Legile curentului electric

Legile curentului electric

a) Legea lui Ohm. Experienta arata ca pentru un conductor dat, exista o relatie de proportionalitate directa, intre diferenta de potential U, aplicata la extremitatile lui si intensitatea I a curentului.

Deci,

U = R ∙ I

unde factorul de proportionalitate R, reprezinta ceea ce numim rezistenta electrica a conductorului ales.

Aceasta relatie fundamentala pentru curentii de conductie se numeste legea lui Ohm.

Din cele enuntate rezulta ca raportul dintre diferenta de potential (tensiune) aplicata la capetele unui conductor si curentul care-l parcurge este o marime constanta, adica,

R = U

I

sau,

I = U

R

I este intensitatea curentului in amperi;

U - tensiunea in volti;

R - rezistenta in ohmi.

Legea lui Ohm poate fi extinsa la un circuit intreg, care sa cuprinda si un generator cu forta electromotoare E si rezistenta exterioara R. Forta electromotoare produsa in generator se utilizeaza pentru miscarea sarcinilor electrice pe circuitul interior si exterior. In acest caz E = u + U. Aplicand legea lui Ohm pentru rezistenta r a circuitului interior si pentru rezistenta R a circuitului exterior, rezulta:

u = r I;    U = RI

E = r I + RI = (r + R) I,

de unde

I = __E__

R + r

Deci intensitatea curentului este egala cu raportul dintre forta electromotoare a generatorului si rezistenta totala a circuitului.

b) Legile lui Kirchhoff. In practica se intalnesc si circuite electrice mai complicate, cuprinzand mai multe ramificatii, deci mai multi curenti. In acest caz, in locul legii lui Ohm se aplica legile lui Kirchhoff, care constituie o generalizare a legii lui Ohm pentru circuite complexe.

Legea I a lui Kirchhoff. Suma curentilor care intra intr-un nod este egala cu suma curentilor care ies din nod.

I = i₁ + i₂ + i₃

Daca se considera ca pozitivi curentii care se apropie de nod si ca negativi cei ce se departeaza se poate scrie ca:

I₁ - I₂ + I₃ - I₄ - I₅ + I₆ = 0, adica

Σ I = 0

Legea a II - a a lui Kirchhoff. Presupunem un ochi al retelei de conductori, cu diferite legaturi exterioare, parcurs de curenti electrici, in care ar exista si un generator fara rezistenta interioara, la bornele caruia se produce forta electromotoare E. Consideram pozitivi toti curentii care parcurg laturile conturului in sensul acelor unui ceasornic. Daca parcurgem intregul contur de la borna a generatorului pana la cealalta borna trebuie ca suma algebrica a caderilor de potential sa fie egala cu forta electromotoare E, pentru ca altfel nu ar putea sa existe un regim stationar al curentului.

Avand in vedere sensul curentilor se poate scrie ca:

E = R₁ ∙ I₁ - R₂ ∙ I₂ - R₃ ∙ I₃ + R₄ ∙ I₄ + R₅ ∙ I₅

deci pentru un numar mai mare de laturi,

Σ RI = E

Aceasta relatie arata ca indiferent de legaturile exterioare, intr-un ochi de retea, care contine o forta electromotoare, suma algebrica a caderilor de potential pe conturul parcurs in sensul conventional pozitiv, este egala cu forta electromotoare respectiva.

Legea rezistentelor. Intr-un circuit electric, cand exista mai multe rezistente, acestea pot fi legate in trei feluri: in serie, in paralel (derivatie) si mixt.

Legarea rezistentelor in serie. Legarea in serie a rezistentelor inseamna legarea lor una dupa alta. In acest caz, intensitatea curentului este aceeasi in toate rezistentele.

Tensiunea va fi egala cu suma caderilor de potential, in lungul rezistentelor succesive.

U = R₁ I + R₂ I + R₃ I

U = I (R₁ + R₂ + R₃) si fiindca

U = R I

R = R₁ + R₂ + R₃

Legarea rezistentelor in paralel (derivatie). Prin legarea rezistentelor in paralel, adica una langa alta, extremitatilor lor fiind legate in aceleasi puncte, rezistenta totala este mai mica decat rezistenta fiecareia dintre ele si anume inversul rezistentei totale este egal cu suma inverselor rezistentelor partiale, adica:

R    R₁ R₂ R₃

Legarea rezistentelor in montaj mixt. Un montaj mixt este format din rezistente legate in serie si in paralel.

Rezistentele R₁ si R₄ sunt legate in serie, iar rezistentele R₂ si R₃ sunt legate in paralel.

Notand cu R rezistenta echivalenta a celor doua rezistente montate in paralel si cu R₁ rezistenta totala a circuitului se obtine:

R_s = R₁ + R + R₄

Stim ca,

R = R₂ x R₃

R₂ + R₃

deci,

R _t = R₁ + R₂ x R₃     + R₄

R₂ + R₃

c) Legea lui Joule-Lenz. Orice rezistenta strabatura de curent se incalzeste. Un conductor subtire strabatut de un curent de cativa amperi se incalzeste pana la rosu si apoi se topeste daca curentul este prea mare. Legea lui Joule-Lenz defineste efectele termice ale curentilor electrici si se enunta astfel:

Cantitatea de caldura degajata intr-un conductor este direct proportionala cu rezistenta conductorului, cu durata trecerii curentulu si cu patratul intensitatii curentului.

Adica: Q = R ∙ I ∙ t jouli, iar in calorii:

Q = 0,24 ∙ R ∙ I ∙ t

Inlocuind RI = U obtinem:

Q = 0,24 ∙ U ∙ I ∙ t

Cunoscand ca energia electrica consumata la o rezistenta W = U ∙ I ∙ t in jouli, atunci:

Q = 0,24 W, adica cantitatea de caldura (energia termica) este egala cu coeficientul termic 0,24 inmultit cu energia electrica in jouli. Energia electrica din circuit s-a transformat in energie termica, care se transmite in mediul inconjurator.