elth cds auxiliar

Program postuniversitar de conversie profesional pentru cadrele didactice din mediul ruralSpecializarea EDUCAIE TEHNOLOGIC Forma de nvmnt ID - semestrul I

ENERGIE, ELECTROTEHNIC ELECTRONIC

Adriana BERZUNEANU

Mariana ROBE

2005

Ministerul Educaiei i Cercetrii Proiectul pentru nvmntul Rural

EDUCAIE TEHNOLOGICEnergie, electrotehnic electronic

Adriana BERZUNEANU Mariana ROBE

2005

2005

Ministerul Educaiei i Cercetrii Proiectul pentru nvmntul Rural Nici o parte a acestei lucrri nu poate fi reprodus fr acordul scris al Ministerului Educaiei i Cercetrii

Cuprins

CUPRINS

CapitolCuprins Introducere UNITATEA DE NVARE 1 SURSE DE ENERGIE, MODALITI DE PRODUCERE A ENERGIEI Obiectivele unitii de nvare 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. Ce este energia? Transformarea energiei Conservarea energiei primul principiu al termodinamicii Msurarea energiei; uniti de msur pentru energie Puterea , msurarea puterii, uniti de msur pentru putere Diverse forme de energie: Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 1 Bibliografia UNITATEA DE NVARE 2 MATERIALE ELECTRONICE I ELECTROTEHNICE Obiectivele unitii de nvare 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. Introducere Materiale metalice Materiale semiconductoare Materiale electroizolante Materiale magnetice Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 2 Bibliografia

Paginai v

1 2 2 3 3 4 5 11 12 13

14 15 17 40 45 62 67 69 70

Proiectul pentru nvmntul Rural

i

Cuprins

UNITATEA DE NVARE 3 ELEMENTE PASIVE DE CIRCUIT: REZISTOARE, CONDENSATOARE, BOBINE Obiectivele unitii de nvare 3.1. 3.2. 3.3. Rezistoare Condensatoare Bobine Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 3 Bibliografia UNITATEA DE NVARE 4 COMPONENTE ACTIVE DE CIRCUIT Obiectivele unitii de nvare 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. Jonciunea pn Dioda redresoare Dioda Zener Dioda Varicap Tranzistorul bipolar Dispozitive optoelectronice fotorezistena, fotodioda,fotoelementul, fototranzisorul,LED-ul. Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 4 Bibliografia UNITATEA DE NVARE 5 REDRESOARE Obiectivele unitii de nvare 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. Introducere Redresor monoalternan Redresor dubl alternan cu transformator cu priz median Redresor dubl alternan cu punte redresoare Filtre de netezire Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 5 Bibliografia 133 134 135 138 141 142 147 148 149 122 129 131 132 100 101 104 107 107 111 71 72 82 91 95 97 99

ii


Cuprins

UNITATEA DE NVARE 6 TEHNOLOGIA DE REALIZARE A CABLAJELOR IMPRIMATE Obiectivele unitii de nvare 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. Introducere Lipirea Cablaje imprimate Executarea lipirii cu ciocanul de lipit Dezlipirea componentelor Recomandri pentru plantarea componentelor electronice Realizarea circuitelor imprimate cu componente pasive Lucrare practic Proiectarea i realizarea divizorului de tensiune Lucrare practic Proiectarea i realizarea divizorului de curent Bibliografie UNITATEA DE NVARE 7 COMPONENTE ALE INSTALAIILOR DE TRANSPORT I DISTRIBUIE A ENERGIEI ELECTRICE Obiectivele unitii de nvare 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. Noiuni de baz: receptor, instalaia electric, aparat electric, efectul termic al curentului electric , scurtcircuit Componente ale instalaiei de transport a energiei electrice Componente ale instalaiei de distribuie a energiei electrice Conectarea consumatorilor la reeaua de distribuie Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 7 Bibliografia UNITATEA DE NVARE 8 COMPONENTE ALE INSTALAIEI DE ILUMINAT INTERIOR Obiectivele unitii de nvare 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. Surse electrice de iluminat Corpuri de iluminat Aparate electrice Tablouri electrice Conductoare, tuburi de protecie, accesorii Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 8 BibliografiaProiectul pentru nvmntul Rural

150 151 151 153 154 157 159 160 160 161 162

163 164 165 169 172 174 175 177

178 180 184 187 195 195 198 199 202 iii

Cuprins

UNITATEA DE NVARE 9 SCHEMA DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRIC A LOCUINEI Obiectivele unitii de nvare 9.1. Elemente de proiectare a instalaiilor electrice interioare Lucrarea de verificare nr. 9 Bibliografia UNITATEA DE NVARE NR.10 APARATE DE MSUR Obiectivele unitii de nvare 10.1. Noiuni de baz: proces de msurare, erori de msurare 10.2. Aparate de msur analogice 10.3. Aparate de msur digitale 10.4. Multimetre 10.5. Msurarea mrimilor electrice 10.6. Osciloscopul Lucrarea de verificare nr. 10 Bibliografia 215 216 218 225 226 227 235 243 244 203 204 213 214

iv


Introducere

INTRODUCEREStimate cititorule, Bine ai venit la studiul modulului Energetic, Electrotehnic, Electronic, parte integrant a cursului de Educaie tehnologic. Te felicit pentru c aceasta nseamn c eti o persoan deosebit, preocupat de propria carier i care tie s exploateze fiecare oportunitate. OBIECTIVELE MODULULUI Dup studiul modulului vei fi capabil : S explici noiuni teoretice i practice legate de fenomenele electrice i magnetice din domeniile energetic, electrotehnic, electronic. S susii o discuie despre fenomenele electromagnetice i aplicaiile acestora folosind un vocabular adecvat, cu termeni tehnici de specialitate. Vei fi capabil s foloseti componente ale unei instalaii de iluminat, Vei fi capabil s foloseti componente electronice pentru realizarea unor circuite simple. Vei fi capabil s fololoseti aparate de msur pentru mrimi electrice. Vei descoperi noi valene ale educaiei la distan. MODUL N CARE ESTE CONCEPUT MODULUL Apreciem c este necesar i sperm, ca cititorul nostru s neleag sensul fiecrui cuvnt pe care l va ntlni n cele ce urmeaz. De aceea considerm c este binevenit explicarea sensului unor noiuni de pedagogie contemporan (de altfel pe parcursul modulului vei ntlni adesea un dicionar cu explicarea sensului unor noiuni nvate n anii de coal ). 1. Modul este o unitate didactic alctuit din elemente de teorie, lucrri de laborator i de instruire practic corelate cu coninuturile teoretice. Lucrrile de laborator i de instruire practic asigur con firmarea i aplicarea adevrurilor tiinifice pe de o parte i dobndirea competenei de a ti s faci pe de alt parte. Am ncercat de aseme nea ca prin lucrrile de laborator i lucrrile practice s aplicm un principiu de actualitate n nvmnt learning by doing. Structura modulului, fidel structurii cursului de Educaie la Distan, este construit pe 10 uniti de nvare cu 10 lucrri de verificare, care evalueaz nivelul de formare a competenelor vizate de unitatea de nvare. 2. Unitatea de nvare = element structural al modulului, care integreaz competenespecifice, este unitar din punct de vedere tematic i se finalizeaz prin evaluare.

3. Competene specifice = ansambluri structurate de cunotine i deprinderi dobndite prin nvare i care permit identificarea i rezolvarea de probleme n contexte diverse a unor probleme caracteristice unui anumit domeniu. Ele sunt definite pe obiect de studiu.Proiectul pentru nvmntul Rural

v

Introducere

Prezentarea, nc de la nceputul unitii de nvare, a obiectivelor unitii de nvare v direcioneaz studiul spre dezvoltarea competenelor specifice vizate. Pentru o nvare activ, cu participarea direct a dumneavoastr, fiecare unitate de nvare conine mai multe sarcini de lucru/aplicaii, lucrri de laborator, care v ajut n clarificarea i consolidarea conceptelor i fenomenelor prezentate. MODUL N CARE ESTE CONCEPUT EVALUAREA Evaluarea este activitatea de colectare , organizare i interpretare a datelor obinute prin intermediul instrumentelor de evaluare n scopul emiterii unei judeci de valoare asupra rezultatelor msurrii. Evaluarea se adreseaz cursanilor , se poate face la date fixe (stabilite de tutore) prin probe scrise (lucrrile de verificare prevzute la sfritul fiecrei uniti de nvare, prin proiecte, referatele lucrrilor de laborator). Evaluarea are n vedere atingerea de ctre cursant a obiectivelor unitilor de nvare . Varietatea instrumentelor de evaluare ( rezolvri de probleme, proiecte, glosare de termeni tehnici, referatele lucrrilor de laborator) i a itemilor, permite ndeplinirea funciilor evalurii: -diagnoza stabilirea punctelor tari i a punctelor slabe ale cursanilor sprijinind deciziile de referitoare la activitile de ratrapaj; -prognoz stabilete zonele de performan viitoare ale cursanilor -reglarea nvrii ajut tutorele la realizarea consilierii privind nvarea - certificare certific nivelul de pregtire a cursanilor. - aplicaiile rezolvate precum i testele de autoevaluare, ndeplinesc funcia motivaional a evalurii stimulnd autocunoaterea i autoaprecierea cursanilor i sporind motivaia pentru nvare Evaluarea obiectivelor atinse de cursani este criterial - punctajele obinute de cursant prin rezolvarea sarcinilor de lucru (itemilor) din fiecare lucrare de verificare, furnizeaz date despre performane. Am apreciat c obinerea punctajului maxim la rezolvarea unei lucrri de verificare constituie 6% din punctajul total necesar absolvirii modulului -10 lucrri de verificare realizate cu punctaj maxim reprezint 60% din punctajul necesar absolvirii modulului, restul de 40% fiind acordat de tutore, pe baza unor instrumente i metode de evaluare elaborate de acesta. Convertirea punctajului n not este sistemul de notare cu care lucreaz Serviciul Naional de Examinare i Evaluare. Rspunsurile i comentariile testelor de evaluare se gsesc la sfritul fiecrei uniti de nvare. n cazul Unitii de nvare Nr 6 Tehnologia de realizare a cablajelor, considerm c pentru atoevaluare i evaluare sunt necesare efecturi de lucrri practice. Acestea vor nlocui testele de atoevaluare. Prin nelegere cu tutorele vei stabili i lucrarea de verificare. a. Deoarece obiectivele modulului vizeaz i dobndirea de deprinderi practice de lucru cu componente electrice i electronice i folosirea aparatelor de msur, pentru evaluarea acestora , n coloana Evaluare din fiele tehnologice, tutorele va consemna Realizat sau va bifa realizarea corect a operaiei respective. b. Un caz aparte este Unitatea de nvare numrul 9 Schema de alimentare cu energie electric a locuinei Testele de autoevaluare au fost nlocuite cu un mini proiect pentru care exist att schemele ct i exemplele de calcul corespunztoare. viProiectul pentru nvmntul Rural

Introducere

c. n cazul Unitii de nvare nr. 10 Aparate de msur obiectivele fiind identificarea aparatelor de msur s msurarea parametrilor componentelor electronice i electrice care alctuiesc circuitele de alimentare cu energie electric, atoevaluarea i evaluarea se face prin lucrri de laborator i ntocmire de referate . d. Pentru nvare eficient este esenial asigurarea cu elemente vizuale. Dei cursul conine foarte multe imagini, recomandm folosirea CD-urilor cu lecii referitoare la componentele unei instalaii electrice de iluminat i modul de realizare a acesteia, la modul de funcionare i folosire a aparatelor de msur, ( laborator virtual) elaborate de firma SIVECO. Pentru obinerea acestora accesai site-ul astfel: www.portal.edu.ro, click Centrul de excelen SIVECO, click Seciunea coninut educaional multi- media, click Lista pachetelor de lecii AEL, click TEHNOLOGIE. De asemenea se poate folosi motorul de cutare pe internet www.google.ro n varianta Imagini sau varianta Web e. Pentru localizarea imediat a sarcinilor de lucru/aplicaii, a lucrrilor de laborator, a testelor de autoevaluare sunt utilizate desene simbolice (aceleai pe tot parcursul modulului), pe care le vei recunoate dup parcurgerea primei uniti de nvare . Spaiul liber din partea stng v permite s v facei propriile adnotri /comentarii referitoare la coninutul studiat . Lucrrile de verificare vor fi trimise tutorelui, care, dup ce le analizeaz i noteaz, vi le retrimite cu comentarii i recomand dac este cazul. Instruciuni de elaborare a lucrrilor de verificare: Rspunsurile la ntrebri vor fi transmise prin pot tutorelui pentru corectare i eventuale comentarii. Pe prima pagin a lucrrii se vor nscrie urmtoarele informaii: modulul Energie, Electrotehnic, Electronic, lucrarea de verificare numrul, numele i prenumele cursantului, adresa. V recomand s scriei clar rspunsurile la ntrebri. Dac este posibil utilizai un procesor de texte. Pentru comentariile tutorelui, lsai o margine de circa 5 cm i aceeai distan ntre rspunsuri. Pentru securitatea lucrrii v recomand s scriei numele cursantului pe fiecare pagin


vii

Introducere

Bibliografie minimal a modulului 1. Ileana Fetia i Al. Fetia , Manual de studiul materialelor Editura didactic i pedagogic, 1992 2. Dan Dasclu .a. Dispozitive i circuite electronice, Editura didactic i Pedagogic, Bucureti 1982, 3. Th. Dnil, Monica Ionescu Vaida, Manual de componente i circuite electronice Editura didactic i Pedagogic, Bucureti 1993. 4. Constantin Miroiu, Lucrri practice de componente i circuite electronice,1983 5. Mariana Robe .a. Componente i circuite electronice Sinteze pentru examenul naional de bacalaureat, Editura Economic Preuniversitaria, 2000 6. Emil Micu, a Electrotehnica de la A la Z, Editura tiinific i enciclopedic Bucureti, 1985. 7. D. Coma a, Proiectarea instalaiilor electrice industriale ,Editura didactic i pedagogic Bucureti, 1983. 8. E Pietrreanu, Agenda electricianului, Editura tehnic, Bucureti,1986. 9. Niculae Mirea , Constantin Negu Manual pentru instalaii i echipamante clasa a XI a Editura didactic i pedagogic Bucureti, 1982. 10. Traian Canescu, Manual de Tehnologia lucrarilor electrotehnice, Editura Didactic i pedagogic, 1984. 11. P. Dinulescu, Instalaii i echipamente electrice Editura Didactic i pedagogic,1981 12. Eugenia Isaac, Manual de Msurri elctrice i electronice, clasa XI, Editura Didactic i pedagogic, 1994 13.Mariana Robe ,coordonator,Manual pentu pregtire de baz, domeniul electric, Editura Economic, Preuniversitaria, 2000 Not: la sfritul fiecrei uniti de nvare sunt indicate reperele bibliografice specifice tematicei abordate.

viii


Energie

UNITATEA DE NVARE NR.1SURSE DE ENERGIE, MODALITI DE PRODUCERE A ENERGIEI

Capitol Obiective 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. Ce este energia? Transformarea energiei Conservarea energiei primul principiu al termodinamicii Msurarea energiei; uniti de msur pentru energie Puterea , msurarea puterii, uniti de msur pentru putere Diverse forme de energie Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 1 Bibliografia

Pagina 1 2 2 3 3 4 5 11 12 13

OBIECTIVE: - dup parcurgerea acestui capitol, vei fi capabil s demonstrezi c ai neles ce este energia i care sunt proprietile ei - vei fi capabil s explici modul de producere a diferitelor forme de energie. - vei ti cum se pot acumula diversele forme de energie. - vei putea explica modul de transport al energiei. - vei fi capabil s acionezi n scopul economisirii energiei. - vei putea argumenta alegerea diferitelor surse de producere a energiei electrice.


1

Energie

1.1. CE ESTE ENERGIA? Stimate Cititorule, Trind n secolul XXI, cu siguran eti tributar n viaa personal i n cea social, ENERGIEI. Energia este esenial omului i reprezint o miz major n domeniul politic, economic, tiinific, n politica de mediu. Din toate timpurile, omul a avut nevoie de energie pentru a se hrni i pentru a se mica. Astzi, tehnologia permite obinerea unor cantiti mari de energie. h yique de lnergie.

DICIONAR

Sensul etimologic al cuvntului ENERGIE n limba greac nseamn Fora n aciune. CANTITATEA DE ENERGIE POATE FI MAI MARE SAU MAI MIC Energia poate exista sub diferite aspecte i se poate simi n funcie de situaie. De exemplu un automobil are o energie cu att mai mare cu ct se deplaseaz cu o vitez mai mare. Aceast energie este ns inferioar energiei unui camion care se deplaseaz cu aceeai vitez. Un resort care este comprimat are o energie mai mare dect a aceluiai resort destins. Energia unei baterii care alimenteaz un consumator este mai mare dect a unei baterii la care nu este conectat un consumator. Dup cum observm, energia are forme diverse. Pentru fiecare dintre ele se observ c energia unui sistem fizic depinde de starea in care se afl la un moment dat. n exemplele de mai sus, starea sistemului fizic este determinat de mas i de viteza de deplasare a autovehicolului, de deformarea resortului, de sarcina bateriei. Aceste forme de energie se transform. Transformrile sunt utilizate n viaa de zi cu zi, fr ca aceste transformri s genereze pierderi. 1.2. TRANSFORMAREA ENERGIEI ENERGIA SE TRANSFORM ntr-un bec, energia electric se transform n energie luminoas. Energia chimic nmagazinat n bateria lanternei de buzunar se transform n energie electric atunci cnd se acioneaz ntreruptorul i nchide circuitul de alimentare a becului; energia electric se transform n energie luminoas dar i n energie caloric. ntr-o central termoelectric, energia stocat n carburant (energia chimic n crbuni i petrol, sau energie nuclear n uraniu), este transformat prin combustie, respectiv prin reacie nuclear n cldur; apoi, o parte din aceast energie este recuperat n turbine, sub form de energie mecanic; n sfrit, energia mecanic se transform n energie electric n alternatoare. 2Proiectul pentru nvmntul Rural

Energie

1.3. CONSERVAREA ENERGIEI primul principiu al termodinamicii O caracteristic remarcabil a energiei este c ea se conserv ntotdeauna; dac se transfer dintr-un sistem n altul sau i schimb natura, aceasta se face fr distrugere sau creare de energie.

Primul principiu al termodinamicii: Nimic nu se pierde, nimic nu se creeaz, energia se conserv. Dac un obiect a pierdut energie, aceeai cantitate de energie este ctigat de un alt obiect cu care este n legtur, cu alte cuvinte dac energia i schimb forma, bilanul este ntotdeauna echilibrat. Printr-un abuz de limbaj, jurnalitii, oamenii politici, economiti spun c centralele produc energie. n realitate energia chimic sau nuclear se transform n energie electric i caloric. Aceast conversie este caracterizat de un randament. Astfel, o central care are un randament de 33%, consum pentru a trimite n reea 33 de uniti de energie electric 100 de uniti de energie nuclear i degaj 67 de uniti de energie caloric. Energia caloric este degajat n mediul nconjurtor prin vaporii de ap care sunt evacuai prin turnurile de rcire. Unele centrale folosesc aceast energie caloric pentru nclzirea locuinelor i a serelor. Vom vedea c, dei energia se conserv ntotdeauna, diversele forme nu sunt echivalente deoarece nu toate formele conservabile sunt realizabile. 1.4. MSURAREA ENERGIEI uniti de msur pentru energie Proprietatea energiei de a se conserva ne permite s-o msurm cu ajutorul unei singure uniti de msur, indiferent de forma pe care o are. Energia numit cinetic, asociat unui corp aflat n micare, de mas m i vitez v este: mv 2 E= 2 Dac masa se exprim n kilograme i viteza n metri/secund, energia se msoar n joule ( J ), unitate din sistemul internaional de uniti. n perioada n care cldura nu era recunoscut ca o form de energie, studiul schimbului de cldur a condus la introducerea caloriei ca unitate de msur. Caloria este cantitatea de cldur furnizat unui gram de ap pentru ai crete temperatura cu un grad Celsius Experiena a artat c transformarea energiei mecanice n cldur ct i invers, se face ntotdeauna cu acelai raport. Experiena arat c transformrile de energie mecanic n caloric i invers se fac ntotdeauna n acelai raport adic 1 calorie pentru 4, 18 jouli. Exist deci o echivalen ntre cele dou forme de energie.


3

Energie

1.5. PUTEREA msurarea puterii , uniti de msur pentru putere Schimburile de energie sunt caracterizate nu numai de cantitatea de energie transferat sau transformat dar i de durata procesului.

Puterea este cantitatea de energie produs n unitatea de timp.Unitatea de msur pentru putere este Watt deci 1joul/secund.

APLICAII

S determinm cantitatea de energie electric pe care o consum un radiator electric n timp de 1 or. Un radiator electric care are o putere de 1500 W consum n fiecare secund o cantitate de energie de 1500 J. Consumul de energie ntr-o or va fi:1500J x 3600 secunde = 5.400.000 J. Ce putei spune despre unitatea de msur a energiei, este mare sau este mic? Desigur este foarte mic pentru uzul curent n practic se folosete Kilowat ora KWh.

1 KWh este cantitatea de energie necesar unui aparat cu o putere de 1000W n timp de o orAstfel,1KWh =3600s x 1000 J =3.600.000J. Radiatorul electric consum deci ntr-o or de funcionare 1,5kWh i radiaz evident n acelai timp, ocantitate de energie caloric de 1,5 kWh

.

4


Energie

TEST DE AUTOEVALUARE

1.Dac apreciezi utilitatea verificrii consumului de energie electric nregistrat de contorul din locuin, calculeaz cantitatea de energie consumat n 24 de ore de un frigider 2000W, 4 becuri de cte 100W, un monitor 120W. Rezolvarea o vei realiza n spaiul liber din caset. Verificarea corectitudinii rezolvrii o poi face consultnd rspunsurile i comentariile de la pagina 11.

1.6. DIVERSE FORME DE ENERGIE Energia se manifest n micare, ntr-o reacie chimic, ntr-o degajare de cldur, ntr-un sistem electric, n radiaia luminoas, sau n fisiunea unui atom. Energia cinetic Este energia asociat micrii unui obiect. Am vzut deja c ea esteProiectul pentru nvmntul Rural

5

Energie

proporional cu masa m i cu ptratul vitezei de deplasare a corpului cu condiia ca acest obiect s aib o vitez de deplasare mai mic dect a luminii , adic mai mic de 300 000 Km/s. Energia gravitaional Dou corpuri masive se atrag datorit forei gravitaionale care este neglijabil pentru obiecte mici dar, devine foarte important pentru planete. Astfel soarele, pmntul i luna se atrag; greutatea nu este altceva dect fora de gravitaie exercitat de pmnt asupra obiectelor din vecintatea lui. Acestei fore i corespunde o energie de gravitaie cu att mai mare, cu ct corpurile sunt mai ndeprtate unele de altele. Energia gravitaional se mai numete i energie potenial deoarece este perceput de noi numai dac este convertit n alt form de energie. Energia potenial n cmp gravitaional a unei cabine de ascensor este mai mare la etajul zece dect la parter pentru c este mai departe de centrul pmntului. Dac s-ar tia cablurile cabinei i ar fi neutralizate frnele de siguran, cabina ar cdea cu o vitez accelerat i energia sa potenial s-ar transforma n energie cinetic. De asemenea , energia unei mase de ap de 1Kg. este mai mare la suprafaa unui lac al unui baraj dect energia sa de la piciorul barajului. Pentru o diferen de 100m altitudine diferene de energie potenial este de 981 J. Aceast energie este exploatat n centralele hidroelectrice unde cderea apei acioneaz paletele turbinei care antreneaz ntr-o micare de rotaie alternatorul. Energia elastic Este energia asociat deformrii obiectelor elastice cum ar fi de exemplu deformarea unui resort sau compresia unui gaz. Energia caloric Cldura se traduce la scara atomic, prin micarea dezordonat mai mult sau mai puin rapid, a particulelor. Pentru nivelul nostru de percepere, cldura constituie forma de energie pus n joc pentru ca temperatura unui corp s varieze sau pentru ca un material s-i schimbe starea : topirea gheii, evaporarea apei. Ea se poate transfera din aproape n aproape fr s se transforme ntr-o alt form de energie. Ea se poate transforma de asemenea n energie mecanic, o main cu abur, sau un reactor de avion dar ceast transformare este numai parial. Energia electric Particulele ncrcate cu sarcini electrice exercit unele asupra altora fore electrice. La fel cum energia potenial a gravitaiei a fost asociat forei de atracie gravitaional , o energie potenial electric este asociat forelor electrice care apar ntre sarcini electrice. Deplasarea acestora ntr-un circuit este nsoit mai mult sau mai puin de transfer de energie. Energia electric se poate transforma n energie caloric ntr-un rezistor electric- (radiator), prin efect Joule sau n energie mecanic pentru acionarea unui motor. Energia radioactiv O radiaie transport energie cnd se propag n vid. Soarele ne transmite o putere de 1KW pe metru ptrat, sub form de lumin vizibil i de radiaie infraroie. Un radiator ne transmite cldura sa prin intermediul mediului. Energia electric se transform n n cldur apoi

6


Energie

aceast cldur este evacuat n principal sub form de energie radiativ luminoas i infraroie. Infrarou domeniul spectral n care radiaiile electromagnetice au lungimea de und cuprins ntre 0,8 micrometri (lumina roie) i 1 mm. Invers, se poate converti o parte din energia luminoas care provine de la soare n energie electric prin intermediul fotocelulelor solare. Undele radio transport de asemenea energie desigur foarte slab dar suficient pentru transportul sunetului, imaginilor sau informaiei Microunde- unde electromagnetice cu lungimea de und cuprins ntre 1m i 1 mm. Energia chimic Energia chimic este asociat cu legturile dintre atomii moleculelor. O reacie chimic este nsoit de o transformare a energiei chimice n alt form de energie, de cele mai multe ori n energie caloric. O lamp cu gaz, produce o cantitate de energie caloric egal cu d diferena dintre energia chimic a gazului i oxigenul consumat i cea a produselor de combustie (vapori de ap i bioxid de carbon).ntr-o central termic cu crbuni, o fraciune din cldura de combustie este transformat n energie electric. ntr-un acumulator sau o pil electric, o parte din energia chimic eliberat prin reaciile din interiorul su, este recuperat sub form de energie electric. Energia nuclear Energia nuclear este localizat n centrul atomilor, n nucleu. Nucleul care este de 100000 de ori mai mic dect atomul, este constituit din particule elementare protoni i neutroni, care sunt foarte puternic legai ntre ei. Legturile dintre neutronii i protonii din nucleu constituie sursa de energie nuclear. O reacie nuclear care transform legturile din nucleu este nsoit de o degajare de cldur. Este un mecanism care are loc i n soare : fuziunea nucleelor de hidrogen n nuclee de heliu se produce cu degajare de cldur care este apoi radiat. n centralele nucleare, se folosete o alt reacie nuclear: fisiunea nuclear - fisiunea nucleelor de uraniu care se transform fiecare n alte dou nuclee de dou ori mai mici. O parte din cldura produs ,este transformat n energie electric.

n practic, alegerea unui anumit fel de energie depinde de scopul urmrit


7

Energie

APLICAII

Alegei sursa de energie eficient pentru obinerea a 1 kWh. Energia gravitaional a cderii de ap sau energia mecanic? V amintii ce cantitate de energie furnizeaz 1kg de apa care cade de la o nlime de 100m? 981J V amintii ? pentru a obine 1kWh sunt necesari 3 600 000J Deci pentru a obine 1kWh sunt necesare 3 600 000J/981kg adic 3,67t de ap care cade de la 100m. Energia mecanic a unui automobil care cntrete 1t i care se deplaseaz cu o vitez de 100km/or este: 100000 2 m 2 1000kg 2 13 10 9 mv 3600 2 s 2 = 10 = J= J E= 2 2 2592 2592 10 4 10 9 1kWh = 3600000J Deci energia de J = 0,1 kWh 2592 Deci sursa de energie eficient pentru a obine 1kWh este cderea de ap, hidrocentralele sunt eficiente n acest caz. n categoria intermediar figureaz energia caloric, electric, radiativ i chimic, care se msoar n kWh per kg de materie.

TIAI C ? Pentru a topi 1kg de ghea sunt necesari 0,1kWh ? Pentru a produce evaporarea a 1l de ap la 1000 C sunt necesari0,7kWh? Aparatele electrocasnice consum zilnic ntre 0,1 i 5 kWh? Combustia unui kg de gaz furnizeaz n jur de 12 kWh? Un om furnizeaz energie biochimic provenind din digerarea alimentelor i din aerul respirat. Omul le utilizeaz pentru a menine temperatura de 36,70 C. Puterea corespunztoare este de 100W n repaus i 500W n plin activitate fizic. Energia nuclear este forma de energie cea mai concentrat deoarece 1kg de uranium natural furnizeaz o cantitate de cldur e 100 000kWh ntr-o central electric n timp ce 1kg de crbune furnizeaz 8kWh. Iat de ce se manipuleaz cantiti foarte mici de combustibil nuclear pentru producerea electricitii. O central electronuclear de 1000MW consum o cantitate de 27de tone de uraniu mbogit pe an n timp ce o central termic de aceeai putere, consum 1 500 000 de tone de petrol pe an. De fapt se cunosc destul de puine metode de extragere a energiei nucleare nmagazinate n materie. n soare, 1 kg de hidrogen produce prin reacii nucleare de transformare n heliu, 180 de milioane de kWh.

8


Energie

DEGRADAREA ENERGIEI Experiena arat c un sistem fizic dat, tinde s devin spontan, din ce n ce mai dezordonat.. Printre diversele forme de energie, cldura corespunde micrii dezordonate a moleculelor. Alte forme de energie sunt din contr, ordonate la scar microscopic dar au tendina de a se transforma n cldur. Acest fenomen se numete disipaie de cldur. Este uor s produci cldur, pornind de la o cantitate de energie nobil de exemplu, n cuptoare sau cazane electrice, sau cu combustie, sau cu celulele solare , pentru a nclzi apa. Dar transformarea invers nu este posibil. Dac se dispune de o cantitate oarecare de cldur, aceasta nu poate fi transformat n totalitate n energie mecanic , electric, sau chimic cu ajutorul unui aparat cu ciclu de funcionare nchis, care s revin periodic la starea iniial. Natura ne d dreptul de a transforma numai o parte din cldura disponibil. Aceasta limiteaz de exemplu randamentul turbinelor cu aburi din centralele electrice, al motoarele mainilor i avioanelor, n general toate motoarele care elibereaz energie mecanic pornind de la energie caloric. n scopul exploatrii energiei nucleare sau chimice ntr-o central electric sau ntr-un automobil, se ncepe prin a se produce energie caloric prin reacii nucleare sau chimice ;numai o parte din aceast energie caloric se transform n energie electric sau mecanic. Situaia mai favorabil, este de a transforma energia mecanic n energie electric i invers. Dar n ambele cazuri este imposibil evitarea transformrii unei pri din aceast energie n cldur. Dac arborele unui motor antreneaz arborele unui alternator, primul transform energia electric n energie mecanic iar alternatorul, transform energia mecanic n energie electric Alternatorul nu recupereaz toat energia mecanic pe care a furnizat-o arborele motorului deoarece o parte din aceasta, s-a transformat n energie caloric n bobinajul care s-a nclzit prin efect Joule sau prin frecarea n lagre , imposibil de eliminat. STOCAREA ENERGIEI Energia nu se poate stoca n cantiti apreciabile i nici n forme variate Stocarea i recuperarea implic transformri i pierderi. Energia electric poate fi nmagazinat n acumulatori sub form de energie chimic. Dar descrcarea acumulatorilor furnizeaz mai puin energie dect cea care a fost nmagazinat, deoarece reaciile electrochimice sunt nsoite de degajare de cldur. n plus, acumulatoarele sunt costisitoare i grele, deoarece nu nmagazineaz dect 0,1 kWh per kg ceea ce este principala piedic n dezvoltarea automobilelor electrice. Nevoia noastr de energie electric variaz n timp: ea crete rapid seara, iar centralele nucleare nu suport aceste schimbri brute i importante. Datorit pierderilor sczute de cldur, n schimburile electromecanice, se folosesc barajele nu numai ca surs de energie hidroelectric dar i ca rezervoare de energie. n orele de consum redus, apa este pompat n lacul de acumulare prin folosirea energiei nucleare iar n orele de vrf, aceast ap acioneaz turbinele.Proiectul pentru nvmntul Rural

9

Energie

TRANSPORTUL ENERGIEI Transportul crbunelui, al petrolului i al gazelor naturale, este unul din factorii primordiali ai dezvoltrii industriei. Energia electric este singura form de energie care poate fi transformat aproape n totalitate i transportat la mare distan n mare cantitate cu costuri relativ sczute. Pierderile de energie prin transformarea n cldur pe liniile de nalt tensiune i prin transformatoare sunt apreciate la 8%. REZERVELE DE ENERGIE Energia este stocat n prezent n natur n combustibili fosili, n special hidrocarburi, crbuni, petrol, gaze naturale i derivate combustibile ale acestora supuse unor cicluri de utilizare deschise i a cror epuizare trebuie acceptat. innd cont de evoluia consumului de energie i de sperana de a gsi i de a putea folosi alte surse de energie, rezervele naturale de energie se pot estima pentru petrol la cteva zeci de ani, o sut de ani pentru gazele naturale i uraniu i cteva secole pentru crbune. Energiile regenerabile sunt cele care ne parvin direct sau indirect de la soare i care ne permit permanent regenerarea lor: energia solar, energia eolian, hidraulic, energia chimic acumulat n vegetale folosite la ardere lemn, alcool, energia geotermal, energia maree- lor terestre. Energia eolian Vntul este o surs de energie generat de efectele termice produse de diferenele de presiune efectul de renclzire i de rcire a scoarei terestre. Centralele eoliene sau aerogeneratoarele, sunt folosite pentru producerea energiei electrice prin transformarea energiei mecanice. Rotaia paletelor expuse vntului antreneaz n micare de rotaie un generator care produce energie electric. Energia geotermal Scoara terestr este cald i temperatura sa crete cu 3.30 C la fiecare 100m adncime. Apa provenit din precipitaii se infiltreaz i se nclzete n contact cu aceste zone Aceste ape sunt aruncate n aer pe cale natural sub forma gheizerelor. Energia lor este folosit nc din antichitate pentru nclzire, pentru alimentarea termelor. Zonele din subsol n care se gsesc apele termale se numesc zone acvifere. Temperatura lor variaz n funcie de adncime. Utilizarea apelor termale ca surs de energie, depinde de temperatura acestora. De exemplu, pentru nclzirea unui bazin piscicol este necesar o surs de ap cu temperatura de 200 pn la 300 C; pentru nclzirea unei locuine este necesar o surs de 450 pn la 750 C iar pentru producerea energiei electrice , o temperatur de 1000 pn la 1500 C. Energia solar

Energia solar este cea mai natural, cea mai abundent, cea mai disponibil i cea mai curat.

10


Energie

Radiaiile solare sunt rezultatul reaciilor de fuziune nuclear care au loc la suprafaa soarelui n urma crora hidrogenul se transform n heliu. Puterea degajat n urma acestui process este de 66 milioane de Watt/m2! Din fericire pentru noi, aceast se pierde pe drumul su de 150 milioane de km ctre Terra i numai 1kW/m2 este recuperabil la suprafee pmntului. Conversia energiei solare n energie electric(conversie fotovoltaic) a fost descoperit de fizicianul Antoine Becquerel (fiul lui Alexandre Becquerel, descoperitorul radio- activiti) n 1838.Conversia energiei solare n energie electric se poate face direct, cnd radiaia solar incident, pe un material, de exemplu siliciu, produce curent electric. Prin intermediul particulelor de lumin fotonii, electronii de valen ai siliciului sunt eliberai din zona de valen i trec n zona de conducie. Siliciul este elementul care se gsete din abunden in scoara terestr n nisip sau cuar, este un element stabil din punct de vedere chimic i este lipsit de toxicitate. Un generator electric solar este alctuit dintr-un sistem de captare a energiei solare, un sistem de conversie a energiei solare n energie electric i un sistem de stocare a energiei electrice pentru perioadele nensorite. n figur, este prezentat o cldire pe care sunt montate celule solare care asigur nclzirea apei menajere.

RSPUNSURI I COMENTARII LA NTREBRILE DIN TESTELE DE EVALUARE

Pentru rezolvare trebuie s revezi formulele de calcul i definiiile i aplicaiile de la pagina 4 din unitatea de nvare Surse de energie modaliti de producere a energiei

Rezolvare. Puterea total a frigiderului, a celor patru becuri de100Wi a monitorului care poate consuma 120W este de 2000+400+120=2520W Aceasta nseamn c energia consumat ntr-o secund este de 2520 J. Consumul total de energie n 24 de ore va fi: 24h**3600secunde*2520J = 60480 J*3600=60480J*3600secunde Amintete-i c 1kWh = 1000J*3600s. Deci n 24 de ore se vor consuma 60, 48kWh


11

Energie

LUCRRI DE CONTROL TRANSMISE TUTORELUI

LUCRAREA DE VERIFICARE NR.1Instruciuni Lucrarea de verificare , al crei coninut este prezentat mai jos, v solicit unele activiti care necesit cunoaterea i nsuirea conceptelor din unitatea de nvare 1. Rspunsurile la ntrebri vor fi transmise prin pot tutorelui pentru corectare i eventuale comentarii. Pe prima pagin a lucrrii se vor scrie urmtoarele informaii : titlul acestui modul (Energie, electrotehnic, electronic), numrul lucrrii de verificare ( Nr.1) numele cursantului i adresa. Rezolvarea cu succes a acestei lucrri v poate ajuta s obinei 6 % din punctajul necesar absolvirii modulului. V recomand s scriei clar rspunsurile i dac este posibil, realizai o redactare computerizat. Pentru comentariile tutorelui, lsai o margine de 5cm i aceeai distan ntre rspunsuri. Pentru securitatea lucrrii v recomand s scriei numele cursantului pe fiecare pagin. 1.Realizai un referat despre energii regenerabile n care s prezentai: a) corelarea dintre zonele de relief, clim, i necesitatea i posibilitile de folosire a surselor de energie regenerabil. 40 PUNCTE b) O comparaie ntre influena surselor de energie regenerabil i a celor de energie chimic, electric obinut pe baza transformrilor din energie caloric, a energiei nucleare asupra ecosistemului. 60 PUNCTE V vei documenta suplimentar folosind reviste de specialitate, explorare internet, bibliografia indicat pentru acest capitol. V recomand pentru rspuns, s v limitai la 5 pagini format A4.

12


Energie

Bibliografie 1. Victor Mercea ,Lucian Groanu, Mircioiu,Gheorghe Vsaru, Investigaii n energiei, Editura Dacia,1982;

Crian domeniul

2. Politici energetice ale Romniei OECD, 1994, pag 3. 3. Marc Uleriu revista Descoper, Nr.15/2004, pag.32-33 4. Marc Uleriu i alii, revista Descoper, Nr.16/2004 pag.8 5. Teodor Niu, Revista tiina pentru toi, nr. 18,2004, pag. 32- 39. 6. Eugenia Isaac, Manual de msurri electrice i electronice,clas a X-a. a XI-a, a XII-a Editura didactic i pedagogic, 1996, pag. 70- 73. 7. Ilena Piurescu, Carmen Ghea, Liliana Lakato, Eugen Lakato, Surse regenerabile de energie energia solar Editura Elisavaros, Bucureti 2002, pag.10 - 15


13

Materiale eletronice i electrotehnice

UNITATEA DE NVARE NR. 2MATERIALE ELECTRONICE I ELECTROTEHNICE

CapitolObiectivele unitii de nvare 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. Introducere Materiale metalice Materiale conductoare Materiale semiconductoare Materiale electroizolante Materiale magnetice Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Lucrarea de verificare nr. 2 Bibliografia

Pagina14 15 17 21 40 45 62 67 69 70

OBIECTIVE: - dup parcurgerea acestui capitol, vei fi capabil s identifici materialele folosite n electronic i electrotehnic - vei fi capabil s recunoti materialele folosite n electronic i electrotehnic dup proprietile fizice. - vei putea s faci conexiuni ntre proprietile fizice i chimice ale materialelor, proprietile tehnologice i domeniile de utilizare - vei putea s alegi materialele n funcie de domeniul de utilizare - vei folosi materiale electronice i electrotehnice potrivit unui scop dat.

14



2.1. INTRODUCEREFilosoful grec Leucippus din Grecia Antic a fost prima persoan care a crezut c materia este alctuit din atomi. Cuvntul atom nseamn n limba greac indivizibil. Democritus, un alt filosof grec a fost de acord cu ceea ce a spus. Leucippus i a emis ideea c atomii sunt diferii ntre ei ca mrime i form i de aceea, substanele sunt diferite ntre ele. n 1897 Sir Joseph John Thomson a dezvoltat un model al atomului n care un numr de electroni ncrcai cu sarcini electrice negative, sunt nglobate ntr-o sfer cu sarcini electrice pozitive , cele dou tipuri de sarcini electrice neutralizndu-se una pe cealalt. Rutherford a anunat in 1915, n urma unor cercetri, versiunea sa cu privire la structura atomului: un nucleu foarte mic i un nveli de electroni care graviteaz n jurul su modelul planetar al lui Rutherford.

In 1913 Bohr a produs un model al atomului n care electronii aflai pe orbite staionare, emit radiaii numai cnd sar de pe o orbit pe alta sau de pe un nivel energetic pa altul.

Erwin Schrondinger, n baza ecuaiei care descrie natura cuantic a particulelor, a abandonat ideea existenei unor orbite precise pe care se gsesc electronii i le-a nlocuit cu zone din jurul nucleului, pe care le-a numit niveluri orbitale unde e foarte probabil s existe electroni. Acesta este modelul atomic folosit n zilele noastre.


15


DICIONAR

Atom = cea mai mic particul a unui element chimic care mai pstreaz nsuirile chimice ale acestuia. Electron = o particul elementar ncrcat cu o sarcin electric negativ de 1,6 10-19 Coulombi. S privim cu atenie tabelul periodic al elementelor. El este alctuit din apte perioade numerotate n ordine cresctoare, n cifre arabe, ncepnd din partea de sus. O perioad este o linie orizontal a tabelului. Numrul perioadei corespunde numrului de straturi electronice pe care le posed elementele din acea perioad. Fiecare element este un constituent al materiei, al mediului nconjurtor. Un element este de fapt un atom. Cu ajutorul tabelului periodic al elementelor este posibil determinarea proprietile electrice .Din acest punct de vedere, elementele se clasific n metaloizi, nemetale i metale. Metaloizii n partea dreapt a tabelului se afl de fiecare parte a unei linii n scar nemetalele. Printre acestea se afl borul- B, carbonul- C, siliciul Si, germaniul Ge, Arseniul As, teluriu Te, bismut Bi, poloniu Po. Toate aceste elemente, numite adesea semiconductoare, au conductibilitatea electric intermediar , situat ntre cea a metalelor i cea a nemetalelor sau izolanilor. Nemetalele (Izolani) Toate elementele care se gsesc la dreapta metaloidelor sa semiconductoarelor au o conductibilitate electric foarte slab, o conductibilitate termic slab, nu au luciu. Ele nu pot fi prelucrate, nu pot fi trase n fire sau foi subiri. Metalele Toate elementele care nu sunt nici metaloide nici izolani sunt metale. Ele constituie deci majoritatea elementelor tabelului periodic. Metalele sunt bune conductoare din punct de vedere electric i termic. Au luciu, pot fi prelucrabile. Mai mult, ele reacioneaz adesea cu acizii. De remarcat c toate, cu excepia mercurului, sunt solide la temperatura ambiant.

16



Legenda

Metale Nemetale Izolatoare

2.2. MATERIALE METALICE Materialele metalice sunt cele mai folosite la realizarea obiectelor. Adesea se folosesc ns aliajele lor. Definiii Metal pur = este metalul care nu conine impuriti cu alte cuvinte, cuprinde n procent de 100% o singur specie de metal. Acesta este cazul ideal. Se pot atinge puriti n proporie de 99,9% pentru nichel, 99,99%pentru cupru i 99,998%pentru aluminiu. Aliaj = este un amestec omogen de mai multe metale obinut la temperatura de topire Cazul metalelor pure Starea solid este n general reprezentat prin particule ordonate n aa fel nct formeaz o reea cristalin. n cazul metalelor, particulele constituente sunt atomii. Atomii diferitelor metale pure nu au aceleai caracteristici. Ei au mase i dimensiuni diferite. innd cont de diametrul, de masa i de dispoziia atomilor care compun diferite metale, se poate explica de ce densitatea diferitelor dintre metale nu este aceeai. Dispoziia atomilor n reeaua cristalin nu este aceeai pentru toate metalele. n cazul fierului de exemplu, atomii sunt situai n colurile i n centrul cubului care se obine dac unim cu o linie punctat centrele fiecrui atom. La cupru i aluminiu atomii se gsesc n centrul feelor i n centrul cubului care se obine prin unirea centrelor atomilor.


17


Modelul atomului lui Schrodinger ne permite s nelegem conductivitatea metalelor. n metal, fiecare atom are electroni mai slab legai de nucleu dect alii .Acetia pot trece de la un atom la altul; aceti electroni se numesc electroni liberi sau de conducie. Dac un conductor metalic nu a fost supus unui cmp electric , electronii de conducie au o micare dezordonat, ei se deplaseaz n toate sensurile ca n figura alturat. + + Dac conductorul se afl ntr-un cmp electric determinat de o surs de tensiune electric electronii se vor deplasa ctre borna pozitiv a generatorului. + + + + +

Electronii se deplaseaz n metal cu o vitez de civa milimetri pe minut dar toi se pun in micare aproape instantaneu. Rezistena electric este proprietatea materialelor de a se opune trecerii curentului electric Rezistivitatea unui material este o mrime electric egal cu rezistena electric pe care o opune la trecerea curentului electric un conductor din acel material, cu lungimea de 1m i aria seciunii transversale prin conductor, de 1 mm2. Rezistivitatea se noteaz cu i este dependent de natura materialului. Conductivitatea electric este proprietatea materialelor de a conduce curentul electric i este egal cu inversul rezistivitii electrice. Se 1 noteaz cu = .

.Rezistena electric este o proprietate a conductorului care depinde de dimensiunile acestuia (seciunea transversal S i lungime l ) i de natura materialului din care este construit (rezistivitate).

R =

l S

=R

mm 2 S [ ] l m

Materiale bune conductoare de curent electric; au rezistivitatea cea mm 2 mai mic, cuprins ntre 10-2 i 10 . Materialele bune conductoare m sunt metalele i aliajele lor. Conductibilitatea lor este determinat de faptul c au cel mult trei electroni pe stratul de valen, care se pot desprinde uor din sfera de atracie a nucleului fr un aport de energie 18Proiectul pentru nvmntul Rural


din exterior. Sub influena unui cmp exterior, aceti electroni devin electroni de conducie, formnd curentul electric. n deplasarea lor, electronii se ciocnesc de atomii metalului, descriind un drum complicat i deplasndu-se cu vitez relativ mic. Cu ct numrul de ciocniri este mai mare, cu att viteza de deplasare a electronilor este mai mic. Ca urmare a ciocnirilor dintre electroni i atomii metalului, electronii cedeaz o parte din energia lor cinetic, energie care se transform n cldur. Astfel se explic nclzirea metalelor strbtute de curent electric.Rezistivitatea se manifest prin numrul de ciocniri ale electronilor de conducie cu atomii reelei cristaline a metalului.

Creterea temperaturii unui conductor metalice conduce la creterea agitaiei termice, deci a numrului de ciocniri i deci a creterii rezistivitii electrice. Dac se consider c la temperatura 1 rezistivitatea materialului este 1 iar la temperatura 2 rezistivitatea materialului este 2, se definete 2 1 coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura = , 1 ( 2 1 ) unde 2 - 1 reprezint creterea rezistivitii n intervalul de 2 1 temperatur 2 1 ; reprezint creterea relativ a rezistivitii n

1

intervalul de temperatur 2 1 ;coeficientul de temperatur, , reprezint creterea relativ a rezistivitii pentru creterea temperaturii cu un grad Celsius sau un Kelvin. Valoarea acestuia este ntotdeauna mai mare dect zero pentru metale. Unitatea de msur pentru coeficientul de 1 variaie a rezistivitii cu temperatur este 0 sau 0C-1 C

APLICAII 1.La temperatura de 200C,rezistivitatea cuprului este de = 0,01724 mm2 /m. a). Exprim rezistivitatea cuprului n m; b).Calculeaz conductivitatea cuprului. Rezolvare a) = 0,01724*10-3 m*10-3 m /m =0,01724*10-6 m. b) =1

1

=

1 0,01724mm 2m

1011 -1 -1 1m = = m = 5,8*107 6 2 0,01724 10 m 1724

m-1


19


2. Calculeaz conductivitatea aluminiului, tiind c rezistivitatea lui la temperatura de 200 C este de 0,027mm2/m i comparai conductivitile cuprului i aluminiului. Rezolvare:=

1

=

1 0,027 mm 2 m

10 9 1 1m = = m 0,027 10 6 m 2 27

=3,7*107 -1 m

Conductivitatea cuprului este mai mare dect a aluminiului.


1.Calculeaz rezistena electric a unui conductor confecionat din cupru, cu lungimea de 1000 m, suprafaa seciunii transversale de 1mm 2 . Rezistivitatea cuprului este de 0,01724 10-6 m.

2.Citete afirmaiile de mai jos i noteaz n dreptul lor litera (A) dac apreciezi c afirmaia este corect i litera (F) dac apreciezi c afirmaia este fals: a)Rezistivitatea electric depinde de natura materialului. b)Rezistena electric a unui conductor electric nu depinde de suprafaa conductorului i de rezistivitate. c) Rezistivitatea electric se msoar n m, mm2/m d)Rezistivitatea electric depinde de temperatura mediului ambiant. e)Sub influena unui cmp electric exterior, electronii de valen devin electroni de conducie Rezolvarea o vei realiza n spaiul liber din caset. Verificarea corectitudinii rezolvrii o poi face consultnd rspunsurile i comentariile de la pagina 67

20



Fizicianul german Georg Simon Ohm s-a nscut la Erlangen, Bavaria la 16 marie 1787. El a constatat c intensitatea curentului care strbate un fir conductor este proporional cu suprafaa seciunii i invers proporional cu lungimea firului. A descoperit de asemenea legea care i poart numele: Intensitatea curentului electric este direct proporional cu tensiunea aplicat la capetele conductorului. 2.3. MATERIALE CONDUCTOARE Materialele conductoare sunt metalele i aliajele lor. Metalele sunt elemente chimice electropozitive, caracterizate printr-un ansamblu de proprieti fizice i chimice bine definite (luciu metalic, opacitate, conductibilitate termic i electric, maleabilitate i ductilitate), prin care se deosebesc de alte substane (nemetale sau alte combinaii). DICIONAR Electropozitivitate = proprietatea elementelor de a ceda electroni i de a forma ioni pozitivi. Electronegativitate = proprietatea elementelor de a accepta electroni i de a forma ioni negativi. Electron =2. Aliaj uor, care conine 90% magneziu, 5% aluminiu, 4,5% cupru, 0,5% zinc, folosit n aeronautic datorit densitii sale mici. Metalele se gsesc n natur sub form de minerale. Mineral = combinaii chimice, respectiv oxizi, sulfuri, sulfai, carbonai silicai ai metalelor. Minereu = mineral + roci. Metalurgie = domeniu al tiinei i tehnicii care se ocup cu procesele de extracie i fabricare a tuturor elementelor metalice. Metalografie = ramur a metalurgiei care studiaz structura metalelor i a aliajelor. Zcmnt = acumulare natural de substane naturale utile. Aliajul este un amestec omogen format prin topirea a dou sau mai multe metale. 2.3.1. Proprietile fizice ale metalelor Starea de agregare: La temperatur obinuit, metalele sunt solide, cu excepia mercurului, care este lichid. Luciul metalic este proprietatea metalelor i aliajelor de a reflecta razele de lumin care cad pe suprafaa lor. Luciul metalic se poate accentua prin lustruire sau poate disprea datorit unor reacii de oxidare; fac excepie metalele nobile i aliajele inoxidabile. Opacitatea metalelor este o consecin a electronilor liberi ai metalelor: undele luminoase ntlnesc n drumul lor electroni liberi i se amortizeaz, nemaiputndu-se propaga, iar energia luminoas este transformat n cldur. Densitatea d, este masa pe care o are unitatea de volum a corpului, ceea ce reprezint un corp cu un volum de 1m3, a crui mas este de 1 kg. Densitatea metalelor crete n general cu masa atomic, scade ns cu creterea volumului atomic. Densitatea metalelor scade o dat cu


21


creterea temperaturii ceea ce a ajutat la determinarea coeficientului de dilatare. Dup aceast proprietate, metalele se pot grupa n metale grele i metale uoare. Fuzibilitatea este proprietatea metalelor de a trece din starea solid n starea lichid (de a se topi) sub influena cldurii. Temperatura la care are loc topirea metalului se numete punct de topire. Unitatea de msur pentru temperatur este Kelvinul [k], dar ca unitate tolerat, este larg rspndit gradul Celsius [0C]. Exist metale greu fuzibile i metale uor fuzibile. Aceast proprietate este folosit la realizarea diferitelor componente electrice: sigurane fuzibile sau filamente pentru becuri. Dilatarea termic = modificarea dimensiunii metalelor i aliajelor sub aciunea cldurii. Dilatarea liniar este caracterizat de coeficientul de dilatare liniar, care arat cu ct crete n lungime unitatea de lungime dintr-un corp, cnd temperatura crete cu unitatea de temperatur. Se noteaz cu i se 1 exprim n 0 . C Dilatarea de volum este caracterizat de coeficientul de dilatare n volum, care este de trei ori mai mare dect cel de dilatare liniar. Se noteaz cu =3. Variaia coeficientului de dilatare este un factor de care se ine seama n practic (de exemplu la montarea inelor de cale ferat, la montarea blindajelor pe roile vagoanelor de cale ferat, la montarea liniilor de transport a energiei electrice, de telecomunicaii ). Conductibilitatea electric este proprietatea metalelor de a conduce curentul electric. Mrimea care caracterizeaz conductibilitatea electric se numete conductivitate electric,. Argintul este metalul cu conductivitatea electric cea mai mare. Aliajele au o conductivitate diferit de cea a metalelor componente. Conductibilitatea termic este proprietatea metalelor de a fi bune conductoare de cldur. Mrimea care caracterizeaz conductibilitatea termic se numete conductivitate termic, . Metalele cu cea mai bun conductivitate termic sunt: argintul, cuprul, aurul. Aliajele au o conductivitate termic diferit de cea a metalelor componente Magnetismul metalele se pot comporta n dou moduri cnd sunt introduse n cmp magnetic neuniform: ele pot fi atrase spre regiunea de intensitate maxim a forelor cmpului magnetic metalele sunt paramagnetice, sau pot fi respinse n zona de intensitate minim a forelor cmpului magnetic metalele se numesc diamagnetice. Bismutul, staniul, plumbul, cuprul i argintul sunt metale diamagnetice. Un caz particular de paramagnetism este feromagnetismul. Acesta se caracterizeaz prin faptul c unele metale paramagnetice, introduse ntr-un cmp magnetic, pot dezvolta ele nsele un astfel de cmp, chiar dup ndeprtarea cmpului magnetic exterior. Exemple de astfel de metale: fier, cobalt, nichel.

22



2.3.1. Proprietile mecanice ale metalelor i ale aliajelor Proprietile mecanice ale metalelor i aliajelor reflect modul n care se comport acestea sub aciunea unor fore exterioare. Elasticitatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a-i schimba forma sub aciunea unei fore exterioare i de a reveni la forma iniial dup ncetarea aciunii forei exterioare. Deformarea unei bare metalice sub aciunea forei de ncovoiere:F a) nainte de deformare b) n timpul deformrii c) dup deformare

Figura 1. Bar deformat elastic

Plasticitatea este proprietatea materialelor de a se deforma sub aciunea unei fore i de a nu mai reveni la forma iniial dup ncetarea aciunii ei.F a) nainte de deformare b) n timpul deformrii Figura 2. Bar deformat plastic c) dup deformare

Plasticitatea metalelor crete o dat cu creterea temperaturii. Rezistena mecanic este proprietatea metalelor i aliajelor de a se opune aciunii forelor exterioare care tind s le deformeze. Forele exterioare pot determina solicitri simple: ntindere, compresiune, forfecare, ncovoiere, rsucire. Rezistena specific la ntindere sau compresiune reprezint raportul dintre fora exterioar F, msurat n newtoni, i aria seciunii piesei, perpendicular pe for, msurat n mm2. Rezistena la oboseal este proprietatea materialelor de a rezista la solicitri repetate; o pies poate s reziste la aciunea unei fore care acioneaz o singur dat i lent, dar se rupe dac asupra ei acioneaz o for de aceeai valoare de un numr de ori succesiv. Reziliena este proprietatea metalelor i aliajelor de a rezista la ocuri. Reziliena este mult influenat de temperatur. La scderea temperaturii, reziliena poate s scad foarte mult. Din acest punct de vedere, metalele pot fi grupate n metale fragile (care se sparg la ocuri mici) i metale tenace (care rezist la ocuri puternice). Duritatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a se opune ptrunderii n masa lor a altor corpuri solide care tind s le deformeze suprafaa. Duritatea se poate determina prin mai multe metode, cea mai cunoscut fiind metoda Brinell. Aceasta const n ap- sarea unei bile de oel pe suprafaa metalului a crui duritate se determin timp de 15 secunde.


23


Dup ndeprtarea bilei, pe suprafaa metalului rmne o calot sferic ce se poate se msura cu ajutorul unei lupe gradate. Cifra de duritate se noteaz cu HB i poate fi luat din tabele special ntocmite. Ea se calculeaz n funcie de diametrul bilei, de diametrul amprentei i de mrimea forei care apas asupra bilei. Duritatea metalelor i aliaje lor scade o dat cu creterea temperaturii.F

Figura 3 2.3.2. Proprietile tehnologice ale metalelor Proprietile tehnologice ale metalelor stabilesc modul n care acestea pot fi prelucrate prin diverse procedee tehnologice. Proprietatea de turnare a unui metal sau aliaj const n capacitatea sa de a fi turnat n forme, de a lua forma vasului n care a fost turnat i de a pstra forma respectiv dup rcire fr ca aceasta s prezinte fisuri. Aceast proprietate are la baz proprieti fizice ale metalelor i aliajelor fuzibilitatea i fluiditatea. Cu ct fluiditatea unui material este mai mare, cu att golurile formelor de turnare sunt umplute mai bine. Forjabilitatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a se deforma plastic, la cald sau la rece, prin lovire sau presare, fr ca forma astfel obinut s prezinte fisuri. Maleabilitatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a fi trase n foi subiri. Cel mai maleabil metal este aurul, urmat de argint, plumb i staniu. Procesul tehnologic prin care se obin foi se numete laminare. Ductilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a fi trase n fire foarte subiri. Aurul este cel mai ductil metal, urmat de argint i de cupru. Procesul tehnologic prin care se obin fire se numete trefilare. Sudabilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a permite mbinarea lor prin nclzire cu sau fr adaos de metal. Prelucrabilitatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a permite prelucrarea prin achiere (strunjire, frezare, gurire, rabotare etc.)

24




3.Ce fel de deformare sufer materialul n urma trefilrii? Dar n urma laminrii? 4.Pe ce proprietate mecanic a metalelor se bazeaz prelucrrile prin forjare, laminare, trefilare? 5.Denumete proprietatea metalelor potrivit creia acestea se opun ptrunderii n masa lor a unor corpuri solide care tind s le deformeze. 6. n coloana din stnga sunt enumerate proprieti fizice i mecanice ale metalelor, iar n coloana din dreapta, proprietile tehnologice. Trasai o sgeat ntre proprietile fizice sau/i mecanice i cele tehnologice pe care le influeneaz. Luciu metalic Opacitatea Plasticitatea Densitatea Fuzibilitatea Fluiditatea Dilatarea Duritatea Elasticitatea Rezistena mecanic Conductibilitatea termic Sudabilitatea Maleabilitatea Forjabilitatea Turnarea Ductibilitatea Prelucrabilitatea

Rezolvarea o vei realiza n spaiul liber din caset. Verificarea corectitudinii rezolvrii o poi face cosultnd rspunsurile i comentariile de la pagina 73.


25


2.3.3. Materiale conductoare de nalt conductivitate electric Din grupa materialelor de nalt conductivitate electric fac parte metalele care sunt folosite la realizarea conductoarelor de bobinaj, a liniilor de transport al energiei electrice i a contactelor electrice. Pierderile de putere, respectiv puterea electric transformat n cldur este proporional cu rezistena conductorului electric, iar aceasta, la rndul su, cu rezistivitatea electric. Din aceast grup fac parte cuprul, aluminiul i fierul, ale cror proprieti sunt prezentate n tabelul nr.1 Tabelul nr.1Simbol Stare natural Proprieti fizice Culoare Densitate Temperatura de topire Rezistivitate electric Cu Calcopirit, cuprit, calcozina, malachit Roiatic D = 8,9 Kg/dm3 = 1083 0C = 0,01724 mm2/m (la 20 0C) Al Feldspat, corindon, bauxit, criolit Alb-argintiu D = 2, 70 Kg/ dm3 = 658 0C = 0,027 mm2/m (la 20 0C) Fe Magnetit, hematit, limonit, siderit, pirit Cenuiu-albstruie D = 7,8 Kg/dm3 = 1,533 0C

Proprieti chimice

Proprieti mecanice

Proprieti tehnologice Aliaje

Utilizri

= 0, 105 mm2/m (la 20 0C) n aer umed ruginete, n atmosfer uscat se Se dizolv n acid trecnd n oxid de fier i sulfuric i acid azotic. acoper cu o pelicul de oxid ap. Nu reacioneaz cu Cuprul este atacat de de aluminiu, n atmosfer oxigenul uscat la sulf, clor, hidrogen, n umed, datorit potenialului temperatura obinuit. contact cu care capt su electrochimic foarte Reacioneaz cu acizii negativ (-1,3 V), aluminiul boala hidrogenului, diluai. La cald, este distrus n contact cu care i provoac reacioneaz cu metalele tehnice obinuite. fragilitate. halogenii i sulful, Depind de tratamentul termic. Cuprul tare (dur) are o rezisten Aluminiul nu rezist la vibraii mecanic mare i o mecanice. Rezistena mecanic alungire mic la n Are rezisten mic la bun. tindere. Cuprul moale, oboseal i elasticitate cu rezistena ridicat. mecanic mic i alungire mare la ntindere. Este ductil, maleabil i Este ductil, maleabil i Ductil, maleabil, sudabil, sudabil. prelucrabil prin achiere. forjabil Duraluminiu, silumin, Al-Mn, Fonta Alam i bronz Al-Mn-Si. Oelul Armturi pentru n industria Linii electrice de condensatoare, mantale de electrotehnic se protecie a cablurilor electrice, telecomunicaii utilizeaz exclusiv nfurri de transformator i Linii electrice de cuprul electrolitic, maini electrice; conductoare alimentare cu energie avnd o puritate de electric i cabluri de transport al 99, 60 - 99,90% energiei electrice.

26



2.3.4. Aliajele cuprului ALAMA Compoziie: cupru (50 60%) + zinc + alte substane. Proprieti chimice: sunt rezistente la coroziune. Proprieti tehnologice: alama este ductil, maleabil, forjabil la cald i la rece. Influena unor metale asupra proprietilor alamelor: Aluminiul mrete rezistena la coroziune, duritatea i rezistena la traciune; Siliciul mrete rezistenta la coroziune i menine curate suprafeele pieselor din alam turnat. Staniul mrete rezistena la coroziune n apa de mare. Fierul mbuntete proprietile mecanice, dar n procent mai mare de 1,5% micoreaz rezistena la coroziune. Manganul mrete rezistena la coroziune i mbuntete caracteristicile mecanice. Plumbul favorizeaz prelucrarea metalului prin achiere, dar nrutete sudabilitatea aliajului. Fosforul mrete capacitatea de turnare, dar scade conductibilitatea electric. Zincul mrete rezistena mecanic i plasticitatea aliajului. BRONZUL Bronz obinuit = aliaj al cuprului cu staniu Bronz special = aliaj al cuprului cu alte metale: aluminiu, cadmiu, beriliu, crom, plumb, argint, mangan, zirconiu. Proprieti chimice: rezistena mare la coroziune. Proprieti mecanice: duritate i elasticitate foarte bune. Bronzul obinuit conine 14% staniu, datorit cruia aliajul are o mare elasticitate, rezistena deosebit la uzur mecanic i coroziune ns i scade conductivitatea electric. Simbolul bronzului obinuit este Bz urmat de cifra care indic coninutul de staniu (Bz 10 nseamn bronz cu 10% staniu). Utilizare: realizarea de membrane, buce, arcuri. Bronzul cu aluminiu conine pn la 10% aluminiu i, spre deosebire de bronzul obinuit, are de dou ori mai mare rezistena de rupere la traciune; de asemenea, acest aliaj are o rezisten deosebit la coroziune. Simbolul utilizat este BzAl, urmat de o cifr care indic coninutul de aluminiu. Utilizare: pentru realizarea pieselor supuse uzurii mecanice (buce, lagre ) Bronzul cu beriliu are n componena sa ntre 2 i 2,5% beriliu, element ce mbuntete caracteristicile mecanice, fr a scdea n mod semnificativ conductivitatea electric. Tratat termic, acest aliaj dobndete proprieti asemntoare oelurilor de arcuri; astfel, pn la temperatura de 250 0C bronzul cu beriliu se comport bine, avnd o mare rezistenta la oboseal. Cnd conine i nichel, bronzul cu beriliu prezint o rezisten mai mare la temperaturi ridicate, rezistena la uzur i elasticitate dubl fa de cea a bronzului cupru-beriliu. Totodat, bronzul cupru-beriliu-nichel este feromagnetic. Utilizare: pentru realizarea arcurilor conductoare de curent electric, a 27



contactelor de prize, a portperiilor, cuitelor de ntreruptoare, a pieselor de ceasornicrie etc. Bronzul cu cadmiu are un coninut de cadmiu de 0,9%, ceea ce i confer o rezisten de rupere la traciune aproximativ de dou ori mai mare dect cea a cuprului tare, fr s prezinte o scdere semnificativ a conductivitii electrice. Utilizare: realizarea conductoarelor, a liniilor electrice aeriene, a liniilor de troleibuz, a electrozilor pentru sudur i a contactelor ntreruptoarelor. Bronzul cu crom are n componena sa ntre 0,3 si 1,5% crom, iar conductivitatea electric ajunge pn la 80% din cea a cuprului. Acest aliaj i pstreaz proprietile mecanice pn la temperatura de 400 0C. Utilizare: pentru conductoarele liniilor aeriene, pentru realizarea electrozilor de sudur, n tehnica nuclear etc. Bronzul cu argint conine argint pn la 0,1%. Acest aliaj prezint o duritate mare care se pstreaz pn la temperatura de 300 0C. Utilizare: pentru realizarea lamelelor de colector ale mainilor electrice cu regimuri grele de funcionare (maini de traciune, maini destinate funcionrii n mediul tropical etc.). Bronzul cu mangan este un aliaj ale crui proprieti se menin i la temperaturi ridicate. Utilizare: pentru produse laminate i turnate. Bronzul cu zirconiu conine ntre 0,1 i 0,2% zirconiu. Este un aliaj rezistent la vibraii puternice i i pstreaz caracteristicile pn la temperatura de 290 0C. Utilizare: pentru fabricarea inelelor de contact la mainile electrice. 2.3.5. Aliajele aluminiului n scopul mririi rezistenei mecanice a aluminiului, se realizeaz aliaje cu rezistena mecanic ridicat i conductivitate electric suficient de mare. Se cunosc astfel o serie de aliaje ca: aluminiu-siciliu, aluminiucupru, aluminiu-magneziu, aluminiu- mangan, aluminiu-nichel, aluminiuberiliu. Aliajele de aluminiu nlocuiesc cuprul, care este un element deficitar, la realizarea conductoarelor liniilor electrice aeriene de nalt tensiune i a cablurilor de nalt i joas tensiune. Exist o larg varietate de aliaje de turnare i aliaje laminabile ale aluminiului. Aliajul duraluminiu Compoziie: 4% cupru, 0,5% mangan, 0,5% magneziu i 95% aluminiu. Acest aliaj are caracteristici mecanice superioare aluminiului, ns o rezisten slab la coroziune, motiv pentru care aliajul se acoper cu un strat protector de aluminiu pur. Silumin Compoziie: 13,5% siliciu, restul aluminiu. Siluminiul are rezisten la coroziune superioar aluminiului, are fluiditate mare, permind o turnare de calitate a pieselor. El este utilizat pentru turnarea de carcase, asiuri sau diverse piese cu forme complicate i perei subiri. Aliajul aluminiu-magneziu-siliciu este cunoscut sub denumirea comercial: aldrei, alduro, almelc Compoziie: 0,7% magneziu, 0,6% siliciu, 0,25% fier, restul aluminiu.

28



Acest aliaj este caracterizat prin rezisten mecanic mare la traciune, ceea ce l face utilizabil la realizarea liniilor electrice aeriene. Aliajul aluminiu-mangan este utilizat prin realizarea prin turnare a coliviilor rotoarelor n scurtcircuit ale motoarelor electrice asincron

TEST DE AUTOEVALUARE 7.Definete aliajul i precizeaz pe ce proprieti fizice ale metalelor se bazeaz obinerea lui. 8.Enumer metalele care mresc rezistena la coroziune a aliajelor 9. Enumer metalele care mresc rezistena mecanic a alamei i a bronzului. 10. Enumer avantajele i dezavantajele folosirii fierului n aliaje. 11. Selecteaz metalele i aliajele folosite la realizarea conductoarelor electrice. 12. Selecteaz metalele i aliajele folosite la realizarea componentelor pentru maini electrice Rezolvarea o vei realiza n spaiul liber din caset. Verificarea corectitudinii rezolvrii o poi face rspunsurile i comentariile de la pagina 67

consultnd

Malachit

Bauxita

Hematit


29


2.3.6. Metale preioase: aur, argint, platin Se consider c n clasa metalelor preioase sunt incluse acele metale care nu se oxideaz n aer i care prezint o mare rezisten la aciunea acizilor. Datorit faptului c acioneaz foarte greu cu acizii i au poteniale de oxidare foarte sczute, se gsesc n stare nativ n scoara pmntului. De aceea se mai numesc i metale nobile. Metale nobile: aur, argint, platin, paladiu, asniu, rutiniu, rhodiu, iridiu. Aceste metale se mai numesc i platinice, pentru c se gsesc n scoara terestr n stare nativ, sub forma unui aliaj pe baz de platin. Proprietile fizice, chimice i tehnologice ale metalelor nobile sunt prezentate n tabelul nr. 2. Tabelul nr. 2Simbol Stare natural Au Aur nativ sau telururi (combinaii cu alte elemente) Ag Argentita, galene argentifere Pt Nisipurile aurifere conin platin.

Proprieti fizice Culoare Densitate Rezistivitatea

Galben strlucitor D = 19, 32 Kg/dm 0,022 mm2 /m3

alb d = 10, 5 Kg/dm3 0,016mm2 /m = 961 0C

Alb-argintiu d = 21,45 Kg/dm3 0,098 mm2 /m = 1770 0C

Temperatura de = 1063 0C topire Proprieti chimice E puin reactiv din punct de vedere chi mic. Este atacat de apa regal i de apa de clor. Moale (duritate mic)

Are reactivitate sczut i Este cel mai stabil din nu este atacat de oxigenul punct de vedere din aer. Are o afinitate chimic. mare pentru sulf. Moale; rezisten mecanic mic Ductil, maleabil Are duritate mic

Proprieti mecanice Proprieti tehnologice Aliaje

Maleabil, ductil

Ductil, maleabil Cu iridiu, ruteniu, wolfram, nichel. Din platin se execut electrozi pentru termocupluri, rezistene pentru cuptoare electrice n industria chimic, datorit stabilitii chimice

Utilizri

Aur-argint-cupru, aur- Argint dur nichel, aur-cobalt, aurplatin. Armturi de condensa Aliajele sunt folosite la toare, conductoare pentru contactele electrice la cureni de nalt frecven aparatele de precizie; , fuzibile pentru sigurane, fire de suspensie la acoperirea pentru aparate de msur. conectoarelor.

30



2.3.7. Metale uor fuzibile Sunt metalele care au temperatura de topire foarte sczut. Din aceast categorie fac parte staniul, plumbul, zincul, prezentate n tabelul nr. 3. Tabelul nr. 3Simbol Stare natural Proprieti fizice Culoare Densitate Temperatur a de topire Rezistivitat e electric Sn Pb Zn Mineraleblenda Calamina, zincit

Mineral pirita de Minereu - galena staniu

Alb-argintiu D = 7,30 Kg/dm3 = 232 0C

Cenuiu strlucitor D = 11,3 Kg/dm3 = 327 0C = 0,21 mm2/m (la 20 0C) Plumbul nu este atacat de acidul clorhidric, sulfuric, fosforic, dar se dizolv uor n acid azotic diluat i n acid acetic diluat; nu este atacat de ap. n aer se acoper cu un strat de oxid protector mpotriva coroziunii

Alb-argintiu D = 7,13 Kg/dm3 = 419 0C = 0,06 mm2/ m (la 20 0C) Zincul nu este atacat deloc de ap. Se acoper cu un strat de oxid protector.

= 0,12 mm2/m (la 20 0C) Staniul n aer se oxideaz lent i numai la suprafa, formnd o pelicul Proprieti foarte subire, dens chimice i rezistent, care protejeaz metalul de oxidare ulterioar.

Moale, flexibil, Proprieti rezisten mecanic mecanice sczut Ductil i maleabil. Proprieti tehnologice - acoperirea tablelor de oel n scopul protejrii mpotriva coroziunii; - pentru lipituri, n stare pur sau aliat; - confecionarea fuzibilelor siguranelor;

Moale. Rezisten sczut Prezint fragilitate la la rupere i la traciune i temperatura obinuit. la vibraii Ductil i maleabil. Maleabil.

Utilizri

- zincarea tablelor i - mantale de protecie contra ptrunderii umezelii srmelor de fier. i la cabluri electrice; - fabricarea acumulatoarelor electrice cu plci de plumb; - realizarea unor aliaje de lipit; - ecrane de protecie contra razelor X - fabricarea celulelor electrice.


31


TEST DE AUTOEVALUARE 13.Ordoneaz metalele din tabelul nr. 3 n funcie de temperatura de topire. Care este cel mai uor fuzibil? 14. ncearc s explici folosirea staniului la realizarea fuzibilelor de sigurane.

15. Precizez proprietatea tehnologic folosit la realizarea foielor de staniol. 16. Datorit crei proprieti mecanice a plumbului, alamele sunt mai uor prelucrabile prin achiere?

Rezolvarea o vei realiza n spaiul liber din caset. Verificarea corectitudinii rezolvrii o poi face consultnd rspunsurile i comentariile de la pagina 74

Casiterit

Galena

Blenda

32



APLICAII

LUCRRI DE LABORATOR IDENTIFICAREA MATERIALELOR CONDUCTOARELOR ELECTRICE Obiective: -identificarea metalelor utilizate la realizarea conductoarelor electrice -compararea materialelor din care se realizeaz conductoarele electrice. Materiale necesare: conductoare electrice confecionate din cupru i aluminiu pentru consumatori casnici, cabluri de telecomunicaii, cabluri Tv, pentru instalaii de iluminat, transformatoare, relee, bobine radio, conductoare de nichelin, cablaje imprimate simplu i dublu placate.

a. cabluri pentru instalaii electric b. cablu de alimentare GSM pentru automobil

Figura 1 Modul de lucru. Observai i analizai tipurile de conductoare din imagine. Comparai-le din punct de vedere al proprietilor mecanice i explicai cum influeneaz acestea domeniul de utilizare . Enumerai proprietile fizice ale metalelor i aliajelor i folosii-le pentru identificarea tipurilor de conductoare pe care le avei la dispoziie Precizai i definii proprietatea tehnologic pe care se bazeaz realizarea conductoarelor electrice. Observai cablajele imprimate.Ce metal este folosit la realizarea lor? Precizai i definii proprietatea tehnologic a metalelor care este folosit la realizarea cablajelor imprimate.

Figura 2 Cablu de aluminiu corodat datorit aciunii apei Comparai proprietile chimice ale cuprului i aluminiului i artai care sunt avantajele utilizrii conductoarelor de cupru fa de cele realizate din aluminiu.


33


STUDIUL MATERIALELOR CARE SE FOLOSESC LA RELIZAREA CONTACTELOR I A CONECTORILOR Obiectivele: Studiul din punct de vedere constructiv al contactelor i a conectorilor. Materiale necesare:contacte electrice, ( de relee, de priz, de ntreruptor, de transformator ) conectori multifilari, conectori pentru calculator , etc.

contacte de demaror Figura2. Contactor

contacte de transformator

Modul de lucru Observai imaginile de mai sus. ele reprezint contacte electrice din diferite aparate electrice. Identificai materialele din care sunt confecionate avnd n vedere proprietile fizice ale acestora. Rspundei la urmtoarele ntrebri. 1.Enumerai metalele i aliajele care sunt folosite la realizarea contactelor electrice . 2.Enumerai proprietile chimice pe care trebuie s le aib materialele pentru contacte electrice 3. Enumerai proprietile mecanice pe care trebuie s le ndeplineasc materialele pentru contacte electrice. 4. Explicai de ce materialele pentru contacte electrice trebuie s fie rezistente la coroziune. 5.Explicai de ce materialele utilizate la realizarea contactelor electrice trebuie s aib duritate mare i elasticitate ridicat. 6. Cum influeneaz materialele pentru contacte preul de cost al aparatelor electrice i electronice? Realizai referatul lucrrii care va cuprinde pecizarea materialelor studiate conform tabelului de mai jos i rspunsurile la ntrebri. Contactul electric/conectorul Materialul

34



REFERAT


35


2.3.8. Metale greu fuzibile Sunt metalele care au temperatura de topire foarte ridicat. Din aceast categorie fac parte: wolfram, molibden, tantal, niobiu, care sunt prezentate n tabelul nr. 4. Tabelul nr. 4.Simbol Stare natural Proprieti fizice Culoare Densitate Temperatura de topire Rezistivitate electric W Minereuri wolframita Mo Mineral - molibdenit Ta Mineral - tantalit

Alb-argintiu D = 19,25 Kg/dm3 = 3 380 0C 0, 055 mm2/m (la 20 0C) Nu se oxideaz la temperatur obinuit. Prin nclzire se combin cu oxigenul, reacioneaz cu vaporii de ap, halogenii, sulful. Reacioneaz foarte ncet cu acizii minerali foarte concentrai. Este dur, casant i greu prelucrabil. Foarte maleabil prin tehnologii complicate Oeluri speciale Aliaje magnetice - filamentele lmpilor cu incandescen; - electrozi n tuburile electronice; - electrozi pentru sudur; - contacte electrice; - rezistene pentru cuptoare electrice; - termocupluri; component n aliaje magnetice

Alb-argintiu D = 10,2 Kg/dm3 = 2 630 0C 0, 052 mm2/m (la 20 0C) Se oxideaz la temperaturi peste 6000C. nclzit, se combin cu oxigenul din aer, reacioneaz cu vaporii din ap, cu halogenii, sulful.

Alb-argintiu D = 16,6 Kg/dm3 = 2 990 0C 0, 125 mm2/m (la 20 0C) Tantalul se oxideaz la temperaturi de peste 600 0 C.

Proprieti chimice

Proprieti mecanice Proprieti tehnologice Aliaje

Dur i casant. Maleabil, ductil Oeluri speciale Aliaje magnetice lmpi cu incandescen, pentru suportul filamentelor; contacte electrice; rezistene pentru cuptoare electrice de topire i tratamente termice; electrozi de sudur; element de aliere n oelurile speciale; component n aliaje magnetice.

Rezisten mecanic mare Maleabil

Utilizri

- anod pentru condensatoare - elemente de nclzire la cuptoarele electrice; - anod n tuburile electronice de emisie.

36



APLICAII

LUCRARE DE LABORATOR Obiective: -Identificarea materialelor din care sunt alctuite becurile cu incandescen, bateriile de curent continuu, conductoare electrice. -Alegerea materialelor cele mai potrivite pentru acestea aa nct s fie asigurate ct mai bine posibil condiiile impuse . Cunotine necesare: Proprieti fizice, electrice, tehnologice ale metalelor, aliajelor, materialelor electroizolante (sticla) Exerciii de rezolvat: 1.Alegei materialele optime pentru realizarea filamentului, suporilor de filament, soclului i balonului de sticl, a lamelelor de contact pentru baterie, a conductoarelor electrice pentru linii electrice exterioare i interioare, recipieni de sticl, de plastic. Citii cu atenie proprietile impuse n prima coloan, cutai n tabelele din curs i notai materialul pe care l considerai potrivit, Notai proprietile pe care le are n cea de a doua coloan. Observai becurile pe care le avei la dispoziie.

Filamentul unui bec cu incandescen nclzit Simbol

Un filament pentru lamp incandescent Proprieti impuseConductibilitate electric bun Temperatur de topire foarte ridicat mai mare de 30000 C pentru c trebuie s suporte o temperatur att de mare nct s poat emite o lumin alb. Posibilitatea de a fi tras n fire foarte subiri ductile.

Metalul / aliajul


37


Supori pentru filamentul becurilor cu incandescenProprieti impuse Conductibilitate electric bun Temperatur de topire foarte ridicat mai mare de 30000 C pentru c trebuie s suporte o temperatur foarte mare la care se nclzete filamentul cu care vine n contact. Posibilitatea de a fi tras n fire foarte subiri Metalul /aliajul

Lamelele de contact ale unei bateriiProprieti impuse Conductibilitate electric bun Elasticitate pentru obinerea unui bun contact cu conductoarele Rezisten la coroziune Metalul / aliajul

Linii aeriene de nalt tensiuneProprieti impuse Conductibilitate electric bun Mas mic Rezistena la coroziune Baloane pentru becuri Proprieti impuse S suporte temperaturi ridicate S fie transparent la radiaii ultraviolete S aib un coeficient de dilatare ct mai apropiat de cel al metalului cu care se mbin. Tipul de sticl Metalul/ metalele/aliajele

2.3.9. Aliaje pentru conductoare de nalt rezistivitate Aceste aliaje sunt utilizate pentru realizarea rezistoarelor de precizie, a rezistoarelor-etalon, a rezistoarelor pentru nclzire electric i a rezistoarelor pentru pornire i reglare a turaiei motoarelor electrice. Pentru rezistoarele enumerate este necesar o rezistivitate ridicat pentru a se obine rezistene electrice mari ntr-un volum mic; de asemenea este necesar o variaie ct mai mic a rezistivitii electrice cu temperatura: = 10-410-6 C-1 pentru ca valoarea rezistenei electrice s fie ct mai constant. Aceste rezistoare trebuie s suporte temperatura de funcionare fr ca la rcire s-i modifice proprietile mecanice.

38



2.3.10. Aliaje pentru rezistoare-etalon i de precizie

Manganin Compoziie: 85% cupru, 12% mangan, 3% nichel sau aluminiu. Rezistivitatea = 0,43 mm2/m Coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura = 10-5C-1 Proprieti tehnologice: ductil, maleabil. Pentru mbuntirea proprietilor mecanice i tehnologice se supune unui tratament termic de mbtrnire prin recoacere la 100-1400 C. n vid, se decapeaz i apoi se pstreaz timp ndelungat la temperatura camerei. Aliaje pe baz de metale preioase: Aur-crom, argint-mangan-staniu, argint-nichel. Aceste aliaje au rezistivitate mare i coeficient de variaie a rezistivitii cu temperatur mic, dar costul lor este mai ridicat.2.3.11.Aliaje pentru rezistoare de pornire i reglare

Constantan Compoziie: 60% cupru, 40% nichel. Rezistivitate: = 0,5 mm2/m. Coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura: = 10-6 0C-1 (rezistivitatea variaz extrem de puin cu temperatura, de unde i denumirea de constantan). La temperatura de 9000 C se oxideaz, acoperindu-se cu o pelicul flexibil de oxid izolator din punct de vedere electric. Aceste fire pot fi bobinate spir lng spir pe un suport izolator dac tensiunea ntre dou spire nu depete 1V. Nichelin Compoziie: 62 - 63% cupru, 25 35% nichel, 2 3% mangan. Rezistivitate: = 0,4 mm2/m. Coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura: = 14 . 105 0C-1. Nichelina se utilizeaz pentru reostate de pornire i reglare a turaiei motoarelor.

Aliaje de nalt rezistivitate.


39

Materiale electronice i electrotehnice

tii care sunt materialele folosite la realizarea componentelor electronice care se gsesc n alctuirea calculatoarelor, aparatelor audio video? Putei enumera cteva din aceste materiale?

2.4.MATERIALE SEMICONDUCTOARE. Materialele semiconductoare sunt materiale care, din punctul de vedere al conductivitii electrice, ocup o poziie intermediar ntre materialele conductoare i materialele electroizolante. Materiale semiconductoare sunt materialele care au rezistivitatea cuprins ntre 10 i 1012 m. Din aceast categorie fac parte oxizi de metale, sulfuri, seleniuri, precum i elemente chimice din categoria semimetalelor: bor, siliciu, germaniu, arseniu, stibiu, seleniu, fosfor, teluriu. La aceste materiale, ntre banda energetic de valen i cea de conducie, exist o band energetic interzis. Pentru ca electronii s treac din banda de valen n banda de conducie, este nevoie de energie suplimentar. La creterea temperaturii, datorit agitaiei termice, unii electroni dobndesc energii suplimentare i trec n banda de conducie, devenind electroni liberi, caz n care semiconductorul conduce curent electric. Conductivitatea materialelor semiconductoare apare numai dac electronii din zona de valen primesc energie suplimentar care poate fi termic, electric, luminoas, pentru a putea trece n banda de conducie. n tabelul nr. 5 sunt prezentate proprietile ctorva semiconductoare folosite n industria electrotehnic: siliciul, germaniul i seleniul. Tabelul nr. 5Simbol Stare natural Proprieti fizice Culoare Densitate Temperatura de topire Cenuiu albastr 2,33 Kg/dm3 1400 0C Nu este atacat de HCl i H2SO4. Este atacat de Na2SO4 i K2SO4 i de amestecul de HF i H2NO3. Alb argintiu 5,33 Kg/dm3 970 0C Stabil, este atacat de puini acizi i baze; Se dizolv n amestec de HCl i H2NO3. Nu este atacat de ap. Se combin cu hidrogenul i oxigenul. 4,46 Kg/dm3 170 0C Nu reacioneaz cu apa. Reacioneaz uor cu clorul i fluorul. Si Silicai (Cuar) Ge Minereu-germanita Se n unele sulfuri

Proprieti chimice

Depinde de temperatura i de Conductibilitate gradul de impu rificare electric cu fosfor, bor, aluminiu. Proprieti mecanice Este dur. 40

Depinde de tempera tura i de gradul de impurificare cu fosfor, bor. Este dur i casant.

Depinde de temperatur.



Dup oxigen, siliciul este cel mai rspndit element din natur. Nu se gsete n stare nativ, ci n combinaie cu oxigenul, sub form de silicai, scoara pmntului fiind alctuit din silice i silicai. 2.4.1. Conductibilitatea electric a materialelor semiconductoare pure Structura cristalin a germaniului i a siliciului sunt cele ale unui nemetal, fiecare atom fiind nconjurat de ali patru atomi, de care este legat prin leg[turi de covalen. DICIONAR

Legtura covalent = legtur chimic realizat prin punerea n comun a aceluiai numr de electroni de ctre fiecare dintre cei doi atomi participani la legtur. Electronii devin comuni ambilor atomi, adic intr n componena nveliurilor lor electronice, deplasndu-se pe orbite care cuprind nucleele ambilor atomi. Legtura covalent este o legtur rigid, atomii ocupnd unii fa de alii poziii fixe. Aceast structur cristalin explic conductibilitatea electri- c foarte sczut ca i proprietile lor mecanice, respectiv, uurina cu care se sfrm. n figura de mai jos sunt reprezentate n plan o poriune dintr-un cristal de germaniu pur (a) i modul n care se formeaz purttori de sarcin electric n cristalul de germaniu pur (b) sub aciunea cmpului electric (a)Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge

(b)Ge Ge Ge Ge

Ge

Ge

Ge

Ge

La temperatura camerei, datorit agitaiei termice, unii electroni capt energie termic suficient ca s prseasc zona de valen i vor trece n zona de conducie. Fiecare electron de valen devenit electron liber las n urma lui o legtur de covalen nesatisfcut, un ion pozitiv, un gol. n semiconductor apar sarcini electrice negative electronii i sarcini electrice pozitive goluri. Sub influena unui cmp electric exterior de intensitate E, electronul se va deplasa n sens contrar cmpului electric ocupnd locul lsat liber de un alt electron de valen care a prsit legtura de covalen. La rndul su, electronul las n urm un alt loc liber, un alt gol. Apare astfel o deplasare de purttori de sarcin electric, deci un curent electric format din electroni i goluri. Numrul de electroni este egal cu numrul de goluri. Acest tip de conductibilitate se numete conductibilitate intrinsec. 41



Conductibilitatea intrinsec este caracteristic semiconductoarelor pure la care numrul de electroni este egal cu numrul de goluri. La semiconductoarele pure, numrul de electroni este egal cu numrul de goluri. La semiconductoare, curentul electric este asigurat att de electroni, ct i de goluri. 2.4.2. Conductibilitatea electric a materialelor semiconductoare impurificate Pentru creterea conductibilitii electrice, semiconductoarele se doteaz sau se dopeaz cu substane trivalente sau pentavalente. Aceasta se realizeaz printr-un proces de impurificare care impune folosirea unei tehnologii speciale. Conductibilitatea obinut astfel se numete conductibilitate extrinsec i, n funcie de tipul substanei folosite pentru dopare, conductibilitatea se numete de tip n (dac substana folosit este pentavalent) i de tip p dac substana de dopare este trivalent).G G G G P G G GG

2.4.3. Semiconductoare de tip n n figura de mai jos este prezentat doparea germaniului cu fosfor, ca element pentavalent, n concentraii foarte mici .Sgeata indic sensul cmpului electric aplicat. Se observ c, din cei cinci electroni ai fosforului, patru dintre ei vor participa la legturile de covalen ale atomilor de germaniu vecini. Al cincilea electron al fosforului este atras numai de nucleul propriu. Acestuia i este necesar o cantitate mic de energie pentru a deveni electron liber. La temperatur obinuit, din cauza agitaiei termice toi atomii impuritilor pierd al cincilea electron care devine electron de conducie. Simultan, apar i perechi de electron gol ca la semiconductoarele pure. Se observ c, ntr-un semico

elth cds auxiliar

Documents

Transcript of elth cds auxiliar

COLEGIUL ,,ȘTEFAN ODOBLEJA” CRAIOVA Aprobat în ...stefanodoblejacraiova.ro/gallery/oferta cds 2017-2018.pdfNr. crt. Disciplina Clasa Denumire CDS Descriere Profesor 1 Biologie

CDS Suport Curs

Dezbatere oratorie si retorica [cds liceu]

DDT auxiliar curricular

auxiliar abecedar

CDS-LIMBA ROMANA 2

auxiliar 1

Portofoliul CDS , Instrumente de Lucru

123837140 Auxiliar Turism

Disciplina 4 CDS

Ppt D.Lazarov cds

Raport CDS 2013

auxiliar calitate

Fise Mat Elth

dezv durabila auxiliar

Scrisoare metodica - oferta CDS actualizat

Elaborare CDS

Boswash -caracterizare +Cds Hazarde

auxiliar didactic.doc

Ghid pentru cadre didactice de sprijin (CDS)