MINISTERUL EDUCATIEI SI CERCETARII

PROGRAMUL PHARE TVET RO 2002/000-586.05.01.02.01.01

DOMENIUL: Electric

CALIFICAREA: Lucrator in electrotehnica

NIVELUL: 1

MODULUL: Electrotehnica si masurari electrice

CUPRINS

Introducere

Competente specifice si obiective

Fisa de descriere a activitatilor

Fisa de progres

Lista de termeni si cuvinte cheie

Solutii la exercitiile propuse

Bibliografie

Materiale de referinta pentru elevi

Folie transparenta: clasificarea si caracteristicile traductoarelor

Fisa de lucru 1: conversia marimilor neelectrice in marimi electrice

Fisa de activitati experimentale: bateria electrica umana

Fisa de lucru 2.a: traductoare rezistive de deplasare

Fisa de lucru 2.b: traductoare inductive de deplasare

Fisa de lucru 2.c: traductoare capacitive de deplasare

Fisa de lucru 3: traductoare de nivel

Fisa de lucru 4: traductoare de forta

Fisa de lucru 5: traductoare de presiune

Fisa de lucru 6: traductoare de debit

Fisa de lucru 7: traductoare de temperatura

Fisa de lucru 8: traductoare de densitate

Fisa de documentare: cat de mari sunt unele marimi ?

Fisa de lucru: multiplii si submultiplii metrului

Fisa de evaluare pentru capitolul traductoare

Fisa de lucru: obiecte electrizate

Fisa de lucru: campul electric

Fisa de lucru: rezistoare, rezistenta electrica

Fisa de lucru: campul magnetic

Fisa de activitati experimentale: o bobina + un magnet = un generator de curent electric

Fisa de lucru: marimi caracteristice regimului permanent sinusoidal

INTRODUCERE

Modulul "Electrotehnica si masurari electrice" este un modul cuprins in aria curriculara "Tehnologii" - cultura de specialitate si instruire practica pentru domeniul electric - calificarea (pentru clasa a X-a) lucrator in electrotehnica.

Acest modul are alocate 4 credite si se studiaza 7 ore/saptamana in urmatoarea structura:

teorie: 1 ora/saptamana

laborator tehnologic: 5 ore/saptamana

instruire practica saptamanala: 1 ora/saptamana

Scopul acestui modul este de a oferi elevilor cunoastinte, abilitati si deprinderi referitoare la fenomenele, legile, principiile si marimile electrotehnice, la aplicatiile si utilizarile acestora in domeniul electric, la masurarea marimilor electrice si a marimilor neelectrice utilizand traductoare de masura, ceea ce le va asigura baza necesara pentru cunoasterea si utilizarea unei game largi de componente, echipamente si aparate electrice si electronice, pe care le vor utiliza la locul de munca si/sau in instalatiile electrice specfice calificarilor de nivel 2 si 3 din domeniul electric.

Modulul "Electrotehnica si masurari electrice" se regaseste cu aceeasi denumire si cu (aproximativ 75 %) aceleasi continuturi si in curriculum-ul pentru calificarile din domeniul electromecanic (lucrator feroviar, lucrator in energetica si lucrator electromecanic), precum si pentru calificarile din domeniul electronica.

De aceea, materialele de invatare cuprinse in prezentul auxiliar didactic pot fi utilizate si la instruirea elevilor in calificarile enumerate mai sus.

Dintre continuturile prevazute in curriculum, in corelare cu competentele cuprinse in Standardele de Pregatire Profesionala, experienta demonstreaza ca una dintre temele critice este aceea referitoare la traductoare. Ca argumente pentru aceasta apreciere se mentioneaza:

nivelul destul de ridicat si eterogen al cunostintelor abordate, ceea ce sporeste dificultatile de intelegere si asimilare de catre elevi

in majoritatea unitatilor scolare, exista deficiente in privinta dotarii minime pentru instruirea activ-participativa la aceasta tema, ceea ce conduce la prezentarea abstracta a informatiilor, fara posibilitatea aplicarii lor intr-o baza experimentala adecvata

numarul de repere bibliografice utilizabile ca resurse pentru facilitarea instruirii este destul de redus si la un nivel inadecvat instruirii prin Scoala de Arte si Meserii.

De aceea, majoraitatea materialelor de referinta pentru elevi incluse in auxiliarul didactic elaborat pentru acest modul sunt focalizate pe problematica temei "traductoare".

De asemenea, se prezinta sugestii pentru abordarea instruirii si la alte cateva teme cuprinse in modulul "Electrotehnica si masurari electrice", cum ar fi cele referitoare la campul electrostatic, campul magnetic sau regimul permanent sinusoidal: fisele de lucru respective se preteaza pentru integrarea instruirii teoretic-aplicative in cadrul orelor de laborator tehnologic, deoarece resursele de timp sunt suficient de generoase pentru organizarea cat mai atractiva a activitatilor propuse.

Pentru sarcinile de lucru ce urmeaza a fi realizate de elevi s-au avut in vedere atat competente specifice din structura unitatilor de competenta tehnice generale si specializate, cat si competente care apartin abilitatilor cheie.

De asemenea, s-au avut in vedere stilurile posibile de invatare ale elevilor (auditiv, vizual, practic) si - pe cat posibil - exercitiile permit instruirea eficienta a tuturor elevilor care au diferite dominante ale stilurilor de invatare.

Materialele de referinta pentru elevi cuprind:

fise de lucru, structurate pe principiul informatie → aplicare → dezvoltare, in care sunt incluse un dictionar minimal si un segment "stiati ca ." prin care se urmareste sporirea atractivitatii unui anumit continut si motivarea superioara a elevilor

fise de documentare cuprinzand informatii utile pentru sarcinile de lucru

fise pentru activitati experimentale, independente sau in grup

fise recapitulative, care pot fi, eventual, realizate ca folii transparente

fise de evaluare.

Aceste materiale de referinta pot fi utilizate ca atare in procesul instructiv (pot fi administrate elevilor dupa xeroxare) prezentand avantajul individualizarii instruirii in functie de ritmul propriu al fiecarui elev.

Se recomanda ca dupa administrare, elevii sa pastreze aceste fise intr-un portofoliu individual, cel putin din urmatoarele doua motive:

ca dovezi ale progresului scolar

ca resursa in informarea si formarea initiala.

Evaluarea, ca proces continuu, desfasurat cu scopul de a oferi un feed-back eficient pentru reglarea procesului instructiv, se poate baza pe rezultatele obtinute de elevi in rezolvarea sarcinilor sau activitatilor propuse in fisele de lucru, dar pot fi create si instrumente de evaluare riguroase, realiste si motivante.

Ceea ce este foarte important pentru evaluarea continua a elevilor este insa, observarea sistematica si evidentierea progresului in dobandirea abilitatilor cheie (lucrul in echipa, comunicare, rezolvare de probleme, organizarea locului de munca etc.) abilitati care trebuie avute in vedere atunci cand se proiecteaza activitatile de invatare si pentru care - in materialele de referinta - se regasesc cateva sugestii.

2. COMPETENTE SPECIFICE SI OBIECTIVE

In modulul "Electrotehnica si masurari electrice" au fost agregate competente dintr-o unitate de competenta cheie, din trei unitati de competenta tehnice generale si dintr-o competenta tehnica specializata, astfel:

22.2. Comunicare si numeratie

22.2.3. Elaboreaza o prezentare scurta pe un subiect dat

sa utilizeze surse adecvate

sa construiasca un text de prezentare pe un subiect dat

sa expuna clar un subiect dat

22.2.6. Prelucreaza grafic rezultatele obtinute intr-o operatie simpla

sa identifice marimile necesare intocmirii graficelor si diagramelor pentru o operatie simpla

sa traseze grafice si diagrame simple

sa citeasca grafice si diagrame simple

22.15. Reprezentarea schemelor electrice

22.15.5. Decodifica simbolurile din schemele electrice

sa recunoasca, folosind simbolurile standardizate, componentele unei scheme

sa selecteze componentele unei scheme

sa identifice caracteristicile componentelor dintr-o schema

22.15.7. Explica rolul functional al elementelor dintr-o schema

sa identifice fiecare componenta a unei scheme date

sa explice functionarea fiecarui element din schema

sa explice functionarea in ansamblu a unei scheme date

22.18. Masurarea marimilor electrice

22.18.1. Identifica marimi electrice

sa enumere principalele marimi electrice

sa defineasca principalele marimi electrice

sa grupeze marimile electrice pe categorii

22.18.2. Precizeaza unitatile de masura pentru marimile electrice

sa enumere multiplii si submultiplii uzuali in tehnica

sa precizeze unitatile de masura pentru marimile electrice

sa coreleze unitatile de masura cu marimile specifice

sa efectueze transformari ale unitatilor de masura

22.18.3. Stabileste relatii intre marimi electrice

sa scrie relatiile matematice de definitie si de calcul ale marimilor electrice

sa exprime matematic legile si teoremele electrotehnicii

sa exprime matematic dependenta intre marimi electrice

sa deduca relatii intre marimi electrice

22.18.4. Selecteaza aparatele de masura si control pentru marimi electrice

sa expliciteze simbolurile inscrise pe aparatele de masurat

sa coreleze marimea de masurat cu tipul aparatului

sa aleaga domeniul de masurare in functie de valoarea prezumata

sa compare calitativ metodele si tehnicile de masurare

22.18.5. Verifica starea de functionare a aparatelor de masurat

sa verifice integritatea aparatelor de masura si control utilizate

sa verifice accesoriile necesare

sa realizeze reglajele pregatitoare pentru efectuarea masuratorilor

22.18.6. Efectueaza masuratori de marimi electrice

sa pregateasca aparatele pentru efectuarea masurarii

sa monteze aparatele in circuitul de masurare

sa citeasca indicatiile aparatelor de masura

sa interpreteze rezultatele masurarii

22.18.7. Explica principiul conversiei marimilor neelectrice in marimi electrice

sa exemplifice tipuri de traductoare pentru marimi neelectrice

sa explice principiul de functionare a traductoarelor electrice

22.18.8. Efectueaza masuratori electrice de marimi neelectrice

sa pregateasca traductoarele pentru efectuarea determinarilor

sa utilizeze traductoare in circuite de masurare

sa interpreteze rezultatele masurarilor efectuate

22.19. Utilizarea componentelor electrice

22.19.3. Verifica componentele necesare lucrarii

sa verifice cantitativ componentele

sa identifice deficiente de calitate prin metode specifice de control

22.20. Completarea documentatiei specifice domeniului electric

22.20.2. Citeste documentatia aferenta lucrarilor de executat

sa selecteze documentatia tehnica necesara locului de munca

sa citeasca si sa analizeze desene tehnice din domeniul de activitate

sa citeasca si sa explice documetatia tehnologica specifica domeniului de activitate

3. FISA DE DESCRIERE A ACTIVITATII

Tabelul urmator detaliaza exercitiile incluse in tema: "Masurarea marimilor neelectrice. Traductoare" din cadrul modulului "Electrotehnica si masurari electrice"

Numele elevului:  Nr. reg.

Data inceperii temei:  Data finalizarii temei:

4. FISA pentru inregistrarea progresului elevului

Modulul: Electrotehnica si masurari electrice

Tema/Capitolul: Masurarea marimilor neelectrice. Traductoare

Numele elevului

Clasa

Numele profesorului

LISTA DE TERMENI SI CUVINTE CHEIE

Cuvintele marcate sunt cuvinte cheie pentru tema "Traductoare".

6. SOLUTII LA SARCINILE DE LUCRU

Fisa de lucru 1

2. LED - dioda care "emite" lumina cand este parcursa de curent electric intr-un anumit sens

solenoid - dispozitiv care transforma energia electrica in energie magnetica

electromagnet - dispozitiv care transforma energia electrica in energie mecanica

termoplonjor - dispozitiv care transforma energia electrica in caldura

nichelare (depunere galvanica) - procedeu care transforma energia electrica in energie chimica

Fisa de lucru 2a

1. Schema electrica echivalenta traductorului rezistiv de deplasare este:

2. Sunt egale

3. Nu "simte" deplasarea.

4. Apare frecarea si uzura mai mare, traductorul functioneaza incorect si are erori mari.

Fisa de lucru 2b

1. Deoarece inductivitatea este o marime caracteristica bobinelor numai in c.a.

2. In c.c., o bobina este caracterizata de rezistenta electrica si aceasta nu depinde de pozitia miezului magnetic. Deci, traductorul nu ar fi influentat in nici un fel de deplasarea componentelor mobile (miez, armatura).

Fisa de lucru 2c

a. distanta; mobil

b. paralel; permitivitate (absoluta); permitivitate (absoluta)

c. serie; permitivitate (absoluta); permitivitate (absoluta)

d. distanta; suprafata; suprafata

e. distanta; deplasarea; dielectricul

Fisa de lucru 3

Fisa de lucru 4

Schema montajului de lucru

Aparate necesare: ohmmetru serie (sau multimetru)

Modul de lucru:

se regleaza ohmmetrul (indicatia pentru R_x = 0 si pentru R_x = ∞)

se masoara rezistenta nominala a timbrului tensometric (inainte de aplicarea fortei)

R_n = ... Ω

se masoara rezistenta timbrului tensometric in timp ce forta F este aplicata piesei

R₁ = ... Ω

se determina R = R₁ - R_n = ....

utilizand caracteristica de transfer a timbrului tensometric utilizat, se determina forta aplicata piesei (forta proportionala cu deformatia Δ

Fisa de lucru 5

3. A; A; F ("membranele" se inlocuieste cu "tuburile"; A)

Fisa de lucru 6

1. La hidrocentrale, la morile de apa, la deplasarea vapoarelor.

2. Sensul t.e.m. induse este in jos.

Fisa de lucru 7

1. Ochiul uman este sursa de erori subiective: operatorii diferiti percep diferit momentul disparitiei filamentului.

2. Prin dilatare liniara a corpului termometric (alcool, mercur etc.).

Fisa de lucru 8

1. Datorita fortei arhimedice, care este cu atat mai mare cu cat densitatea lichidului este mai mare (in apa foarte sarata nu ne putem scufunda !)

Fisa de evaluare

I. 1 - b; 2 - d; 3 - c; 4 - a; 5 - c;

II. 1 - c; 2 - a; 3 - b;

III. A; A; F, F; A

IV. traductoare cu suprafata variabila, traductoare cu distanta variabila, traductoare cu dielectric variabil

Fisa de lucru - rezistoare

Sigurante fuzibile, termoplonjor, incalzirea reostatelor de reglare a masinilor electrice

7. BIBLIOGRAFIE

1. Cosma, D., s.a. - Electromecanica. Laborator de bazele metrologiei. Manual pentru anul I Scoala de Arte si Meserii - domeniul electromecanica, Editura Econimica Preuniversitaria, Bucuresti, 2003

2. Mirescu, S.C., s.a.  - Laborator tehnologic. Lucrari de laborator si fise de lucru. Vol. I si II. Editura Economica Preuniversitaria, Bucuresti, 2004

3. Cociuba, P., s.a. - Metrologie aplicata. Lucrari de laborator. Auxiliar curricular pentru liceu tehnologic. Editura Econimica Preuniversitaria, Bucuresti, 2001

4. Mares, Fl., s.a. - Solicitari si masurari tehnice. Laborator tehnologic. Auxiliar curricular pentru clasa a X-a, liceu tehnologic - profil tehnic. Editura Econimica Preuniversitaria, Bucuresti, 2001

5. Balasoiu, T., s.a. - Elemente de comanda si control pentru actionari si SRA, manual pentru clasele a XI-a si a XII-a, liceu tehnologic, specializarea electrotehnica. Editura Econimica Preuniversitaria, Bucuresti, 2002

* * - Dictionar. Inventatori si inventii. Editura Tehnica, Bucresti, 2001

7. Ursea, P.C., s.a.  - Electrotehnica aplicata. Ghidul electrotehnicianului, Editura Tehnica, Bucuresti, 1995

8. Alimpie, I.  - Masurarea electrica a marimilor neelectrice. Editura de Vest, Timisoara, 1996

9. Anton, A., s.a. - Solicitari si masurari tehnice. Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2001

10. * * * - Stiinta azi. Dosarele cunoasterii. Editura Egmont, Bucuresti, 2000

11. Cosma, D., s.a. - Domeniul de baza electromecanica. Manual pentru disciplinele tehnice, anul I, scoala profesionala, Editura Econimica Preuniversitaria, Bucuresti, 2000

12. * * * - Enciclopedia tehnica ilustrata. Editua teora, Bucuresti, 1999

- Evolutia tehnologia. Editua Aquila 93, Oradea, 2001

14. * * * - Colectia revistei "Stiinta pentru toti"

15. * * * - Colectia revistei "Arborele lumii"

16. Breitsameter, F., s.a. - Odiseea progresului in 1700 de intrebari si raspunsuri de cultura generala. Editura Niculescu, Bucuresti, 2001

CLASIFICAREA TRADUCTOARELOR (FT)

FISA DE LUCRU 1

Conversia marimilor neelectrice in marimi electrice

Pentru masurarea marimilor fizice neelectrice care intervin in procesele tehnologice, este frecvent nevoie de transformarea (conversia, traducerea) acestora in marimi electrice. Conversia se face respectand regula de proportionalitate intre cele doua categorii de marimi.

1. Identificati marimi caracteristice circuitelor electrice si completati tabelul urmator:

Intr-un traductor electric sunt prezente totdeauna doua sau mai multe forme de energie: una dintre acestea este energia electrica, iar cealalta poate fi: radianta (optica, electromagnetica, nucleara), mecanica, termica, magnetica sau chimica. In tabelul urmator sunt sintetizate principalele efecte fizice sau dispozitive care stau la baza functionarii si realizarii traductoarelor.

2. In activitatea cotidiana sunt utilizate frecvent efecte fizice sau dispozitive care se bazeaza pe transformarea inversa, a energiei electrice in alte forme de energie. Numiti cateva dintre acestea si precizati, pe scurt, principiul lor de functionare.

3. Pila electrica a mainilor tale !

Si tu poti produce energie electrica: este foarte simplu si foarte usor.

Citeste cu atentie instructiunile descrise in fisa pentru activitati experimentale "Bateria electrica umana" si procedeaza intocmai cum este indicat !

Noteaza apoi observatiile efectuate si dezvolta experimentul, aplicand diverse variante.

FISA PENTRU ACTIVITATI EXPERIMENTALE

"Bateria electrica umana"

Vrei sa produci, tu insuti, electricitate ?

Nu intr-atat incat sa-ti ajunga sa alimentezi . masina de spalat rufe sau un alt consumator din gospodarie, dar suficient ca un mic ceas electronic de mana sa nu mai aiba nevoie de baterie.

De foarte putine lucruri:

o bucata de tabla de cupru

o bucata de tabla de aluminiu

(ambele trebuie sa aiba marimea cam cat palma)

doua carlige (pentru rufe)

un voltmetru

Foarte simplu si rapid !

fixeaza fiecare dintre bornele firelor de legatura de la voltmetru pe coltul cate unei table (cu ajutorul carligelor de rufe). Nu-i asa ca atunci cand ti-au fost cerute, te-ai intrebat la ce-ti vor folosi ? Iata ca acum ai raspunsul !

fixeaza voltmetrul pe cel mai mic domeniu de masurare posibil

pune cate o palma pe fiecare bucata de tabla si uita-te la acul indicator al voltmetrului: vei observa ca acesta se misca imediat, e drept, foarte putin. Tine minte cam cat a deviat acul indicator ! Probabil ca esti dezamagit: doar atat !?

daca vei face miscare si palmele vor transpira, deviatia acului indicator va fi ceva mai mare: cu atat mai mare, cu cat palmele vor fi mai transpirate. Tensiunea indicata, chiar daca este mai mare, tot nu este suficienta nici macar pentru un bec de lanterna !

observa deviatia acului atunci cand colegii tai aseaza si ei palmele pe cele doua placute metalice ! Cine reuseste sa obtina tensiunea cea mai mare ?

ca sa obtii cei 0,5 V necesari ceasului electronic de mana, incearca un alt experiment: inteapa o jumatate de lamaie cu doua piese metalice ascutite, una de cupru si cealalta, zincata.

poti "lega in serie" mai multe lamai (sau portocale, sau grapefruit)

poti inlocui lamaia cu un pahar cu otet.

Mainile, chiar cand le simtim "uscate" au o anumita umiditate care are caracter acid. Existenta acestei solutii acide (in care exista ioni, buni conducatori de electricitate) duce la aparitia unei diferente de potential electric intre cele doua placi, asa cum se stie deja de la fizica.

Cu cat aciditatea este mai mare, adica mainile sunt mai transpirate, cu atat diferenta de potential este mai mare.

Fiecare persoana are drept caracteristica, aciditatea si cantitatea transpiratiei la acelasi efort: de aceea, acul voltmetrului deviaza diferit, la colegii tai.

Lamaia contine acid citric, iar otetul - acid acetic: ambele au efecte mult mai puternice si acul voltmetrului deviaza mult mai mult.

STIATI CA .

. indicele pH inseamna "puterea hidrogenului" ? Valoarea sa arata cat de mare este concentratia de ioni de hidrogen dintr-o substanta. O valoare a pH-ului mai mica decat 7, inseamna ca substanta respectiva este un acid. Peste acest nivel, substantele sunt alcaline.

. acidul citric si acidul acetic sunt acizi slabi (elibereaza putini ioni de hidrogen) ? In industrie se folosesc acizi tari, cum este, de exemplu, acidul sulfuric, care, in contact cu pielea, provoaca arsuri grave.

DICTIONAR

acid = substanta chimica, cu gust acru, care - in solutie apoasa - elibereaza ioni de hidrogen (incarcati electric pozitiv H⁺)

aciditate = concentratia ionilor de hidrogen dintr-o solutie acida

FISA DE LUCRU 2 a

Traductoare rezistive de deplasare

Cele mai simple si cel mai frecvent utilizate traductoare de deplasare sunt cele rezistive, cele inductive si cele capacitive.

Principiul de functionare a traductorului rezistiv de deplasare este ilustrat in figura de mai jos:

Traductorul rezistiv de deplasare are urmatoarele caracteristici:

diametrul minim al conductorului: 0,05 mm

viteza maxima a cursorului: 1 m/s

deplasari masurate: de ordinul centimetrilor

numarul maxim de utilizari: aproximativ 10⁶.

1. Reprezentati o schema electrica prin care sa ilustrati principiul de functionare a traductorului de deplasare, cunoscand ca variatia de rezistenta este masurata prin caderea de tensiune intre capatul A si cursor.

Rezistenta R a spirelor dintre capatul A si cursor este proportionala cu deplasarea liniara x si variaza ca in figura urmatoare:

Cursorul poate face contact:

1 - cu o singura spira a infasurarii

2 - cu doua spire ale infasurarii

2. Ce legatura exista intre numarul de spire N ale traductorului si numarul de pozitii distincte pe care le poate sesiza cursorul in cazul in care cursorul face contact cu o singura spira a infasurarii ?

In cazul al doilea (cand cursorul face contact cu doua spire ale infasurarii), o spira a traductorului este scurtcircuitata de cursor si rezulta (N-2) pozitii distincte.

3. Analizati principiul de functionare si precizati consecintele apasarii insuficiente a cursorului pe spirele traductorului.

4. Ce se intampla daca forta de apasare a cursorului pe spirele traductorului este prea mare ?

FISA DE LUCRU 2 b

Traductoare inductive de deplasare

Principiul de functionare a traductorului inductiv de deplasare este ilustrat in figurile de mai jos:

Componentele mobile ale traductoarelor inductive (armatura si respectiv miezul) sunt solidare cu subansamblul a carui deplasare trebuie determinata. Modificarea pozitiei acestora inseamna - intr-un circuit magnetic - modificarea inductivitatii, deci a curentului absorbit de solenoid, respectiv de bobina cilindrica. Deci, curentul indicat de ampermetru este direct proportional cu deplasarea.

1. De ce este necesara alimentarea bobinelor traductorului in curent alternativ (c.a.) ?

2. Ce se intampla daca inlocuim curentul alternativ (c.a.) cu curent continuu (c.c.) ?

DICTIONAR

deplasare = schimbarea pozitiei (unui punct); poate fi liniara (in miscarea de translatie) si unghiulara (in miscarea de rotatie)

distanta = spatiul dintre doua puncte

FISA DE LUCRU 2 c

Traductoare capacitive de deplasare

Principiul de functionare a unui traductor capacitiv de deplasare poate fi inteles pornind de la relatia de calcul a unui condensator, relatie din care rezulta ca se deosebesc trei categorii de astfel de traductoare.

1. Completati spatiile libere din frazele urmatoare care descriu principiul de functionare a traductoarelor capacitive de deplasare:

a) Un traductor cu dielectric variabil are ......... dintre armaturi fixa, iar dielectricul este ......... putandu-se deplasa dupa una dintre axele Ox sau Oy.

b) Daca dielectricul se deplaseaza dupa axa Ox, capacitatea traductorului este echivalenta conectarii in ......... a doua condensatoare cu dielectrici diferiti: unul cu ......... si celalalt cu .........

c) Daca dielectricul se deplaseaza dupa axa Oy, capacitatea traductorului este echivalenta conectarii in ......... a doua condensatoare cu dielectrici diferiti: unul cu ......... si celalalt cu .........

d) Un traductor cu suprafata variabila are ......... dintre armaturi fixa si ......... armaturilor, de asmenea, fixa. Ceea ce variaza este insa, ......... pe care, cele doua armaturi se suprapun (sunt "drept in drept").

e) La traductoarele cu distanta variabila, ......... dintre armaturi variaza cu ........., iar suprafata armaturilor si ......... sunt aceleasi.

FISA DE LUCRU 3

Traductoare de nivel

Masurarea nivelului in recipienti este foarte importanta pentru multe procese tehnologice si pentru evaluarea stocurilor existente.

In procesul de masurare a nivelului pot aparea o serie de probleme specifice ca, de exemplu: vase speciale sub presiune sau la temperaturi inalte, prezenta spumei la suprafata exterioara sau a turbulentelor, corozitatea substantelor folosite etc. Aceste probleme se rezolva prin solutii constructive adecvate.

Cele mai simple traductoare de nivel se bazeaza pe forta arhimedica: evident, ele pot fi folosite numai in cazul lichidelor.

Traductorul cu plutitor

Traductorul cu imersor

La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesara cunoasterea densitatii lichidului. In schimb, pentru traductorul cu imersor, este necesar sa se stie valoarea acestei marimi.

In cazul substantelor sub forma de pulbere sau granule, determinarea nivelului are drept scop determinarea masei de substanta: pentru aceasta se recurge la cantarirea recipientului cu tot continutul sau. Masa de substanta este egala cu diferenta dintre masa masurata si masa recipientului.

Atentie ! Daca masa recipientului este mult mai mare decat masa de substanta, la cantarire pot aparea erori foarte mari.

In cazul unor conditii speciale (temperaturi ridicate, medii corosive, periculoase etc.) masurarea nivelului se efectueaza fara a interveni asupra recipientului - adica fara contact - apeland la ultrasunete sau microunde.

Principiul de functionare a traductorului de nivel cu microunde este reprezentat in schema urmatoare:

Timpul intre emisia si receptia microundelor, respectiv atenuarea acestora, reprezinta o masura a distantei pana la suprafata de separare intre lichid si aer.

1. Investigati mediul in care va desfasurati activitatea cotidiana, la scoala si acasa, pentru a descoperi situatii sau instalatii in care se utilizeaza traductoare de nivel.

Ce fel de traductoare sunt acestea ?

Daca va lipseste inspiratia, primiti urmatoarea sugestie: incepeti cu vasul rezervorului de apa pentru toaleta !

Completati tabelul urmator:

2. Completati aritmogriful urmator:

a - ajuta la emisia si captarea undelor

b - partial introdus in lichid

c - pozitia sa indica nivelul lichidului

d - lichid care reflecta microundele

e - sunete cu frecventa foarte mare

f - lichid care atenueaza microundele

g - emite microunde

h - caracterizat de forta eleastica

i - echilibreaza miscarea plutitorului

DICTIONAR

ultrasunete = sunete cu frecventa foarte mare (peste 20 kHz)

microunde = unde electromagnetice cu frecventa foarte mare (intre 0,3 si 3 GHz)

atenuare = scaderea amplitudinii unei unde datorita disiparii de energie in mediul prin care se propaga

corozitate = proprietatea unei substante de a fi corosiva, adica de a produce coroziune, de a degrada

FISA DE LUCRU 4

Traductoare de forta

Forta este o marime mecanica foarte importanta, a carei masurare este deosebit de raspandita in tehnica.

Pentru masurarea fortei se pot folosi fie traductoare specifice, fie traductoare de deplasare care capteaza forta si o transforma intr-o deplasare.

Traductoarele elastice se bazeaza pe modificarea reversibila a formei unei structuri de baza (bara, inel) sub actiunea fortei aplicate: masurand lungirea sau contractia structurii respective, se obtin informatii despre marimea fortei care a determinat-o.

In acest an, Lordul Kelvin a descoperit ca, odata cu modificarile de natura mecanica ale unui corp metalic sau semiconductor supus unei forte, are loc si o modificare a rezistivitatii acestuia - efectul tensorezistiv.

Se utilizeaza primele timbre tensorezistive: un fir conductor in zig-zag sau o folie conductoare foarte subtire se depune pe un suport izolator si se lipeste pe piesa solicitata. Suportul izolator si adezivul pentru lipire sunt materiale elastice si foarte durabile.

Timbrele tensometrice se utilizeaza cunoscandu-se caracteristica de transfer. Pentru un timbru metalic, aceasta caracteristica se reprezinta astfel:

STIATI CA .

. un timbru tensometric are rezistenta nominala intre 100 si 500 si poate masura deformatii de cativa milimetri pana la cativa centimetri ?

. materialele conductoare utilizate la realizarea timbrelor tensometrice sunt aliaje de nichel-crom (nichrom), nichel-crom-cupru-fier (karma), platina-wolfram, nichel-cupru (constantan) ?

. timbrele tensometrice semiconductoare au sensibilitatea mult mai mare decat cele metalice, insa sunt neliniare (dependenta rezistivitate-forta nu este o ecuatie de gradul I) ?

1. Cunoscand relatia dintre rezistenta electrica si rezistivitate, realizati un scurt "indrumar de laborator" pentru determinarea fortei utilizand timbre tensometrice. Indrumarul va cuprinde:

a) schema montajului de lucru

b) aparatele necesare

c) modul de lucru.

FISA DE LUCRU 5

Traductoare de presiune

Presiunea reprezinta un parametru de baza pentru majoritatea proceselor tehnologice in care se folosesc fluide. Deoarece presiunea se defineste pe baza fortei, rezulta ca metodele de masurare sunt asemanatoare cu cele pentru masurarea fortelor. Ceea ce difera este forma elementelor sensibile, care pot fi:

Membrane a - plana b - gofrata triunghiular c - gofrata sinusoidal d - gofrata trapezoidal

Tuburi a - silfon b - tub Bourdon (1 - oval; 2 - eliptic; 3 - in D)

Pistoane cu resort

Fratii Curie descopera fenomenul piezoelectric: cristalele de cuart presate pe doua fete opuse produc intre alte doua fete opuse, o tensiune proportionala cu presiunea exercitata.

STIATI CA .

. nu numai cuartul (SiO₂) are proprietati piezoelectrice, ci si turmalina, oxidul de zinc, titanatul de bariu si altele ?

. cristalele de cuart sunt folosite la ceasurile electronice de mana si la ceasurile de precizie, a caror eroare in masurarea timpului este foarte mica, de cateva zecimi de secunda intr-o mie de ani ?

1. Explicati principiul de functionare a unei brichete piezoelectrice sau a unui aprinzator pentru aragaz.

Undele sonore sunt caracterizate prin presiune si viteza: pentru procesele tehnologice in care intervin aceste unde, foarte importanta este presiunea, deoarece viteza particulelor, fiind foarte mica, este dificil de determinat.

Vibratiile sonore sunt "culese" de pavilionul urechii. Undele intra in conductul auditiv si ajung la timpan. Acesta incepe sa vibreze si informatia este transformata (prin componentele anatomice ale urechii) in impulsuri electrice care sunt transmise la creier.

Putem spune deci, ca timpanul este un traductor de presiune (acustica) la purtator !

2. In figura urmatoare sunt reprezentate schema de principiu si componentele unui microfon. Explicati modul de functionare a acestui microfon.

3. Stabiliti valoarea de adevar a urmatoarelor enunturi, scriind A sau F, dupa caz, in fata fiecaruia. Daca apreciati ca enuntul este fals, inlocuiti cuvantul marcat, astfel incat sa se obtina un enunt adevarat.

_____ Membranele gofrate sunt mai dificil de realizat, dar sunt mai sensibile.

_____ Se poate considera ca o membrana gofrata amplifica efectul obtinut cu o membrana plana, de atatea ori, cate onduleuri are.

_____ Silfoanele si membranele fac parte din aceeasi categorie de elemente sensibile.

_____ La pistonul cu resort, forta elastica a acestuia, echilibreaza presiunea de masurat.

DICTIONAR

presiune = marime scalara egala cu raportul dintre forta exercitata normal pe un element de suprafata si aria acestuia

membrana = placa elastica cu grosime mica, de forma circulara, incastrata pe margine; poate fi plana, gofrata (suprafata cu profil ondulat) sau sferica

silfon = tub cu perete ondulat

tub Bourdon = tub elastic sub forma de arc de cerc, avand deschiderea la centru de circa 240 ˚ si profilul sectiunii oval, eliptic sau in D

FISA DE LUCRU 6

Traductoare de debit

Masurarea debitului este o problema legata de curgerea unui fluid; ca fenomen, curgerea este caracterizata prin viteza insa, de cele mai multe ori, intereseaza debitul.

Prezenta unui traductor intr-un fluid poate influenta curgerea acestuia.

Debitul poate fi:

volumic Q_v = volumul de fluid care trece printr-o sectiune a conductei de curgere, in unitatea de timp

masic Q_m = masa de fluid care trece printr-o sectiune a conductei de curgere, in unitatea de timp

Q_m = ρ . Q_v

Masurarea debitului fluidelor se poate realiza ca urmare a modificarii regimului de curgere prin intermediul unui corp fizic sau prin intermediul unor fenomene care sunt influentate de curgere.

Cel mai simplu traductor de debit se bazeaza pe observatia ca un fluid care curge poate pune in miscare de rotatie un sistem mecanic. Astfel, exista

1. Descrieti si alte situatii in care este valorificata energia mecanica generata prin curgerea unui fluid.

Un alt traductor de debit, foarte simplu, se obtine prin montarea unei palete pe directia de curgere a fluidului - debitmetrul cu paleta.

Datorita curgerii fluidului, asupra paletei actioneaza o forta care o roteste in jurul articulatiei, rotire care este pusa in evidenta printr-un traductor de deplasare unghiulara: cu cat forta este mai mare, cu atat unghiul este mai mare.

In ambele cazuri descrise mai sus este evident ca masurarea modifica debitul de curgere a fluidului, iar informatia care se obtine este insotita de erori.

Si atunci, cum s-ar putea proceda pentru a evita aceste dezavantaje ?

De exemplu, sunt numeroase situatiile in care, in diferite procese tehnologice (industriale) se impune masurarea debitului de apa. Pentru aceasta, trebuie sa cunoastem ca apele industriale sunt bune conducatoare de electricitate: practic, ele sunt un conductor lichid care curge (se deplaseaza) cu o anumita viteza.

Exista asadar, doua dintre conditiile necesare pentru a genera o tensiune electromotoare prin fenomenul de inductie.

Schema de principiu a unui astfel de traductor - numit traductor electromagnetic - este urmatoarea:

Electromagnetul produce un camp magnetic de inductie B, ale carui linii de camp sunt "taiate" de conductorul lichid format de fluidul care curge cu viteza v (orientata perpendicular pe sectiunea de curgere, dinspre planul desenului). Tensiunea electromotoare indusa este "culeasa" de doi electrozi metalici, conectati la un voltmetru V a carui indicatie este proportionala cu viteza de curgere, deci cu debitul fluidului.

2. Analizati schema traductorului electromagnetic si aflati sensul tensiunii electromotoare induse aplicand regula mainii drepte; reprezentati sensul respectiv, lasand doar o sageata dintre cele doua reprezentate in dreptul voltmetrului (stergand-o pe cea necorespunzatoare).

STIATI CA .

. un traductor electromagnetic masoara debitele fluidelor cu viteze intre 1 si 10 m/s, iar eroarea relativa este maxim 1 % ?

. este suficient un timp de maxim 1 secunda pentru a afla debitul unui fluid, utilizand un traductor electromagnetic ?

DICTIONAR

curgere laminara = curgere constanta in timp

curgere turbulenta = curgere variabila in timp

FISA DE LUCRU 7

Traductoare de temperatura

Masurarea electrica a temperaturii prezinta importanta nu numai in ceea ce priveste marimile termice: ea poate furniza, indirect, informatii si despre debite, presiuni joase, tensiuni, curenti.

Un traductor de temperatura foarte simplu se realizeaza pornind de la proprietatea cunoscuta a materialelor conductoare de a-si modifica rezistivitatea, si deci si rezistenta electrica, atunci cand temperatura lor se modifica.

Masurand (prin metode cunoscute) rezistenta electrica a unui conductor cu o anumita temperatura, se pot obtine informatii despre valoarea temperaturii respective. Un astfel de traductor, numit termorezistor, poate fi realizat si cu materiale semiconductoare si in acest caz se numeste termistor.

Constructiv, traductoarele rezistive de temperatura se pot realiza:

fie ca o infasurare, pe un suport izolant;

fie ca o pelicula (film) depusa pe o placa din aluminiu, oxidata (timbre termorezistive).

Pentru temperaturi foarte mari (mii de grade), masurarea temperaturii se efectueaza prin metode fara contact, adica prin pirometrie (in limba greaca, "piro" inseamna foc).

Un pirometru masoara energia termica radiata de un corp care are o anumita temperatura. Aceasta energie, depinde evident, de temperatura corpului respectiv si se propaga in spatiu sub forma de unde electromagnetice.

Elementul sensibil al unui pirometru este o lampa cu filament de wolfram a carui culoare poate fi modificata prin varierea curentului care trece prin filament.

Masurarea se face prin comparatie: pe imaginea suprafetei radiante (care emite energie termica) se suprapune aceasta lampa. Prin reglarea curentului din filament, se modifica temperatura acestuia, deci si culoarea sa, pana cand imaginea filamentului dispare. In acest moment, temperatura masurata este egala cu temperatura filamentului. Deci, valoarea curentului prin filament este o masura a temperaturii suprafetei radiante.

1. Analizati principiul de masurare a temperaturii cu pirometrul si precizati ce influenta are sensibilitatea vizuala a operatorului asupra determinarii.

2.In activitatea cotidiana, oamenii utilizeaza frecvent termometre. Acestea sunt traductoare neelectrice care transforma temperatura intr-o deplasare. Cum se obtine aceasta deplasare ?

STIATI CA .

. in tehnica, masurarea temperaturilor se efectueaza intr-o gama larga de valori, de la zecimi de grad, la zeci de mii de grade, masuratorile curente fiind situate, de regula, in intervalul 70 . 4000 K ?

. pentru masurarea temperaturii se utilizeaza mai multe scari: scara Celsius, scara Fahrenheit, scara Raumur si scara hidrogenului normal ?

. traductoarele de temperatura se caracterizeaza, in general, printr-un timp de raspuns mare: acest timp este necesar stabilirii echilibrului termic intre elementul sensibil al traductorului si corpul a carui temperatura se determina ?

FISA DE LUCRU 8

Traductoare de densitate

Un traductor de densitate se poate obtine din traductorul de nivel cu imersor deoarece acesta transforma o marime mecanica - densitatea - intr-o alta marime mecanica - deplasare - care poate fi masurata electric.

Un alt traductor neelectric densitate-deplasare este areometrul.

Un areometru este compus dintr-un tub de sticla avand o forma speciala si la care se pot deosebi, in ordine:

camera pentru lest

plutitorul

tija gradata.

Camera pentru lest mentine areometrul in pozitie vericala cand este introdus in lichid.

Uneori, areometrului i se asociaza un termometru deoarece densitatea lichidelor depinde de temperatura si aceasta marime trebuie cunoscuta. Cunoasterea temperaturii este necesara deoarece, de obicei, densitatea lichidelor se determina la temperatura de 20 ˚C si pentru alte temperaturi, se impune o corectie.

Principiul pe baza caruia functioneaza areometrul este:

	PRINCIPIUL LUI ARHIMEDE un corp cufundat intr-un lichid este impins de jos in sus cu o forta egala cu greutatea volumului de lichid dislocat de corp

1. Cunoscand acest principiu si valorificand experienta voastra de viata, explicati de ce ne simtim mai "usori" cand inotam sau de ce pasim mai usor prin apa decat pe uscat.

Mai mult, cu cat apa este mai sarata, cu atat "pierderea" de greutate este mai mare. De ce ?

2. Activitate experimentala:

Materiale necesare: o cana metalica, un areometru, sare de bucatarie, o lampa cu spirt.

Modul de lucru:

puneti apa in cana metalica (cam jumatate din capacitatea sa)

cufundati areometrul in apa si observati indicatia lui

scoateti areometrul, adaugati putina sare, amestecati pentru dizolvare si cufundati din nou areometrul in saramura; observati noua indicatie a areometrului

procedati ca mai sus, adaugand din ce in ce mai multa sare

la un moment dat, sarea nu se mai dizolva; incalziti saramura si observati - din nou - indicatia areometrului

notati observatiile efectuate si explicati ce s-a intamplat.

STIATI CA .

. areometrul era cunoscut inca din antichitate si atunci se numea babilon sau hidroscop ? Unii il atribuie lui Arhimede, altii il atribuie Hypatiei din Alexandria - femeie filosof si matematician, celebra si pentru stiinta, si pentru frumusetea ei.

. Arhimede - savant grec, care a trait in Siracuza intre 287 - 212 i.Hr. - a ramas celebru in stiinta si tehnologie datorita unor inventii fara de care astazi, nu am putea trai ? A inventat scripetele, roata dintata, surubul "lui Arhimede" si a descris matematic corpurile de rotatie: con, cilindru, sfera. Pe cat de celebru este Arhimede, pe atat de anonim ramane soldatul roman care, necunoscandu-l, l-a ucis deoarece, ocupat cu o demonstratie, savantul nu i-a raspuns la intrebari.

Surubul lui Arhimede

FISA DE EVALUARE

Tema: Traductoare electrice

I. Pentru fiecare dintre enunturile urmatoare, incercuiti litera corespunzatoare raspunsului corect. 20 p

1. Intr-un sistem automatizat, rolul traductorului electric este de a:

a)      amplifica semnalul masurat

b)      transforma semnalul de masurat in semnal electric

c)      masura direct o marime

d)      limita semnalul de masurat.

2. Termistorul este un traductor:

a)      de nivel

b)      de deplasare

c)      de forta

d)      de temperatura.

3. Un exemplu de traductor de nivel este traductorul:

a)      cu membrana elastica

b)      cu elice

c)      cu plutitor

d)      rezistiv.

4. Un traductor de forta este, de exemplu:

a)      timbrul tensometric

b)      pirometrul

c)      silfonul

d)      electromagnetul.

5. Un traductor este caracterizat de:

a)      precizie, finete, sensibilitate, stabilitate

b)      finete, sensibilitate, rapiditate, stabilitate

c)      rapiditate, finete, precizie, sensibilitate

d)      stabilitate, precizie, sensibilitate, rapiditate.

II. In coloana A sunt enumerate tipuri de traductoare, iar in coloana B sunt enumerate marimi neelectrice. Scrieti in dreptul cifrelor din coloana A, litera corespunzatoare din coloana B pentru a stabili asocierile corecte intre traductoare si marimile pentru care se utilizeaza. 15 p

III. Scrieti in spatiul din fata fiecarui enunt litera A, daca apreciati ca enuntul este adevarat sau litera F, daca apreciati ca enuntul este fals. 30 p

_____ Un traductor de densitate se poate obtine dintr-un traductor cu imersor.

_____ La traductorul de nivel cu microunde, acestea sunt reflectate sau atenuate.

_____ Timbrele tensometrice semiconductoare sunt mai putin sensibile decat cele metalice.

_____ Areometrul este un traductor densitate-tensiune.

_____ Fotodioda este un traductor electric de energie radianta.

IV. Cunoscand relatia de calcul a capacitatii unui condensator plan, , enumerati categoriile de traductoare capacitive de deplasare. 9 p

Alegeti una dintre aceste categorii si explicati - cu ajutorul unei scheme - principiul de functionare. 16 p

FISA DE DOCUMENTARE

Cat de mari sunt marimile obisnuite ?

In viata de zi cu zi, oamenii executa o multime de activitati transformand energie, dezvoltand forte si consumand putere.

Activitati banale, cum ar fi, de exemplu, inchiderea unei usi, inseamna efectuarea unui lucru mecanic si deci, consumarea unei anumite cantitati de energie.

Ce valoare are aceasta energie ?

Ce valori au alte marimi pe care le intalnim in mod obisnuit ?

In tabelul urmator sunt prezentate cateva raspunsuri la aceste intrebari:

FISA DE LUCRU

Unitati de masura pentru lungime

"Lantul dimensiunilor" (joc de rol)

Fiecare elev din clasa primeste un card pe care se gaseste o ilustratie, o cifra si o unitate de masura pentru lungime: ilustratia este a unui obiect din mediul inconjurator, iar cifra + unitatea de masura indica dimensiunea uzuala a obiectului respectiv.

Alcatuiti "lantul dimensiunilor" asezandu-va in ordinea crescatoare a dimensiunilor conform rolului repartizat.

Fiti atenti ! Dimensiunile nu sunt date in unitatea S.I. (metrul). S-ar putea ca un numar mare sa fie asociat unei unitati de masura mici si sa nu insemne o valoare foarte mare. De exemplu, 20 000 000 m reprezinta abia 20 mm !

Verificati-va locul prin corelare cu vecinii din stanga si din dreapta !

Pozitionarea grestia a unui coleg, determina multiplicarea erorii in avalansa, tot asa cum o veriga defecta dintr-un lant, duce la ruperea acestuia.

STIATI CA .

. multe unitati de lungime s-au bazat initial pe dimensiunile corpului uman. De exemplu:

piciorul era lungimea labei piciorului de adult

yardul era distanta de la coloana vertebrala pana la varful degetelor unui brat, acesta fiind intins

cotul era jumatate de yard, adica distanta de la cot pana la varful degetelor

Desi aceste unitati dadeau o imagine a ceea ce se intelegea prin lungimea respectiva, ele variau de la o persoana la alta.

Aceasta problema a fost inlaturata in anul 1305, cand regele Eduard I al Angliei, a stabilit primul yard oficial standard. Acesta consta dintr-o bara de fier subimpartita in trei piciare, fiecare picior fiind subdivizat in 12 inci.

12 inci = 1 picior

3 picioare = 1 yard

FISA DE LUCRU

Obiecte electrizate

Existenta fortelor electrice este cunoscuta inca din antichitate. Cu toate acestea, abia in secolul al XIX-lea, oamenii au reusit sa patrunda in universul complex al acestor fenomene si de atunci ele ne-au influentat profund si cuprinzator viata: multimea aplicatiilor practice creste in avalansa si multe dintre procesele biologice din organismul fiecaruia se datoreaza electricitatii (de exemplu, actiunea nervilor, activitatea creierului).

Concluzie

Obiectele din acelasi material, electrizate prin aceeasi metoda, se resping intotdeauna. Sau, similar

Se constata deci, ca obiectele electrizate pot fi grupate in doua categorii: conventional, se considera ca unele (de exemplu, vergeaua de sticla) se electrizeaza pozitiv, iar altele (de exemplu, vergeaua de plastic) se electrizeaza negativ.

STIATI CA .

. fortele care se manifesta intre sarcinile electrice, numite forte electrice, sunt forte uriase: daca s-ar putea separa sarcina pozitiva de sarcina negativa din gamalia unui bold, forta de atractie dintre ele ar fi de circa:

1 000 000 000 000 000 000 000 N = 10²¹ N;

este o valoare enorma pe care insa, noi nu o sesizam deoarece, in majoritatea corpurilor, sarcinile pozitive si negative sunt prezente aproape in cantitati egale, iar fortele electrice - potential inspaimantator de mari - par destul de mici ?

Alcatuiti o grupa de 4 elevi. Fiecare elev este un "obiect electrizat" si primeste unul dintre urmatoarele carduri:

A: obiect electrizat pozitiv

B: obiect electrizat negativ

C: obiect electrizat negativ

D: obiect electrizat pozitiv.

Elevii-obiecte electrizate isi arata unul altuia cardurile, dar nu le arata celorlalti elevi ai clasei (elevi-spectatori), cu exceptia lui A care isi prinde cardul la rever.

Cei 4 elevi se aseaza (in ordinea literelor), fata in fata daca au sarcini de semne opuse si spate la spate daca au sarcini de acelasi semn. Aceasta regula este precizata si elevilor-spectatori. Acestia trebuie sa scrie pe un biletel ce semn au obiectele B, C si D observand pozitia relativa dintre elevi.

Verificarea se efectueaza cerand "obiectelor electrizate" B, C si D sa arate cardul primit.

FISA DE LUCRU

Campul electric

Campul electric este o forma de existenta a materiei prin intermediul careia are loc interactiunea dintre particulele incarcate electric.

Campul electric este creat de obiecte electrizate sau, echivalent, de sarcini electrice.

Din aceasta definitie, rezulta ca un camp electric produs de o sarcina oarecare, poate fi observat datorita efectelor sale, si anume: forta cu care actioneaza asupra altor sarcini electrice.

Experienta arata ca aceste forte au:

- dependenta de marimea sarcinii care creeaza campul electric

- dependente de semnul sarcinii care creeaza campul electric

Reprezentand fortele electrice exercitate asupra unei sarcini pozitive mobile de catre o sarcina pozitiva fixa se obtine un "camp" de vectori (fortele electrice sunt cu atat mai mici cu cat distanta dintre cele doua sarcini este mai mare).

Un camp electric este caracterizat asadar, de o marime vectoriala numita

Aceasta marime se noteaza cu si are o proprietate foarte importanta datorita careia este foarte posibil sa ne formam o imagine despre modul cum arata campul respectiv:

Adesea, in loc sa se reprezinte un grup de vectori ai campului - adica un grup de vectori - campul electric se reprezinta intr-un mod putin diferit, dar mai simplu, si anume desenand un numar oarecare de linii ale campului electric.

Totalitatea liniilor de camp electric produse de un corp incarcat electric formeaza un spectru.

Pentru cazul anterior, spectrul liniilor de camp se reprezinta astfel:

liniile campului electric produs de  o sarcina negativa in vecinatatea unui conductor plan incarcat pozitiv

liniile campului electric produs de doua sarcini de semne contrare

liniile campului electric produs de doua sarcini pozitive

Uneori, liniile campului electric pot fi vizualizate experimental.

Caruselul liniilor de camp electric

Alcatuiti sase grupe de lucru, pe care le vom nota cu A, B, C, D, E, F. Fiecare grupa are nevoie de urmatoarele:

un vas plat din sticla

o jumatate de litru de lichid izolator (de exemplu, ulei)

doua vergele din sticla si una din bachelita

doua placi metalice, prevazute cu un sistem izolant pentru manevrare

o bucata de matase

o bucata de blana

seminte de iarba (circa 50 grame)

Pana la un punct, toate grupele au aceleasi sarcini si anume:

turnati lichidul izolatorul in vasul plat

puneti semintele de iarba in lichid; fiind usoare, ele vor pluti, acoperind uniform lichidul

Apoi, sarcinile grupelor se diferentiaza, astfel:

Apoi, fiecare grupa isi desemneaza o "gazda". Elevul-gazda va ramane la postul de lucru si va prezenta rezultatele obtinute.

Ceilalti componenti ai fiecarei echipe se vor deplasa la posturile de lucru - vor fi "musafiri" si vor vedea experimentele realizate; vor pune intrebari pentru a se lamuri si "gazdele" vor raspunde.

Dupa ce fiecare musafir a vazut toate posturile de lucru, se reconstituie echipele initiale si "gazdele" prezinta pe flip-chart sinteza experimentelor efectuate.

FISA DE LUCRU

Rezistoare. Rezistenta electrica

Rezistoarele sunt componente de circuit utilizate pentru a reduce valoarea curentului care circula printr-o anumita portiune a circuitului: acest lucru este adesea necesar pentru protejarea componentelor delicate impotriva unui curent prea mare.

Rezistoarele cu metal pot fi:

bobinate din sarma sau din banda

stantate din tabla

turnate din fonta

ondulate din banda

Se cunoaste, din experienta, ca un bec electric incepe sa lumineze aproape imediat ce am apasat pe intreruptor.Aceasta se intampla chiar daca, de la intreruptor pana la bec, lungimea conductoarelor este de cativa metri (uneori chiar zeci de metri).

Cercetatorii au determinat, prin masuratori destul de complicate, dar foarte exacte, ca o sarcina electrica individuala are o "viteza de inaintare" tipica de 0,2 mm/s.

Deci, curentul electric determinat de miscarea ordonata a electronilor liberi dintr-un conductor, ar avea nevoie de 5 000 de secunde (aproximativ 14 ore) ca sa ajunga la filamentul unui bec printr-un conductor de numai 1 metru lungime !!

Si totusi, lucrurile nu stau nici pe departe astfel. De ce ?

Ca sa intelegem mai bine cum trece curentul printr-un conductor sa facem o comparatie cu modul in care se scurge apa printr-o conducta cu robinet:

daca aceasta conducta este deja plina cu apa pana la robinet, atunci cand robinetul este deschis, apa incepe sa curga instantaneu;

daca insa, conducta este goala, intre momentul deschiderii robinetului si momentul cand apa incepe sa curga trece ceva timp - cu atat mai mult cu cat conducta este mai lunga si cu cat viteza de curgere a apei este mai mica.

In cazul "curgerii" sarcinilor electrice printr-un conductor, acestia sunt deja "plini de sarcini" (electronii liberi) si inchiderea intreruptorului inseamna conectarea la o sursa de tensiune. Datorita ei, cand intr-un capat al conductorului se introduc noi sarcini, din capatul celalalt se scurg - aproape imediat - alte sarcini. O sarcina initiala impinge o sarcina de acelasi semn din metal, aceasta la randul ei o impinge pe vecina sa astfel incat efectul fortelor electrice inainteaza cu o viteza foarte mare, apropiata de viteza luminii.

Numai ca sarcinile individuale se misca printre atomii conductorului si se ciocnesc de acestia destul de des - cu atat mai des cu cat spatiul dintre atomi este mai mic. Astfel se explica rezistenta electrica a conductoarelor.

Caldura produsa de trecerea curentului printr-un rezistor este un fenomen inevitabil. Uneori, acesta este nedorit deoarece constituie o pierdere din energia sursei. Alteori insa, este produsa intentionat, si chiar se cauta sa fie cat mai mare.

Dati exemple de situatii concrete pentru ambele cazuri.

Valoarea rezistentei nominale a unui rezistor fix este indicata codificat prin trei benzi colorate. O a patra banda colorata arata toleranta, adica variatia posibila a rezistentei, de la un rezistor la altul, de acelasi tip.

"Ceasurile culorilor"

Aflati valoarea rezistentei nominale si a tolerantei unui rezistor marcat cu codul culorilor utilizand urmatoarele trei rondele colorate. Aceste rondele, realizate pe carton se fixeaza in centru printr-un bold si se rotesc pana cand culoarea sectorului de cerc (aceeasi cu culoarea benzii respective de pe rezistor) ajunge in pozitia orei 12. Decodificati si aflati elementele evidentiate in figura de mai sus.

Triunghiul lui Ohm

In anul 1827, fizicianul german Georg Ohm a formulat o lege care descrie modul in care rezistenta unui conductor depinde de dimensiunile acestuia (lungime, aria sectiunii transversale) si de materialul din care este realizat.

De asemenea, rezistenta conductorului respectiv este egala cu raportul dintre tensiunea (la bornele sale) si curentul (care il strabate).

Triunghiul lui Ohm ilustreaza metoda de calcul a curentului (I), tensiunii (U) sau rezistentei (R) unui circuit, din legea lui Ohm.

STIATI CA .

. din grupa rezistoarelor cu rezistenta variabila neliniar fac parte termistoarele ? Rezistenta lor variaza cu temperatura si sunt utilizate frecvent ca traductoare de temperatura.

. fotorezistoarele isi modifica rezistenta electrica in functie de intensitatea luminii la care sunt expuse ?

. butonul de la care reglati volumul unui aparat de radio este butonul unui potentiometru - rezistor reglabil continuu ?

DICTIONAR

rezistor = componenta de circuit caracterizata de o rezistenta electrica

rezistenta (electrica) = proprietatea unei substante de a se opune trecerii curentului electric

rezistenta (mecanica) = proprietatea unui material de a se opune fortelor care tind sa-l deformeze sau sa-l rupa

FISA DE LUCRU

Campul magnetic

Campul magnetic este o forma fizica a materiei care se manifesta prin forte aplicate unui ac magnetic sau conductoarelor parcurse de curent electric.

Campul magnetic este creat de anumite substante (magneti permanenti) si chiar de curentul electric. El poate fi observat datorita fortelor pe care le exercita.

Una dintre caracteristicile cele mai uimitoare ale magnetilor consta in faptul ca, daca rupem un magnet in doua, fiecare bucata devine ea insasi un magnet. Divizarea poate merge oricat de departe: jumatate din jumatate din jumatate . de magnet este tot un magnet. Chiar si componentele atomului, electronii, protonii si neutronii sunt niste magneti microscopici.

Oricare dintre fragmentele obtinute se orienteaza intr-un camp magnetic exterior.

De aici rezulta o concluzie foarte importanta:

			Polii magnetici nu pot fi separati.

un ac de busola care se poate roti liber in jurul unui ax vertical se "aseaza" intodeauna in directia N-S. El se orienteaza astfel in campul magnetic al Pamantului. Varful acului care indica nordul geografic este denumit polul nord al minimagnetului care este, de fapt acul magnetic.

acelasi ac de busola, plasat in vecinatatea unui magnet permanent, care produce un camp magnetic mai puternic decat campul magnetic al Pamantului se va orienta dupa directia campului acestui magnet permanent.

doua ace de busola, apropiate intre ele, interactioneaza (se influenteaza reciproc): fiecare are un camp magnetic propriu si tinde sa se orienteze in campul magnetic al celuilalt.

De fapt, acul se orienteaza dupa directia liniilor de camp magnetic sub actiunea fortelor pe care acest camp le exercita asupra sa.

In campul magnetic produs cu ajutorul a doi magneti permanenti sub forma de bara (ca in figura) se plaseaza un conductor flexibil alimentat de la o baterie electrica.

Cand intreruptorul este deschis, conductorul flexibil "atarna" in jos sub actiunea greutatii proprii. Cand intreruptorul este inchis, conductorul flexibil este parcurs de curent si este "impins" in sus de forta exercitata de campul magnetic asupra sa.

	Campul magnetic exercita o forta asupra conductoarelor parcurse de curent.

Liniile campului magnetic pot fi "vazute". Pentru aceasta, pe o bucata de hartie sub care ati plasat un magnet in forma de bara, presarati pilitura fina de fier.

Granulele de fier se aseaza de-a lungul liniilor campului, asemanator cu semintele de iarba in campul electric.

Pilitura de fier ne ofera o imagine doar despre spectrul campului magnetic: sensul acestuia se poate afla cu ajutorul unui ac de busola.

Un camp magnetic este caracterizat de marimea numita intensitatea campului magnetic. Ei i se asociaza un vector notat care are proprietatea ca - in orice punct din spatiu - este tangent la o linie de camp magnetic, avand sensul acesteia.

In S.I., intensitatea campului magnetic se masoara in amper pe metru (A/m).

Campului magnetic ii mai este caracteristica marimea numita inductie magnetica, notata cu . In S.I., inductia magnetica se masoara in tesla (T).

Intre marimile si exista urmatoarea relatie de legatura:

Permeabilitatea magnetica relativa caracterizeaza celelalte medii decat vidul, in care poate exista campul magnetic si arata de cate ori este mai mare inductia in acel mediu decat in vid.

In S.I. permeabilitatea magnetica absoluta se masoara in henry pe metru (H/m), iar cea relativa este adimensionala (nu are unitate de masura).

Actualizati cunostintele anterioare despre campul electric si corelati-le cu cele despre campul magnetic pentru a completa un tabel de forma:

Precizati care dintre caracteristici reprezinta asemanari si care reprezinta deosebiri intre cele doua campuri.

STIATI CA .

. in jurul anului 600 i.Hr., vechii greci au cunoscut magnetismul ? Thales din Milet, numit de multe ori "tatal stiintei grecesti", cunostea un mineral - magnetita - care atragea fierul obisnuit si a constatat ca fierul insusi devine magnetic in contact cu acet mineral.

. chinezii au descoperit, probabil in secolul al XI-lea, ca magnetul actioneaza ca o busola ?

. parerea ca insusi Pamantul este un magnet urias a fost emisa de William Gilbert, care a trait in Anglia, in secolul al XVII-lea ?

. atunci cand a scris istoria vietii sale, la varsta de 67 de ani, Albert Einstein si-a reamintit ziua cand, copil fiind, la 4 ani, a fost fericit ca a primit o noua jucarie de la tatal sau ? Aceasta jucarie a fost un ac de busola si curiozitatea pe care i-a trezit-o lui Einstein, i-a ramas intiparita tot restul vietii.

. exista materiale magnetice care au permeabilitati magnetice relative uriase ? De exemplu, materialul numit permalloy (aliaj fier+nichel) are _r = 100 000, iar materialul dynamax (aliaj de fier+nichel+molibden+mangan) are _r

FISA PENTRU ACTIVITATI EXPERIMENTALE

"O bobina + un magnet = un generator de curent electric"

Vrei sa confectionezi, tu insuti, un generator de curent electric ?

Un generator de curent electric este oricand necesar intr-o gospodarie, iar satisfactia de a-l utiliza este cu atat mai mare, cu cat este confectionat prin efort propriu.

Iti sunt necesare cateva materiale dintre care, unele, se pot procura foarte usor:

conductor emailat cu diametrul de 0,3 mm

o bucata de carton

un cui gros (cu cat mai gros, cu atat mai bine !)

un voltmetru

o masina de gaurit (una manuala este cea mai buna !)

un magnet (cel mai bine ar fi daca ar avea forma de potcoava, dar orice forma poate fi folosita)

Daca nu gasesti sarma, poate ai in cutia ta cu "comori" o bobina mai mare (cam cu 1500 . 2000 de spire).

din bucata de carton, taie doua discuri cu diametrul de 5 - 6 cm

fixeaza aceste discuri pe cuiul gros, lasand intre ele o distanta de 3 - 4 cm

bobineaza apoi sarma, cu atentie, spira langa spira, strat dupa strat; este bine, ca intre straturi sa pui hartie sau banda izolatoare; altfel, bobina nu va arata deloc profesional !

dezizoleaza apoi capetele bobinei si conecteaza-le la un bec de lanterna

fixeaza magnetul la masina de gaurit; pentru aceasta o sa fie nevoie de un pic de ingeniozitate: poti folosi orice idee care sa te ajute sa transmiti magnetului, miscarea de rotatie a masinii de gaurit

Atentie ! Fixarea trebuie sa fie destul de sigura pentru ca magnetul sa nu se desprinda si sa te accidentezi.

In figura magnetul a fost gaurit, filetat si apoi surubul - asigurat cu o piulita - a fost fixat in locul burghiului in mandrina masinii de gaurit.

Chiar si masina de gaurit poate fi inlocuita cu orice dispozitiv care pemite rotirea magnetului.

aseaza magnetul in dreptul bobinei si roteste-l ! Vei observa ca becul lumineaza imediat.

ca sa observi influenta marimilor de care depinde tensiunea cu care se alimenteaza becul, realizaeza aceeasi experienta in urmatoarele conditii:

a)      micsoreaza viteza de rotatie a magnetului

b)      scoate cateva spire din bobina (cam 50 .

1) rotind magnetul permanent in vecinatatea bobinei, se creeaza un camp magnetic variabil care induce o tensiune in bobina, conform legii inductiei. Aceasta tensiune alimenteaza becul de lanterna care incepe sa lumineze.

2) cu cat viteza de rotatie a magnetului permanent este mai mare, cu atat tensiunea electromotoare indusa este mai mare, iar becul lumineaza mai puternic.

3) daca numarul de spire ale bobinei scade, campul magnetic al acesteia se diminueaza si tensiunea scade, iar becul lumineaza mai slab (la aceeasi viteza de rotatie a magnetului permanent).

STIATI CA .

. electromagnetismul a fost descoperit in anul 1820 de catre fizicianul danez Hans C. Oersted ? El a constatat atunci ca acul unei busole poate fi deviat prin intermediul curentului electric. Astfel, s-a demonstrat ca intre electricitate si magnetism exista o legatura si a aparut un nou termen - electromagnetism.

. primul care a construit o masina pe baza principiului magnet permanent + solenoid aflate in miscare relativa a fost un constructor de instrumente de fizica - Hippolyte Pixii ? Masina, numita magnetou, a fost realizata in 1832.

. primul dinam (generator electric de curent continuu) a fost construit in 1864 de italianul Antonio Pacinotti ? Inventia sa a fost primita cu indiferenta si autorul a abandonat-o. Astfel, istoria consemneaza anul 1867 ca fiind anul in care belgianul Znobe Gramme a obtinut brevetul pentru realizarea dinamurilor.

FISA DE LUCRU

Marimi caracteristice regimului permanent sinusoidal

marime periodica = marime variabila ale carei valori se repeta la intervale de timp egale; perioada unei marimi se noteaza, de obicei, cu T si se masoara in secunde (s)

Matematic, faptul ca o marime u este periodica, se scrie astfel:

marime alternativa = marime periodica a carei valoare medie este nula

valoare medie a unei marimi periodice = media aritmetica a tuturor valorilor marimii respective in momentele de timp care alcatuiesc perioada marimii

De ce valoarea medie a unei marimi alternative este nula ?

O explicatie sugestiva despre modul de calcul al valorii medii pentru o marime alternativa se poate da cu ajutorul figurii urmatoare:

Se observa ca intr-o semiperioada (T/2) marimea u are valori pozitive, iar in cealalta semiperioada, are valori negative. De asemenea, impartind cele doua semiperioade in mai multe intervale, se observa ca valorile corespunzatoare momentelor 1 - 1' sunt egale, dar de semne contrare. Deci in expresia mediei aritmetice, termenii respectivi se vor anula. Acelasi lucru este valabil si pentru valorile instantanee corespunzatoare momentelor 2 - 2'; 3 - 3' s.a.m.d.

Regula ramane valabila si atunci cand semiperioada este impartita in foarte multe intervale.

marime sinusoidala = marime periodica alternativa care variaza in timp sub forma sinusoidala

O marime sinusoidala se descrie cu urmatoarea relatie matematica:

Din egalitatile de mai sus rezulta urmatoarele relatii dintre marimile caracteristice regimului permanent sinusoidal:

U_max = .U valoarea maxima este de ori mai mare decat valoarea efectiva

.f = 2. /T  frecventa unghiulara este de 2. ori mai mare decat frecventa

Atentie ! Pentru scrierea marimilor alternative sinusoidale trebuie respectate conventiile cu ajutorul carora notatiile au acelasi inteles pentru toti. Astfel:

valorile instantanee se noteaza cu litere mici

valorile efective se noteaza cu litere mari

valorile maxime se noteaza cu litere mari la care se adauga indicele m sau max.

Unitatile de masura ale marimilor caracteristice regimului permanent sinusoidal sunt:

R

Daca marimea periodica este un curent, atunci valoarea sa efectiva este egala cu valoarea unui curent continuu care, trecand prin aceeasi rezistenta ca si curentul periodic, face sa se dezvolte aceeasi cantitate de caldura in timp de o perioada.

Completati tabelul urmator pentru marimea alternativa sinusoidala indicata:

u = 20.sin(314.t + π/3)