Vol1 Curent Continuu v2

download Vol1 Curent Continuu v2

of 323

Transcript of Vol1 Curent Continuu v2

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    1/323

    i

    Tony R.

    Introducere n circuite electrice i

    electronice

    Kuphaldt

    Vol. 1 Curent continuu

    V 2.0

    www.circuiteelectrice.ro

    http://www.circuiteelectrice.ro/http://www.circuiteelectrice.ro/http://www.circuiteelectrice.ro/
  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    2/323

    Prefa

    Cartea de fa reprezint varianta romneasc avolumului de Curent continuu, primul din seria

    lucrrilor Lessons in Electric Circuits scrise de Tony R. Kuphaldt sub licena DESIGN SCIENCE

    LICENSE.

    Prezenta versiune se distribuie gratuit prin intermediul site-ului oficial. Ultimele nouti i

    varianta on-line se gsesc la adresa www.circuiteelectrice.ro. Orice comentarii sau sugestii de

    mbuntire sunt binevenite i pot fi trimise pe adresa [email protected]. Putei utiliza

    coninutul de fa n orice scop dorii respectnd condiiile impuse de licena DSL , n principal

    menionarea sursei originale.

    Atenie, pe tot parcusul crii se va folosi notaia real de deplasare a electronilor prin circuit, i

    anume, dinspre borna negativ (-) spre borna pozitiv (+) !

    Modificri faa de versiunea precedent

    Au fost adugate urmtoarele capitole i subcapitole:

    05 Circuite serie i paralel (subcapitolele 5, 6, 7 i 8)

    08 Aparate de msur (integral)

    11 Baterii i surse de alimentare (subcapitolele 4, 5, i 6)

    13 Condensatorul i cmpul electric (subcapitolul 6)

    14 Bobina (subcapitolul 5)

    10.07.2010

    http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/http://www.circuiteelectrice.ro/design-science-licensehttp://www.circuiteelectrice.ro/design-science-licensehttp://www.circuiteelectrice.ro/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.circuiteelectrice.ro/http://www.circuiteelectrice.ro/design-science-licensehttp://www.circuiteelectrice.ro/design-science-licensehttp://www.circuiteelectrice.ro/design-science-licensehttp://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/
  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    3/323

    i

    CUPRINS

    01 - CONCEPTE DE BAZ N ELECTRICITATE ............................................................................................................................ 1

    1.ELECTRICITATE STATIC ................................................................................................................................................................ 1

    2.CONDUCTORI,DIELECTRICI I DEPLASAREA ELECTRONILOR ................................................................................................................... 53.CIRCUITE ELECTRICE ..................................................................................................................................................................... 94.TENSIUNEA I CURENTUL ............................................................................................................................................................ 105.REZISTENA ELECTRIC ............................................................................................................................................................... 186.TENSIUNEA I CURENTULNTR-UN CIRCUIT PRACTIC .......................................................................................................................... 217.SENSUL CONVENIONAL I SENSUL REAL DE DEPLASARE AL ELECTRONILOR ............................................................................................. 22

    02 - LEGEA LUI OHM ............................................................................................................................................................. 26

    1.LEGEA LUI OHM ........................................................................................................................................................................ 22.PUTEREA N CIRCUITELE ELECTRICE ................................................................................................................................................ 303.CALCULAREA PUTERII ELECTRICE ................................................................................................................................................... 324.REZISTORUL ............................................................................................................................................................................. 34

    5.CONDUCIA NELINIAR ............................................................................................................................................................... 376.CONEXIUNEA UNUI CIRCUIT ......................................................................................................................................................... 47.POLARITATEA CDERILORDE TENSIUNE .......................................................................................................................................... 44

    03 - PROTECIA LA ELECTROCUTARE .................................................................................................................................... 46

    1.SIGURANA N DOMENIULELECTRIC .............................................................................................................................................. 462.DRUMUL CURENTULUI N CAZUL ELECTROCUTRII ............................................................................................................................ 483.LEGEA LUI OHM (RECONSIDERARE) ............................................................................................................................................... 534.PRACTICI DE BAZ ..................................................................................................................................................................... 605.REACIA N CAZURI DE URGEN .................................................................................................................................................. 626.SURSE POTENIALE DE PERICOL .................................................................................................................................................... 647.PROIECTAREA APARATELOR ELECTRICE ........................................................................................................................................... 68.UTILIZAREA APARATELORDE MSUR -MULTIMETRUL ...................................................................................................................... 71

    04 - NOTAIA TIINIFIC I PREFIXE METRICE .................................................................................................................... 79

    1.NOTAIA TIINIFIC .................................................................................................................................................................. 792.ARITMETICA NOTAIEI TIINIFICE ................................................................................................................................................. 813.NOTAIA METRIC ..................................................................................................................................................................... 82

    05 - CIRCUITE SERIE I PARALEL ............................................................................................................................................ 85

    1.CE SUNT CIRCUITELE SERIEI PARALEL ..................................................................................................................................... 852.CIRCUITE SERIE SIMPLE ............................................................................................................................................................... 873.CIRCUITE PARALEL SIMPLE ........................................................................................................................................................... 94.CONDUCTANA ELECTRIC .......................................................................................................................................................... 95.CALCULAREA PUTERII ................................................................................................................................................................. 93

    6.APLICAREA CORECT A LEGII LUI OHM ........................................................................................................................................... 97.ANALIZA CIRCUITELOR LA DEFECT .................................................................................................................................................. 958.REALIZAREA PRACTIC ACIRCUITELOR SIMPLE ............................................................................................................................... 10

    06 - CIRCUITE DIVIZOARE I LEGILE LUI KIRCHHOFF ............................................................................................................ 107

    1.CIRCUITE DIVIZOARE DE TENSIUNE .............................................................................................................................................. 1072.POTENIOMETRUL ................................................................................................................................................................... 1103.LEGEA LUI KIRCHHOFF PENTRU TENSIUNE ..................................................................................................................................... 1124.CIRCUITE DIVIZOARE DE CURENT ................................................................................................................................................. 1165.LEGEA LUI KIRCHHOFF PENTRU CURENT ....................................................................................................................................... 120

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    4/323

    ii

    07 - CIRCUITE SERIE-PARALEL COMBINATE ......................................................................................................................... 122

    1.CE ESTE UN CIRCUIT SERIE-PARALEL ............................................................................................................................................. 1222.METODE DE ANALIZ A CIRCUITELOR SERIE-PARALEL ....................................................................................................................... 123

    08 - APARATE DE MSUR ................................................................................................................................................. 130

    01.CE ESTE UN APARAT DE MSUR .............................................................................................................................................. 13002.VOLTMETRUL ....................................................................................................................................................................... 133

    03.IMPACTUL VOLTMETRULUIASUPRA CIRCUITULUI .......................................................................................................................... 13804.AMPERMETRUL ..................................................................................................................................................................... 14305.IMPACTUL AMPERMETRULUI ASUPRA CIRCUITULUI ....................................................................................................................... 14706.OHMMETRUL ....................................................................................................................................................................... 14907.OHMMETRE CU TENSIUNI NALTE .............................................................................................................................................. 15308.MULTIMETRUL ..................................................................................................................................................................... 15609.WATTMETRUL ...................................................................................................................................................................... 15710.TERMINALI TIP KELVIN I REZISTORI DE PRECIZIE ........................................................................................................................... 15811.CIRCUITE N PUNTE -PUNTEA WHEATSTONE I THOMSON ............................................................................................................. 16212.REALIZAREA PRACTIC AREZISTORILOR DE CALIBRARE ................................................................................................................... 167

    09 - SEMNALE ELECTRICE DE INSTRUMENTAIE ................................................................................................................. 170

    1.SEMNALE ANALOGICE I SEMNALE DIGITALE .................................................................................................................................. 1702.SISTEME CU SEMNALE DE TENSIUNE ............................................................................................................................................ 173.SISTEME CU SEMNALE DE CURENT ............................................................................................................................................... 1744.TAHOGENERATORUL ................................................................................................................................................................ 1775.TERMOCUPLA ......................................................................................................................................................................... 176.TERMOPILA ............................................................................................................................................................................ 180

    10 - ANALIZA REELELOR DECURENT CONTINUU ............................................................................................................... 183

    01.CE ESTE ANALIZA UNEI REELE ELECTRICE .................................................................................................................................... 18302.METODA RAMURII DE CURENT ................................................................................................................................................. 18503.METODA BUCLEI DE CURENT .................................................................................................................................................... 19004.METODA NODULUI DE TENSIUNE .............................................................................................................................................. 19505.TEOREMA LUI MILLMAN ......................................................................................................................................................... 199

    06.TEOREMA SUPERPOZIIEI ........................................................................................................................................................ 20207.TEOREMA LUI THEVENIN ......................................................................................................................................................... 20708.TEOREMA LUI NORTON .......................................................................................................................................................... 2109.ECHIVALENA TEOREMELOR THEVENIN-NORTON ......................................................................................................................... 21410.TEOREMA LUI MILLMAN REVIZUIT ........................................................................................................................................... 21511.TEOREMA TRANSFERULUI MAXIM DE PUTERE .............................................................................................................................. 2112.TRANSFORMAREA TRIUNGHI-STEA I STEA-TRIUNGHI .................................................................................................................... 220

    11 - BATERII I SURSE DE ALIMENTARE .............................................................................................................................. 225

    1.LEGTURA CHIMIC ................................................................................................................................................................. 2252.PILA VOLTAIC ........................................................................................................................................................................ 223.BATERIILE ELECTRICE ................................................................................................................................................................ 229

    4.CAPACITATEA BATERIILOR (AH) .................................................................................................................................................. 2315.BATERII SPECIALE .................................................................................................................................................................... 2346.CONSIDERAII PRACTICE(BATERII) .............................................................................................................................................. 237

    12 - CONDUCTORI I DIELECTRICI ....................................................................................................................................... 239

    1.FIZICA CONDUCTORILOR I A DIELECTRICILOR ................................................................................................................................. 2392.MRIMEA I AMPERAJUL CONDUCTORILOR ................................................................................................................................... 2423.SIGURANE FUZIBILE ................................................................................................................................................................ 2434.REZISTIVITATEA ELECTRIC ........................................................................................................................................................ 2485.COEFICIENTUL DE TEMPERATUR AL REZISTENEI ........................................................................................................................... 250

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    5/323

    iii

    6.SUPRACONDUCTIBILITATEA ....................................................................................................................................................... 2527.STRPUNGEREA DIELECTRIC ..................................................................................................................................................... 255

    13 - CONDENSATORUL I CMPUL ELECTRIC ...................................................................................................................... 256

    1.CMPUL,FORA I FLUXUL MAGNETIC I ELECTRIC ......................................................................................................................... 2562.CONDENSATORUL .................................................................................................................................................................... 2583.RELAIA TENSIUNE-CURENT A CONDENSATORULUI ......................................................................................................................... 261

    4.FACTORI CE AFECTEAZ CAPACITATEA ELECTRIC ........................................................................................................................... 2665.CONECTAREA N SERIE I N PARALEL A CONDENSATORILOR .............................................................................................................. 2696.CONSIDERAII PRACTICE(CONDENSATORUL) ................................................................................................................................. 270

    14 ELECTROMAGNETISM ................................................................................................................................................. 272

    1.MAGNEIPERMANENI ............................................................................................................................................................ 2722.ELECTROMAGNETISM ............................................................................................................................................................... 2753.UNITI DE MSUR ALECMPULUI MAGNETIC ............................................................................................................................. 2784.PERMEABILITATEA,SATURAIA I CURBELEDE HISTEREZIS ................................................................................................................ 2805.INDUCIA ELECTROMAGNETIC .................................................................................................................................................. 2846.TRANSFORMATORUL I INDUCTANA MUTUAL ............................................................................................................................. 286

    15 - BOBINA I CMPUL MAGNETIC ................................................................................................................................... 287

    1.BOBINA ................................................................................................................................................................................. 2882.RELAIA TENSIUNE-CURENT A BOBINEI ......................................................................................................................................... 2913.FACTORI CE AFECTEAZ INDUCTANA BOBINEI ............................................................................................................................... 2964.CONECTAREA N SERIE I N PARALEL A BOBINELOR ......................................................................................................................... 2985.CONSIDERAII PRACTICE(BOBINA) .............................................................................................................................................. 299

    16 - CONSTANTELE DE TIMP RC I L/R ................................................................................................................................ 300

    1.RSPUNSUL TRANZITORIUAL CONDENSATORULUI .......................................................................................................................... 3012.RSPUNSUL TRANZITORIUAL BOBINEI .......................................................................................................................................... 3033.ANALIZA CIRCUITELOR TRANZITORII RCI L/R ............................................................................................................................... 3044.DE CE L/RI NU LR ................................................................................................................................................................. 3095.CAZURI SPECIALE DE CALCUL ...................................................................................................................................................... 312

    6.CIRCUITE COMPLEXE ................................................................................................................................................................ 3147.REZOLVAREA CIRCUITULUI PENTRU VARIABILA TIMP ........................................................................................................................ 316

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    6/323

    1

    01 - Concepte de baz n electricitate

    1. Electricitate static

    Toate materialele sunt construite din blocuri denumite Toi atomii n mediul lor natural conin particule numite

    atomi

    electroni, protoni i neutroni, cu excepia

    izotopului de protiu (1H1

    Electronii au o sarcin electric negativ (-)) al hidrogenului

    Protonii au o sarcin electric pozitiv (+) Neutronii posed osarcin electric neutr Electronii pot fi ndeprtai de atomi mult mai uor dect protonii i neutronii Numrul protonilor din nucleu determin identitatea atomului ca i element unic

    Atracia electrostatic

    Cu secole n urm, a fost descoperit faptul c anumite tipuri de materiale se atrag

    misterios dup frecare. De exemplu: dup frecarea unei buci de mtase de o

    bucat de sticl, cele dou materiale vor tinde s se lipeasc unul de cellalt

    ntr-adevr,exist o for de atracie

    Sticla i mtasea nu sunt singurele materiale ce se comport astfel. Oricine

    s-a frecat vreodat de un balon din latex s-a confruntat cu exact acela

    fenomen atunci cnd a observat c balonul tinde s se lipeasc de el/ea

    Parafina i mtasea sunt o alt pereche de materiale ce manifest fore de

    atracie dup frecare.

    ce acioneaz chiar i atunci cnd cele dou

    materiale sunt separate unul de cellalt.

    Acest fenomen a devenit i mai interesant dup ce a fost descoperit faptul c

    materialele identice se resping ntotdeauna dup frecare

    .

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    7/323

    2

    A fost de asemenea observat faptul c o bucat de sticl frecat cu mtase

    adus n apropierea unei buci de parafin frecat n prealabil cu cu ln,

    conduce la fenomenul de atraciedintre cele dou materiale.

    Mai mult dect att, s-a descoperit c orice material care posed proprieti de atracie sau respingere dup

    frecare, poate fi clasificat ntr-una din cele dou categorii: atras de sticl i respins de parafin, sau respins de sticl

    i atras de parafin.Nu

    Sarcina electric

    s-au gsit materiale care s fie atrase sau respinse att de sticl ct i de parafin, sau care s

    reacioneze fa de una fr s reacioneze fa de cealalt.

    O atenie sporit a fost ndreptat spre materialele folosite pentru frecare. S-a descoperit c dup frecarea a

    dou buci de sticl cu dou buci de mtase, att bucile de sticl ct i bucile de mtase se resping reciproc

    Acest lucru era foarte straniu. Pn la urm, niciunul dintre aceste materiale nu era vizibilmodificat n

    urma frecrii, dar cu siguran se comportau diferit dup frecare. Oricare ar fi fost schimbarea ce avea loc pentru a

    determina atracia sau respingerea acestor materiale unul de cellalt, era una invizibil.

    Unii experimentatori au speculat existena fluidelor invizibile ce se deplaseaz de pe un obiect pe cellalt

    n timpul frecrii, i c aceste fluide induc o for fizic pe o anumit distan. Charles du Fay a fcut parte din

    primii experimentatori ce au demonstrat existena categoric a dou tipuri de schimbri ca urmare a frecrii

    mpreun dintre dou tipuri de obiecte. Existena a mai mult de un singur tip de schimbare suferit de aceste

    materiale, era evident din faptul c rezultau dou tipuri de fore: atraciei respingere. Transferul ipotetic de fluid

    a devenit cunoscut sub numele de sarcin.

    Sarcina electric pozitiv i sarcina electric negativ

    Un cercettor renumit, Benjamin Franklin, ajunge la concluzia existenei unui singur tip de fluid ce se

    deplaseaz ntre obiectele frecate, i c cele dou sarcini diferite nu sunt dect fie un exces, fie o deficien din

    exact acelai fluid. Dup ce a experimentat cu parafin i ln, Franklin a sugerat c lna neprelucrat transfer o

    parte din acest fluid invizibil de pe parafina neted, ducnd la un exces de fluid pe ln, i un deficit de fluid peparafin. Diferena rezultat de coninut n lichid dintre cele dou obiecte ar cauza prin urmare o for de atracie

    Postularea existenei unui singur fluid ce era fie ctigat, fie pierdut n timpul frecrii, se potrivea cel ma

    bine comportamentului observat: c toate aceste materiale se mpreau simplu ntr-una din cele dou categorii

    atunci cnd erau frecate, i cel mai important, c cele dou materiale active frecate unul de cellalt se ncadrau

    ntotdeauna n categorii opuse, fapt evideniat de atracia inevitabil dintre cele dou materiale. n alte cuvine,

    datorit faptului c fluidul ncerc s-i recapete echilibrul existent anterior ntre cele dou materiale.

    nu s-

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    8/323

    3

    a ntmplat niciodat ca dou materiale frecate unul de cellalt, s devin amndou n acelai timp fie pozitive, fie

    negative

    Unitatea de msur a sarcinii electrice i sarcina electric elementar

    .

    Dup speculaiile lui Franklin legate de ndeprtarea fluidului de pe parafin cu ajutorul lnii, sarcina ce

    avea s fie asociat cu parafina frecat a devenit cunoscut sub denumirea de negativ(pentru presupusa deficien

    de fluid), iar tipul de sarcin asociat cu lna frecat a devenit cunoscut ca fiind pozitiv(pentru presupusul exces

    de fluid). Aceast conjunctur inocent va cauza multe bti de cap celor ce vor studia electricitatea n viitor!

    Msurtori precise ale sarcinii electrice au fost efectuate de ctre fizicianul francez CharlesCoulomb n ani

    1780, cu ajutorul unui dispozitiv numitbalan de torsiune, msurnd fora generat ntre dou obiecte ncrcate din

    punct de vedere electric. Rezultatele muncii lui Coulomb au dus la dezvoltarea unitii de msur pentru sarcina

    electric, i anume Coulomb-ul. Dac dou corpuri punctiforme (corpuri ipotetice fr suprafa) sunt ncrcate

    cu o sarcin egal de 1 Coulomb i plasate la 1 metru distan, acestea ar genera o for de atragere (sau de

    respingere, n funcie de tipul sarcinilor) de aproximativ 9 miliarde de Newtoni. Definiia operaional a unu

    Coulomb, ca i unitate a sarcinii electrice (n termeni de for generat ntre cele dou puncte ncrcate cu sarcin

    electric), s-a descoperit c este egal cu un exces sau o deficien de aproximativ 6.250.000.000.000.000.000 (6.25

    x 1018de electroni. Sau invers, un electron are o sarcin de aproximativ 0.00000000000000000016 Coulombi (1,6 x

    10-19

    Electronii i structura atomic a materialelor

    ). Prin faptul c electronul este cel mai mic purttor de sarcin electric cunoscut, aceast ultim valoare a

    sarcinii pentru electron a fost desemnat ca sarcina electric elementar.

    Mult mai trziu se va descoperi faptul

    c acest fluid este defapt compus din

    buci mici de materie numite

    electroni, denumii astfel dup

    cuvntul antic grecesc dat

    chihlimbarului: un alt material ce

    manifest proprieti electrice cndeste frecat de ln. Experimentele

    realizate de atunci au relevat faptul c

    toate obiectele (corpurile) sunt

    compuse din blocuri extrem de mici

    denumite atomi, iar aceti atomi la

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    9/323

    4

    rndul lor sunt compui din componente i mai mici, denumite particule. Cele trei particule fundamentale regsite

    n compoziia majoritii atomilor poart denumirea deprotoni, neutroni i electroni. Dei majoritatea atomilor sunt

    o compoziie de protoni, neutroni i electroni, nu toi atomii au neutroni; un exemplu este izotopul de protiu ( 1H1

    Electronii se pot deplasa liberi n interiorul atomului

    ) a

    hidrogenului, ce reprezint forma cea mai uoar i mai rspndit a hidrogenului, cu doar un singur proton i un

    singur electron. Atomii sunt mult prea mici pentru a fi vzui, dar dac am putea privi unul, ar arta aproximativ

    conform figurii de mai sus.

    Chiar dac fiecare atom dintr-un material tinde s rmn o unitate, n realitate exist mult spaiu liber ntre

    electroni i ciorchinele de protoni i neutroni din mijloc

    Acest model brut este cel al carbonului, cu 6 protoni, 6 neutroni i 6 electroni. n oricare atom, protonii i

    neutronii sunt foarte strns legai ntre ei, ceea ce reprezint o calitatea important. Masa strns legat de protoni i

    neutroni din centrul unui atom poart denumirea de nucleu, iar numrul de protoni din nucleul unui atom, determin

    identitatea elementului: dac schimbm numrul protonilor din nucleul unui atom, schimbm implicit i tipu

    atomului. Legtura strns a protonilor de nucleu este responsabil de stabilitatea elementelor chimice.

    Neutronii au o influen mult mai mic asupra caracterului chimic i a identitii atomului fa de protoni

    cu toate c sunt la fel de greu descos sau adugat din nucleu, datorit legturii lor puternice. n cazul adugrii sau

    ctigrii unui neutron, atomul i menine aceeai identitate chimic, dar va avea loc o modificar uoar a masei

    sale, i ar putea dobndi proprieti nucleare ciudate precum radioactivitatea.

    Totui, electronii posed o libertate de micare n cadrul atomului semnificativ mai mare dect cea a

    protonilor i neutronilor. Acetia pot fi mutai de pe poziiile lor (sau pot chiar prsi atomul cu totul!) de ctre oenergie mult mai mic dect cea necesar ndeprtrii particulelor din nucleu. Dac se ntmpl acest lucru, atomu

    i pstreaz proprietile sale chimice, dar apare un dezechilibru important. Electronii i protonii sunt unici prin

    faptul c sunt atrai unii de ceilali la distan. Este acea atracie la distan responsabil de atracia n urma frecrii

    corpurilor, unde electronii sunt ndeprtai de atomii lor originali i ajung pe atomii unui alt corp.

    Sarcina electric net a atomului este zero

    Electronii tind s resping ali electroni la distan, precum este i cazul protonilor cu ali protoni. Singurul

    motiv pentru care protonii se atrag n nucleul atomului se datoreaz unei fore mult mai puternice, numit for

    nuclear tare ce i face simit efectul doar pe distane foarte scurte. Datorit acestui efect de atracie/respingere

    ntre particulele individuale, spunem c electronii i protonii au sarcini electrice opuse. Adic, fiecare electron are o

    sarcin negativ, i fiecare proton are o sarcin pozitiv. n numr egal n cadrul unui atom, i neutralizeaz unul

    altuia prezena, astfel nct sarcina electric net a atomului este zero.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    10/323

    5

    De aceea imaginea atomului de carbon are ase electroni: pentrua balansa sarcina electric a celor ase

    protoni din nucleu. Dac pleac electroni, sau vin electroni n plus, sarcina net a atomului va suferi un

    dezechilibru, lsnd atomul ncrcat n ansamblu, i ducnd la interaciunea acestuia cu particule sau ali atomi

    ncrcai din apropiere. Neutronii nu sunt nici atrai dar nici respini de ctre electroni, protoni, sau ali neutroni,

    prin urmare se spune c ei nu au sarcin electric.

    Frecarea materialelor i deplasarea electronilor

    Procesul de adugare sau de ndeprtare a electronilor este exact ceea ce se ntmpl atunci cnd anumite

    combinaii de materiale sunt frecate unele de celelalte: electronii din atomii unui material sunt forai prin frecare

    s-i prseasc atomii, i s ajung pe atomii unui altmaterial. Cu alte cuvinte, electronii reprezint fluidul lui

    Benjamin Franklin despre care vorbeam mai sus.

    Electricitatea static i eroarea lui Benjamin Franklin

    Rezultatul dezechilibrului acestui fluid (electroni) dintre obiecte poart numele de electricitate static. Se

    numete static, pentru c electronii mutai de pe un material pe altul tind s rmn staionari. n cazul parafinei

    i a lnii, s-a determinat printr-o serie de experimente, c electronii din ln sunt transferai pe atomii din parafin,

    ceea ce este exact opusul ipotezei lui Franklin! n onoarea lui Franklin, ce a desemnat sarcina parafinei ca fiind

    negativ, i pe cea a lnii ca fiind pozitiv, spunem c electronii posed o sarcin negativ.

    Astfel, un obiect a crui atomi au primit un surplus de electroni, se spune c este ncrcat negativ, pe

    cnd un obiect a crui atomi au pierdut electroni se spune c este ncrcat pozitiv, cu toate c aceste denumirsunt uor de ncurcat. n momentul n care a fost descoperitadevrata natur a fluidului electric, nomenclatura

    motenit de la Franklin legat de sarcina electric era prea adnc nrdcinat ca s mai poat fi schimbat cu

    uurin, prin urmare, a rmas la fel pn n zilele noastre.

    2. Conductori, dielectrici i deplasarea electronilor

    n conductori, electronii din nveliurile superioare ale atomilor se pot deplasa cu uurin, iar acetia suntdenumii electroni liberi

    n dielectrici, electronii din nveliurile superioare nu au aceeai libertate de micare Toate metalele sunt conductoare din punct de vedere electric Electricitatea dinamic, sau curentul electric, reprezint micarea uniform a electronilor printr-un

    conductor.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    11/323

    6

    Electricitatea static este imobil (n cazul unui dielectric), sarcin electric fiind acumulat fie printr-unexces sau o deficiena de electroni dintr-un corp. De obicei este format prin separare de sarcin atunc

    cnd dou obiecte sunt aduse n contact i apoi desprite

    Pentru ca electronii s curg continuu (la nesfrit) printr-un conductor, este necesar existen unui drumcomplet i nentrerupt pentru a facilita att intrarea ct i ieirea electronilor din acel conductor

    Conductivitatea electric a materialelor

    Electronii diferitelor tipuri de atomi posed grade diferite de libertate. n cazul unor tipuri de materiale,

    precum metalele, electronii de la marginea atomilor prezint legturi att de slabe nct se deplaseaz haotic n

    spaiul dintre atomii materialului respectiv sub simpla influen a temperaturii camerei. Pentru c aceti electroni

    practic nelegai sunt liberi s-i prseasc atomii i s pluteasc n spaiul dintre atomii nvecinai, sunt adesea

    denumii electroni liberi.

    n alte tipuri de materiale, precum sticla, electronii atomilor au o libertate de micare foarte restrns. Chiardac fore exterioare, precum frecarea fizic a materialului, pot fora o parte din aceti electroni s -i prseasc

    atomii respectivi pentru a ajunge pe atomii unui alt material, acetia nu se mic totui foarte uor ntre atomii

    aceluiai material.

    Materiale conductoare i materiale dielectrice

    Aceast mobilitate a electronilor n cadrul unui material poart numele de conductivitate. Conductivitatea

    este determinat de tipul atomilor existeni ntr-un material (numrul protonilor din nucleul atomului determinndu-i identitatea chimic) i modul n care atomii sunt legai unul de cellalt. Materialele cu o mobilitate ridicat a

    electronilor (muli electroni liberi) se numesc conductoare, pe cnd materialele cu o mobilitate sczut a

    electronilor (puini electroni liberi sau deloc) se numesc dielectrice (materiale izolatoare).

    Cteva exemple comune de conductori i dielectrici:

    Conductori:argint, cupru, aur, aluminiu, fier, oel, alam, bronz, mercur, grafit, ap murdar, beton

    Dielectrici:sticl, cauciuc, ulei, asfalt, fibr de sticl, porelan, ceramic, cuar, bumbac, hrtie (uscat)

    plastic, aer, diamant, ap pur

    Trebuie neles faptul c nu toate materialele conductoare au acelai nivel de conductivitate, i nu toi

    dielectricii impun o rezisten egal micrii electronilor. Conductivitatea electric este analoag transparenei

    materialelor la lumin: materialele ce conduc cu uurin lumina se numesc transparente, pe cnd cele ce nu o

    fac, se numesc opace. Dar, nu toate materialele transparent conduc lumina n aceeai msur. Sticla de geam este

    mai bun dect majoritatea materialelor plastice, i cu siguran mai bun dect fibra de sticl curat. Acelai

    lucru este valabil i n cazul conductorilor electrici.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    12/323

    7

    De exemplu, argintul este cel mai bun conductor din aceast list, oferind o trecere mai uoar electronilor

    precum niciun alt material enumerat nu o face. Apa murdar i betonul sunt i ele trecute ca i materiale

    conductoare, dar acestea sunt mult sub nivelul oricrui metal din punct de vedere al conductivitii.

    Factori ce influeneaz conductivitatea electric

    Dimensiunea fizic afecteaz de asemenea conductivitatea. De exemplu, dac lum dou fii din acelai

    material conductiv - una subire, alta groas - cea groas se va dovedi un conductor mai bun dect cea subire la o

    aceeai lungime. Dac lum o alt pereche de fii - de data aceasta amndou cu aceeai grosime, dar una mai

    scurt dect cealalt - cea scurt va oferi o trecere mai uoar a electronilor fa de cea lung. Acest lucru este

    analog curgerii apei printr-o eav: o eav groas ofer o trecere mai uoar dect una subire, iar o eav scurt

    este mai uor de parcurs de ap dect o eav lung, toate celelalte dimensiuni fiind egale.

    Trebuie de asemenea neles faptul c unele materiale i modific proprietile electrice n diferite situaii

    De exemplu, sticla este un foarte bun dielectric la temperatura camerei, dar devine conductoare atunci cnd estenclzit la o temperatur foarte nalt. Gaze precum aerul, n mod normal materiale dielectrice, devin de asemenea

    conductoare atunci cnd sunt aduse la temperaturi foarte ridicate. Majoritatea metalelor devin conductoare mai

    slabe atunci cnd sunt nclzite, i mai bune atunci cnd sunt rcite. Multe materiale conductoare devin conductoare

    perfecte (fenomenul poart denumirea de supraconductivitate) la temperaturi extrem de sczute.

    Deplasarea electronilor poart numele de curent electric

    Dei n mod normal deplasarea electronilor liberi dintr-un conductor este aleatoare, fr vreo direcie sauvitez particular, electronii pot fi influenai s se deplaseze ntr-un mod coordonat printr-un material conductor

    Aceast deplasare uniform a electronilor poart denumirea de electricitate, sau curent electric. Pentru a fi mai

    exaci, s-ar putea numi electricitate dinamic, n contrast cu electricitatea static, ce reprezint o acumulare de

    sarcin electric nemicat.

    Asemenea curgerii apei prin spaiul liber al unei evi, electronii sunt liberi s se deplaseze prin spaiul liber

    din interiorul i dintre atomi unui conductor. Conductorul poate prea c este solid atunci cnd l privim, dar ca

    oricare alt material compus n marea lui parte din atomi, este n mare parte gol! Analogia curgerii lichidului se

    potrivete aa de bine nct deplasarea electronilor printr-un conductor este adesea denumit

    curgere.Trebuie s facem o observaie important. Micndu-se

    uniform printr-un conductor, fiecare electron l mpinge pe ce

    de lng el, astfel nct toi electronii se mic mpreun

    precum un grup. Punctul de plecare i cel final al micrii unui electron printr-un conductor electric este atins

    practic instant, dintr-un capt n cellalt al conductorului, chiar dac viteza de deplasare a fiecrui electron n parte

    este mic. O analogie aproximativ este cea a unui tub umplut dintr-un capt n cellalt cu mrgele.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    13/323

    8

    Tubul este plin de mrgele, precum un conductor este plin de electroni liberi, pregtii s fie pui n micare

    de o influen extern. Dac o singur mrgea este introdus brusc n acest tub plin prin parteastng, o alta va iei

    instant pe partea cealalt. Chiar dac fiecare mrgea a parcurs doar o distan scurt, transferul de micare prin tub

    este practic instant (din partea stng nspre captul din dreapta), orict ar fi tubul de lung. n cazul electricitii

    efectul de ansamblu dintr-un capt n cellalt al conductorului are loc la viteza luminii. Fiecare electron n parte

    ns, se deplaseaz prin conductor la o viteza mult mai mic.

    Deplasarea electronilor necesit un drum nentrerupt

    Dac dorim ca electronii s se deplaseze pe o direcie anume, trebuie s la punem la dispoziie traseul

    respectiv, precum un instalator trebuie s instaleze conductele de ap necesare pentru aprovizionarea cu ap. n

    acest scop, firele sunt confecionate din metale bune conductoarea de electricitate precum cuprul sau aluminiul

    ntr-o mare varietatea de dimensiuni.

    inei minte c electronii se pot deplasa doar atunci cnd au oportunitatea de a se mica n spaiul dintreatomii unui material. Acest lucru nseamn c exist curent electric doar acolo unde exist o traiectorie continu din

    material conductor ce permite deplasarea electronilor. n analogia cu mrgelele, acestea pot fi introduse prin partea

    stng a tubului (i iei pe partea dreapt), doar dac tubul este deschis la cellalt capt pentru a permite ieirea

    mrgelelor. Dac tubul este nchis la captul din dreapta, mrgelele se vor aduna n tub, iar curgerea lor nu va

    avea loc. Acelai lucru se poate spune despre curentul electric: curgerea continu a curentului necesit un drum

    nentrerupt pentru a permite deplasarea.

    Putem ilustra acest lucru prin desenul alturat.

    O linie subire, continua (precum cea de sus) reprezint simbolul convenional pentru o poriune continu

    de fir (electric). Din moment ce firul este compus din material conductor, precum cuprul, atomii coninui n acesta

    posed muli electroni liberi ce se pot deplasa cu uurin n interiorul firului. Dar, nu va exista niciodat o

    deplasarea continu sau uniform a electronilor prin acest fir dac nu au de unde s vin i ncotro s se ndrepte.

    S presupunem prin urmare o sursi o destinaie

    a electronilor.

    Acum, cu sursa mpingnd noi electroni pe fir prin partea stng, curgerea electronilor prin fir este posibil

    (indicat de sgei). Dar, aceast curgere va fi ntrerupt n cazul n care calea format de firul conductor este

    ntrerupt.

    ntruct aerul este un dielectric (materia

    izolator), iar spaiul dintre cele dou fire este

    ocupat de aer, calea ce era nainte continu, este acum ntrerupt, iar electronii nu se pot deplasa de la Surs spre

    Destinaie. Aceast situaie este asemntoare tierii conductei de ap n dou i astuprii celor dou capete: apa nu

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    14/323

    9

    poate curge dac nu are pe unde s ias din eav. n termeni electrici, atunci cnd firul era format dintr-o singur

    bucat avea condiia de continuitate electric, iar acum, dup tierea i separarea firului n dou, acea continuitatea

    este ntrerupt.

    Dac ar fi s luam un alt fir ce duce spre

    Destinaie i pur i simplu am face contact fiziccu firul ce duce spre Surs, am avea din nou o

    cale continu pentru curgerea electronilor. Cele

    dou puncte din diagram reprezint contactul fizic (metal-metal) dintre cele dou fire.

    Acum avem continuitate dinspre Surs, prin noua conexiune, n jos, n dreapta, i apoi n sus, spre

    Destinaie. Acest aranjament este analog instalrii unui teu ntr-o instalaie de ap pentru dirijarea apei prin aceast

    nou eav, spre destinaie. Atenie, segmentul de fir ntrerup nu conduce curent electric pentru c nu mai face parte

    dintr-un drum complet de la Surs spre Destinaie.

    3. Circuite electrice

    Un circuit electric

    ntreruperea unui circuit nseamn c elementele sale conductoarea nu mai formeaz un drum complet, iarcurgerea continu a electronilor nu mai poate avea loc

    este o bucl de material conductor ce permite electronilor curgerea continu fr nceput

    sau sfrit

    Locul ntreruperii este irelevant n ceea ce privete capacitatea circuitului de a susine curgerea electronilorOrice ntrerupere, oriunden circuit mpiedic curgerea electronilor prin acesta

    Circuitul electric

    Poate v ntrebai cum este posibil ca electronii s se deplaseze continuu ntr-o direcie uniform prin fire

    dac nu am lua n considerare aceste Surse i Destinaii ipotetice. Pentru ca aceste idealizri s funcioneze, ambele

    ar trebui s posede o capacitate infinit pentru a putea susine o curgere continu a electronilor! Folosind analogia

    cu mrgelele i tubul, sursa de mrgele i destinaia acestora ar trebui s fie infinit de mari pentru a conine ocantitate suficient de mrgele necesar curgerii lor continue.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    15/323

    10

    Rspunsul acestui paradox se regsete n conceptul

    de circuit: o bucl continu i nentrerupt pentru

    curgerea electronilor. Dac lum un fir, sau mai

    multe fire puse cap la cap, i l aranjm sub form de

    bucl, astfel nct s formeze un drum continuu

    curgerea uniform a electronilor fr ajutorul surselor

    i destinaiilor ipotetice de mai sus, este posibil.

    n cadrul acestui circuit, n sensul acelor de ceasornic, fiecare electron mpinge electronul din faa lui, ce

    mpinge electronul din faa lui, i aa mai departe, precum un circuit din mrgele. astfel, putem susine o deplasare

    continu a electronilor fr a recurge la sursele i destinaiile infinite (surse teoretice). Tot ceea ce avem nevoie este

    prezena unei motivaii pentru aceti electroni, lucru ce-l vom discuta n urmtoarea seciune din acest capitol.

    Continuitatea circuitului asigur deplasarea electronilor

    Trebuie realizat faptul c i n acest caz, continuitatea circuitului este la fel de

    important precum n cazul firului conductor analizat mai sus. La fel ca i n

    acel exemplu, orice ntrerupere a circuitului oprete curgerea (deplasarea)

    electronilor.

    Punctul de discontinuitate din circuit este irelevant

    Un principiu important de reinut este c nu conteaz locul ntreruperii

    Orice discontinuitate din circuit va ntrerupe curgerea electronilor prin ntreg

    circuitul. O curgere continu a electronilor prin circuit poate fi realizat doar

    dac exist un drum (cale) continuu i nentrerupt printr-un materia

    conductorprin care acetia s se poat deplasa.

    4. Tensiunea i curentul

    Electronii pot fi motivai s se deplaseze printr-un conductor de ctre aceeai for prezent n cazuelectricitii statice

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    16/323

    11

    Tensiunea

    Tensiunea, ca i expresie a energiei poteniale, se msoar tot timpul ntre dou puncte. Cteodat se manumete i cdere de tensiune

    este msura energiei poteniale specifice (energie potenial pe unitate de sarcin electric)

    dintre dou puncte. n termeni non-tiinifici, este msura mpingerii disponibile pentru motivarea

    electronilor

    Cnd o surs de tensiune este conectat la un circuit, tensiunea electric determin o deplasare aelectronilor prin acel circuit, deplasare ce poart numele de

    ntr-un circuit format dintr-o singur bucl, valoarea curentului este aceeai n oricare punct al circuituluicurent

    Dac un circuit ce conine o surs de tensiune este ntrerupt, ntreaga tensiune electric se va regsi lacapetele firelor unde a avut loc ntreruperea

    Cderea de tensiune desemnat prin +/- se numete polaritate

    Dezechilibrul de sarcin

    . Este de asemenea relativ, ea depinde de

    ambele puncte la care se face referire.

    Precum am menionat mai sus, doar un drum continuu (circuit) nu este suficient pentru a putea deplasa

    electronii: avem de asemenea nevoie de un mijloc de mpingere a lor prin circuit. La fel ca mrgelele dintr-un tub

    sau apa dintr-o eav, este nevoie de o for de influen pentru a ncepe curgerea. n cazul electronilor, aceast

    for este aceeai ca i n cazul electricitii statice: fora produs de un dezechilibru de sarcin electric.

    Dac lum exemplul parafinei i lnii frecate mpreun, vedem c

    surplusul de electroni de pe parafin (sarcin negativ) i deficitul de

    electroni de pe ln (sarcin pozitiv) creaz un dezechilibru desarcin ntre cele dou. Acest dezechilibru se manifest printr-o for

    de atracie ntre cele dou corpuri.

    Dac introducem un fir conductor ntre cele dou corpuri ncrcate din

    punct de vedere electric, vom observa o curgere a electronilor prin

    acesta datorit faptului c electronii n exces din parafin trec prin fir

    napoi pe ln, restabilind dezechilibrul creat.

    Dezechilibrul dintre numrul electronilor din atomii parafinei i cei ai lnii creaz o for ntre cele dou

    materiale. Neexistnd niciun drum prin care electronii se pot deplasa de pe parafin napoi pe ln, tot ce poate face

    aceast for este s atrag cele dou corpuri mpreun. Acum c un conductor conecteaz cele dou corpuri

    aceast for va face ca electronii s se deplaseze ntr-o direcie uniform prin fir, chiar dac numai pentru un timp

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    17/323

    12

    foarte scurt, pn n momentul n care sarcina electric este neutralizat n aceast zona (restabilirea echilibrului)

    iar fora dintre cele dou materiale se reduce.

    Stocarea energiei

    Analogia rezervorului de ap

    Sarcina electric format prin frecarea celor dou materiale reprezint stocarea

    unei anumite cantiti de energie. Aceast energie este asemntoare energiei

    nmagazinate ntr-un rezervor de ap aflat la nlime, umplut cu ajutorul unei

    pompe dintr-un bazin aflat la un nivel mai sczut.

    Influena gravitaiei asupra apei din rezervor d natere unei fore ce tinde s

    deplaseze apa spre nivelul inferior. Dac construim o eav de la rezervor spre

    bazin, apa va curge sub influena gravitaiei din rezervor prin eav spre bazin.

    Este nevoie de o anumit energie pentru pomparea apei de la un nivel inferior (bazin) la unul superior

    (rezervor), iar curgerea apei prin eav napoi la nivelul iniial constituie eliberarea energiei nmagazinat prinpomparea precedent.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    18/323

    13

    Dac apa este pompat la un nivel i mai ridicat, va finecesar o energie i mai mare pentru realizareaacestui lucru, prin urmare, va fi nmagazinat o energiei mai mare, i de asemenea, va fi eliberat o energiemai mare dect n cazul precedent.

    Cazul electronilor

    Electronii nu sunt foarte diferii. Dac frecm parafina i lna mpreun, n fapt, pompm electronii de pe

    nivelurile lor normale, dnd natere unei condiii n care exist o for ntre parafin i ln, datorit faptului c

    electronii ncearc s-i rectige vechile poziii (i echilibru n cadrul atomilor respectivi). Fora de atragere a

    electronilor spre poziiile originale n jurul nucleelor pozitive ale atomilor, este analoag forei de gravitaie

    exercitat asupra apei din rezervor, for ce tinde s trag apa napoi n poziia sa original.

    La fel precum pomparea apei la un nivel mai nalt rezult n nmagazinare de energie, pomparea

    electronilor pentru crearea unui dezechilibru de sarcin electric duce la nmagazinare de energie prin acel

    dezechilibru. Asigurarea unui drum prin care electronii s poat curge napoi spre nivelurile lor originale are ca

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    19/323

    14

    rezultat o eliberare a energiei nmagazinate, asemenea eliberrii energiei n cazul rezervorului, atunci cnd este pus

    la dispoziie un drum pe care apa poate s curg prin intermediul unei evi.

    Tensiunea electric

    Atunci cnd electronii se afl ntr-o poziie static (prin analogie cu apa dintr-un rezervor), energianmagazinat n acest caz poart numele de energie potenial, pentru c are posibilitatea (potenialul) eliberrii

    acestei energii n viitor.

    Aceast energie potenial, nmagazinat sub forma unui dezechilibru de sarcin electric capabil s

    provoace deplasarea electronilor printr-un conductor, poate fi exprimat printr-un termen denumit tensiune, ceea ce

    tehnic se traduce prin energie potenial pe unitate de sarcin electric, sau ceva ce un fizician ar denumi energie

    potenial specific. Definit n contextul electricitii statice, tensiunea electric este msura lucrului mecanic

    necesar deplasrii unei sarcini unitare dintr-un loc n altul acionnd mpotriva forei ce tinde s menin sarcinile

    electrice n echilibru. Din punct de vedere al surselor de putere electric, tensiunea este cantitatea de energiepotenial disponibil pe unitate de sarcin, pentru deplasare electronilor printr-un conductor

    Exprimarea tensiunii electrice

    .

    Deoarece tensiunea este o expresie a energiei poteniale, reprezentnd posibilitatea sau potenialul de

    eliberare a energiei atunci cnd electronii se deplaseaz de pe un anumit nivel pe un altul, tensiunea are sens doar

    atunci cnd este exprimat ntre dou puncte distincte

    Datorit diferenei dintre nlimile cderilor de ap, potenialul deenergie eliberat este mai mare prin eava din locaia 2 dect cea

    din locaia 1. Principiul poate fi neles intuitiv considernd

    aruncarea unei pietre de la o nlime de un metru sau de la o

    nlime de zece metri: care din ele va avea un impact mai puternic

    cu solul? Evident, cderea de la o nlime mai mare implic

    eliberarea unei cantiti mai mari de energie (un impact mai

    violent).

    .

    Nu putem aprecia valoarea energiei nmagazinate ntr-un rezervor de ap prin simpla msurare a volumulu

    de ap: trebuie s lum de asemenea n considerare cderea (distana parcurs) apei. Cantitatea de energie eliberat

    prin cderea unui corp depinde de distana dintre punctul iniial i cel final al corpului. n mod asemntor, energia

    potenial disponibil pentru a deplasa electronii dintr-un punct n altul depinde de aceste puncte. Prin urmare

    tensiune se exprim tot timpul ca i o cantitate ntre dou puncte. Este interesant de observat c modelul cderii

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    20/323

    15

    unui corp de la o anumit distan la alta este att de potrivit, nct de multe ori tensiune electric dintre dou

    puncte mai poart numele de cdere de tensiune

    Alte modaliti de generare a tensiunii

    .

    Tensiunea poate fi generat si prin alte mijloace dect frecare diferitelor tipuri de materiale mpreunReaciile chimice, energia radiant i influena magnetismului asupra conductorilor sunt cteva modaliti prin care

    poate fi produs tensiunea electric. Ca i exemple practice de surse de tensiune putem da bateriile, panourile solare

    i generatoarele (precum alternatorul de sub capota automobilului). Pentru moment, nu intrm n detalii legate de

    funcionarea fiecrei dintre aceste surse - mai important acum este s nelegem cum pot fi aplicate sursele de

    tensiune pentru a crea o deplasare uniform i continu a electronilor prin circuit.

    Conectarea surselor de tensiune n circuit

    S lum pentru nceput simbolul bateriei electrice i s construim apoi un circuit pas cu pas.

    Orice surs de tensiune, incluznd bateriile, are dou puncte de contact electric. n acest caz

    avem punctul 1 i punctul 2 de pe desenul de mai sus. Liniile orizontale de lungimi diferite

    indic faptul c aceast surs de tensiune este o baterie, i mai mult, n ce direcia va mpinge

    tensiunea acestei bateri electronii prin circuit.

    Faptul c liniile orizontale ale bateriei din simbol par s fie separate (prin urmare reprezint o ntrerupere acircuitului prin care electronii nu pot trece) nu trebuie s ne ngrijoreze: n realitate, aceste linii orizontale reprezint

    plci metalice (anod i catod) introduse ntr-un lichid sau material semi-solid care nu doar conduce electronii, dar

    genereaz tensiunea electric necesar mpingerii lor prin circuit datorit interaciunii acestui material cu plcile.

    Putei observa cele dou semne +respectiv -n imediata apropiere a simbolului bateriei. Partea negativ (-)

    a bateriei este tot timpul cea cu liniu mai scurt, iar partea pozitiv (+) a bateriei este tot timpul captul cu liniua

    mai lung. Din moment ce am decis s denumim electronii ca fiind ncrcai negativ din punct de vedere electric

    partea negativ a bateriei este acel capt ce ncearc s mping electronii prin circuit, iar partea pozitiv estecea

    care ncearc s atrag electronii.

    Deplasarea electronilor

    Atunci cnd capetele + i - ale bateriei nu sunt conectate la un circuit, va exista o tensiune electric

    ntre aceste dou puncte, dar nu va exista o deplasare a electronilor prin baterie, pentru c nu exist un drum

    continuu prin care electronii s se poat deplasa.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    21/323

    16

    Acelai principu se aplic i n cazul analogiei

    rezervorului i pompei de ap: fr un drum

    (eav) napoi spre bazin, energia nmagazinat n

    rezervor nu poate fi eliberat prin curgerea apei

    Odat ce rezervorul este umplut complet, nu ma

    are loc nicio curgere, orict de mult presiune ar

    genera pompa. Trebuie s exist un drum complet

    (circuit) pentru ca apa s curg continuu dinspre

    bazin spre rezervor i napoi n bazin.

    Realizarea unui drum continuuPutem asigura un astfel de drum pentru baterie prin

    conectarea unui fir dintr-un capt al bateriei spre cellalt

    Formnd un circuit

    cu ajutorul unei bucle din materia

    conductor, vom iniia o deplasare continu a electronilor n

    direcia acelor de ceasornic (n acest caz particular).

    Curentul electric

    Atta timp ct bateria va continua s produc tensiune electric, iar continuitatea circuitului electric nu este

    ntrerupt, electronii vor continua s se deplaseze n circuit. Continund cu analogia apei printr-o eav, curgerea

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    22/323

    17

    continu i uniform de electroni prin circuit poart numele de curent. Atta timp ct sursa de tensiune electric

    continu s mping n aceeai direcie, electronii vor continua s se deplaseze n aceeai direcie prin circuit

    Aceast curgere uni-direcional a electronilor prin circuit poart numele de curent continuu, prescurtat c.c.. n

    urmtorul volum din aceast serie vom analiza circuitele electrice n care deplasarea electronilor are loc alternativ

    n ambele direcii: curent alternativ, prescurtat a.c.. Dar pentru moment, vom discuta doar despre circuite de curent

    continuu

    Curentul electric fiind compus din electroni individuali ce se deplaseaz la unison printr-un conductor

    mpingnd electronii de lng ei, precum mrgelele dintr-un tub sau apa dintr-o eav, cantitatea deplasat n

    oricare punct din circuit este aceeai

    ntreruperea circuitului

    (circuit serie). Dac ar fi s monitorizm o seciune transversal dintr-un fir

    ntr-un singur circuit, numrnd electronii ce trec prin ea, am observa exact aceeai cantitate n unitate de timp

    (curent) n oricare parte a circuitului, indiferent de lungimea sau diametrul conductorului.

    Dac ntrerupem continuitatea circuitului n oricare punct

    curentul electric se va ntrerupe n ntreg circuitul, iar ntreaga

    tensiune electric produs de baterie se va regsi acum la

    capetele firelor ntrerupte, ce erau nainte conectate.

    Observai semnele + i - puse la captul firelor unde a fost realizat ntreruperea circuitului, i faptul c

    ele corespund celor dou semne + i - adiacente capetelor bateriei. Aceste semne indic direcia pe care

    tensiunea electric o imprim curgerii electronilor, acea direcie potenial ce poart denumirea depolaritate. ine

    minte c tensiunea electric se msoar tot timpul ntre dou puncte. Din acest motiv, polaritatea unei cderi de

    tensiune depinde de asemenea de cele dou puncte: faptul c un punct din circuit este notat cu + sau - depinde

    de cellalt capt la care face referire.

    S ne uitm la urmtorul circuit, n care fiecare col al circuitului este marcat

    printr-un numr de referin.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    23/323

    18

    Continuitatea circuitului fiindntrerupt ntre punctele 2 i 3

    ,polaritatea cderii de tensiune ntre punctele 2

    i 3 este - pentru punctul 2 i + pentru punctul 3. Polaritatea bateriei (1 - i 4 +) ncearc mpingerea

    electronilor prin circuit n sensul acelor de ceasornic din punctul 1 spre 2, 3, 4 i napoi la 1.

    S vedem acum ce se ntmpl dac conectm punctele 2 i 3 din nou

    mpreun, dar efectum ontrerupere a circuitului ntre punctele 3 i 4

    .

    ntreruperea fiind acum ntre punctele 3 i 4, polaritatea cderii de tensiune ntre aceste dou puncte este

    + pentru 4 i - pentru 3. Observai cu atenie faptul c semnul punctului 3 este diferit fa de primul exemplu

    acolo unde ntreruperea a fost ntre punctele 2 i 3 (3 a fost notat cu +). Este imposibil de precizat ce semn va

    avea punctul 3 n acest circuit, fie + fie -, deoarece polaritate, la fel ca tensiunea, nu reprezint o caracteristic a

    unui singur punct, ci depinde tot timpul de dou puncte distincte

    5. Rezistena electric

    !

    Rezistena electric Un

    reprezint opoziia fa de curentul electric

    scurt circuit

    Un

    reprezint un circuit electric ce ofer o rezisten foarte sczut curgerii electronilor (saudeloc). Scurt circuitele sunt periculoase n cazul surselor de tensiune nalt datorit curenilor inteni ce pot

    cauz eliberarea unei cantiti mari de energie sub form de cldur

    circuit deschis

    Un

    este un circuit electric ce nu are continuitate, prin urmare nu exist o cale pe care

    electronii s o poat urma

    circuit nchis

    Termenii deschis i nchis se refer att la ntreruptoare ct i la ntregul circuit. Un ntreruptor deschiseste un ntreruptor fr continuitate: electronii nu se pot deplasa prin el. Un ntreruptor nchis este un

    ntreruptor ce ofer un drum direct, cu o rezisten sczut, electronilor pentru curgere.

    este un circuit electric complet, continuu, cu un drum pe care electronii l pot urma

    Rezistena i rezistorul sunt doi termeni diferii

    Este foarte uor s confundm termenii de rezisten i rezistor. Rezistena reprezint opoziia fa de

    curentul electric, iar rezistorul este un dispozitiv fizic utilizat n circuitele electrice. Este adevrat, rezistorii posed

    rezisten electric, dar trebuie s nelegem c cei doi termeni nu sunt echivaleni!

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    24/323

    19

    Scurt-circuitul

    Circuitele prezentate n capitolele precedente nu sunt foarte practice. De fapt, conectarea direct a polilor

    unei surse de tensiune electric cu un singur fir conductor este chiar periculoas. Motivul pentru care acest lucru

    este periculos se datoreaz amplitudinii (mrimii) curentului electric ce poate atinge valori foarte mari ntr-un astfe

    de scurt-circuit, iar eliberarea energiei extrem de dramatic (de obicei sub form de cldur). Uzual, circuiteleelectrice sunt construite pentru a folosi energia eliberat ntr-un mod practic, ct mai n siguran posibil. Evitai

    conectarea direct a polilor surselor de alimentare

    Utilizarea practic a energiei electrice

    !

    O utilizare practic i popular a curentulu

    electric este iluminatul electric (artificial). Cea

    mai simpl form a lmpii electrice l

    reprezint un filament introdus ntr-un balon

    transparent de sticl ce d o lumin alb-cald

    (incandescen) atunci cnd este parcurs de

    un curent electric suficient de mare.

    Ca i bateria, becul are dou puncte de contact electric, unul pentru intrarea electronilor, cellalt pentru

    ieirea lor.Conectat la o surs de tensiune, o lamp electric arat precum n circuitul alturat.

    Opoziia fa de trecerea electronilor prin conductori poart numele de rezisten

    Atunci cnd electronii ajung la filamentul din material conductor subire al lmpii, acetia ntmpin o

    rezisten mult mai mare la deplasare fa de cea ntmpinat n mod normal n fir. Aceast opoziie a trecerii

    curentului electric depinde de tipul de material, aria seciunii transversale i temperatura acestuia. Termenul tehnic

    ce desemneaz aceast opoziie se numete rezisten. (Spunem c dielectricii au o rezisten foarte mare i

    conductorii o rezisten mic).

    Rolul acestei rezistene este de limitare a curentului electric prin circuit dat fiind valoarea tensiuni

    produs de baterie, prin comparaie cu scurt circuitul n care nu am avut dect un simplu fir conectat ntre cele

    dou capete (tehnic, borne) ale sursei de tensiune (baterie).

    Disiparea energiei sub form de cldur

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    25/323

    20

    Atunci cnd electronii se deplaseaz mpotriva rezistenei se genereaz frecare. La fel ca n cazul frecri

    mecanice, i cea produs de curgerea electronilor mpotriva unei rezistene se manifest sub form de cldur.

    Rezultatul concentrrii rezistenei filamentului lmpii pe o suprafa restrns este disiparea unei cantiti relativ

    mari de energie sub form de cldur, energie necesar pentru aprinderea filamentului, ce produce astfel lumin,

    n timp ce firele care realizeaz conexiunea lmpii la baterie (de o rezisten mult mai mic) abia dac se nclzesc

    n timpul conducerii curentului electric.

    Ca i n cazul scurt circuitului, dac continuitatea

    circuitului este ntrerupt n oricare punct, curgerea

    electronilor va nceta prin ntreg circuitul. Cu o

    lamp conectat la acest circuit, acest lucru

    nseamn c aceasta va nceta s mai lumineze.

    Circuitul deschis i circuitul nchis

    Ca i nainte, fr existena curentului (curgerii electronilor), ntregul potenial (tensiune) al bateriei este

    disponibil la locul ntreruperii, ateptnd ca o conexiune s astupe ntreruperea, permind din nou curgerea

    electronilor. Aceast situaie este cunoscut sub denumirea de circuit deschis, o ntrerupere a continuitii

    circuitului ce ntrerupe curentul n ntreg circuitul. Este suficient o singur deschidere a circuitului pentru a

    ntrerupe curentul electric n ntreg circuitul. Dup ce toate ntreruperile au fost astupate iar continuitatea

    circuitului restabilit, acum circuitul poate fi denumit circuit nchis.

    ntreruptorul electric

    Ceea ce observm aici se regsete n principiul pornirii i

    opririi lmpilor prin intermediul unui ntreruptor

    Deoarece orice ntrerupere n continuitatea circuitului

    rezult n oprirea curentului n ntreg circuitul, putem folos

    un dispozitiv creat exact pentru acest scop, denumit

    ntreruptor, montat ntr-

    o locaie oarecare, dar astfel nct

    s putem controla deplasarea electronilor prin circuit.

    Acesta este modul n care ntreruptorul poate controla becul din camer. ntreruptorul nsui const dintr-

    o pereche de contacte metalice acionate de un buton sau de un bra mecanic. Cnd contactele se ating, electronii se

    vor deplasa dintr-un capt n cellalt al circuitului iar continuitatea acestuia este restabilit (circuit/contact nchis);

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    26/323

    21

    cnd contactele sunt separate, curgerea electronilor este ntrerupt de ctre izolaia dintre contacte reprezentat n

    acest caz de aer, iar continuitatea circuitului este ntrerupt (circuit/contact deschis).

    ntreruptor nchis i ntreruptor deschis

    Folosind n continuare terminologia circuitelor electrice, un ntreruptor ce realizeaz contactul ntre cei doiterminali ai si creaz continuitate pentru curgerea electronilor prin acesta, i este denumit un ntreruptor nchis

    Analog, un ntreruptor ce creaz o discontinuitate nu va permite electronilor s treac, i se numete un

    ntreruptor deschis.

    6. Tensiunea i curentul ntr-un circuit practic

    Curentul ntr-un circuit simplu este acelai n oricare punct, dar tensiunea nu

    Deoarece este nevoie de energie pentru a fora electronii s se deplaseze mpotriva opoziiei unei rezistene

    va exista ntotdeauna o tensiune electric ntre oricare dou puncte ale unui circuit ce posed rezisten. Este

    important de inut minte c, dei cantitatea de curent (cantitatea de electroni ce se deplaseaz ntr-un anumit loc n

    fiecare secund) este uniform ntr-un circuit simplu, cantitatea de tensiune electric (energia potenial pe unitate

    de sarcin) ntre diferite seturi de puncte dintr-un singur circuit poate varia considerabil.

    S lum acest circuit ca i exemplu. Dac lum patru puncte din acestcircuit (1, 2, 3 i 4), vom descoperi c valoarea curentului ce trece prin

    fir ntre punctele 1 i 2 este exact aceeai cu valoarea curentului ce trece

    prin bec ntre punctele 2 i 3. aceeai cantitate de curent trece prin fir

    ntre punctele 3 i 4, precum i prin baterie ntre punctele 1 i 4.

    Dar, vom descoperi c tensiunea ce apare ntre oricare dou puncte din acest circuit, este direct

    proporional cu rezistena prezent ntre cele dou puncte, atunci cnd curentul este acelai n ntregul circuit (n

    acest caz, el este). ntr-un circuit normal precum cel de mai sus, rezistena becului va fi mult mai mare dect

    rezistena firelor conductoare, prin urmare ar trebui s vedem o cantitate substanial de tensiune ntre punctele 2 i

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    27/323

    22

    3, i foarte puin ntre punctele 1 i 2, sau ntre 3 i 4. Desigur, tensiunea dintre punctele 1 i 4 va fi ntreaga

    for oferit de baterie, i va fi doar cu foarte puin mai mare dect tensiune dintre punctele 2 i 3 (bec).

    Putem aduce din nou n discuie analogia rezervorului de ap:

    ntre punctele 2 i 3, acolo unde apa ce cade elibereaz

    energie asupra roii, exist o diferen de presiune,

    reflectnd opoziia roii la trecerea apei. Din punctul 1 n

    punctul 2, sau din punctul 3 la punctul 4, acolo unde apa

    curge liber prin rezervor i bazin ntmpinnd o

    rezisten extrem de sczut, nu exist o diferen de

    presiune (nu exist energie potenial).

    Totui, rata de curgere a apei prin acest sistem continuu este aceeai peste tot (presupunnd c nivelul apeidin rezervor i bazin nu se schimb): prin pomp, prin roat i prin toate evile. Acelai lucru este valabil i n cazu

    circuitelor electrice simple: rata de curgere a electronilor este aceeai n oricare punct al circuitului, cu toate c

    tensiunile pot varia ntre diferite seturi de puncte.

    7. Sensul convenional i sensul real de deplasare al electronilor

    Sensul convenional de deplasare al electronilor: de la borna pozitiv (+) la borna negativ (-) Sensul real de deplasare al electronilor: de la borna negativ (-) la borna pozitiv (+) Pe tot parcursul crii se va folosi notaia real de deplasare a electronilor prin circuit, i anume, de la (-) la

    (+)

    Purttorii sarcinii electrice

    Cnd Benjamin Franklin a presupus direcia de curgerea sarcinii electrice (de pe parafin spre ln), a creat

    un precedent n notaiile electrice ce exist pn n zilele noastre, n ciuda faptului c acum se tie c electronii suntpurttorii de sarcin electric, i c acetia se deplaseaz de pe ln pe parafin - nu invers - atunci cnd aceste dou

    materiale sunt frecate unul de celalalt. Din aceast cauz spunem c electronii posed o sarcin electric negativ

    Termenii de pozitiv i negativ sunt pure convenii tehnice

    deoarece Franklin a presupus c sarcina electric se deplaseaz n direcia contrar fa de cea real. Prin urmare

    obiectele pe care el le-a numit negative (reprezentnd un deficit de sarcin) au de fapt un surplus de electroni.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    28/323

    23

    n momentul n care a fost descoperit adevrata direcie de deplasare a electronilor, nomenclatura

    pozitiv i negativ era att de bine stabilit n comunitatea tiinific nct nu a fost fcut niciun efort spre

    modificarea ei, dei numirea electronilor pozitivi ar fi mult mai potrivit ca i purttori de sarcin n exces

    Trebuie s realizm c termenii de pozitiv i negativ sunt invenii ale oamenilor, i nu au nici cea mai mic

    nsemntate dincolo de conveniile noastre de limbaj i descriere tiinific. Franklin s-ar fi putut foarte bine refer

    la un surplus de sarcin cu termenul negru i o deficien cu termenul alb (sau chiar invers), caz n care oameni

    de tiin ar considera acum electronii ca avnd o sarcin alb (sau neagr, n funcie de alegerea fcut iniial).

    Sensul convenional de deplasare al electronilor

    Datorit faptului c tindem s asociem termenul de pozitiv cu un surplus,

    termenul negativ cu o deficien, standardul tehnic pentru denumirea sarcinii

    electronilor pare s fie chiar invers. Datorit acestui lucru, muli ingineri se decid s

    menin vechiul concept al electricitii, unde pozitiv nseamn un surplus de sarcini noteaz curgerea curentului n acest fel. Aceast notaie a devenit cunoscut sub

    denumirea de sensul convenional de deplasare al electronilor. n aceast situaie,

    sarcinile electrice se deplaseaz de la terminalul pozitiv (+) la terminalul negativ (-)

    Sensul real de deplasare al electronilor

    .

    Alii aleg s descrie deplasarea sarcinii exact aa cum se realizeaz ea din punct de

    vedere fizic ntr-un circuit. Aceast notaia a devenit cunoscut sub numele de sensureal de deplasare al electronilor. n aceast situaie, sarcinile electrice se deplaseaz

    dinspre - (surplus de electroni) spre + (deficien de electroni)

    .

    Rezultatul analizei circuitelor este acelai indiferent de notaia folosit

    Atenie, pentru tot restul crii se va folosi notaia real de deplasare a electronilor !!!

    n cazul sensului convenional de deplasare al electronilor, deplasarea sarcinii electrice este indicat prin

    denumirile (tehnic incorecte) de + i -. n acest fel aceste denumiri au sens, dar direcia de deplasare a sarcinii este

    incorect. n cazul sensului real de deplasare al electronilor, urmrim deplasarea real a electronilor prin circuit, dar

    denumirile de + i - sunt puse invers. Conteaz chiar aa de mult modul n care punem aceste etichete ntr-un

    circuit? Nu, atta timp ct folosim aceeai notaie peste tot. Putem folosi direcia imaginat de Franklin a curgerii

    electronilor (convenional) sau cea efectiv (real) cu aceleai rezultate din punctde vedere al analizei circuitului

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    29/323

    24

    Conceptele de tensiune, curent, rezisten, continuitate i chiar elemente matematice precum legea lui Ohm sau

    legile lui Kirchhoff, sunt la fel de valide oricare notaie am folosi-o.

    Notaia convenional este folosit de majoritatea inginerilor i ilustrat n majoritatea crilor de inginerie

    Notaia real este cel mai adesea ntlnita n textele introductive (aceste, de exemplu) i n scrierile oamenilor de

    tiin, n special n cazul celor ce studiaz fizica materialelor solide pentru c ei sunt interesai de deplasarea real

    a electronilor n substane. Aceste preferine sunt culturale, n sensul c unele grupuri de oameni au gsit avantaje

    notrii curgerii curentului fie real fie convenional. Prin faptul c majoritatea analizelor circuitelor electrice nu

    depinde de o descriere exact din punct de vedere tehnic a deplasrii electronilor, alegerea dintre cele dou notaii

    este (aproape) arbitrar.

    Dispozitive polarizate i dispozitive nepolarizate

    Multe dispozitive electrice suport cureni electrici n ambele direcii fr nicio diferen de funcionare.

    Becurile cu incandescen, de exemplu, produc lumin cu aceeai eficiena indiferent de sensul de parcurgere alcurentului prin ele. Funcioneaz chiar foarte bine n curent alternativ, acolo unde direcia se modific rapid n timp

    Conductorii i ntreruptoarele sunt de asemenea exemple din aceast categorie. Termenul tehnic pentru aceast

    indiferen la curgere este de dispozitive nepolarizate. Invers, orice dispozitive ce funcioneaz diferit n funcie

    de direcia curentului se numesc dispozitivepolarizate.

    Exist multe astfel de dispozitive polarizate folosite n circuitele electrice. Multe dintre ele sunt realizate

    din substane denumite semiconductoare. Ca i n cazul ntreruptoarelor, becurilor sau bateriilor, fiecare din aceste

    dispozitive este reprezentat grafic de un simbol unic. Simbolurile dispozitivelor polarizate conin de obicei o

    sgeat, undeva n reprezentarea lor, pentru a desemna sensul preferat sau unic al direciei curentului. n acest caz,notaia convenional i cea real conteaz cu adevrat. Deoarece inginerii din trecut au adoptat notaia

    convenional ca i standard, i pentru c inginerii sunt cei care au inventat dispozitivele electrice i simbolurile lor

    sgeile folosit n aceste reprezentri, indic sensul convenional de deplasare al electronilor, i nu cel real. Ce vrem

    s spunem este c toate aceste dispozitive nu indic n simbolurile lor deplasarea real a electronilor prin ele.

    Probabil c cel mai bun exemplu de dispozitiv polarizat o reprezint dioda.O diod este o valv

    electric cu sens unic. Ideal, dioda ofer deplasare liber electronilor ntr-o singur direcie (rezisten

    foarte mic), dar previne deplasarea electronilor n direcia opus (rezisten infinit). Simbolul folosit

    este cel alturat.Introdus ntr-un circuit cu o baterie i un bec, se

    comport astfel.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    30/323

    25

    Cnd dioda este plasat n direcia curgerii curentului, becul se aprinde. Altfel, dioda blocheaz curgerea

    electronilor precum oricare alt ntrerupere din circuit, iar becul nu va lumina.

    Notaia convenional

    Dac folosim notaia convenional, sgeata diodei este foarte uor de neles: triunghiu

    este aezat n direcia de curgere a curentului, de la pozitiv spre negativ.

    Notaia real

    Pe de alt parte, dac folosim notaia real de deplasare a electronilor prin circuit

    sgeata diodei pare aezat invers.

    Din acest motiv simplu, muli oameni tind s foloseasc notaia convenional atunci cnd reprezint

    direcia sarcinii electrice prin circuit. Dispozitivele semiconductoare precum diodele sunt mai uor de neles astfeln cadrul unui circuit. Totui, unii aleg s foloseasc notaia real pentru a nu trebui s -i reaminteasc lor nsui de

    fiecare data faptul c electronii se deplaseaz de fapt n direcia opus, atunci cnd aceast direcie de deplasare

    devine important dintr-un oarecare motiv.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    31/323

    26

    02 - Legea lui Ohm

    1. Legea lui Ohm Tensiunea se msoar n voli Curentul se msoar n

    i este simbolizat prin E sau V

    amperi

    Rezistena se msoar ni este simbolizat prin I

    ohmi

    i este simbolizat prin R

    Legea lui Ohm

    Curentul

    : E = IR; I = E / R; R = E / I

    Un circuit electric este format atunci cnd este construit un drum prin care electronii se pot deplasacontinuu. Aceast micare continu de electroni prin firele unui circuit poart numele curent

    Tensiunea

    , i adeseori este

    denumit curgere, la fel precum curgerea lichidului dintr-o eav.

    Fora ce menine curgerea electronilor prin circuit poart numele de tensiune

    Rezistena electric

    . Tensiunea este o mrime

    specific a energiei poteniale ce este tot timpul relativ ntre dou puncte. Atunci cnd vorbim despre o anumit

    cantitate de tensiune prezent ntr-un circuit, ne referim la cantitate de energie potenial existent pentru

    deplasarea electronilor dintr-un punct al circuitului ntr-altul. Fr a face referina la dou puncte distincte, termenu

    de tensiune nu are sens.

    Electronii liberi tind s se deplaseze prin conductori cu o anumit rezisten sau opoziie la micare din

    partea acestora. Aceast opoziie poart numele de rezisten. Cantitatea de curent disponibil ntr-un circuit

    depinde de cantitatea de tensiune disponibil pentru a mpinge electronii, dar i de cantitatea de rezisten prezent

    n circuit. Ca i n cazul tensiunii, rezistena este o cantitate ce se msoar ntre dou puncte distincte

    Unitile de msur pentru tensiune, curent i rezisten

    . Din acest

    motiv, se folosesc termenii de ntre sau la bornele cnd vorbim de tensiunea sau rezisten dintre dou puncte

    ale unui circuit.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    32/323

    27

    Pentru a putea vorbi concret despre valorile acestor mrimi

    ntr-un circuit, trebuie s putem descrie aceste cantiti n

    acelai mod n care msurm temperatura, masa, distan sau

    oricare alt mrime fizic. Pentru mas, putem folosi

    kilogramul sau gramul. Pentru temperatur, putem folosi grade Fahrenheit sau grade Celsius. n tabelul altura

    avem unitile de msur standard pentru curentul electric, tensiune electric i rezisten:

    Simbolul pentru fiecare mrime este litera din alfabet folosit pentru reprezentarea mrimii respective

    ntr-o ecuaie algebric. astfel de litere standard sunt folosite adesea n discipline precum fizica i ingineria, i sunt

    recunoscute la nivel internaional. Unitatea de msur pentru fiecare cantitate reprezint simbolul alfabetic folosit

    pentru a prescurta notaia respectivei uniti de msur.

    Fiecare unitate de msur poart numele unei personaliti importante din domeniul electricitii: amper-u

    dup Andre M. Ampere, volt-ul dup Alessandro Volta, i ohm-ul dup Georg Simon Ohm.

    Valoarea instantanee a curentului i a tensiunii

    Toate aceste valori sunt exprimate cu litere de tipar, exceptnd cazurile n care o mrime (n special

    tensiunea sau curentul) este exprimat n funcie de o durat scurt de timp (numit valoarea instantanee). De

    exemplu, tensiunea unei baterii, fiind stabil pe o perioad lung de timp, va fi simbolizat prin E, pe cnd

    tensiunea maxim atins de un fulger n momentul lovirii unei linii electrice va fi simbolizat cu litere mici, e

    (sau v) pentru a desemna aceast valoare ca existent ntr-un anumit moment n timp. aceeai convenie se

    folosete i n cazul curentului, litera i fiind folosit pentru a reprezenta curentul instantaneu. Majoritatea

    mrimilor din curent continuu, fiind constante de-a lungul timpului, vor fi simbolizate cu litere mari (de tipar).

    Coulomb-ul i sarcina electric

    O mrime de baz n msurtorile electrice, predat adesea la nceputul cursurilor de electronic dar

    nefolosit mai trziu, este Coulomb-ul, mrimea sarcinii electrice proporional cu numrul de electroni n stare de

    dezechilibru. O sarcin de un Coulomb este egal cu 6,25x1018

    Joule-ul i energia electric

    electroni. Simbolul mrimii sarcinii electrice este

    litera Q, iar unitatea de msura, Coulombul, este abreviata prin C. Vedem prin urmare faptul c unitate de msur

    pentru deplasarea electronilor, amperul, este egal cu o cantitate de electroni egal cu 1 Coulomb ce se deplaseaz

    printr-un punct al circuitului ntr-un interval de 1 secund. Pe scurt, curentul este gradul de deplasare al sarcinii

    electrice printr-un conductor.

    Mrime SimbolUnitate de msurPrescurtareCurent I Amper A

    TensiuneE sauV Volt V

    Rezisten R Ohm

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    33/323

    28

    Dup cum am mai spus, tensiunea este mrimea energiei poteniale pe unitatea de sarcin disponibil

    pentru motivarea electronilor dintr-un punct n altul. nainte de a putea da o definiie exact a volt-ului, trebuie s

    nelegem cum putem msura aceast cantitate pe care o numim energie potenial. Unitatea general pentru orice

    tip de energie este Joule-ul, egal cu lucrul mecanic efectuat de o for de 1 Newton pentru a deplasa un corp pe o

    distan de 1 metru. Definit prin aceti termeni tiinifici, 1 volt este egal cu raportul dintre o energie electric

    potenial de 1 Joule i o sarcin electric de 1 Coulomb. astfel, o baterie de 9 voli elibereaz o energie de 9 Joul

    pentru fiecare Coulomb de electroni ce se deplaseaz prin circuit.

    Definirea legii lui Ohm

    Aceste simboluri i uniti pentru mrimile electrice vor fi foarte importante atunci atunci cnd vom ncepe

    s folosim relaiile dintre ele n cadrul circuitelor. Prima, i poate cea mai important, este relaia dintre curent,

    tensiune i rezisten, legea lui Ohm, descoperit de Georg Simon Ohm i publicat n 1827 n lucrarea Die

    galvanishe Kette, mathematisch berabeitet(de) (Analiza matematic a circuitului galvanic). Principala descoperirea lui Ohm a fost c, cantitatea de curent printr-un conductor metalic ntr-un circuit este direct proporional cu

    tensiunea aplicat asupra sa, oricare ar fi temperatura, lucru exprimat printr-o ecuaie simpl ce descrie relaia

    dintre tensiune, curent i rezisten.

    Aceast relaie fundamental este cunoscut sub numele de legea lui Ohm:

    n aceast expresie algebric, tensiunea(E) este egal cu produsul dintre curent(I) i rezistena(R). Aceast

    formul poate fi rescris sub urmtoarele forme, n funcie de I, sau de R:

    Analiza circuitelor simple folosind legea lui Ohm

    S folosim acum aceste ecuaii pentru a analiza circuitele simple.

    n circuitul alturat, exist doar o singur surs de tensiune (bateria), i doar o

    singur rezisten (becul, neglijnd rezistena datorat conductorilor). n aceast

    situaie legea lui Ohm se poate aplica foarte uor. n cazul n care cunoatem dou

    din cele trei variabile (tensiune, curent i rezisten) din acest circuit, putem folos

    legea lui Ohm pentru determinarea celei de a treia.

  • 5/24/2018 Vol1 Curent Continuu v2

    34/323

    29

    n acest prim exemplu, vom calcula cantitatea de curent (I)

    dintr-un circuit, atunci cnd cunoatem valorile tensiunii (E)

    i a rezistenei (R).

    Care este valoarea curentului (I) din acest circuit?

    n al doilea exemplu, vom calcula valoarea rezistenei (R)

    ntr-un circuit, atunci cnd cunoatem valori