luni, 10 iunie 2013

Trasnetul si fulgerul

Trasnetul, fulgerul si tunetul care insotesc furtunile si care au ingrozit pe oameni multe secole isi gasesc explicatia stiintifica in existenta electricitatii in atmosfera.
Trsnetul este o descarcare electrica in scanteie care se produce in atmosfera terestra, fie intre doi nori, fie intre un nor si pamant.Norii de furtuna se incarca in partea lor inferioara, in special, cu sarcina negativa, iar aceasta incarca prin influenta suprafata pamantului cu sarcina pozitiva.Cand norul se deplaseaza, zona de sarcina pozitiva de pe pamant il urmareste ca o umbra.Norul si pamantul pot fi considerati drept armaturile unui condensator intre care tensiunea electrica atinge valori de ordinul zecilor si chiar al sutelor de milioane de volti.Daca tensiunea dintre doi nori sau dintre nori si pamant devine suficient de mare apare o descarcare electrica foarete puternica numita trasnet.Exista multe forme (tipuri) de trasnete: trasnetul liniar, superficial, globular, perlat, etc…
Fenomenul luminos care insoteste trasnetul se numeste fulger, iar fenomenul acustic poarta denumirea de tunet.
Lungimile pe care le pot atinge scanteile trasnetului sunt cuprinse intre cateva sute de metrii si cativa km.Diametrul scanteilor este de cativa centimetri (pana la 20 de cm).
In majoritatea cazurilor, scanteia trasnetului, la inceput foarte mica si anemica incepe in dreptul norilor si se alungeste in directia pamantului, aceasta fiind o descarcare preliminara care creaza in aer ceva in genul unui canal bun conducator de electricitate si care se deplaseaza spre pamant circa 50 de m cu o viteza egala cu 50000 kms.Dupa un timp foarte scurt (zeci de milionimi de secunda) de la disparitia primei descarcari apare o alta descarcare preliminara care se apropie si mai mult de pamant si care se intrerupe din nou.Uneori au loc zeci de descarcari preliminare.Dupa ce descarcarea preliminara ajunge la pamant sau la un obiect aflat in legatura electrica cu pamantul, apare o luminozitate foarte puternica a canalului parcurs de scanteie, mai intai in dreptul pamantului apoi din ce in ce mai sus spre nori.Acum a aparut descarcarea principala a trasnetului, care se deplaseaza de la pamant spre nor.Deci au dreptate atat cei care sustin ca trasnetul il loveste pe om de sus, cat si cei care afirma ca il loveste de jos, din pamant.
Trasnetul, fulgerul si tunetul care insotesc furtunile si care au ingrozit pe oameni multe secole isi gasesc explicatia stiintifica in existenta electricitatii in atmosfera.
Trsnetul este o descarcare electrica in scanteie care se produce in atmosfera terestra, fie intre doi nori, fie intre un nor si pamant.Norii de furtuna se incarca in partea lor inferioara, in special, cu sarcina negativa, iar aceasta incarca prin influenta suprafata pamantului cu sarcina pozitiva.Cand norul se deplaseaza, zona de sarcina pozitiva de pe pamant il urmareste ca o umbra.Norul si pamantul pot fi considerati drept armaturile unui condensator intre care tensiunea electrica atinge valori de ordinul zecilor si chiar al sutelor de milioane de volti.Daca tensiunea dintre doi nori sau dintre nori si pamant devine suficient de mare apare o descarcare electrica foarete puternica numita trasnet.Exista multe forme (tipuri) de trasnete: trasnetul liniar, superficial, globular, perlat, etc…
Fenomenul luminos care insoteste trasnetul se numeste fulger, iar fenomenul acustic poarta denumirea de tunet.
Lungimile pe care le pot atinge scanteile trasnetului sunt cuprinse intre cateva sute de metrii si cativa km.Diametrul scanteilor este de cativa centimetri (pana la 20 de cm).
In majoritatea cazurilor, scanteia trasnetului, la inceput foarte mica si anemica incepe in dreptul norilor si se alungeste in directia pamantului, aceasta fiind o descarcare preliminara care creaza in aer ceva in genul unui canal bun conducator de electricitate si care se deplaseaza spre pamant circa 50 de m cu o viteza egala cu 50000 kms.Dupa un timp foarte scurt (zeci de milionimi de secunda) de la disparitia primei descarcari apare o alta descarcare preliminara care se apropie si mai mult de pamant si care se intrerupe din nou.Uneori au loc zeci de descarcari preliminare.Dupa ce descarcarea preliminara ajunge la pamant sau la un obiect aflat in legatura electrica cu pamantul, apare o luminozitate foarte puternica a canalului parcurs de scanteie, mai intai in dreptul pamantului apoi din ce in ce mai sus spre nori.Acum a aparut descarcarea principala a trasnetului, care se deplaseaza de la pamant spre nor.Deci au dreptate atat cei care sustin ca trasnetul il loveste pe om de sus, cat si cei care afirma ca il loveste de jos, din pamant.


Trăsnetul este o descărcare electrică luminoasă, care se produce în atmosferă, de obicei, dar nu totdeauna, în timpul furtunilor. Datorită acumulării în nor a unei cantităţi importante de sarcini electrice, intensitatea câmpului electric în vecinătatea corpurilor proeminente creşte şi se formează canale de aer ionizat de-a lungul cărora se produce descărcarea.
Există mai multe tipuri de trăsnete, cele care se produc în interiorul aceluiaşi nor, care se produc dinspre nor înspre pământ, care se produc dinspre pământ înspre nor, trăsnete ce au loc în straturile înalte ale atmosferei şi trăsnete sub formă sferică, numite şi fulgere globulare.
Datorită duratei foarte scurte a unui trăsnet, doar câteva microsecunde, intensitatea curentului electric poate atinge sute de mii de amperi iar temperatura în interiorul acestuia poate depăşi 28.000 grade Celsius. Protecţia împotriva consecinţelor dăunătoare ale trăsnetului se realizează cu ajutorul paratrăsnetului, un dispozitiv inventat la jumătatea secolului al 18-lea de către Benjamin Franklin.
În sistemul solar au fost observate trăsnete şi pe alte planete. Cele de pe Venus şi de pe Jupiter sunt cele mai adesea observabile, acestea din urmă, fiind considerate a fi de până la 100 de ori mai puternice, dar de 80 ori mai rare decât cele de pe Pământ.
Fulgerul este un arc luminos rezultat în urma unui proces de descărcare electrică cauzat de o diferenţă de potenţial electrostatic. Acest fenomen meteorologic are loc în natură între nori încărcaţi cu sarcini electrice diferite. Descarcărea între nor şi pământ se numeşte trăsnet. Producerea unui fulger este urmată, la scurt timp, de apariţia tunetului, ce reprezintă sunetul produs de descărcare. Decalajul dintre observarea fulgerului şi receptarea sunetului se datorează diferenţei dintre vitezele de propagare ale celor două unde, luminoasă şi acustică.
Mitologie
In biblie fulgerele şi tunetele sunt o solie, folosite pentru exprimarea mâniei lui Dumnezeu (2.Moise 9,24; 2.Samuel 22,15; Hiob 37; Psalm 18), şi pedeapsa Domnului (Sach 9,14) de exemplu izgonirea din rai a lui satan (Lukas 10,18), sau învierea în prezenţa îngerului (Hes 1,14; Daniel 10,6; Matthäus 28,3).
Etruscii considerau fulgerele ca oracol care le prezicea viitorul. Aşa numitele libri fungurales descriu indicaţiile (informaţiile) transmise prin fulgere. Deja între anii 800–600 î.e.n. au fost fulgerele observate şi categorizate. Vechii germani considerau fulgerele ca semn al zeului Thor care aruncă ciocanul său spre pământ. Slavii aveau zeul Perun ca zeu al furtunii. La fel Zeus şi Jupiter sunt reprezentaţi însoţiţi de fulgere în perioada Renaşterii Zeii furtunii sunt Zeus, Jupiter şi Donar iar saxonii înainte de creştinism considerau stejarul ca arbore sfânt sau zeu al furtunii.
Cercetări
Benjamin Franklin demonstrează ipoteza că fulgerul este rezultatul tensiunii dintre nori şi pământ, cu ajutorul unui zmeu de hârtie cu care a declanşat fulgerul în prezenţa norilor de furtună, în anul 1752. Aceasta a fost un punct deosebit de important în cercetarea fulgerelor.
Incă şi azi sunt controverse cu privire la efectul fulgerului, ca şi a modului în care ia naştere, azi se folosec în locul zmeelor rachete, sau baloane metereologice de cercetare. Părerea cercetătorilor că fulgerul produs şi în laborator este rezultatul unei simple descărcări electrice s-a schimbat la sfârşitul anilor 1990, apărând unele aspecte care nu au putut fi clarificate.
Formare
Incărcătura electrică a unui nor de furtuna
Prin curenţii de aer existenţi în nor precum şi prin repartizarea inegală de gheaţă şi apă se formează prin frecarea straturile norului, spaţii cu încărcătură (ionică) electrosatică negativă şi pozitivă. Stratul superior al norului este în mod normal încărcat pozitiv iar stratul inferior negativ. Zona de trecere dintre sarcinile pozitive şi negative au loc la înălţime mare şi temperaturi între −10°C şi −15°C aici picăturile de apă din nor se transformă în cristale de gheaţă, aceşti nori de furtună fiind numiţi Cumulonimbus (nimbus cumulus) nori în care cu o probabiltate mare vor lua naştere fulgere.
Tensiunile dintr-un nor de furtună
Fulgerul fiind o descărcare electrică produce un echilibru electric între straturile norului de furtună, ca să i-a naştere un trasnet între un nor şi pământ trebuie să existe în prealabil tensiuni de câteva zeci de milioane de volţi, iar fenomenul care este o scânteie de descărcare electrică are o tensiune de ca. 3 milioane de volţi/metru numită puterea de străpungere a fulgerului această penetraţie a aerului creşte în cazul aerului umed, de aceea azi există premiza că în prealabil aerul este ionizat de radiaţiile cosmice transformând moleculele de aer din atmosferă într-o lavină electronică rezultând o reacţie în lanţ, care creează un canal de aer ionizat pentru fulger acest fenomen fiind presupus de cercetătorii Charles Thomson, Charles Thomson 1925. Cauza formei în zig zag a fulgerului este produsă prin descărcarea electrică numai prin zonele cu aer ionizat.
Lungimea şi durata fulgerului
Incindenţa pe zone geografice a fulgerelor
* Fulgerul are, în medie, 4 sau 5 descărcări principale, sau propriu zise, care necesită o descărcare prealabilă, ce durează 0,01 s ,iar cea pricipală numai 0,0004 s, după o pauză scurtă (0,03 s - 0,05 s) urmează descărcări noi. Au fost obsevate astfel de descări atingând un număr de 42 cu o intensitate medie de 20.000 Amperi.
* Un fulger/trăsnet în medie atinge lungimea de 1 - 2 km, iar în zonele tropicale, unde umiditatea aerului e mai ridicată, atinge 2 - 3 km lungime. În nori s-au observat fulgere cu o lungime 5 - 7 km iar cu ajutorul radarului pentru fulgere, unele ce ating 140 km lungime.
Formarea tunetului
In jurul tunelului sau canalului fulgerului aerul înconjurător atinge temperaturi de 30.000 °C care este de 5 ori mai mare ca temperatura de suprafaţă a soarelui. Această supraîncălzire bruscă a aerului duce la o dilatare masivă asemenea unei explozii cu un zgomot puternic numit tunet. Datorită diferenţei dintre vitezele de propagare a luminii (ca. 300.000 km/s) şi a sunetului 332 m/s (la 0 °C) va apare un decalaj de timp între recepţionarea vizuală şi cea auditivă a fulgerului. Acest decalaj creşte cu cât fulgerul este mai departe de observator.
* Formele de fulger acestea pot fi de formă liniară cu ramificaţii şi de formă sferică (globulară).

Câmp magnetic

Câmpul magnetic este o mărime fizică vectorială ce caracterizează spațiul din vecinătatea unui magnet, electromagnet sau a unei sarcini electrice în mișcare. Acest câmp vectorial se manifestă prin forțele care acționează asupra unei sarcini electrice în mișcare (forță Lorentz), asupra diverselor materiale (paramagnetice, diamagnetice sau feromagnetice după caz). Poate fi măsurat cu magnetometrul. Mărimea care măsoară interacțiunea dintre câmp magnetic și un material se numește susceptibilitate magnetică.
Câmpul magnetic și câmpul electric sunt cele două componente ale câmpului electromagnetic. Prin variația lor, cele două câmpuri se influențează reciproc și astfel undele electrice și magnetice se pot propaga liber în spațiu sub formă de unde electromagnetice


Istoric

Încă din secolul al VI-lea î.Hr., filozofii greci descriau și încercau să explice proprietătile mineralelor ce conțineau magnetit, tip de mineral găsit în regiunea Magnezia (Thesalia), de unde și numele mineralului.
Acul magnetic care „arăta sudul” este menționat pentru prima dată în secolul al XI-lea î.Hr. ca fiind folosit în China, însă de-abia din secolul al XII-lea d.Hr. se utilizează în mod curent busola în navigatie.
Unul dintre primii învățați europeni care au studiat magnetismul a fost Pierre de Marincourt (Petrus Peregrinus), savant medieval ce l-a avut ca discipol pe Roger Bacon și care a scris, în 1269, un tratat remarcabil asupra magnetilor: Epistola Petri Peregrini de Marincourt ad Sygerum de Foucaucourt, militem, de magnete. Studiile sale au anticipat folosirea busolei.
Introducerea conceptului camp magnetic i se datorează lui Faraday.

Condensator electric

Un condensator este un dispozitiv electric pasiv ce înmagazinează energie sub forma unui câmp electric între două armături încărcate cu o sarcină electrică egală, dar de semn opus. Acesta mai este cunoscut si sub denumirea de capacitor. Unitatea de măsură, în sistemul internațional, pentru capacitatea electrică este faradul (notat F).

Tipuri

Condensatoarele pot fi de mai multe feluri (electrolitice, cu tantal, ceramice, cu poliester etc.), ele fiind realizate atât în tehnologie SMD cat și tehnologie THD.
Condensatorul poate fi folosit ca filtru trece sus.

Parametri tehnici ai condensatoarelor

-Gama temperaturilor nominale: intervalul temperaturilor ambiente în care funcționează condensatorul.
-Temperatura maximă: temperatura punctului celui mai cald al suprafaței exterioare a condensatorului.
-Temperatura minimă: temperatura punctului celui mai rece al suprafaței exterioare a condensatorului.
-Capacitatea nominală: valoarea capacității electrice marcată pe condensator.
-Toleranțe ale capacității nominale, (%): deviațiile maxime admisibile ale valorii reale a capacității de la valoarea nominală.
-Tensiunea nominală, : tensiunea continuă maximă sau tensiunea alternativă eficace ce poate fi aplicată permanent pe terminalele condensatorului (la borne).
-Tensiunea de categorie, : tensiunea ce poate fi aplicată pe un condensator care funcționează la temperatura maximă a categoriei.
-Tangenta unghiului de pierderi, : raportul dintre puterea activă și puterea reactivă a condensatorului pentru o tensiune sinusoidală de o anumită frecvență.
-Rezistența de izolație, : raportul dintre tensiunea continuă aplicată la terminalele condensatorului și curentul ce-l străbate, măsurat după un timp antestabilit, de regulă 1...5 minute.
-Rigiditate dielectrică: tensiunea maximă continuă pe care trebuie să o suporte condensatorul minimum 1 minut fără să apară străpungeri sau conturnări.
-Coeficient de temperatură: variația relativă a capacității pentru o variație de temperatură de 1 grad centigrad.
-Curent de fugă, curentul de conducție ce trece prin condensator atunci când i se aplică o tensiune continuă pe terminale.
-Impedanța, valoarea exprimată în a sumei tuturor componentelor electrice (rezistență ohmică, reactanță capacitivă și inductivă) din schema echivalentă a unui condensator real.
-Curent ondulatoriu ,valoarea eficace a curentului alternativ maxim admis la frecvența de 50...60 Hz sau 100...120Hz la care condensatorul electrolitic poate fi supus permanent sub tensiune nominală.

Dispersia undelor electromagnetice

Sub termenul de dispersie a undelor electromagnetice se înțelege în fizică o proprietate a acestora care depinde de lungimea de undă notată cu λ (litera greacă lambda). Se manifestă prin devierea direcției de propagare (frângere, refracție) la suprafața care desparte 2 medii diferite de propagare.

Indicele de refracție „n” depinde de lungimea de undă λ, fenomen care este exploatat mai ales în optică. La substanțele transparente această dispersie este în general „normală”, ca de exemplu la sticlă, unde refracția luminii roșii este mai slabă decât de exemplu cea a luminii albastre (care are o lungime de undă mai mică). Acest efect este explicat prin fenomenul de absorbție a luminii. Dacă însă indicele de refracție crește prin creșterea lungimii de undă, atunci este vorba de o „deviere pozitivă”, numită și o „deviere anormală”.

Inductanta

O inductanță ideală este un dipol care poate înmagazina energia prin intermediul unui câmp magnetic. Ea este realizată dintr-un anumit număr de spire de material bun conductor electric, care, cel mai adesea, înconjoară un circuit din material feromagnetic (bun conductor al câmpului magnetic), a cărui funcție este de a concentra liniile de câmp magnetic induse de curentul ce parcurge bobina.
O inductanță este caracterizată de inductivitatea proprie L, care depinde de numărul de spire N și de reluctanța magnetică a circuitului magnetic.
Unitatea de măsură a inductivității proprii L a unei inductivități este Henry ( ) și, ținând cont de expresia anterioară, este intrinsec, pozitivă.
În cazul în care elementul este în repaus, tensiunea la bornele unei inductanțe este direct proporțională cu derivata în raport cu timpul a curentului ce o parcurge.
O primă observație ce se poate face, cu referire la expresia de mai sus, este că, în cazul în care curentul este constant în timp, tensiunea la bornele unei inductanțe este nulă. Aceasta corespunde situației atingerii regimului permanent într-un circuit alimentat în curent continuu (DC); în această situație, o inductanță este echivalentă cu un conductor perfect (scurt-circuit), deoarece .
Spre deosebire de expresia puterii la bornele unui rezistor, semnul puterii la bornele unei inductanțe, depinde de semnele curentului ce o parcurge și al derivatei acestuia în raport cu timpul; aceasta înseamnă că o inductanță poate absorbi sau furniza energie.
Considerând sensurile de referință ale tensiunii și curentului corespunzătoare convenției pentru receptor, se observă:

• dacă curentul și derivata lui au același semn, inductanța absoarbe energie, crescând energia înmagazinată;

• dacă curentul și derivata lui au semne diferite, inductanța furnizează energie, restituind energia înmagazinată.

Bobina

Bobină este în electrotehnică un dispozitiv electric pasiv, care are două terminale (capete) și este folosit în circuitele electrice pentru a înmagazina energie în câmp magnetic sau pentru detecția câmpurilor magnetice. Parametrul specific al unei bobine este inductanța sa.


Constructia unei bobine

Bobina se realizează prin înfășurarea unui conductor (în general cupru) pe un miez. Acest miez poate fi feromagnetic, în acest caz bobina având inductanță mare, sau poate fi neferomagnetic, sau chiar să lipsească (miezul fiind aer), în acest caz bobina având inductanță scăzută. În curent alternativ o bobină prezintă o reactanță inductivă, dependentă de frecvența curentului alternativ.

Caracterizare cantitativă

Proprietatea caracteristică bobinei este inductanța (măsurată în henry, H) care este o mărime fizică egală cu raportul dintre fluxul magnetic stabilit printr-un circuit de curentul care trece prin el și intensitatea curentului respectiv. O variație a curentului produce o variație a fluxului magnetic care la rândul său produce forță electromotoare ce încearcă să se opună variației curentului.

Energia stocată

Bobina este un acumulator de energie magnetică. Energia (măsurată în jouli) înmagazinată de o bobină este dată de formula:

       E=1/2LII

Transformator

Un transformator este o mașină electrică care transferă energie electrică dintr-un circuit (primarul transformatorului) în altul (secundarul transformatorului), funcționând pe baza legii inducției electromagnetice. Un curent electric alternativ care străbate înfășurarea primară produce un câmp magnetic variabil în miezul magnetic al transformatorului, acesta la rândul lui producând o tensiune electrică alternativă în înfășurarea secundară.

Functia transformatorului

În circuitele și rețelele electrice, transformatorul realizează transfer de energie (electrică) dintr-un circuit (rețea) de anumiți parametri - tensiune U, curent I, rezistență R - , în energie electrică cu alți parametri (valori) de circuit, în condițiile unei separări (izolări) galvanice între cele două circuite (rețele) electrice. Practic se acceptă, că energia electrică obținută la ieșire, în circuitul (circuitele, dacă sunt mai multe) secundar este aproximativ egală cu cea de la intrare, din circuitul primar. Totuși în calcule de proiectare pierderile de energie (din transformator) sunt luate în considerație.

Pierderi în transformator

-Pierderi în circuitul magnetic – nu tot fluxul magnetic trece prin miezul magnetic al transformatorului. În plus, circuitul magnetic nu se comportă perfect liniar, ci are histerezis.
-Pierderi în înfășurări – prin efect Joule.
-Curenții turbionari – induși în miezul magnetic, care este un material conductor.
-Magnetostricție.

Aplicatii

Principala utilizare este la transportul energiei electrice pe distanțe mari, prin implementarea liniilor de înaltă tensiune (zeci sau sute de kilovolți). Aceasta este necesar din rațiuni economice. La capătul de aplicare (intrare) a energiei se folosesc transformatoare ridicătoare de tensiune, iar la destinație energia se transmite linilor de joasă tensiune prin intermediul unor transformatoare coborâtoare de tensiune electrică. Prin folosirea unor tensiuni înalte și foarte înalte se scade curentul prin linie la valori care reduc pierderile prin efect Joule la un nivel rezonabil, astfel nefiind necesară utilizarea unor conductoare cu secțiuni sensibil mai mari, care ar ridica costul construcției și conservării linilor electrice de transport de energie

Electromagnetismul

Electromagnetismul este acea ramură a fizicii care studiază sarcinile magnetice și electrice, câmpurile create de acestea (electric și magnetic), legile care descriu interacțiunile dintre acestea.

Ramurile principale ale electronagnetismului sunt:

-Electrostatica, care se ocupă cu studiul sarcinilor electrice aflate în repaus și al câmpurilor generate de acestea.
-Electrodinamica, care se ocupă cu studiul sarcinilor aflate în mișcare, precum și al câmpurilor generate de acestea.
-Magnetismul, care se ocupă cu studiul câmpului magnetic.

      Istoric

Deși grecii antici cunoșteau proprietățile electrostatice ale chihlimbarului, iar chinezii puteau face magneți bruți din pietre magnetice (cca 2700 î.Hr.), până la sfârșitul secolului al XVIII-lea nu s-au realizat experimente asupra fenomenelor electrice și magnetice documentate. În 1785 fizicianul francez Charles-Augustin de Coulomb a fost primul care a confirmat pe cale experimentală faptul că sarcinile electrice se atrag sau se resping pe baza unei legi similare cu cea a gravitației. Matematicienii Simeon Denis Poisson și Carl Friedrich Gauss au dezvoltat o teorie cu privire la distribuirea arbitrară a sarcinilor electrice.

O particulă încărcată cu o sarcină pozitivă atrage o particulă încărcată negativ, tinzând să accelereze spre aceasta. Daca aceasta întâmpină rezistență din partea mediului prin care trece, viteza sa se micșorează iar mediul suferă o încălzire. Posibilitatea de a menține un flux electric ce ar continua să conducă particulele încărcate cu sarcini a fost observată de fizicianul italian Alessandro Volta în 1800. Clasica teorie a unui circuit simplu presupune ca cele două borne ale unei baterii să fie încărcate cu sarcini diferite, ca o consecință a proprietăților interne ale acesteia. Când cele două borne sunt conectate printr-un conductor, particulele încărcate negativ vor fi "împinse" spre borna pozitivă iar acest proces va încălzi firul, acesta opunând rezistență mișcării. Când particulele ajung la borna pozitivă, bateria le va forța în interior spre borna negativă, învingând forțele de rezistență formulate în legea lui Coulomb. Fizicianul german Georg Simon Ohm a descoperit existența unei constante a conductorului, ca proporție între intensitatea și rezistența acestuia. Legea lui Ohm nu este universal valabilă în fizică, ci mai degrabă descrie caracteristicile unel clase limitate de materiale solide.

Primele concepte asupra magnetismlui bazate pe existența a doi poli magnetici au apărut în secolul XVII și în mare parte datorită experimentelor lui Coulomb.

Prima legatură între magnetism și electricitate a fost făcuta prin intermediul experimentelor fizicianului danez Hans Christian Oersted, care în 1819 a descoperit că un ac magnetic poate fi deviat cu ajutorul unui conductor sub tensiune electrică. La o săptâmană de la aflarea acestei descoperiri, cercetatorul francez Andre Marie Ampere va demonstra că doi conductori purtători de curent electric se vor comporta ca și cei doi poli ai unui magnet.

În 1831 fizicianul și chimistul englez Michael Faraday a descoperit că un curent electric poate fi indus într-un fir și fără conectarea acestuia la o baterie, fie prin mișcarea unui magnet, fie prin plasarea altui conductor cu un curent variabil în vecinătatea conductorului în care se dorește generat curentul. Legătura dintre electricitate și magnetism poate fi cel mai bine redată în termeni asociați câmpului magnetic sau forței ce va acționa într-un anume punct asupra unei sarcini electrice.

Sarcinile electrice staționare produc câmpuri elctrice; curenții – sarcini electrice mobile – produc câmpuri magnetice. Aceste descoperiri au fost redate într-o formă precisă de către fizicianul englez James Clerk Maxwell care în descompunerea ecuațiilor diferentiale care îi poartă numele a găsit relația dintre locul și perioada schimbării câmpurilor electrice și magnetice într-un anumit punct și respectiv sarcina și densitatea curentului în acel punct. În principiu, aceste ecuații permit determinarea intensității câmpului oriunde și în orice moment printr-o cunoaștere a sarcinilor electrice și a curenților.

Un rezultat neașteptat obținut prin descoperirea acestor ecuații a fost intuirea unui nou tip de câmp magnetic, care se propagă cu viteza luminii sub forma undelor electromagnetice. În 1887 fizicianul german Heinrich Rudolf Hertz a reușit să genereze asemenea unde, punând astfel bazele transmisiilor de radio, radar, televiziune și altor forme de telecomunicații.

Proprietățile câmpurilor magnetice și electrice ale acestor unde sunt similare cu cele ale unei sfori lungi, întinse, al carei capăt este mișcat foarte repede în sus și în jos.

În orice punct ales, sfoara va fi observată ca oscilând cu aceeași frecvență și respectiv cu aceeași perioadă ca și sursa. Punctele alese de-a lungul sforii la diferite distanțe de sursă vor ajunge în punctul maxim pe axa verticală într-un sistem cartezian la momente diferite în timp.

Viteza cu care se propagă mișcarea verticală de-a lungul sforii din analogia precedentă se numește viteza undei electromagnetice în cazul acesteia, ea fiind o funcție de spațiu, masă și tensiune electrică. Un instantaneu asupra sforii (dupa ce a fost în mișcare) va arăta puncte având aceeași dispunere și mișcare, separate de o distanță numită lungimea de unda. Aceasta este egală cu viteza undei raportată la frecvență.

Legea lui OHM

Legea lui Ohm sau legea conducției electrice, stabilește legăturile între intensitatea curentului electric (I) dintr-un circuit electric, tensiunea electrică (U) aplicată și rezistența electrică (R) din circuit.

Legea lui Ohm se poate aplica și unei porțiuni de circuit.

Formulare

Legea lui Ohm se aplică pentru conductori electrici la capetele cărora se aplică tensiuni electrice. Legea lui Ohm spune că într-un circuit intensitatea (I) curentului electric este direct proporțională cu tensiunea (U) aplicată și invers proporțională cu rezistența (R) din circuit. Formula matematică a legii lui Ohm este:


                       I=U/R


unde:

-I este intensitatea curentului, măsurată în amperi (A);
-U este tensiunea aplicată, măsurată în volți (V);
-R este rezistența circuitului, măsurată în ohmi (Ω).

Cu alte cuvinte, în cazul unui rezistor a cărui rezistență este constantă, dacă tensiunea crește, intensitatea curentului va crește proportional cu tensiunea și invers. Un astfel de rezistor care respectă fidel legea lui Ohm se numește rezistor ohmic.


                     R=U/I

Curentul Electric

Curentul electric reprezintă deplasarea dirijată a sarcinilor electrice. Există două mărimi fizice care caracterizează un curent electric:
-intensitatea curentului electric, numită adesea simplu tot curent electric, care caracterizează global curentul, referindu-se la cantitatea de sarcină electrică ce străbate secțiunea considerată în unitatea de timp. Se măsoară în amperi.
-densitatea de curent este o mărime vectorială asociată fiecărui punct, intensitatea curentului regăsindu-se ca integrală pe întreaga secțiune a conductorului din densitatea de curent. Se măsoară în amperi pe metru pătrat

Circuit electric

Sarcinile electrice în mișcare pot fi purtate între două puncte date, de electroni, ioni sau o combinație de ioni și electroni. Producerea curentului electric este determinată de existența unei tensiuni electrice între cele două puncte (între care se deplasează sarcinile) ale unui circuit electric. Tensiunea în cauză poate fi dată de o sursă de tensiune electrică existentă în circuitul electric considerat.


Intensitate de curent electric

Dacă se notează sarcina electrică prin Q, timpul cu t și intensitatea curentului electric cu I, aceste mărimi sunt legate prin relația:


           I-dQ/dt

Curent continuu, curent alternativ


Dacă mișcarea sarcinilor electrice se face numai într-un singur sens, este vorba de un curent continuu (generat de exemplu de bateria galvanică sau de dinam). Dacă sensul de deplasare alternează în timp, curentul se numește alternativ (alternatorul este un dispozitiv care generează un asemenea curent). Curentul alternativ folosit în industrie este de obicei (cvasi) sinusoidal, adică intensitatea lui variază ca o funcție sinusoidală (în timp).

În cazul redresării curentului alternativ se obține un curent continuu de intensitate variabilă, numit și pulsatoriu (sau ondulat). Redresarea se poate face cu ajutorul tuburilor electronice (diode sau duble diode) sau semiconductoarelor (diode, punți redresoare).

Transformarea inversă, pentru a obține curent alternativ din curent continuu, se face cu ajutorul unor dispozitive electronice (invertoare) și este utilă, de exemplu, la alimentarea de la elemente galvanice sau acumulatoare a unor consumatori ce au nevoie de curent alternativ (lămpi electrice pentru avarii, alimentarea unor aparate electrice de curent alternativ care funcționează cu curent de la acumulatorul de automobil). De asemenea din curent alternativ se poate obține curent continuu și cu ajutorul grupurilor comutatrice (un motor electric de curent alternativ rotește un dinam, pentru a produce curent continuu care să alimenteze de exemplu un aparat de sudură electrică).



Efecte

Curentul electric poate produce fenomene fizice diferite:
-căldură, fenomen cunoscut sub numele de efect termic sau efect Joule:
-apariția unei forțe asupra conductoarelor străbătute de el aflate în câmp magnetic, cunoscute sub denumirea de forțe electromagnetice sau forțe electrodinamice:
-apariția unui câmp magnetic (rotativ) în jurul conductoarelor pe care le străbate.
-transportul de substanțe (electroliza) atunci când purtătorii de sarcini electrice care determină curentul electric continuu sunt ionii dintr-o soluție sau topitură de electrolit.

Curentul alternativ

Curentul alternativ este un curent electric a cărui direcție se schimbă periodic, spre deosebire de curentul continuu, al cărui sens este unidirecțional. Forma de undă uzuală a curentului alternativ este sinusoidală. A fost descoperit de către Nikola Tesla în 1892.

Curentul alternativ apare ca urmare a generării unei tensiuni electrice alternative în cadrul unui circuit electric prin inducție electromagnetică. Forma alternativă (sinusoidală) a tensiunii/curentului este modul uzual de producere, transport și distribuție a energiei electrice.

Formule matematice

Valoarea instantanee a curentului alternativ (i) are următoarea formulă:


unde:


 - I maxim este amplitudinea (valoarea maximă) a curentului (unitate: amper),
 - Ief este valoarea efectivă a curentului (unitate: amper),
-Valoarea efectivă este egală cu valoarea unui curent continuu care produce aceleași efecte termice pe o durată egală cu un număr întreg de semiperioade [1]. Este valoarea pe care o indică în general aparatele de măsură (ampermetrele).
 - omega este viteza unghiulară (unitate: radiani pe secundă)
-Viteza unghiulară este proporțională cu frecvența, ; frecvența reprezintă numărul de cicluri complete petrecute într-o secundă (unitate = hertz); în România și majoritatea țărilor lumii aceasta este de 50Hz, în majoritatea țărilor americane, Corea, parțial Japonia, este 60Hz. [2]
 - T este timpul (unitate: secunda).
 - este un defazaj între curent și tensiune introdus de sarcină. În cazul sarcinilor rezistive, φ este 0; în cazul sarcinilor pur capacitive φ este π/2 (+90°) (curentul este înaintea tensiunii) iar în cazul sarcinilor pur inductive φ este -π/2 (-90°) (curentul este în urma tensiunii - se „încurcă” între spirele bobinei). (unitate: radiani)


În mod analog, tensiunea alternativă u are următoarea formulă:



unde:

- U maxim este amplitudinea (valoarea maximă) a tensiunii (unitate: volt),
 - Uef este valoarea efectivă a tensiunii (unitate: volt),
-Valoarea efectivă în rețeaua de distribuție monofazată casnică din România este de 230V. În Europa și majoritatea țărilor din Africa și Asia aceasta este între 200 și 245V; în Japonia, America de Nord și parțial în America de Sud se folosesc tensiuni între 100 și 127V.
 - omega este viteza unghiulară (unitate: radiani pe secundă)
 - t este timpul (unitate: secunda).


Curent continuu

Curentul continuu (prescurtat c.c., în engleză: DC) este o mișcare de sarcini electrice într-un singur sens printr-un mediu oarecare. El este produs de baterii electrice (galvanice), termocuple, celule (baterii) electrice solare, generatoare electrice cu colector-comutator (dinamuri).

 Medii parcurse de c.c

Curentul continuu poate curge (să fie transmis) prin diferite medii:
-conductori electrici (sârmă) metalici
-materiale semiconductoare
-vacuum, unde curentul este reprezentat ca flux/fascicul de ioni sau electroni
-medii izolante (izolatori), unde are valori infime care în practică sunt neglijabile
-soluții electrolitice

Intensitatea curentului continuu

Intensitatea curentului electric continuu este cantitatea sarcinilor electrice care trec printr-o secțiune transversală de mediu conductor într-o secundă:

I=Q/t

Unde,
 I este intensitatea curentului electric în amperi (A),
 Q este cantitatea de sarcini electrice în coulombi (C),
 t este timpul în secunde (s)

Surse electrice de energie electrică de curent continuu

-elemente galvanice
-celule fotovoltaice
-acumulatoare electrice
-pile de combustie
-dinamuri

Transformare din c.a. în c.c.

Prin redresarea curentului electric alternativ se obține curent continuu variabil, numit curent pulsatoriu. Variațiile (pulsațiile) de intensitate pot fi netezite prin folosirea de condensatoare (C) și bobine (L) electrice.

Thomas Alva Edison

    Thomas Alva Edison (n.11 februarie 1847- d.18 octombrie 1931) a fost un important inventator și om de afaceri american a sfârșitului de secol XIX și început de secol XX. A fost cunoscut și ca "Magicianul din Menlo Park", fiind și cel mai prolific inventator al timpului prin aplicarea practică a descoperirilor științifice (1903 brevete). Este un autodidact, însă acest lucru nu l-a împiedicat să realizeze invenții în domeniul electricității (becul cu filament), telefoniei, al sistemului de transmisie multipla a telegramelor, înregistrării mecanice a sunetului (fonograful) și cinematografiei - kinetoscopul.
În lumea industriei introduce noțiunea de producție de serie.
Pentru meritele sale, Academia Americană de Arte și Știință îi acordă în anul 1895 "Premiul Rumford" pentru activitatea din domeniul electricității și în anul 1915 "Medalia Franklin" pentru contribuția sa pentru binele umanității.
Edison s-a născut în Milan, Ohio, Statele Unite ale Americii și și-a petrecut copilăria în Michigan. A fost parțial surd din adolescență, ceea ce nu l-a împiedicat să devină operator de telegraf în anii 1860. Primele invenții ale lui au fost legate de telegraf. În adolescența sa, Edison a lucrat și în alte domenii, vânzând mâncare și bomboane călătorilor prin trenuri. Primul său brevet de invenție a fost obținut pentru mașina electromagnetică de înregistrat voturi în 28 octombrie 1868.

   Copilaria

   Thomas Edison s-a născut la 11 februarie 1847 în Milano, Ohio, al șaptelea copil și ultimul al lui Samuel și Nancy Edison. Când Edison a făcut șapte ani familia sa s-a mutat la Port Huron, Michigan. Edison a trăit aici pe cont propriu,vârsta de șaptesprezece ani.Edison a avut foarte puțină educație formală,a fost la școală doar pentru câteva luni. El a învățat citirea,scrierea,aritmetica de la mama lui,dar a fost întotdeauna un copil foarte curios și a învățat singur. Această credință în auto-îmbunătățire a rămas pe tot parcursul vieții sale.

   Inventii

    Inventează și experimentează în 1872 sistemul telegrafic duplex prin care se transmit simultan, pe același fir, două telegrame în sensuri contrare.
În anul 1877 inventeaza fonograful, primul aparat de înregistrat sunete și totodată de redarea lor.
În anul 1878 perfecționează telefonul lui Alexander Graham Bell (amplifică vocea cu ajutorul curenților de inducție) și, folosind microfonul inventat de Hughes, brevetează telefonul cu bobină de inducție și microfon cu cărbune, căruia îi adaugă apoi soneria electrică de apel.
În anul 1879 inventează becul cu incandescență. iar în anul 1880 realizează prima distribuție de energie electrică instalând o centrală electrică pe pachebotul transatlantic "Columbia", prima navă iluminată electric.
În anul 1880 propune un proiect pentru folosirea tracțiunii electrice pe calea ferată.
În ziua de 4 septembrie 1882 la New York, Thomas Alva Edison punea în funcțiune prima centrală electrică care alimentează clădirile unui oraș.
În anul 1883 descoperă efectul care îi poartă numele, efectul Edison, care se referă la emisia de electroni de către metalele încălzite, cunoscut ca fenomenul de emisie termoelectrică. Descoperă acest fenomen întâmplător: introducând într-un bec cu incandescență o mică placă metalică observă că un galvanometru din circuit indică trecerea unui curent electric dacă placa era legată la polul pozitiv al sursei de alimentare și rămanea la zero dacă placa era legată la polul negativ al sursei de alimentare. Nu i-a acordat vreo importanță pe moment, dar l-a notat totuși. Fenomenul a fost studiat și dezvoltat ulterior de fizicianul John Ambrose Fleming, punându-se astfel bazele electronicii .
În anul 1892 inventeză un aparat de luat vederi pentru obiecte sau oameni în mișcare, care folosea o bandă de celuloid de 35 mm cu perforații pe margine. Primele încercari, efectuate în laborator, au fost executate cu ritmul de 15 imagini pe secundă, care pe moment nu au dat rezultate satisfăcătoare.
În anul 1894 inventează kinetoscopul, primul aparat care putea reda imagini în mișcare, cu o frecvență de 45 de imagini pe secundă, dar acest aparat nu permitea decât vizionarea filmului decât de o singură persoană. Aparatul folosea benzi de film perforate pe margini, unde imaginile luminate prin transparență puteau fi urmărite printr-o lentilă. Primul "spectacol" public a avut loc într-o sală de pe Broadway, după care aparatul a fost construit în serie și comercializat.
În anul 1912 realizează un prototip de cinematograf sonor, combinând cinematograful propriu-zis cu fonograful. Rezultatele au fost mai mult spectaculoase decât satisfăcătoare.
În anul 1914 perfecționează acumulatorul alcalin cu plăci de fier și de nichel introduse în soluție apoasă de hidroxid de potasiu sau de sodiu ca electrolit, inventat de germanul Jungner în 1901.

      Controverse asupra personalității sale

    Deși a avut destule invenții proprii, Edison nu s-a sfiit să își atribuie fără scrupule rezultatele muncii altora, două exemple fiind concrete în acest sens:
Sârbul Nikola Tesla. În 1885, transatlanticului "Oregon" i se defectase generatorul de curent electric Edison. Trebuia să plece la timp, altfel întârzierea le-ar fi adus armatorilor mari pagube. Firma lui Edison îl însărcinează pe Tesla să repare scurt-circuitul generatorului, defectul fiind în spirele înfășurării bobinei de excitație și o remediază, rebobinând-o în circa 20 de ore. Edison îi promisese un premiu de 50.000 dolari dacă defecțiunea este îndepărtată în timp util plecării vasului la data prenotată. Nava pleacă la timp, dar promisiunea premiului se transformă în explicații: fusese o glumă. Nici alte gratificații promise, de exemplu pentru perfecționarea generatoarelor și motoarelor electrice Edison în 24 de variante, înzestrate cu un regulator și un nou tip de întrerupător, nu i se acordă. Edificat asupra conduitei lui Edison, Tesla va lucra de acum înainte pe cont propriu și va realiza definitivarea sistemului sau original, bazat pe curenți alternativi polifazați. Trecerea timpului îi dă dreptate lui Tesla în competiția sa cu Edison și treptat, teza sa privind curentul alternativ se impune. [...]
Edison și Tesla au fost propuși împreună să împartă premiul Nobel pentru fizică pe anul 1915, ca unii ce-și închinaseră viața pentru descoperiri și realizări tehnice utile omenirii. Tesla a refuzat premiul, din cauza animozităților din trecut. Dar era în anul 1916, și premiul pe acel an nu a mai fost acordat, din cauza războiului mondial..." (Formula As)
Francezul Georges Méliès. În 1902, după ce a terminat filmul "Le voyage dans la lune", Méliès a intenționat să-și vândă filmul în S.U.A., ceea ce i-ar fi adus profituri uriașe. Însă tehnicienii lui Thomas Alva Edison, furând o copie originală, făcuseră deja copii pentru difuzare a acestui film. A fost proiectat în toată America în rețeaua de săli de cinematograf ale lui Edison la câteva săptămâni de la lansare. Edison a făcut o avere de pe urma furtului acestui film Méliès și datorită lipsei unei legi privind dreptul de autor. Lipsa acestei legi a dus și la falimentarea producătorului care nu și-a putut recupera investiția.
De altfel, există o serie de invenții și idei de-ale angajaților săi pe care Edison a avut grijă să și le însușească. (Robert Conot - "Thomas A. Edison: A Streak of Luck").