top of page

​MAGNETISM ȘI ELECTRICITATE

Magneții
 

Magnetul este un material sau un obiect care produce câmp magnetic. Acesta îi conferă proprietăți particulare cum ar fi exercitarea unei forțe de atracție asupra unui material feromagnetic.

 

Grecii au descoperit, în antichitate, aproape de orașul Magnezia din Asia Mică, o piatră care are proprietatea de a atrage bucățile de fier. Această rocă este formată dintr-un minereu numit magnetită.

 

Magneții pot fi de două categorii: magneți naturali (de exemplu orice bucată de magnetită este un magnet natural) și magneți artificiali (obținuți, de exemplu, prin frecarea unor bucăți de fier cu un magnet natural).

 

Polii magnetici sunt extremitățile unui magnet, acestea fiind zonele în care se manifestă cel mai puternic proprietățile magnetice. Magnetul atrage doar corpurile care conțin unul dintre cele trei metale cu proprietăți feromagnetice: fier, nichel și cobalt.

 

Câmpul magnetic
 

Campul magnetic al unui magnet este regiunea din spatiu, din jurul magnetului, in care se manifesta ienteractiuni magnetice.

Observatie:

Pamantul poate fi considerat un magnet imens; spatial din jurul lui in care se constata existenta proprietatilor magneticese numeste camp magnetic terestru.

Polul N magnetic al Pamantului se afla in vecinatatea polului S geografic (in sudul Australuiei, la 72  ̊ latitudine sudica si 155  ̊ longitudine vestica), iar polul S magnetic se afla in vecinatatea polului N geografic (in Alaska, la 70  ̊40ˈ latitudine nordica si 96  ̊5ˈ longitudine vestica).

   

Experimental existenţa sarcinilor electrice a fost dovedită prima dată prin electrizarea prin frecare: în cazul izolatorilor sarcinile rămân acolo unde au fost produse, iar în cazul conductorilor acestea migrează. După un anumit timp, denumit timp de relaxare ambele tipuri de corpuri revin la neutralitate.
Conservarea sarcinilor electrice arata că întotdeauna, numărul de sarcini negative este egal cu cel al sarcinilor positive dacă sistemul este izolat.
Cuantificarea sarcinilor electrice a fost pusă în evidenţă experimental prin următoarele experimente:
a) eletroliza – prin legile observate de Faradaz arată că masa depusă pe unul dintre electrozi este întotdeauna proporţională cu raportul A/n, unde A este masa atomică şi n este numărul întreg
b) deviaţia electronului în câm electric – observat experimental de către Thomson ce permite măsurarea sarcinii specifice a electronului, adică a raportului e/m, unde e este sarcina elecronului şi m masa lui
c) experimentul lui Milikan efectuat pe picături foarte fine de ulei electrizate prin frecarea cu aerul a căror deplasare în câmp electric conduce la concluzia că: sarcina unei picături este multiplu a unei valori elementare, e este egal cu -1,6 * 10-19 C (Coulomb). 
Din punct de vedere macroscopic se utilizează distribuţii continuii de sarcini electrice pentru care definim următoarele mărimi:
a) densitatea volumică de sarcină electrică
Unitatea de măsura este 
Mărimea este una locală, iar valoare totală se obţine prin integreare volumică:
b) densitate superficială de sarcină electrică:
sarcină distribuită pe unitatea de suprafaţă. 
Unitatea de măsura este 
Sarcina totală pe o suprafaţă S se obşine prin integrare:
c) densitatea liniară de sarcină electrică:
unitatea de măsură este 
Sarcina totală se obţine prin intregare
1. Legea lui Coulomb şi limitele de aplicare
Un sistem de sarcini electrice este în echilibru electrostatic dacă distanţa dintre oricare dintre acestea nu se modifică.
În mod convenabil putem alege un sistem de coordonate faţă de care sarcinile sunt în repaus. 
Legea fundamentală a electrostaticii (Legea lui Coulomb) dă forţa de intreacţiune dintre două sarcini electrice punctifore q şi q’ având poziţiile date de vectorii de poziţie şi în raport cu reperul considerat.
Aceasta este invers proporţională cu pătratul distanţei dintre cele două, fiind pe direcţia dreptei ce uneşte cele două sarcini.
Sensul este determinat de semnul sarcinilor electrice.

Magnetism
Se crede ca Thales din Milet a fost primul care a cercetat forta de atractie ciudata al feritului magnetic asupra fierului obisnuit, in 600 i.e.n. Au trecut multe secole pana cand s-a gasit o utilizare practica a fortei magneice, in busolele de navigatie. In 200 e.n. chinezii utilizau deja o forma rudimentara a busolei, dar in Europa a aparut doar in jurul anului 1200.
Descoperirea lui Oersted
Omul de stiinta danez a legat extremitatile unei baterii cu o sarma, vrand sa demonstreze ca sarma se va incalzi cand este parcursa de curent electric. In momentul in care a conectat cele doua borne ale sursei s-a petrecut un fenomen ciudat: acul busolei din apropiere a deviat si nu a mai revenit la pozitia initiala. Oersted si-a dat seama ca curentul din sarma a generat un camp magnetic care a actionat asupra acului busolei. Acest experiment a insemnat descoperirea unuia dintre cele mai importante fenomene din stiinta naturii: electromagnetismul.
Electromagnetism
Curentul din conductor produce un camp magnetic relativ slab, dar cercetatorii au gasit modalitatea de amplificare a acestuia, intr-un timp relativ scurt. Daca se infasoara conductorul sub forma unei bobine si se introduce in interiorul ei un miez de fier, atunci intensitatea campului magnetic creste foarte mult. Aceasta bobina cu miez in interior se numeste electromagne

Motoare si generatoare
Daca o sarma prin care se inchide un circuit electric se afla langa un magnet permanent, atunci sarma se va misca din pozitia ei initiala la aparitia curentului, daca nu este tinuta fixa. Acest lucru se datoreaza electromagnetismului. In 1821, Michael Faraday a realizat o masina simpla in care un fir strabatut de curent se misca in jurul unui magnet permanent. 
Bineinteles, aceasta „masinuta” mica nu era potrivita pentru o utilizare practica, dar prin ea s-a materializat ideea ce sta la baza motoarelor electrice moderne: cu ajutorul curentului electric se poate realiza miscare continua. Motoarele electrice moderne utilizeaza electomagneti in loc de o singura sarma si functioneaza mai eficace si mai controlabil.

 

 
Curentul electric. Circuitul
electric

 

Corpurile care permit trecerea curentului electric sunt corpuri conductoare (conductori), iar cele care nu permit trecerea curentului electric sunt corpuri izolatoare (izolatori).

Circuitul electric este ansamblul format din generator electric, fire conductoare si legatura de receptori (consumatori).

    Observatie: Circuitul strabatut de curentul electric este un circuit inchis, iar cel prin care nu trece curentul electric sete un circuit deschis.

Elemente de circuit:

  • Generatorul electric  (exemple: bateria, dinamul, acumulatorul electric) are rolul de a produce si mentine curentul electric intr-un circuit.

  • Firele conductoare (metalice) fac legatura intre diferitele elemente ale unui circuit.

  • Receptorul (exemple: becul, resoul, fierul de calcat) este un dispozitiv care functioneaza numai atunci cand este strabatut de curent electric.

  • Intrerupatorul este dispozitivul care poate inchide sau deschide un circuit electric.

    Elementele curentului electric sunt fenomenele care apar la trecerea curentului electric printr-un circui electric.

Efectul termic al curentului electric consta in incalzirea conductoarelor strabatute de curent electric.

    Observatie: Conductoarele dintr-un circuit parcurs de curent electric nu se incalzesc in mod egal: cele din tungsten, nichelina, crom-nichel, fer se incalzesc mai mult decat cele din cupru si aluminiu; conductoarele confectionate din acelasi material se incalzesc mai mult daca sunt mai subtiri si mai lungi.

Efectul magnetic al curentului consta in aparitia campului magnetic in jurul conductoarelor parcurse de curent electric.

Observatie: O bobina parcursa de curent electric de comporta ca un magnet bara. Electromagnetul (o bobina cu miez de fer) creeaza un camp mai puternic puternic decat bobina.

Tensiunea electrica (U) intre doua puncte ale unui circuit este o marime fizica a carei unitate de masura  in S.I. este volumul (V) : [U]SI =V.

Instrumentul de masura pentru tensiunea electrica este  voltmetrul. Pentru a masura tensiunea electrica intre doua puncte ale unui circuit se leaga voltmetrul in paralel, intre cele doua puncte. Pentru ca un receptor legat la un ca generator  functioneaze normal trebuie ca tensiunea generatorului sa fie egala cu tensiunea receptorului.

    Intr-un circuit electric  mai multe becuri pot fi legate :

  • In serie (unul dupa altul)

  • In paralel (intre aceleasi doua puncte ale circuitului)

  • Mixt

Observatie: Un fir conductor legat intre bornele unui consumator il scurtcircuiteaza.

Legarea becurilor in paralel este mai utilizata deoarece la legarea lor in serie prin defectarea unui bec se intrerupe circuitul si, cu cat numarul becurilor este mai mare, ele lumineaza mai slab.

    Tensiunea electrica la bornele gruparii in serie a becurilor este egala cu suma tensiunilor la bornele fiecarui bec.

    Tensiunea electrica la bornele gruparii in paralel a becurilor este egala cu tensiunea la bornele fiecarui bec.

    Observatie: Accidentul provocat prin atingerea conductoarelor aflate sub tensiune periculoasa (mai mare de 24 V) se numeste electrocutare. El poate duce la un blocaj al respiratiei si chiar la oprirea inimii, putand provoca moartea.

Intensitatea curentului electric (I) este o marime fizica ce caracterizeaza curentul electric ce strabate un circuit, pe baza efectelor produse de aceasta.

Unitatea de masura pentru intensitatea curentului  electric in S.I. este amperul (A) : [I]SI = A.

Instrumentul de masura pentru intensitatea curentului electric este ampermetrul,  care se leaga in circuit in serie.

    Intr-un circuit in care becurile sunt grupate in parallel, intensitatea curentului prin circuitul principal este egala cu suma intensitatilor curentilor care strabat conductorii legeti in paralel.

Observatie: Prin scurtcircuitarea unui element al unui circuit inchis, intensitatea curentului electric creste. Un curent electric cu intensitatea mare este periculos; incalzirea puternica a elementelor de circuit poate provoca chiar incendii.

Tipuri de magnetism

  

Feromagnetism , (incluzând și ferimagnetismul) este cel mai frecvent întâlnit și cel mai puternic tip de magnetism responsabil pentru ceea ce noi numim fenomen magnetic. Nu toate substanțele sunt feromagnetice doar anumite metale cum ar fi fierul, nickelul, cobaltul și majoritatea aliajelor lor formează magneți permanenți prin magnetizarea lor sau sunt atrași de magneți.
Alte substanțe răspund foarte slab la câmpul magnetic sub acțiunea altor două forme de magnetism și anume paramagnetismul și diamagnetismul, dar forțele sunt atât de slabe încât pot fi doar detectate de instrumente sensibile de laborator.

  • Paramagnetism

  • Diamagnetism

Diamagnetismul, apare în toate materialele în care există tendința materialului de a se opune câmpului magnetic aplicat și deasemeni de a fi respins de un câmp magnetic. În materialele diamagnetice nu există electroni nepereche.

 

Electricitate

 
Electrizarea corpurilor

 

 

 Electrizarea corpurilor este fenomenul (procesul) de trecere a unui corp din stare neutra in stare de electrizare.

Electrizarea corpurilor este de trei feluri:

  • prin frecare;

  • prin contact;

  • prin influenta.

    Fenomenul prin care un corp trece din stare neutra in stare de electrizare, in urma frecarii cu un alt corp se numeste electrizare prin frecare.

In urma frecarii a doua corpuri unul de celalalt, se electrizeaza simultan cu sarcini electrice de semne contrare (opuse): unul pozitiv (+) iar celalatl (-).

    Exemplu: daca se freaca o placuta de celuloid sau de plastic cu o tesatura (postav); cele doua corpuri se elecrizeaza diferit: placuta cu sarcini negative (-), iar tesatura cu sarcini pozitive(+).

    Corpurile elecrizate au proprietatea de a atrage corpuri usoare de hartie.

    Metalele pot fi electrizate prin frecare, dar, atinse cu mana ele trec din starea de electrizare in stare neutra.

In urma elecrizarii prin contact, corpul neutru trece in aceeasi stare de elecrizare, ca a corpului electrizat cu care vine in contact (se electrizeaza cu sarcini elecrice de acelasi fel ca si sarcinile corpului electrizat).

    Exemplu: 1) daca corpul electrizat este negativ, o parte din sarcinile electrice negative trec pe corpul neutru si se electrizeaza tot negativ; 2) dacacorpul electrizat este pozitiv, o parte din sarcinile electrice negative ale corpului neutru trec pe corpul electrizat si se electrizeaza tot negatv (+).

    Un corp electrizat, adus in vecinatatea unui conductor metalic neutru determina electrizarea prin influenta a conductorului cu ambele felurii de sarcini electrice: capatul conductorului in apropierea corpului electrizat se va electriza cu sarcini electrice de semn opus sarcinilor corpului electrizat, deoarece sarcinile electrice de acelasi fel sunt respinse la capatul celalalt.

Descarcarea electrica a unui corp electrizat inseamna readucerea lui in stare neutra prin contacul corpului electrizat cu pamantul sau prin neutralizarea sarcinilor pozitive (+) ale unui corp cu sarcinile electrice negative (-) ale altui corp.

Exemple de electrizari in natura:

    In timp ce dezbracam o haina din fibre sintetice, datorita frecarii, se electrizeaza si apoi se descarca. Descarcarea este pusa in evidenta de mici pocnituri (pe care le auziti) si de usoare intepaturi (pe care le simtiti ). Daca in incapere este intuneric, se observa si mici scantei.

In atmosfera se produc electrizari si descarcari electrice, vara, in timpul furtunilor datorita deplasarilor, cu viteze mari, ale unor mase maride aer, norii se incarca cu sarcini electrice negative. Intre doi nori incarcati cu sarcini electrice diferite apare o descarcare brusca, insotita de un zgomot specific numit tunet si de o lumina orbitoare, numita fulger.

Music

© 2014 by „Pompiliu Marcea” Tîrgu Jiu School. Proudly created with Wix.com

  • w-facebook
  • Twitter Clean
  • w-googleplus
  • w-youtube
bottom of page