Seminar electricitate
Structura atomului Particulele elementare sarcini elementare Protonii sarcini elementare pozitive Electronii sarcini elementare negative Atomii neutri dpdv electric nr. protoni = nr. electroni Atom + 1 e ion negativ Atom 1 e ion pozitiv
Electricitate Fenomene de electricitate rezulta din dezechilibrul local dintre sarcinile electrice Electricitate statica (camp electric) Conductie electrica (deplasare de sarcini) Electromagnetism (camp electromagnetic)
Electrostatica Forte Coulomb Camp electric Potential electric
Electrostatica Forte Coulomb Camp electric Potential electric Forte de atractie / respingere intre sarcinile electrice Depind de valoare sarcinilor si scad cu patratul distantei dintre sarcini F 12 = Q 1Q 2 4 r 2 r 12 F 21 = Q 1Q 2 4 r 2 r 21 r 12 = r 21
Electrostatica Forte Coulomb Camp electric Potential electric Apare in jurul unei sarcini electrice zona de influenta a sarcinii respective influenta exercitata asupra altor sarcini Depinde de valoarea sarcinii; scade cu patratul distantei Marime vectoriala E= Q 4 r 2 r E Q ε r r campul electric (V/m) sarcina electrica generatoare de camp (C) permitivitatea electrica a mediului ε = ε 0 ε r (ε 0 permitivitatea vidului, ε r permitivitatea relativa) distanta fata de sursa versor (vector cu valoarea 1, arata directia si sensul marimii)
Electrostatica Forte Coulomb Camp electric Potential electric Liniile de camp electric: Sunt distribuite radial, in jurul unei sarcini Sunt paralele intre doua placi plane incarcate electric Indica directia pe care se va deplasa o sarcina electrica pozitiva, aflata in campul electric
Electrostatica Forte Coulomb Camp electric Potential electric Marime scalara Energia U E unei sarcini q aflata in campul electric generat de sarcina Q depinde de potentialul V in acel punct: U E =qv V = Q 4 r V Q ε r potentialul electric in punctul r (V) sarcina electrica generatoare de camp (C) permitivitatea electrica a mediului ε = ε 0 ε r (ε 0 permitivitatea vidului, ε r permitivitatea relativa) distanta fata de sursa
Electrostatica Legaturi intre marimi: Forta care actioneaza asupra unei sarcini q aflate in campul electric E: F=q E Potentialul electric al unui punct din campul electric E: E= V r Diferenta de potential electric dintre doua puncte A si B = tensiune electrica U U=V A V B
Simulari interactive Simulare interactiva sarcini in camp electric Joc Electric hockey field
Electrostatica - intrebari Ce forta actioneaza intre doua sarcini q 1 = +10 C si q 2 = -10 C aflate la distanta de 10 cm una de alta? (ε( 0 8.85 10 12 F/m, ε r = 1) Ce forta actioneaza asupra unei sarcini q = 10 C aflata intr-un camp electric de intensitate E = 10 V/m? Care este valoarea potentialului electric intr-un punct situat la distanta de 1 m de o sarcina de 20 C? Care este valoarea potentialului electric intr-un punct situat la distanta de 20 cm de sursa de camp, daca in acelasi punct campul electric ale valoarea de 1 V/m?
Conductie electrica - electrodinamica Conductia electrica = fenomenul de deplasare ordonata a purtatorilor de sarcina intr-un camp electric, sub actiunea fortelor electrice Purtatori de sarcina = electroni curent electric de conductie Purtatori de sarcina = ioni curent electric de convectie Curentul electric = flux de sarcini Intensitatea curentului electric = viteza de variatie a sarcinii electrice i= dq dt =lim q t cand t 0
Curent continuu / curent alternativ Daca miscarea purtatorilor de sarcina are loc intr-un singur sens curent continuu Daca sensul miscarii purtatorilor de sarcina se schimba periodic curent alternativ
Surse de tensiune si surse de curent Sursele de tensiune: Mentin constanta o diferenta de potential electric la bornele unui circuit electric (respectiv, in curent alternativ, mentin acceasi variatie sinusoidala a tensiunii in timp) Sursele de curent: Injecteaza un curent constant in circuit
Rezistenta rezistivitate Conductanta - conductivitate Rezistenta ([R] Ω) proprietatea unui corp de a se opune trecerii curentului electric Rezistivitatea ([ρ] Ωm) proprietatea unui material de a se opune trecerii curentului electric Conductanta ([g] - S) proprietatea unui corp de a permite trecerea curentului electric Conductivitatea ([γ] ] - S/m) proprietatea unui material de a permite trecerea curentului electric g= 1 R
Rezistenta rezistivitate Conductanta - conductivitate Legatura dintre R si ρ, pentru un conductor liniar: R= l S Exercitiu: deduceti relatia dintre conductanta si conductivitate, pentru un conductor liniar
Capacitate Doua suprafete incarcate electric, intre care exista un mediu dielectric (neconductiv) formeaza un condensator (capacitor) Condensatori plani Condensatori sferici Condensatori cilindrici Condensatori neregulati Wikimedia Commons
Capacitate Capacitatea ([C] F) unui condensator: C= Q U Capacitatea unui condensator plan: C= S d Q sarcina de pe armaturi U tensiunea electrica aplicata ε permitivitatea mediului dintre armaturi S suprafata unei armaturi d distanta dintre armaturi Wikimedia Commons
Comportamentul condensatorilor in curent continuu
Legari in serie si in paralel
Legile circuitelor Legea lui Ohm I= U R I=U g U Legile lui Kirchhoff Pentru nodurile de retea: : curentul care intra in nod este egal cu curentul care iese din nod Pentru ochiurile de retea: : caderea totala de tensiune pe un ochi de retea este 0
Legile circuitelor n k = 1 i k = 0 E = k n k = 1 m j= 1 i j r j
Simulari interactive Circuit simplu baterie-rezistor Kit de constructie circuite
http://faraday.physics.utoronto.ca/iyearlab/intros/dci/flash/wateranalogy.swf
Aplicatie Calculati curentul prin toate ramurile circuitului si tensiunea la bornele fiecarui rezistor:
Aplicatie calculul tensiunii electromotoare a membranei celulare E m = E K R K E Na E Cl R Na R Cl 1 1 1 = R K R Na R Cl g K E K g Na E Na g Cl E Cl g K g Na g Cl
Bibliografie suplimentara http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/index.html http://www.lon-capa.org/~mmp/applist/coulomb/orbit.htm http://qbx6.ltu.edu/s_schneider/physlets/main/coulomb.shtml http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/nforcefield.html http://www.physics.uoguelph.ca/tutorials/ohm/index.html http://www.science-animations.com/support-files/electricity.swf http://www.pbs.org/wgbh/amex/edison/sfeature/acdc.html http://www.thetech.org/exhibits/online/topics/10a.html