Circuitul din desenul următor este întrerupt (deoarece aerul dintre cele două

1. CURENT ELECTRIC Se utilizează, de asemenea, multiplii și părțile unității ampere: 1 ma = 1 1000 A = 10 3 A = 0,001 A 1 µa = 1 1000000 A = 10 6 A = 0,000001 A 1 ka = 1000 A = 10 3 A. Bec cu ceas cuarț (100 W) frigider prăjitor de pâine radiator electric mașină de spălat demaror auto locomotivă fulger 0, 001 ma 0, 43 A 0, 5 A 1, 8 A 9 A 16 A 100 A 200 A 300.000 A Tabelul 1: Exemple de Amperaje 1.3.3 Amperaj și secțiunea conductorului Cu cât este mai mare secțiunea unui conductor lung de 1 cm (de ex. Sârmă de cupru), cu atât mai mulți electroni conțin. Dacă curentul electric din două fire de cupru cu secțiuni transversale diferite are aceeași valoare, electronii din ele trebuie să se deplaseze la viteze diferite: într-un fir subțire, electronii trebuie să fie mai rapide decât într-un fir gros: secțiunea ambilor conductori crește pe secundă același număr de electroni traversează viteză lentă viteză mai mare Figura 3: secțiune diferită, aceeași intensitate a curentului 1.3.4 Măsurarea intensității curentului Pentru a măsura puterea curentului, se folosește un ampermetru, numit și ampermetru. 4c Y. Reiser

1. CURENT ELECTRIC DC 0.000 ma ma 150 50 500 1 A 5 A OFF AC DC ma A COM Figura 5: Un dispozitiv digital de măsurare a curentului 1.3.5 Comparație cu un circuit de apă Comparați circuitul electric cu mișcarea moleculelor de apă într-un ciclu de apă: Sursa de energie Pompa M Comutator supapă de închidere Motor electric Turbină hidraulică Figura 6: Circuit electric/ciclu de apă În ciclul apei, pompa pune în mișcare moleculele de apă. Acestea se pot deplasa când robinetul este deschis. Când moleculele de apă curg prin turbină, aceasta începe să se miște. Debitul poate fi măsurat în orice punct al circuitului (deoarece are aceeași valoare peste tot). Acesta corespunde numărului de molecule de apă care traversează o secțiune transversală a ciclului pe secundă. În circuitul electric, o sursă de energie pune electronii în mișcare. Ei by- 6c Y. Reiser

1. CURENTUL ELECTRIC va curge circuitul când comutatorul este închis. Când electronii trec prin motorul electric, acesta începe să se rotească. Intensitatea curentului poate fi măsurată în orice punct al circuitului (deoarece are aceeași valoare peste tot). Acesta corespunde sarcinii care traversează o secțiune transversală a conductorului pe secundă. Circuit de apă circuit electric sursă de energie pompă sursă de alimentare comutator pornire/oprire întrerupător robinet consumator turbină motor electric debit număr de molecule/sec. Încărcare/sec. (Amperaj) Tabelul 2: Compararea unui circuit de apă și a unui circuit electric La fel ca în cazul unui circuit electric, apa poate curge în circuitul de apă numai atunci când circuitul este închis. Dacă aveți același debit într-o conductă de apă îngustă, moleculele trebuie să se deplaseze mai repede decât într-o conductă cu o secțiune transversală mai mare. 7c Y. Reiser

2. TENSIUNE ELECTRICE DC 0,000 VV 100 10 OFF 500 1 kv 5 kv AC DC V COM Figura 9: Un dispozitiv digital de măsurare a tensiunii ). 10c Y. Reiser

3. ENERGIE ELECTRICĂ 3 Energie electrică Conform definiției, tensiunea electrică este energia schimbată între o încărcare de 1 C și o sursă de energie sau consumator (vezi pagina 8): Deci se aplică următoarele: U = E el QE el = UQ (1) Curentul electric este definit de (vezi p. 3): = Q t Deci: Q = t (2) Combinând ecuațiile (1) și (2), se obține: E el = U t Unitatea S de tensiune electrică este de volți (1 V = 1 J). Unitatea S a curentului electric este amperi (1 A = 1 C). Unitatea S de timp este a doua (s). s Din aceasta concluzionăm: [E el] = J C C s s = J Unitatea energiei electrice este aceeași cu cea a tuturor celorlalte forme de energie: Joule. Exemplu de calcul: Tensiunea electrică aplicată unui fier este de 230 V. Curentul electric care trece prin circuitul electric al fierului este de 5 A. Dacă fierul este pornit timp de o jumătate de oră, energia electrică consumată este: E el = U t = 230 V 5 A 1800s = 230 JC 5 C s 1800 s = 2.070.000 J = 2.07 MJ. 11c Y. Reiser

4. PUTEREA ELECTRICĂ 4 Puterea electrică 4.1 Definiția puterii electrice Puterea electrică a unei surse de energie/a unui consumator electric este energia electrică care este schimbată pe secundă între încărcăturile electrice și sursa de energie/consumatorul. Simbolul puterii electrice: P el Formula: P el = E el t Unitatea S a puterii electrice este watt (W) 4. Deoarece unitatea S a energiei electrice este joule (J), care corespunde celui de-al doilea (s) ), obținem: 1 W = 1 J s Dacă electronii obțin o energie de 1 J în 1 s de la o sursă de energie, puterea furnizată de sursa de energie este de 1 W. Da (vezi p. 11): obținem: E el = U t P el = U tt = U Dacă știți tensiunea U care este aplicată unei componente electrice, precum și puterea curentului în această componentă, puteți calcula cu ușurință puterea de ieșire/consumul cu această formulă: P el = U 4 în cinstea inginerului scoțian James Watt (1736-1819) 12 c Y. Reiser

4. PUTEREA ELECTRICĂ Exemplu: Tensiunea electrică aplicată unei lămpi incandescente este U = 5 V. Curentul din filament este de 1,3 A. Puterea electrică pe care o consumă lampa incandescentă este deci: P el = U = 5 V 1,3 A = 6,5 W. Notă: Se utilizează, de asemenea, multiplii și părțile unității S ale puterii: 1 kw = 10 3 W = 1000 W 1 MW = 10 6 W = 1.000.000 W. Calculator de buzunar bicicleta lampă congelator fier plită locomotivă electrică celulă solară; 1cm 2 baterie de conducere dinamic centru de putere 0,4 mw 2,4 W 150 W 1 kw 6 kw 3 MW 5 mw 2 W 3 W 300 MW Tabelul 3: Exemple de putere electrică 13 c Y. Reiser

5. REZISTENȚĂ ELECTRICĂ Exemplu: Tehn. Rezistența la desenul 11 este indicată de următoarele inele: Simbolul unui tehn. Rezistență: roșu albastru portocaliu argintiu Deci se aplică următoarele: R = 26 10 3 Ω ± 10% R = 26 kω = 26.000 Ω În diagramele circuitelor electrice, o rezistență tehnică este reprezentată de următorul simbol: R Figura 12: tehn. Rezistența într-o schemă de circuit 17 c Y. Reiser

5. REZISTENȚĂ ELECTRICĂ 5.5 Legea lui Ohm 5.5.1 Experiment Aplicăm diferite tensiuni pe o bucată de fir constantan. Pentru fiecare tensiune U, măsurăm puterea curentului care trece prin fir. Sârmă constantă AUV Figura 13: Legea lui Ohm: Circuitul electric U (V) (A) U (VA) O Observăm (în afară de erorile de măsurare): Tabelul 5: Tabelul de măsurare dacă tensiunea U este dublată, și tensiunea U se dublează triplat, puterea curentului se triplează și. Dacă tensiunea U este înmulțită cu n, puterea curentului este, de asemenea, înmulțită cu n. Concluzie: 18 c Y. Reiser

5. REZISTENȚA ELECTRICĂ Puterea curentului care curge prin firul constant este proporțională cu tensiunea U aplicată firului. Calculul coeficienților valorilor măsurate: Să calculăm coeficientul U pentru fiecare valoare măsurată: Puteți vedea că acest coeficient, în afară de erorile de măsurare, este o constantă. Aceasta confirmă proporționalitatea dintre puterea curentului și tensiunea U. Reprezentarea grafică: Dacă reprezentăm valorile măsurate într-un grafic (U pe axa y, pe axa x): Constatăm că toate punctele (în afară de erorile de măsurare) sunt pe unul Punct zero drept. Să adăugăm o dreaptă aproximativă la dreapta și să calculăm panta acesteia: Coordonatele a două puncte pe dreapta: A (,) B (,) Panta = U B U A B A = 19 c Y. Reiser

6. SERIA ȘI CONEXIUNEA PARALELĂ A REZISTENTELOR STANDURI U 1 U 2 R 1 R 1 R tot. U tot. U tot. Figura 15: Două rezistențe conectate în serie sunt înlocuite de o lege Ohm care se aplică primului rezistor: U 1 = R 1 (1) Legea lui Ohm se aplică în același mod și celui de-al doilea rezistor: U 2 = R 2 (2 ) Legea lui Ohm se aplică rezistenței totale: U tot. = R tot. (3) Deoarece tensiunile la ambele rezistențe se adună, se aplică următoarele: U tot. = U 1 + U 2 () Dacă înlocuiți (1), (2) și (3) în (*): R tot. = R 1 + R 2 după simplificarea cu unul se obține: R tot. = R 1 + R 2 Valoarea totală a celor două rezistențe conectate în serie corespunde cu suma valorilor rezistențelor individuale. 22c Y. Reiser

6. SERIA ȘI CONEXIUNEA PARALELĂ A REZISTENȚELOR 6.2 Conexiune paralelă Să luăm în considerare următorul circuit, în care două rezistențe sunt conectate în paralel cu sursa de alimentare: UA 1 U 1 R 1 1 BU 2 2 R 2 2 Figura 16: Conexiune paralelă a două rezistențe 6.2.1 Amperaj La nodul A, intensitatea curentului este împărțită în intensitatea curentului 1 care traversează partea circuitului care conține R 1 și intensitatea curentului 2 care trece prin R 2. Se aplică următoarele: 6.2.2 Tensiune = 1 + 2 Toate sarcinile care se află pe partea stângă a circuitului au aceeași energie. Același lucru este valabil și pentru acuzațiile din dreapta. Dacă o sarcină de 1 C se mișcă de la stânga la dreapta, diferența de energie (și deci tensiunea) este aceeași, indiferent de ce parte a circuitului s-a deplasat sarcina: 6.2.3 Rezistența U = U 1 = U 2 Acum vrem cele două rezistențe paralele R 1 și R 2 din nou printr-un singur rezistor R tot. înlocuiți fără a schimba curentul din circuit: 23 c Y. Reiser

6. SERIA ȘI CONEXIUNEA PARALELĂ A REZISTENȚELOR U A 1 U R 1 1 B U U R tot. 2 R 2 2 Figura 17: două rezistențe paralele sunt înlocuite cu unul singur Legea lui Ohm este scrisă: pentru prima rezistență: pentru a doua rezistență: pentru rezistența totală: Deoarece curenții se adună: U = R 1 1 1 = UR 1 (1) U = R 2 2 2 = UR 2 (2) U = R tot. = U R tot. (3) = 1 + 2 () Dacă înlocuim (1), (2) și (3) în (*), obținem: U R tot. = U R 1 + U R 2 După simplificarea cu U se obține în cele din urmă: 1 R tot. = 1 R 1 + 1 R 2 Dacă două rezistențe sunt conectate în paralel, valoarea inversă a rezistenței totale este egală cu suma valorilor inverse ale rezistențelor individuale. 24c Y. Reiser