Electromagnetismul Se ocupă de studiul fenomenelor legate de: Electricitate (electrostatica și curent electric) 2) Magnetism (câmp magnetic și inducție electromagnetică

E. Electricitate E.1. Sarcini electrice E.2. Legea lui Coulomb (principiul I) E.3. Aplicație: electroscopul E.4. Intensitatea câmpului electric E.5. Liniile de câmp E.6. Tensiunea electrică. Intensitatea câmpului electric E.7. Curentul electric continuu. Intensitatea curentului E.8. Unităti de măsură pentru sarcina și tensiune E.9. Condensatorul electric. Capacitatea. E.10. Legea lui Ohm. E.11. Energia și puterea curentului continuu E.12. Legea lui Ohm pentru un circuit E.13. Legarea rezistențelor în serie E.14. Legarea rezistențelor în paralel E.15. Aplicație: legarea mixtă a rezistențelor

E.1. Sarcini electrice In natură există doua tipuri de sarcini electrice. In atom electronii au sarcini negative în timp ce protonii din nucleu au sarcini pozitive. Forța exercitată între două sarcini electrice este: respingere pentru sarcini de același semn (+ + sau - -) r +Q +q F -F și atracție pentru sarcini de semne diferite (+ -) r +Q -q F -F

E.2. Legea lui Coulomb (principiul I) Forța electrostatică între două sarcini este proportională cu produsul sarcinilor și invers proportională cu pătratul distanței ε : permitivitatea electrică a mediului ε0: permitivitatea electrică a vidului =9 109 Nm2/C2 Vectorul forța este îndreptat pe direcția razei unde am definit vectorul unitar pe directia r

E.3. Aplicație: electroscopul Care este sarcina electrică de pe foițele unui electroscop care au fiecare o masă de m=10mg, o lungime de L=4 cm și formează între ele un unghi de 2α=60o? Greutatea și forța electrostatică acționează în centrul de masă la mijlocul foitei: L/2 Unghiul α=30o Distanța între sarcini este: L/2 α q q Fe r α Din triunghiul format de forțe rezultă: G=mg

Transformăm mărimile în SI: m=10 10-6 kg=10-5 kg g =9.8 m/s2 Obținem în final:

E.4. Intensitatea câmpului electric este un vector definit de raportul dintre forța electrostatică și sarcina asupra căreia actionează Intensitatea câmpului unei sarcini punctuale Q este:

E.5. Liniile de câmp descriu distribuția spațială a câmpului electrostatic fiind tangente la vectorul intensității câmpului electric A : liniile câmpului electric ale unei sarcini punctuale pozitive sunt date de direcția forței între sarcina Q din centru și sarcina q=+1 plasată într-un punct din spațiu B : liniile câmpului electric între plăcile unui condensator plan sunt paralele. Forța asupra unei sarcini electrice este constantă între plăcile unui condensator

E.6. Tensiunea electrică este lucrul mecanic al sarcinii q, care se miscă între doua puncte pe distanța x, Împărțit la valoarea sarcinii unde am considerat ca forța este constantă (ca între plăcile unui condenstator)

al tensiunii electrice Analogul mecanic al tensiunii electrice Tensiunea este analogă energiei potențiale gavitaționale a unei mase m, aflate la înălțimea h, impărțită la masă deci analogul mecanic al intensitatii câmpului electrostatic E este accelerația gravitațională g

E.7. Curentul electric continuu este mișcarea sarcinilor electrice ale electronilor liberi dintr-un material conductor. Sensul convențional este dat de mișcarea sarcinilor pozitive, adică este invers sensului de mișcare al electronilor. Intensitatea curentului electric (a nu se confunda cu intensitatea câmpului!) este raportul dintre sarcina care circulă într-un conductor și timp

Unitatea pentru sarcina electrică E.8. Unități de măura în SI Unitatea pentru sarcina electrică [q] = [I] [t] = A.s (amper.secunda) = C (coulomb) Amperul se va defini mai tarziu Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) Fizician francez

Unitatea pentru tensiunea electrica Unitatea de masura in SI este: [U] = [L] / [q] = J / C = V (joule/coulomb = volt) Reamintim unitatea de masura SI pentru lucrul mecanic: [L] = [F] [l] = N m (newton . metru) =J (joule)

Capacitatea electrică este raportul dintre sarcină și tensiune E.9. Condensatorul electric este un sistem de doua placi separate de un material izolant (dielectric) pe care se acumuleaza sarcini electrice de semn opus creandu-se astfel o diferența de potențial Capacitatea electrică este raportul dintre sarcină și tensiune U Unitatea de măsură a capacității +q -q

Fizician italian care a inventat prima sursă Alessandro Volta (1745-1827) Fizician italian care a inventat prima sursă de tensiune electrică: pila electrochimică. Prin introducerea unor electrozi într-o o soluție acidă sarcinile pozitive se acumulează pe anod și cele negative pe catod. Curentul electric circula prin firul legat între anod și catod .

E.10. Legea lui Ohm Căderea de tensiune pe o rezistență este egală cu produsul dintre intensitate și rezistență R I U Unitatea de măsură în SI pentru rezistență: [R] = [U] / [I] = V / A (volt / amper) = Ω (ohm)

E.11. Energia curentului continuu disipată pe o rezistanță este egală cu lucrul mecanic al sarcinii q care circulă în diferenț de potential U Puterea este energia disipata impartita la timp Reamintim ca energia se masoara in J (joule) si puterea in W=J/s (watt).

E.12. Legea lui Ohm pentru un circuit Considerăm un circuit închis format dintr-o sursă de tensiune E având rezistența interna r și o rezistența R legată la bornele sale. Energia furnizată de sursa: qE se disipă pe cele doua rezistențe: q(UR+Ur). Dacă impărțim la sarcina q obținem din legea conservării energiei legea lui Ohm generalizată: R r E I - + Convenție: sensul curentului este de la borna pozitivă la cea negativă prin exteriorul sursei.

Georg Simon Ohm (1789-1854) Fizician german

E.13. Legarea rezistențelor în serie Tensiunea totală este egală cu suma tensiunilor pe fiecare rezistentă Intensitatea este aceeași

E.14. Legarea rezistențelor în paralel Intensitatea totală este egală cu suma intensitatilor prin fiecare rezistența Tensiunea este comuna

E.15. Aplicație: legarea mixtă a rezistențelor Să se găsească rezistența echivalentă a sistemului format dintr-o rezistență R1=2kΩ legată în serie cu două rezistențe legate în paralel cu valorile R2=15Ω si R3=60Ω. R1 R3 1) Calculăm mai întâi rezistența echivalentă R23 a celor doua rezistențe legate în paralel 2) Transformăm R1=2kΩ=2000Ω și apoi calculăm rezistența sistemului legat în serie format din R1 și R23