PRODUCEREA SI UTILIZAREA CURENTULUI ELECTRIC CONTINUU

1. CURENTUL ELECTRIC

A. Curentul electric reprezintă deplasarea dirijată a sarcinilor electrice. Observaţii: Sarcinile electrice în mișcare pot fi purtate între două puncte date, de electroni (metale), ioni sau o combinație de ioni și electroni (lichide şi gaze).

B. Intensitatea curentului electric reprezintă cantitatea de sarcină electrică ce străbate secțiunea transversală în unitatea de timp.

I= qΔt

,

[ I ]SI=Cs=A( Amper )

C. Densitatea de curent este o mărime vectorială asociată fiecărui punct prin care trece curentul electric

j=env= IS

şi

n=NV

unde j = densitatea de curent ; e = sarcina electronului; v = viteză de drift (viteza electronului în

substanţă); I = intensitatea curentului electric; S = aria secţiunii transversale, n = concentraţia electronilor

(sau numărul de electroni din unitate de volum)

D. Circuitul electric simplu:

Elemente componente:

- Sursa de current continuu (generator): rolul generatorului este acela de a asigura diferenţa de potenţial între două puncte

- Rezistor: consumator în circuit

rezistor cu R constantă ; rezistor cu rezistenţă variabilă

- Ampermetrul: măsoară intensitatea curentului electric. Ampermetrul se montează în orice punct al circuitului (în serie) şi ca urmare, indiferent de locul de amplasare, va indica aceeaşi valoare a intensităţii.

- Volmetrul: măsoară căderea de tensiune pe consumator (se montează în paralel pe consumator)

E) Prezenţa curentului electric într-un circuit determină apariţia a trei efecte principale: - efectul termic: curentul electric încălzeşte conductorii prin care circulă;

- efectul chimic: atunci când curentul electric trece printr-o soluţie de electrolit, la electrodul negativ (catod) se depune o anumită cantitate de substanţă;

- efectul magnetic: în jurul unui conductor străbătut de curent apare un câmp magnetic.

F) Tensiunea electromotoare este egală cu lucrul mecanic efectuat pentru a transporta unitatea de sarcină electrică de-a lungul întregului circuit.

Wq

=W 1

q+

W 2

q unde W = energia disponibilă în sursă. W1 - energia necesară transportului purtătorilor de sarcină în circuitul exterior

W2 - energia necesară transportului purtătorilor de sarcină prin sursă.

E=Wq reprezintă tensiunea electromotoare

U=W 1

q reprezintă tensiunea la bornele sursei, U AB=V A−V B=

LA→B

Δt cu LAB = lucrul mecanic necesar transportului purtătorilor de sarcină

u=W 2

q reprezintă căderea de tensiune în interiorul sursei E = U + u

2. LEGEA LUI OHM

A. Rezistenţa electrică

R=UI

,

[ R ]SI=[ U ]SI

[ I ]SI

=VA

=Ω

R= ρlS - dependenţa rezistenţei electrice de caracteristicile rezistorului (conductor metallic filoform)

unde ρ = rezistivitatea electric ă (constant de material); [ρ]SI = Ω.m

l = lungimea conductorului S = aria secţiunii transversal

ρ=ρ0 (1+αt )unde ρ0 = rezistivitatea electrică la temperatura de 0 °C;

ρ = rezistivitatea electrică la temperatura relativă t °C; α = coeficientul de temperatură al rezistivităţii

Conductivitatea reprezintă inversul rezistivităţii şi este folosită pentru a caracteriza un material din

punctul de vedere al conductivităţii electrice. σ=1

ρ

B. Legea lui Ohm pentru o porţiune de circuit şi pentru întreg circuitul

I=UR

I= ER+r

Intensitatea curentului electric printr-un circuit este direct proporţională cu tensiunea electromotoare din circuit şi invers proporţională cu rezistenţa totală a circuitului.

C. Caracteristicile curent -tensiuneRegimuri de funcţionare:

- funcţionarea în sarcină;

- funcţionarea în scurtcircuit: I sc=

Er ;

- funcţionarea în gol: U=E, circuitul este deschis

caracteristica curent - tensiune pentru caracteristica curent-tensiune pentru caracteristica curent-tensiuneun rezistor liniar o sursă reală pentru o sursă ideală

3. LEGILE LUI KIRCHHOFF

A. Legea I Suma algebrică a intensităţii curenţilor electrici care se întâlnesc într-un nod de reţea este

egală cu zero. ∑i=1

n

I i=0

B. Legea a II-a Suma algebrică a tensiunilor electromotoare este egală cu suma algebrică a produselor dintre intensitatea curentului şi rezistenţa totală pentru fiecare ramură.

∑i=1

n

E i=∑j=1

m

I j R j+∑i=1

n

I i ri

4. GRUPAREA REZISTOARELOR SI A GENERATOARELOR ELECTRICE

A. Gruparea generatoarelor în serie şi în paralel

R s=∑i=1

n

R i

1R p

=∑i=1

n1Ri

caz particular: n rezistoare identice: {Es=nE ¿ ¿¿¿

{E p=E ¿¿¿¿

B. Gruparea generatoarelor în serie şi paralel

{E=∑ Ek ¿ ¿¿¿

{E=∑

Ek

rk

∑ 1rk

¿ ¿¿¿

sau E p=r p (I sci+ I sc2+. . .. I scn )

caz particular: n generatoare identice: {E s=nE ¿ ¿¿¿

{E p=E ¿¿¿¿

C. Adaptarea aparatelor de măsură:

Şuntul ampermetrului (se montează în circuit pentru a mări

domeniul de măsurare al ampermetrului): RS=

R0

n−1 cu n= I

I 0

unde I = intensitatea din circuitul principal

I0 = intensitatea care circulă prin ampermetru

Rezistenţa adiţională a voltmetrului: Ra=R0(n−1)

5. ENERGIA SI PUTEREA CURENTULUI ELECTRIC

A. Energia curentului electric

* circuitul exterior : Wext = U I t = R I2 t =

U2

Rt

; Q = R I2 t =

U2

Rt

- legea lui Joule

* circuitul interior : Wint = u I t = r I2 t =

u2

Rt

* întregul circuitul: W = E I t = ( R + r ) I2 t =

E2

( R+r )t

1 kwh = 3,6 ∙106 J

B. Puterea curentului electric :

* puterea în circuitul exterior : Pext = U I = R I2 =

U2

R

* puterea în circuitul interior : Pint = u I = r I2 =

u2

R

* puterea sursei : P = E I = ( R + r ) I2

C. Teorema transferului maxim de putere se face când rezistenţa circuitului exterior este egală cu

rezistenţa internă a sursei R = r ; Pmax =

E2

4 r

D. Randamentul circuitului electric :

η=

W ext

W total ; η= R

R+r