Curentul electric

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Curentul electric Legea lui Kirchhoff:

Curentul electric Legea lui Kirchhoff Gheorghe Diana Valentina Clasa a X a C

PowerPoint Presentation:

Ce este curentul electric? O intrebare esentiala si fundamentala. In cartile de fizica, curentul electric este definit ca fiind miscarea ordonata a purtatorilor de sarcina . Ce sunt purtatorii de sarcina? Pentru inceput sa aruncam o scurta privire asupra materiei . Conform Dictionarului Explicativ al Limbii Romane materia este - "Substanta din care sunt facute diverse obiecte; obiect, corp, element considerat din punctul de vedere al compozitiei sale." Adica tot ce ne inconjoara, ce putem atinge. Deci un obiect oarecare, este format din materie, substanta. Orice obiect fizic este compus la randul sau din componente mai mici, numite atomi .

PowerPoint Presentation:

Atomul este cea mai mica particula dintr-o substanta care prin procedee chimice obisnuite nu poate fi fragmentata in alte particule mai simple. Deci atomul sta la baza materiei. Orice obiect fizic pe care il vedem si atingem reprezinta materie, care la randul sau este compusa din atomi. Structura atomului - atomul este format dintr-un nucleu de protoni si neutroni in jurul caruia graviteaza pe orbite electronii, formand astfel invelisul electronic . Nucleul - contine sarcini electrice incarcate pozitiv, numite protoni, si sarcini electrice neutre, numite neutroni . Invelisul electronic - este format din sarcini electrice incarcate negativ, numite electroni. Structura unui atom

PowerPoint Presentation:

Ce este sarcina electrica ? Thales din Milet ( n. cca. 635 i. Hr.– d. cca. 543 î.Hr.) - un filozof grec a observat prin experimentele sale proprietatea chihlimbarului de a atrage corpuri usoare atunci cand este frecat de lana. Acest fenomen se numeste electrizare . Adica chihlimbarul este electrizat , sau are o sarcina electrica , sau ca este incarcat electric . Prin acest procedeu, corpurile electrizate incep sa interactioneze intre ele exercitand forte de atragere sau respingere, numite forte de interactiune electrica . Pentru a exprima fenomenul de electrizare a fost introdusa marimea fizica numita, sarcina electrica . Deci pentru a exprima proprietatea de atragere sau respingere a corpurilor electrizate a fost introdus termenul de sarcina electrica, mergand mai departe si observand faptul ca exista doua feluri de forte, de atractie, respectiv de respingere s-a ajuns la concluzia ca exista doua tipuri de sarcina electrica: sarcina electrica negativa si sarcina electrica pozitiva . Revenim la structura atomului si spunem ca, electronul este incarcat negativ iar protonul este incarcat pozitiv, iar neutronul, dupa cum ii spune si numele, este neutru din punct de vedere electric. Sarcina negativa a electronului este egala ca marime cu sarcina pozitiva a protonului su nu s-au observat niciodata sarcini mai mici decat acestea. Sarcina protonului sau a electronului este cea mai mica unitate naturala de sarcina . Deci asta este compozitia materiei, este formata din atomi care la randul lor au in structura lor protoni si neutroni in nucleu, si electroni pe invelisul electronic. Un aspect important al atomului il prezinta orbitarea electronilor in jurul nucleului, si proprietatea electronilor de a fi mobili spre deosebire de protoni si neutroni, ce raman fixati in nucleu. Electronii au importanta proprietate ca in anumite situatii sa se poata deplasa de la un atom la celalalt, deci sunt mobili, liberi si in anumite conditii pot migra in interiorul materiei.

PowerPoint Presentation:

Deci, Miscarea ordonata a purtatorilor de sarcina (negativi - adica electronii, pentru ca doar ei sunt mobili) reprezinta curentul electric . Un alt lucru interesant si important il reprezinta sensul curentului electric : Sensul curentului electric

PowerPoint Presentation:

Daca spre exemplu intre doua armaturi incarcate cu sarcini electrice diferite, ca in figura de mai sus, se conecteaza un material conductor de sarcina electrica, electronii din structura moleculara din interiorul materialului conducator incep sa fie respinsi de armatura negativa si atrasi de catre armatura pozitiva, astfel avand loc o migrare a electronilor de la minus la plus, luand nastere un curent electric de-a lungul conductorului. Acesta este sensul real al curentului electric. Deoarece la inceput se-a presupus ca sensul curentului electric este de la un potential pozitiv la unul negativ, si a fost folsita foarte mult in teorie aceasta presupunere, aceasta presupunere falsa a ramas folosita in teorie cu numele de sens conventional al curentului electric , si in majoritatea cazurilor, in cartile de teorie este folosit sensul conventional al curentului electric. Dar sensul real al curentului electric este dat de miscarea ordonata a purtatorilor de sarcina negativi, adica a electronilor, de la un potential negativ, la un potential pozitiv, mai pe romaneste de la minus la plus.

Intensitatea curentului electric:

Intensitatea curentului electric Pentru descrierea transportului de sarcina electrica printr-o sectiune a unui conductor, ca urmare a miscarii dirijate a purtatorilor liberi, se defineste o marime fizica scalara, numita intensitatea curentului electric . Aceasta marime fizica a fost introdusa pentru a masura debitul sarcinii electrice totale printr-o sectiune a conductorului. Intensitatea curentului electric reprezinta una dintre cele sapte marimi fizice fundamentale SI, unitatea sa de masura fiind amperul. Definitia acestei unitati de masura o veti afla studiind campul magnetic al curentilor electrici. Miscarea ordonata de sarcina electrica poate fi realizata astfel incat purtatorii care traverseaza o sectiune a conductorului sa transporte sarcini egale in intervale egale de timp. In astfel de conditii,  in acel mediu conductor se stabileste un curent electric continuu. Debitul de sarcina, exprimat prin sarcina electrica totala transportata prin suprafata unei sectiuni transversale a  conductorului in unitatea de timp, defineste valoarea medie a intensitatii curentului electric prin  acea suprafata.

PowerPoint Presentation:

Punerea in evidenta a curentului electric prin unul dintre efectele sale : efect termic efect magnetic efect chimic efect biologic permite si compararea intensitatilor acestor curenti, pornind de la intensitatea efectelor produse. Datorita faptul ca anumite efecte depind si de sensul miscarii dirijate a purtatorilor de sarcina electrica, a fost stabilit, prin conventie, un sens al curentului electric , acesta fiind cel al miscarii ordonate a unor purtatori de sarcina electrica pozitiva. Observatie Sub actiunea unui camp electric, particulele incarcate cu sarcina electrica de semne diferite se deplaseaza in sens opus, orientarea  fortelor electrice fiind determinata si de semnul sarcinii electrice a purtatorilor: I n conductorii metalici, unde purtatorii de sarcina electrica sunt electronii de valenta, sensul miscarii acestora sub actiunea campului electric este opus sensului conventional al curentului electric. Sensul conventional al curentului electric coincide cu cel al intensitatii campului electric .

Efectele curentului electric asupra mediului si a omului:

Efectele curentului electric asupra mediului si a omului Efectele curentului electric asupra persoanei Curentul electric poate produce accidente uşoare sau grave, atunci când utilizarea instalaţiilor electrice se face necorespunzător sau dacă acestea sunt defecte. Trecerea curentului electric prin organismul uman are efecte care depind de valorile intensităţii, de impedanţa pielii umane care diferă de la o persoană la alta. Observaţie: Curentul alternativ cu frecvenţa cuprinsă intre 40-50 Hz este foarte periculos. Un curent cu intensitatea până la 10mA nu are efecte fiziologice de remarcat asupra majorităţii persoanelor. Mărind intensitatea curentului electric incep să apară contracturi musculare, dificultăţi respiratorii, tulburări de ritm cardiac, dificultăţi de exprimare, etc. La valori de 70-110mA în curent alternativ si 200-250mA în curent continuu survine stopul cardio-respirator şi apoi moartea. Exista impresia falsă că un curent continuu este mai periculos decat unul alternativ cu aceeaşi tensiune deoarece ar putea produce contracturi musculare. În realitate curentul alternativ este mai periculos, deoarece poate determina tulburări de ritm cardiac. Observaţie: Curentul maxim admis să treacă prin organismul uman fara a-l pune în pericol este de 10mA in curent alternativ si 50mA în curent continuu. Efectele curentului electric asupra organismului uman pot fi grupate în două categorii: Electrocutări (şocuri electrice) – accidente provocate de trecerea prin corpul omenesc a unui curent electric de intensitate periculoasă. Electrotraumatisme – în care se încadrează celelalte accidente electrice, care produc de obicei vătămări externe şi anume: -arsura electrică este un traumatism datorat fie acţiunii unui arc electric fie datorită trecerii prin corp a unui curent electric de intensitate foarte mare; -semnele electrice apar prin contactul conductorului electric cu pielea, sub formă de leziuni, umflături sau pete -electrometalizarea constă în acoperirea unei părţi din suprafaţa pielii cu metal topit, volatilizat prin căldura arcului electric. -electroftalmia vătămarea ochilor prin inflamarea corneei şi conjuctivei ochiului datorită luminii puternice (radiaţiei ultraviolete) -leziunile mecanice provocate de contracţiile musculare (ruperea ligamentelor, pielii, vaselor sanguine şi ţesutului nervos, luxaţia încheieturii, fracturarea coastelor); -căderea de la înălţime , ca urmare a pierderii echilibrului sau a cunoştiinţei în urma unui şoc electric.

PowerPoint Presentation:

Consecinţă: Trecera unui curent prin organismul uman poartă numele de electorcutare şi aceasta se poate produce la o tensiune mai mare de 24 V. Efectele curentului electric asupra mediului Energia electrică în mare parte este consumată prin arderea combustibililor fosili. Aceasta are ca efect emisia CO2 care este eliberat în atmosferă. El contribuie la intensificarea efectului de seră si încălzirii globale. Deasemenea, se emit dioxid de sulf, dioxid de azot şi fum. Principalele tipuri de poluări pe care reţelele electrice le generează asupra mediului înconjurător sunt: · vizuală – deteriorarea peisajului; · sonoră – zgomote produse de funcţionarea sau vibraţii ale elementelor (conductoarelor) reţelelor electrice şi în special, a transformatoarelor; · electromagnetică: efecte sonore, perturbaţii radio şi ale emisiunilor de televiziune, influenţe ale câmpului electric şi magnetic asupra organismelor vii; · psihică şi pericole (riscuri) de accidente; · ecologică: ocuparea terenurilor, defrişarea pădurilor. Efectele construirii hidrocentralelor duc la inundarea terenurilor, la dispariţia florei şi faunei. Observaţie: S-au constatat emisii semnificative de metan datorită descompunerii anaerobe a plantelor rămase sub ape. Centralele mareomotrice pun şi ele probleme ecologice prin restricţionarea mişcării bancurilor de peşti şi a scoicilor. Centralele nuclearo-electrice necesită depozitarea rezidurilor care rămân radioactive pentru încă câteva zeci sau sute de ani. Se încearcă varianta îngropării lor la adâncimi mari sub pământ şi chiar a eliberării în spaţiul extraterestru. În ceea ce priveşte efectul asupra mediului, el este neglijabil până în momentul apariţiei unei catastrofe, precum cea de la Cernobâl. Metodele care afectează cel mai puţin mediul au în general eficienţă mică. Este cazul panourilor solare şi al morilor de vânt.

PowerPoint Presentation:

Consecinţă: În ultima vreme se impune tot mai mult metoda numită Negawatt Power. Ea constă în eficientizarea consumatorilor electrici în loc de a mări producţia de electricitate. Este metoda care nu are nici un efect negativ asupra mediului. Protectie În afară de protejarea circuitelor şi a instalaţiilor electrice din laboratoarele şcolare şi din locuinţele noastre trebuie respectate reguli de protecţie a propriei persoane în timpul utilizării dispozitivelor şi a circuitelor electrice. Norme de protecţie: Nu umblaţi la tabloul electric pentru a face legături. El nu trebuie atins după ce a fost pus sub tensiune! Orice modificare în circuitul electric pe care îl studiaţi trebuie făcută numai după ce aţi deconectat sursa de alimentare! Evitaţi atingerea părţilor metalice ale montajelor aflate sub tensiune pentru a vă feri de electrocutare datorată scurcircuitelor provocate de conductori cu izolaţia defectă! La cel mai mic semn de funcţionare defectuoasă a circuitului electric cu care lucraţi (zgomot nespecific, miros, încălzire nejustificată, etc) întrerupeţi alimentarea prin deconectrea de la sursă! În caz de electrocutare aplicaţi instrucţiunile de prim-ajutor! Menţineţi instalaţiile electrice în perfectă stare de funcţionare. Carcasele de protecţie să nu fie deteriorizate; izolaţiile conductoarelor să nu fie distruse. Lucrările de verificare a instalaţiilor şi de remediere a defectelor se realizează numai după ce s-a întrerupt alimentarea cu energie electrică a acestora. La lucrările de remediere se vor folosi unelte adecvate şi nu improvizaţii. Pentru aparatele electrocasnice cu carcasă metalică (frigider, maşină de spălat, etc) se utilizează numai prize cu contact de protecţie. Prizele cu contact de protecţie asigură racordarea maşinilor şi instalaţiilor la priza de legare la pământ. În cazul unei defecţiuni, curentul va trece prin circuitul de împamantare, evitându-se producerea unei electrocutări

PowerPoint Presentation:

Prima alimentare publica cu energie electrica a aparut la sfarsitul anilor 1800.Energia electrica avea diferite tensiuni,fiind distribuita sub forma de curent continuu (cc) sau curent alternativ (ca).In cazul curentului alternativ nu exista un standard pentru frecventa la care aceasta isi schimba sensul.Pe masura ce utilizarea energiei electrice crestea,a devenit evident ca ar exista avantaje de pe urma standardizarii tensiunilor electrice.Pe langa faptul ca transferul de energie dintr-o zona a tarii in alta, ar fi fost mai usor,si constructia instalatiilor electrice putea si simplificata . O data ce majoritatea organizatiilor generatoare au ales si au adoptat un standard al electricitatii, sau instalat retele de cabluri electrice pentru ca electricitatea generata intr-o zona a tarii sa poata fi folosita in orica alt loc.Aceasta retea nationala de cabluri a facut mai fiabila distribuirea energiei electrice.Daca un generator se defecta,curentul putea sa fie luat dintr-o alta regiune,iar daca cererea crestea,la retea puteau fi conectate generatoare. Energia electrica este distribuita sub forma de curent alternativ deoarece tensiunea acestuia poate fi schimbata usor cu un transformator –un dispozitiv simplu,fiabil si eficient . In forma sa elementara , un transformator electric consta din 2 bobine separate infasurate in jurul aceluiasi miez de fier.Cand se aplica o tensiune alternativa la una dintre bobine, numita bobina primara,aceasta creeaza un camp magnetic variabil in miez.Aceasta induce o tensiune alternativa in cealalta bobina ,numita secundara.Tensiunea din bobina secundara depinde de raportul dintre numarul de spire din bobina secundara si cea primara.Daca ,de exemplu, in bobina secundara sunt jumatate atatea spire cate sunt in bobina primara , atunci tensiunea secundara va fi jumatate din tensiunea primara.Un transformator care reduce tensiunea electrica in acest fel se numeste transformator coborator de tensiune.

PowerPoint Presentation:

Transformatoare coboratoare de tensiune Transformatoarele coboratoare de tensiune se folosesc pntru a reduce tensiunea electrica la un nivel scazut, pentru consumul menajer.In Marea Britanie pentru locuinte se distribuie 240 de volti .In unele tari distributia menajera este de 110 volti .Frecventa curentului alternativ este de obicei de 50 sau 60 Hz ( hertz sau perioade pe secunda ).Multe aparate cu alimentare de la retea ,inclusiv televizoarele, aparatele radio si calculatoarele , folosesc transformatoare coboratoare de tensiune pentru a reduce tensiunea de la retea la nivelul cerut de circuitele lor interne. Transformatoare ridicatoare de tensiune Transformatorul ridicator de tensiune are mai multe spire pe bobina secundara decat pe cea primara astfel tensiunea secundara este mai mare decat tensiunea primara,de exemplu pentru a transforma iesirea unui generator de centrala electrica din zeci de mii de volti in sute de mii de volti.

Legile lui Kirchhoff:

Legile lui Kirchhoff Un circuit este, de obicei, format din diferite elemente conectate între ele, astfel încât să existe una sau mai multe căi de închidere a curentului electric. Se va considera circuitul din figura 1, format dintr-o sursă şi 3 elemente. Figura 1 – Circuit cu o sursă şi 3 elemente

PowerPoint Presentation:

Pentru realizarea acestui circuit, au fost efectuate câteva conexiuni între bornele elementelor; aceste conexiuni se numesc “ noduri ”. Astfel, avem: una din bornele sursei a fost conectată cu una din bornele elementului 1 (nodul A) cealaltă bornă a elementului 1 a fost conectată cu una din bornele elementului 2 şi cu una din bornele elementului 3 (nodul B) în final, celelalte borne ale elementelor 2 şi 3, se conectează cu borna liberă a sursei, închizându-se circuitul (nodul C) Schematic, un circuit poate fi reprezentat sub forma din figura următoare: Din punctul de vedere al reprezentării, nodul B a fost “divizat” în nodurile B1 şi B2; deoarece potenţialul unui punct este unic, diferenţa de potenţial între B1 şi B2 este nulă; este ca şi cum, un conductor perfect ar conecta cele două puncte. Astfel, punctele B1 şi B2 constituie un singur nod. Un raţionament identic se poate aplica şi nodului C. Circuitul are, aşadar, 3 noduri: A, B şi C. Parcurgând nodurile, se pot identifica circuite prin care curentul poate circula; acestea se numesc “ ochiuri ”. Figura 2 – Circuitul din figura 1, redesenat

PowerPoint Presentation:

Circuitul considerat, are 3 ochiuri, cum se observă în figura următoare. Figura 3 – Identificarea ochiurilor circuitului din Figura 1 un ochi, reprezentat cu roşu, care se închide prin elementul 1, apoi elementul 3 şi în final prin sursă; un ochi, reprezentat cu albastru, ce trece prin elementul 1, apoi elementul 2 şi se închide prin sursă; în sfârşit, un ochi, reprezentat cu verde, ce trece prin elementul 3 şi se închide prin elementul 2.

PowerPoint Presentation:

Teorema 1 Chiar dacă se cunosc toate elementele ce formează un circuit şi ecuaţiile caracteristice corespunzătoare, ( Componente elementare ), nu este posibil să se determine totalitatea tensiunilor şi curenţilor din circuit. Este necesar să se cunoască cele două teoreme importante, cunoscute ca Teoremele lui Kirchhoff. Figura 4 – Explicativă pentru Teorema I (Legea nodurilor)

.:

. Conform Teoremei I, în orice moment, suma algebrică a curenţilor ce intră sau ies dintr-un nod, este nulă. Pentru curenţii reprezentaţi în Figura 4, Teorema I conduce la ecuaţia: De notat faptul că si s-au considerat cu semn negativ, deoarece, s-a ales acelaşi sens de referinţă pentru curenţii care intră şi ies din nod. Cu alte cuvinte, suma curenţilor care "intră" în nod este egală cu suma celor ce "ies" din nod. Astfel, dacă suma curenţilor ce intră în nod este egală cu suma celor ce ies, nodul nu poate acumula sarcină electrică. Altfel spus, un nod este perfect conductor, fără posibilitatea acumulării de sarcină electrică. Figura 5 – Curenţii din circuit

PowerPoint Presentation:

Pentru circuitul reprezentat în figura de mai sus, aplicarea Teoremei I conduce la: -în nodul A -în nodul B -în nodul C Dintre aceste 3 ecuaţii, doar două sunt liniar independente. Generalizând pentru un circuit cu N noduri, Teorema I a lui Kirchhoff, permite obţinerea a  ecuaţii liniar independente. Prima ecuaţie ne permite să afirmăm că iF , curentul ce iese din sursă, este egal cu cel care intră în elementul 1; cu alte cuvinte, sursa şi elementul 1 sunt parcurse de acelaşi curent. În această situaţie, se spune că sursa şi elementul 1 sunt conectate în serie .

PowerPoint Presentation:

Teorema 2 Conform Teoremei a II-a a lui Kirchoff (Legii ochiurilor), în orice moment, suma algebrică a tensiunilor de-a lungul oricărui ochi de circuit, este nulă. Figura 6 – Explicativă pentru Teorema a II-a (Legea ochiurilor) Cu sensurile de referinţă specificate în figura de mai sus şi parcurgând ochiul în sensul acelor de ceasornic, Teorema a II-a a lui Kirchhoff conduce la ecuaţia:

.:

. De notat faptul că, tensiunile u2 şi u4  au fost considerate cu semn negativ, deoarece sensurile lor de referinţă, sunt opuse sensului de parcurgere a ochiului. Indiferent de sensul de parcurgere a ochiului (în sens orar sau trigonometric), se vor obţine ecuaţii de tensiuni absolut echivalente. Figura 7 – Ochiurile circuitului Faptul că suma tensiunilor de-a lungul ochiului este nulă, este echivalent cu a spune că lucrul necesar dislocării sarcinii în lungul ochiului, este nul. Din acest motiv, se poate considera că sistemul este conservativ.

PowerPoint Presentation:

Pentru circuitul din Figura 7, aplicarea Teoremei a II-a a lui Kirchhoff, conduce la: pe ochiul indicat cu linie roşie, parcurs în sens orar u1 + u3 - u = 0 pe ochiul indicat cu linie albastră, parcurs în sens orar u1 + u2 - u = 0 pe ochiul indicat cu linie verde, parcurs în sens orar u3 - u2 = 0 Din cele 3 ecuaţii, doar două sunt liniar independente. Generalizând pentru M ochiuri de circuit, Teorema a II-a a lui Kirchhoff permite obţinerea a M-1 ecuaţii liniare independente. Ultima ecuaţie ne permite să afirmăm că, tensiunea între bornele elementului 2 este egală cu cea dintre bornele elementului 3; cu alte cuvinte, tensiunile între bornele celor două elemente, sunt identice. În această situaţie, se spune despre cele două elemente că sunt conectate în paralel .

authorStream Live Help