ElectrotehnicaStudiaza campul electro magnetic si aplicatiile acestuia la constructia si functionarea masinilor electrice

Studiul curentului electric = O deplasare ordonata intr-un sens de sarcini electrice se numeste curent electric

Purtator de sarcini electrice = in metale purtatori de sarcini sunt electronii liberi, in lichide sunt ioni pozitivi si negativi, in gaze sunt ioni pozitivi, negativi si electroni liberi; in semiconductori sunt electroni liberi si goluri

Curentul electric este: curent electric de conductie = este determinat de deplasarea ordonata intr-un sens a electronilor liberi intr-un conductor sub actiunea unui camp electric; curent de convectie = este determinat de deplasarea ordonata intr-un sens a unui corp macroscopic incarcat cu sarcina electrica; curent electric de deplasare = ?

Existenta unui curent electric este pusa in evidenta de efectele sale:Efectul coleric - incalzireEfectul chimic - electrolizaEfectul magnetic - aparitia campului magnetic

Marimea care caracterizeaza curentii electrici:I (intensitatea curentului electric)Prin definitie daca in timpul 'dt' prin sectiunea 's' a unui conductor trece o cantitate de electricitate 'dq' atunci intensitatea curentului este I = dq / dt ; [q] = C ; I = C / s = A ;

Densitatea de curentIn orice punct din spatiu in care exista curent electric se defineste o marime vectoriala numita densitate de curentJ = densitate de curent = dI / dSn * n ( n = sens de strabatere )J = A / m2

I = ∫s J n dsI = fluxul densitatii de curent prin suprafata respectivaJ - directia si sensul aceleiasi cu directia si sensul de deplasare a sarcinilor pozitiveIntr-un circuit simplu se considera ca sensul curentului electric este dat de sensul de deplasare a sarcinilor pozitive.

In campuri de vectori se definesc 2 operatii:Circulatia vectorului pe un drumFluxul vectorului printr-o suprafataCirculatia elementar : d τ = E * drτ 12 = ∫1

2 E drFluxul elementard ϕ = E * n dsϕ = ∫s E n dsCurba inchisa determina o suprafata. Suprafata inchisa determina un volum.

Ecuatia de continuitateq = ∫vs ƪ dv ; I = - dq / dt = d / dt (∫vs ƪ dv)

Curentul electric continuu in metaleCurentul electric care strabate un conductor se numeste curent electric continuu (stationar) daca intensitatea lui este constanta in timp si are aceeasi valoare in orice sectiune a conductoruluiI = (U2 - U1) / R = - ΔU / RR = depinde de natura conductorului, dimensiunile si conditiile exterioare

R = ƪ * Δl / Δs

ƪ = rezistivitate a materialului

Legea lui ohm in forma locala

Omogen = aceleasi proprietati pe orice directieIzotrop = indiferent de directie

Legea lui Joule in forma localaDaca un curent strabate un conductor cantitatea de caldura degajata este proportionala cu rez. conductorului, cu patratul intensitatii si cu timpul cat circula prin conductor.Q = R I2 Δt w = densitatea de caldura

w = σ E2

σ = conductivitate

Legea Wiedeman - FranzRaportul dintre conductivitatea termica a unui material si conductivitatea lui electrica este proportionala cu temperatura absoluta a materialului

x / σ ≈ Tσ = conductivitate

Teoria Drude Lorrentz a conductivitatii electriceInterpretarea electronia a legilor curentului continuu

Curentul electric in lichideUn lichid bun conducator de electricitate se numeste electroletElectrolitii sunt solutii ale sarurilor, bazelor sau acizilor. O parte din molecule se disociaza in ioni pozitivi - negativi. Cand electrolitului nu este supusa unei diferente de potential ionii pozitivi si negativi rezultati din disociere au o miscare dezordonata si permanenta in toata masa lichidului.

ElectrolizaProcesele care au loc la nivelul molecular cand printr-un electrolit trece curent electric s.n electrolizaIonii pozitivi - Catod; ionii negativi - Anod

Legile electrolizeiI. Cantitatea de substanta depusa prin electroliza la unul din electrozi este proportionala cu intensitatea curentului si cu timpul cat aceasta trece prin electrolit. Factorul de proportionalitate se noteaza cu K si se numeste echivalentul electrochimic al substanteim = k / tII. Echivalentul electochimic este proportional cu echivalentul chimick = 1 / F (1/f = factorul de proportionalitate; F = constanta lui Faradey) = A / n ( A = greutatea atomica; n = valenta ); F = I * t * (1 / m) * (A / n)

Constanta lui FaradeyEste numeric egala cu cantitatea de electricitate la ca carei trecere printr-un electrolit face sa se depuna la unul din electrozi o cantitate de substanta m egala cu echivalentul chimic al substantei

Legea conductibilitatii electrolitului

Curentul electric determinat in vid de deplasarea electronilor emisi de un corp solidEmisia termoelectonica: fenomen electrice generate de catre un corp solid la temperaturi inalte ale acestuia. De fapt emiderea de electroni de catre un corp solid se face la orice temperatura mai mare de 00K doar ca devine practic doar de la anumite temperaturi

Efecte termoelectriceEfectul Seebeck - consta in aparitia unei tensiuni termoelectromotoare intr-un circuit inchis alcatuit din condensatori de naturi diferite sudate la capete cand contactele dintre ele sunt mentinute la temperaturi diferite.

ε = α ( T2 - T1 )

α = coeficientul SeebeckTensiunile depind de natura conductoarelor. Efectul Peltier - consta in absorbtia sau cedarea de cantitati de caldura la contactul dintre 2 condensatoare de naturi diferite sudate intre ele cand prin circuit se stabileste un curent electric

Surse de energie electrica. Legea lui Ohm pt un circuit simplu cu sursa de energie electricaSursa = dispozitiv in care o anumita forma de energie este transferata in energie electrica. De regula intr-o sursa asupra sarcinii electricre actioneaza forte de natura neelectrica determinate de campuri imprimate

I = ε / R + R0

Puterea electrica intr-un circuit.P = RI2 + R0I2;P = (R+R0) I2; Pe = RI2

η = Pe / P = R / R+R0

Transferul de putere maxima de la sursa la rezistenta exterioaraP = I2 (R+R0)P = I2 R

I = ε / R + R0

d Pe / dR = R0 -R / (R+R0)3 => R = R0

P = I2 (R+R0) = ε2 / R + R0

Retea electrica = ansamblu de surse electrice si de receptori (rezistente, consumatori) interconectate intre ele logic.Nod de retea = punct de contact dintre cel putin 3 laturi ale reteleiLatura a retelei = portiunea cuprinsa intre 2 noduri consecutiveOchi de retea = un circuit inchis alcatuit cu laturi ale retelei

Legile lui KirchoffI. Intr-un nod de retea suma intensitatii curentlor care intra intr-un nod este egala cu suma intensitatilor curentilor care ies din acel nod. Suma algebrica a intensitatii curentilor ce intra intr-un nod este egala cu 0.II. Intr-un ochi de retea suma algebrica a tensiunii electromotoare din latura ochiului este egala cu suma algebrica ale caderilor de tensiune pe rezistenta din latura ochiului.A rezolva un circuit de curent continuu inseamna de regula a cunoaste val t.e.m. ale surselor si valorile rezistentei din laturile retelei si a determina valoarea intensitatii curentilor din laturile retelei.

Studiul campului magneticMagneto statica - studiaza campul magnetic creat in timp de un curent electric. Campul magnetic este o proprietate a materiei, o stare a acesteia care ia nastere in spatiul din jurul unui condensator strabatut de un curent electric.Se masoara in Tesla. Liniile campului magnetic sunt linii inchise. Existenta unui camp magnetic este pusa in evidenta prin efectele sale. Un camp magnetic da nastere unei forte care actioneaza asupra cauzei care l-a produs, adica asupra condensatorului strabatut de curent.

Legea Biot-SavartCampul de unde magnetice creat de un condensator infinit de lung strabatut de curentul stationar de intensitate

Forta de intercatiune dintre 2 conductoare paralele strabatute de curenti stationari

Forta Lorentz

Metoda legilor lui Kirchoff1. se stabileste numarul necunoscutelor (egal cu numarul de laturi) si se considera cate un sens arbitrar pentru fiecare dintre acestea2. se stabileste numarul ochiurilor independente si se considera cate un sens arbitrar de parcurgere a acestora3. se aplica leagea a IIa in fiecare ochi independent4. se aplica legea I unui numar de n-1 noduri; se rezolva sistemul astfel format si se determina valoarea necunoscutelor; Daca una din necunoscute rezulta negativa din rezolvarea sistemului inseamna ca sensul real al acesteia este invers celui considerat la inceput; se redeseneaza circuitul, se trec sensurile reale si se scriu valorile curentilor fara niciun semn

Potential magnetic vectorial

Fluxul inductiei electromagnetice printr-o suprafata

rezulta ca un camp de inductie magnetica nu este creat de o sarcina magnetica

Inductia electromagneticaFenomenul inductiei electromagnetice consta in aparitia unor tensiuni electro-motoare de inductie intr-un circuit situat intr-un flux magnetic variabil in timpAcest fenomen are 2 aspecte limita:1. consta in aparitia unui t.e.m. de inductie intr-un circuit care se deplaseaza cu o viteza V intr-un camp de inductie magnetic B, chiar daca B este constant in timp2. Consta in aparitia unui t.e.m. de inductie intr-un circuit situat intr-un camp de inductanta magnetica B, chiar daca circuitul nu se deplaseaza.

Legile fenomenului de inductie:- legea lui Faradey = t.e.m. de inductie este proportionala cu rata de variatie in timp a fluxului maxim. - legea lui Lentz = sensul t.e.m. induse este a.i. curentul electric care ia nastere determina aparitia unui flux magnetic care se opune variatiei fluxului magnetic inductor

Expresia generala a legii inductiei electromagneticeCazul in care un circuit C inchis se deplaseaza cu viteza V intr-un camp magnetic a carui inductie B variaza in timp

In orice regiune din spatiu in care exista un camp de inductie magnetica variata in timp apare un camp electric ale carui linii de camp sunt linii inchise in jurul liniilor campului de inductie magnetica

Inductanta unui circuit

dϕ / dI = L (inductanta circuitului)Webber / Amper = Henry

AutoinductiaEste fenomenul de inductie electromagnetic care se produce in propriul circuit datorita variatiei curentului din acest circuit

Curenti FaucaultSunt curenti care apar in mase mari metalice situate in campuri magnetice variate in timp. De regula masele pot sa se roteasca sau pot fi fixe.

Proprietatile magnetice ale substantei ( in campul magnetic )

Intensitatea campului magnetic

- intensitati de magnetizare

Magnetizarea unei substanteEste egala cu suma vectoriala a momentelor magnetice ale atomilor din care este alcatuita substanta

Pmi = momentul magnetic al unui atom este dat de suma(?) vectoriala a momentelor electronilor sai. Un electron are 3 categorii de momente magnetice:1. moment magnetic propriu2. mom. mag. orbital3. variatia momentului magnetic oribtal care apare numai in prezenta unui camp magnetic exterior

Clasificarea substantelor magneticedupa valoarea susceptibilitatea magnetica a materialului:Xm < 0 - diamagneticXm > 0 - fie paramag fie feromagLa valori mici substanta este paramagExista o temperatura numita temp. Curie la care substanta feromag devine paramagSubstanta diamag = in mod deosebit sunt substitutii in care apare variatia campului magnetic orbital in prezenta unui camp magnetic exterior.Se impart in 3 categorii:-clasice-anomale diamag (?)-supraconductori

Curent alternativEste curentul a carui densitate variaza lent in timp si care isi schimba periodic sensul.Toate legile din curentul continuu se aplica si in curent alternativ dar numai intre valorile instantanee sau complexe.

Fazori:Prin fazor al unei marimi alternative se intelege un segment de dreapta orientata care are urmatoarele proprietati1. la o anumita scara marimea lui este egala cu amplitudinea marimii altui sin (?)2. la momentul t=0 face cu o axa de referinta un unghi ϕ = faza initiala al m.a. sin (?) pe care o reprezinta3. se poate roti in jurul originii sale cu o viteza w egala cu pulsatia m.a. sin pe care o reprezinta

Valori ale marimilor alternativei = Im * sin wtValoarea efectiva a unui curent alternativ se intelege acea valoare a curentului continuu care produce in aceeasi rezistenta si in acelasi interval de timp un efect Joule egal cu cel produs de curentul alternativ dat

Circuitul RLC serie in curent alternativCircuitele RLC au constante concentrate

Rezonanta RLC serie de curent alternativUn circuit RLC suma este la rezonanta cand reactanta lui totala este egala cu 0

Legea lui Ohm in curent alternativ

Puterea in curent alternativ monofazat