. Flux elrctric.

No\iunea de fenomen electromagnetic define]te o clas` de

fenomene fizice care se manifest` în prezen\a unor corpuri aflate în st`ri speciale cum ar fi starea de electrizare sau de magnetizare denumite st`ri electromagnetice. Aplica\iile tehnice ale fenomenelor electrice ]i magnetice pot fi explicate luând în discu\ie ipoteze simplificatoare în teoria câmpului electromagnetic, ceea ce a permis dezvoltarea unei ramuri aparte a electromagnetismului denumit` teoria circuitelor electrice.M`rimea fizic` . O proprietate a st`rilor ]i fenomenelor fizice susceptibil` la determin`ri calitative prin compara\ie cu alt` m`rime de aceea]i natur` se nume]te unitate de m`sur`. Rezultatul compara\iei este m`sura sau valoarea m`rimii relativ` la unitatea de m`sur` aleas`.

M`rimile introduse pe cale experimental` se numesc primitive, iar cele determinate pornind de la m`rimile primitive se numesc m`rimi derivate.Câmpul electromagnetic în corpuri ]i în vid este caracterizat de ]ase m`rimi de stare electric` ]i magnetic`:

- sarcina electric`- momentul electric- momentul magnetic- intensitatea curentului electric de conduc\ie- intensitatea câmpului electric în vid- induc\ia magnetic` în vid.

Starea de electrizare. M`rimile de stare ale c@mpului electromagnetic [n vid

Starea de electrizare a corpurilor se determin` constatând c` asupra unui corp conductor, punctiform, electrizat, aflat în vid într-un domeniu în care se manifest` un câmp electric va fi ac\ionat de o for\` ce depinde de punctul în care se afl` corpul ]i de starea de înc`rcare electric`, for\` cunoscut` sub numele de for\` electric`. Atunci:

3

V (1)

V= vectorul intensitate câmp electric în vid.

Aceast` rela\ie introduce m`rimile primitive, sarcina electric` a corpului q ]i intensitatea câmpului electric [n vid V, care este o m`rime vectorial` ce caracterizeaz` starea local` a câmpului electric, într-un punct localizat prin vectorul de pozi\ie .

Câmpul electric poate fi produs de corpuri înc`rcate cu sarcin` electric` precum ]i ca rezultat al varia\iei în timp a unui câmp magnetic. Unitatea de m`sur` [n Sistemul Interna\ional este Coulombul. , reprezint` sarcina care încarc` în mod egal dou` corpuri conductoare, punctiforme situate în vid la distan\a de un metru ]i între care se exercit` o for\` electric` . Unitatea de m`sur` pentru intensitatea c@mpului electric este

.

Pentru a caracteriza modul în care sarcina electric` se distribuie pe corpuri se definesc ca m`rimi derivate:

- densitatea lineic`

(2)

- densitatea de suprafa\`

(3)

- densitatea de volum.

(4)

reprezint` elementele de volum, arie ]i de lungime înc`rcate cu sarcina .

4

Fig.1Ansamblul reprezent`rii grafice a liniilor de c@mp

Vectorul intensitate câmp electric este tangent în fiecare punct la linia de câmp, linie ce are caracter continuu.

Fig.2 For\a magnetic`

În mod experimental s-a constatat c` deplasarea cu viteza a unei sarcini punctiforme q în vid, [ntr-un câmp magnetic de induc\ie

este înso\it` de apari\ia unei for\e suplimentar` celei de natur` electric` numit` for\` magnetic` orientat` perpendicular pe planul format de direc\ia de mi]care ]i o direc\ie privilegiat`. În fiecare punct al spa\iului valoarea for\ei magnetice e dat` de rela\ia (5) :

(5)

- reprezint` induc\ia magnetic` în vid ]i este orientat` dup` direc\ia privilegiat`.

Câmpul magnetic poate fi produs de corpuri aflate de în stare de magnetizare precum ]i de conductoare aflate într-o stare electrocinetic` sau prin varia\ii în timp a câmpului electric. Unitatea de m`sur` pentru induc\ia magnetic` [n Sistemul Interna\ional este Tesla .

5

Starea de polarizare electric` a corpurilor. Se constat` c` asupra unui corp izolant, neutru, aflat în interiorul unui câmp electric se exercit` un cuplu de natur` electric`, orientat perpendicular pe o direc\ie privilegiat` ]i care este dependent ca m`rime de intensitatea câmpului electric ]i de unghiul pe care aceasta îl face cu direc\ia privilegiat`, m`rimea acestuia fiind propor\ional` cu ]i sinusul unghiului dintre cele dou` direc\ii. Constanta p din rela\ia (6) caracterizeaz` o stare nou` numit` stare de polarizare a corpurilor.

(6)

Cu ajutorul rela\iei ( 7 ) definim m`rimea vectorial` notat` cu ]i numit` moment electric. Vectorul are orientarea direc\iei privilegiate.

Fig. 3 Starea de polarizare a corpurilor.

, ( 7 )

Tensiunea electric`. Poten\ial electric. Flux electric. Condensator electric. Capacitatea electric`

Prin deplasarea unui corp înc`rcat cu sarcina electric` q, deplasarea f`cându-se într-un câmp electric de intensitate , între dou` puncte A ]i B în lungul unei curbe (C), c@mpul electric efectueaz` un lucru mecanic:

6

(8)

M`rimea numeric egal` cu raportul dintre lucrul mecanic al for\ei electrice L ]i sarcina electric` q se nume]te tensiune electric` între punctele A ]i B.

,

( 9)

Tensiunea electric` este o m`rime scalar`, algebric`, ce nu depinde de sensul de parcurgere al curbei C .

, (10)

( Volt )

Regimul unui sistem fizic în care m`rimile ce-l caracterizeaz` sunt invariabile în timp se nume]te regim sta\ionar.

Teorema poten\ialului electric sta\ionar

Aceast` teorem` afirm` c` tensiunea electric` în lungul unei curbe închise( ) este nul`.

, ( 11)

Consider@nd punctele A ]i B pe curba rezult`:

, (12)

Deci tensiunea electric` între dou` puncte în regim sta\ionar nu depinde de curba în lungul c`reia se calculeaz` ci doar de punctele extreme.

În aceste condi\ii se define]te o m`rime numit` poten\ial electric( V ) care define]te starea câmpului electric într-un anumit

7

punct M. Definirea se face în raport cu un punct de referin\` prin rela\ia:

,

(13)

De obicei se adopt` punctul de referin\` la infinit ]i poten\ialul acestuia va fi:

(14)

(15)

Acest poten\ial este egal cu lucrul mecanic efectuat pentru a deplasa un corp cu sarcina q din punctul M la . Rela\ia (15) eviden\iaz` echivalen\a dintre no\iunea de tensiune electric` ]i diferen\a de poten\ial în regim sta\ionar.

Suprafa\a ale c`rei puncte au acela]i poten\ial electric se nume]te suprafa\` echipoten\ial`.

Fluxul electric se define]te ca o m`rime ce caracterizeaz` global câmpul electric în raport cu o suprafa\` ]i se calculeaz` ca integral` pe o suprafa\` a induc\iei electrice.

(16)

Condensatorul electric

Un condensator electric este un ansamblu de dou` corpuri conductoare (arm`turi) separate printr-un izolator (dielectric). Dac` arm`turile se încarc` cu sarcini egale dar de semne contrare ( + q, - q ), între cele dou` arm`turi apare o diferen\` de poten\ial, U denumit` tensiune la bornele condensatorului.

8

Fig.4 Condensatorul electric

Definim capacitatea condensatorului ca raportul dintre modulul sarcini electrice ]i diferen\a de poten\ial al celor dou` puncte.

(17)

Reprezint` raportul dintre modulul sarcinii electrice si diferen\a de poten\ial al celor doua puncte.Unitatea de m`sur` a capacitatii [n Sistemul Interna\ional este :

Câmpul electric imprimat. Tensiunea electromotare.

La nivel microscopic structura cristalin` ideal` a unui conductor metalic const` dintr-o re\ea uniform` în nodurile c`reia sunt fixa\i ionii metalului (particule elementare cu sarcin` pozitiv`) iar electronii de conduc\ie care au sarcin` negativ` se mi]c` liberi prin re\ea ( ).

În stare de repaus densit`\ile de volum ale sarcinii pozitive ]i negative sunt acelea]i în valori absolute ]i corpul este neutru din punct de vedere electric. Dac` conductorul este accelerat se ob\ine o separare relativ` a sarcinilor de semne contrare ]i apare un câmp electric de intensitate .

9

Dac` ne punem problema stabiliri echilibrului unui electron cu sarcina q în raport cu re\eaua cristalin`, rela\ia de echilibru dintre for\e este dat` de formula (18):

Fg. 5 Distribu\ia sarcinilor electrice

(18)

unde:

reprezint` for\a de iner\ie ce ac\ioneaz` asupra electronului.

(19)

Raportul este de natur` c@mp electric ]i se nume]te câmp

electric imprimat ( ).

Tensiunea electromotoare sau tensiunea electric` imprimat`

Se define]te ca integral` de linie a intensit`\ii câmpului electric imprimat de-a lungul unei curbe date ( C ) între dou` puncte A ]i B.

(20)

Experimental câmpul electric imprimat se produce prin accelerarea conductoarelor.

Câmpul electric imprimat de contact. Un astfel de câmp apare la contactul dintre dou` metale diferite ( Cu, Zn ) care sunt neînc`rcate electric ]i sunt puse în contact la aceea]i temperatur`. Zincul se încarc` cu sarcin` negativ` iar

10

Cuprul cu sarcin` pozitiv`. Starea de înc`rcare este rezultatul difuziei par\iale a

electronilor din conductorul de Cupru în cel de Zinc. Ansamblul format din cele dou` metale poart` numele de termocuplu.

11