MARIMI SI RELATII FUNDAMENTALE IN ELECTROTEHNICA

MARIMI SI RELATII FUNDAMENTALE IN ELECTROTEHNICA

Starea de incarcare electrica a corpurilor. Sarcina electrica

a)      Starea de incarcare electrica a corpurilor

Starea de incarcare electrica a corpurilor este o stare de electrizare si se poate obtine prin mai multe procedee:

Frecare: vergea de sticla frecata cu postav, sau baston de ebonita frecat cu postav

contact

iradiere

incalzire

Starea de incarcare electrica a corpurilor se manifesta prin efecte, si anume:

forte (ce se exercita asupra asupra altor corpuri din vecinatate)

cupluri

b) Sarcina electrica

Definitie: Sarcina electrica este o marime fizica scalara cu ajutorul careia se caracterizeaza starea de incarcare electrica a corpurilor

Notatie: q, Q

Unitate de masura: coulomb, [C] ; submultipli: mC (10^-3), C (10^-6), nC (10^-9), pC (10^-12)

Sarcini electrice elementare: electronul, sarcina negativa, q_e = -1.602 10^-19C

Sarcina electrica este o marime fizica:

- discreta (ea este multiplu al sarcinii electrice elementare);

- continua (asa este considerata in cadrul teoriei macroscopice);

- independenta de sistemul de referinta;

- pozitiva sau negativa

   

Principiul conservarii sarcinii electrice:

Clasificarea corpurilor din punct de vedere al mentinerii starii de electrizare:

- corpuri izolante: sticla, ebonita, lemnul uscat, polietilena, PVC, aerul uscat. Acestea mentin starea de incarcare electrica, timp indelungat, doar in locul unde a fost produsa;

- corpuri conductoare: metalele. Acestea transmit starea de electrizare, intr-un timp foarte scurt, in intreg corpul;

- corpuri semiconductoare: mentin sau transmit starea de electrizare in timpi intermediari.

Repartitia (distributia) sarcinii electrice pe corpuri poate fi:

- volumetrica: sarcina se gaseste distribuita in intreg volumul corpului (marginit de suprafata inchisa Σ) si este caracteristica materialelor izolante.

Se defineste:

- superficiala (sau de suprafata): sarcina se afla pe suprafata corpului si este caracteristica materialelor conductoare.

Se defineste:

- liniara (sau de linie): sarcina se afla pe corpuri filiforme (fire subtiri, cabluri, linii electrice)

Se defineste:

- punctiforma: caracteristica corpurilor punctiforme sau corpurilor de dimensiuni foarte mici, corpuri la care vectorii de pozitie ai diferitelor puncte din corp coincid in raport cu sistemul de referinta. Se vorbeste, in acest caz, despre corpuri punctiforme, fara dimensiuni, in care se afla o anumita sarcina electrica punctiforma.

Campul electric in vid. Intensitatea campului electric. Liniile de camp electric.

Defnitie:

Studiul campului electric se face cu ajutorul unui corp de proba (un mic corp incarcat cu sarcina electrica q). Se considera ca un astfel de corp este introdus intr-un punct din vid unde exista camp electric. Vom constata experimental ca asupra corpului de proba se va exercita o forta electrostatica (coulombiana):

= q

Din expresia fortei cooulombiene se defineste :

Prin conventie, sarcina electrica a corpului de proba se considera pozitiva, astfel ca si au acelasi sens. Daca sarcina electrica ar fi negativa, ar fi de sens contrar vectorului .

Pentru studiul campului electric in vid se mai defineste:

unde marimea scalara ε₀ este o constanta universala numita permitivitatea vidului:

[F/m] unde F = farad

Linia de cậmp electric este o linie deschisa care are sensul de la sarcina electrica pozitiva spre sarcina electrica negativa (pleaca de pe sarcina electrica pozitiva si ajunge pe sarcina electrica negativa). Imaginea liniilor de cậmp electric dintr-o sectiune prin cậmpul considerat se numeste spectru electric.

Sarcinile diferite se atrag Sarcinile de acelasi fel se resping

Tensiunea electrica. Potentialul. Interpretarea energetica a tensiunii electrice

Se defineste:

Tensiunea electrica este o marime scalara, se masoara in volti [V] si nu depinde de drumul pe care se face integrarea vectorului , ci depinde doar de pozitia celor doua puncte A si B in campul electrostatic.

Tensiunea electrica se masoara cu aparate numite voltmetre ale caror borne se conecteaza intre cele doua puncte A si B.

Mai mult, se poate arata faptul ca tensiunea in camp electrostatic, pe un contur inchis (atunci cand integrarea se face pornind de la un punct M₀, ajungandu-se in acelasi punct), este nula:

Aceasta expresie semnifica potentialul V_Mo al punctului de masa sau al punctului de la infinit (care se considera nul → V_M

Tensiunea se poate exprima cu ajutorul potentialului prin relatia :

U_AB = V_A - V_B

Demonstratie:

= + = - =V_A - V_B

Interpretare energetica:

Lucrul mecanic efectuat pentru a deplasa un corp de proba incarcat cu sarcina electrica q, in cậmp electric, din punctual A pậna in punctual B este:

L_AB = q (V_A - V_B)= q U_AB

U_{AB = =} L_{AB(q=1 C)}

Ca atare, tensiunea dintre doua puncte reprezinta raportul dintre lucrul mecanic efectuat pentru a deplasa un corp de proba intre cele doua puncte si sarcina electrica q a corpului de proba. Din acest punct de vedere, tensiunea reflecta capacitatea de a efectua un lucru mecanic, sau de a produce energie.

1.4. Fluxul electric. Legea fluxului electric

Ψ = = [C]

= D dS cos α

, inductia electrica intr-un punct al suprafetei S,

vectorul arie elementara in acelasi punct al suprafetei, normal (perpendicular) pe suprafata S

Fluxul electric este o masura a patrunderii cậmpului electric prin suprafata S.

Legea fluxului electric ne spune ca:

Tinậnd seama de relatia , expresia legii fluxului electric se mai poate scrie:

relatie ce se cunoaste sub denumirea de teorema lui Gauss.

Ca o concluzie:

Legea fluxului electric este o lege generala a electromagnetismului, valabila atat pentru regimul static cat si pentru regimul variabil al marimilor de stare ale cậmpului. Consecintele acestei legi sunt:

exista sacini electrice

sarcinile electrice sunt surse de cậmp electric

liniile de cậmp incep si se termina pe sarcini electrice

SUBIECTE DE EXAMEN

Starea de incarcare electrica a corpurilor: mod de obtinere, manifestare.

Sarcina electrica: definitie, notatie, unitate de masura, sarcina electrica elementara.

Principiul conservarii sarcinii electrice.

Clasificarea corpurilor din punct de vedere al mentinerii starii de electrizare.

Moduri de repartitie a sarcinii electrice pe corpuri. Relatii de definire a fiecarui tip de densitate a sarcinii electrice.

Campul electric in vid, intensitatea campului electric, inductia electrica, permitivitatea vidului: definitii, relatii, unitati de masura.

Linii de camp electric

Tensiunea electrica, potential electric: definitii, relatii, unitati de masura, interpretare energetica.

Fluxul electric. Legea fluxului electric (teorema lui Gauss): definitii, relatii, unitati de masura.