Teoria câmpului electromagnetic презентация

Lipsa cunoaşterii creează superstiţii
VIDEO (44)
VIDEO (43)

1.1. Generalităţi despre electricitate
Electricitatea şi magnetismul sunt mereu prezente în jurul nostru.
Avem ceasuri electrice, microfoane, calculatoare, televizoare, radiouri.
Maşinile, avioanele, trenurile funcţionează datorită electricităţii.

1.1. Generalităţi despre electricitate
Lumina este un fenomen electromagnetic. Undele radio, la fel.
Culorile din curcubeul de pe cerul albastru apar datorită electricităţii.

1.1. Generalităţi despre electricitate
Animalele, pentru a se deplasa, au nevoie de electricitate deoarece contracţia muşchilor are nevoie de un curent electric.
Sistemul nervos este condus de electricitate.
Atomii, moleculele, toate reacţiile chimice există datorită electricităţii.
Nu am putea vedea fără electricitate.

1.1. Generalităţi despre electricitate
Inima nu ar putea bate fără electricitate !

1.1. Generalităţi despre electricitate
Şi nu am putea gândi fără electricitate !

1.2. Nucleul atomului. Protonii, Neutronii
Ce ştim despre ATOM ?
Ştim că are un NUCLEU (cu dimensiuni foarte mici în comparaţie cu atomul), în jurul căruia gravitează ELECTRONII (într-un nor).
NUCLEUL este alcătuit din:
Protoni
au sarcină pozitivă
au masă
Neutroni
nu au sarcină
au masă

ELECTRONII
au sarcină electrică negativă
au masă
Diametrul nucleului este 10-14 m . Diametrul atomului este 10-10 m
Dacă am pune 7 miliarde de atomi în linie am obţine o lungime doar de 0,7m .
Continuare Nucleul atomului. Protonii, Neutronii

1.3. Sarcina electrică
Sarcina electrică nu poate fi creată din nimic.
Dacă creezi o sarcină pozitivă undeva, obligatoriu, altundeva va apare o sarcină negativă.
Pe ansamblu sarcina pozitivă cu cea negativă dau tot zero.
Prin urmare, noi nu creăm sarcina, ci o distribuim.
Punem undeva plus (+) şi altundeva apare minus (-).
Legea conservării sarcinii electrice:
Într-un sistem izolat sarcina este întotdeauna constantă.

Continuare Sarcina electrică
Observaţii :
Unele materiale pot „ceda” uşor electroni şi altele materiale pot „primi” electroni.
La unele materiale forţa cu care nucleul „ţine” e- în cadrul structurii atomului este mică. Aceste materiale pot ceda uşor electroni (şi devin încărcate pozitiv). De exemplu: palmele, părul uman, nailonul, hârtia, sunt în topul materialelor care cedează uşor e- şi devin rapid încărcate pozitiv (+)
Alte materiale pot capta uşor e- şi devin încărcate negativ (-).

1.4. Generatorul Van de Graaff
Este cel mai simplu dispozitiv care poate crea sarcini electrice.

Cum funcţionează generatorul Van de Graaff
Iniţial, cupola 1 este neutră (numărul de sarcini pozitive (+) este egal cu numărul de sarcini negative (-)).
Tamburul inferior 6 este pus în mişcare de un motor.
Prin frecare apar sarcini negative (-) pe partea dreaptă a curelei 5. Aceste sarcini sunt preluate de peria inferioară 7 şi depozitaţi pe cilindrul metalic 10.
Pentru că pe cureaua 5 au apărut sarcini negative (-) , obligatoriu, conform legii conservării energiei, trebuie să apară şi sarcini pozitive (+) pe cureaua 4.

Continuare Cum funcţionează generatorul Van de Graaff
Când sarcinile pozitive (+) ajung pe tamburul 3, sarcinile negative (-) de pe cupola 1 sunt atrase şi vin prin peria 2 să neutralizeze sarcinile pozitive (+) de pe tamburul 3. Astfel, pe cupola 1 există un surplus de sarcini pozitive (+), deci cupola 1 este încărcată pozitiv.
Tija sferică 8 fiind legată de cilindrul 10 se încarcă negativ.
Încărcarea cupolei 1 continuă atâta timp cât motorul roteşte tamburul 6. Totuşi există o limită până la care se pot acumula sarcini pe cupola 1. Atâta timp cât distanţa dintre cupola 1 şi tija sferică 8 este suficient de mare, cupola 1 este un generator de sarcini pozitive.
Dacă dorim descărcarea de sarcini a cupolei 1 se apropie tija sferică 8. Pentru că între acestea există o diferenţă de potenţial, la o distanţă suficient de mică se va produce o scânteie. Din acest moment cupola 1 este descărcată.

Generatorul Van de Graaff
VIDEO (49)

Poate cineva atinge un obiect aflat la o tensiune de 200.000 V. experiment cu Generatorul Van de Graaff
VIDEO (65)
65. Shoud a person touch 200.000 V. An experiment with a Van de Graaff generator
http://www.youtube.com/watch?v=ubZuSZYVBng

“Nu tensiunea te omoară, ci intensitatea”
VIDEO (64)
64. It’s not de voltage that kills you it’s the Amps.
http://www.youtube.com/watch?v=8xONZcBJh5A

1.5. Cum apar sarcinile electrice?
Un corp poate fi încărcat cu sarcină electrică prin:
FRECARE
INDUCŢIE
ATINGERE

1.5.1. Încărcarea unui corp izolator cu sarcini
electrice prin FRECARE
Corpurile conductoare nu pot acumula sarcini electrice prin frecare.
Numai corpurile izolatoare pot acumula sarcini electrice prin frecare.
Dacă freci o bucată de cauciuc cu o blana de pisică sau iepure, cauciucul se încarcă cu sarcină negativă (-).
Dar unde este sarcina pozitivă (+) care obligatoriu apare ?
Aceasta este pe blană.
Dacă freci o bucată de sticlă cu o cârpă de bumbac, sticla se încarcă cu sarcină pozitivă (+).

Exemple de situaţii în care poate apărea încărcarea prin frecare:
Dacă te deplasezi pe un covor electroizolant rămâi încărcat cu sarcină când ai ieşit de pe covor.
Dacă îţi piepteni părul uscat cu un pieptene de plastic, părul tău rămâne încărcat cu sarcină.
Când mergi, prin frecare, apar sarcini electrice pe ciorapi. Acest lucru face ca ciorapii să atragă rochia şi aceasta să se muleze pe trup.
Când cobori scara blocului şi freci mâna de balustrada de plastic, mâna se încarcă cu sarcină (şi între ea şi metalul balustradei poate apare o mică scânteie).
Când cobori din maşină eşti încărcat electrostatic.
Când despachetezi ceva ambalat în plastic, te încarci cu sarcină electrică statică.

FRECAREA creează sarcini electrice.
VIDEO (1)

1.5.2. Încărcarea unui corp conductor cu sarcini
electrice prin INDUCŢIE ELECTRICĂ
Dacă apropii un corp încărcat electric (corp C) de un corp conductor neîncărcat, acesta din urmă se încarcă local cu sarcină de semn contrar (prin inducţiei electrică

Sarcini electrice apărute prin INDUCŢIE
VIDEO (2)

Continuare 1.5.2. Încărcarea unui corp conductor cu sarcini
electrice prin INDUCŢIE ELECTRICĂ
Observaţii:
sarcinile electrice de semne contrare se atrag
sarcinile electrice de acelaşi semn se resping
Între două corpuri:
încărcate cu cantităţi diferite de sarcină de acelaşi semn
încărcate cu cantităţi diferite de sarcină de semne contrare
există o diferenţă de potenţial (o tensiune electrică)

Sarcinile electrice de semne contrare se atrag
(Opposites attract)
VIDEO (47)

Exemple
Încarc un student cu sarcină electrică „lovindu-l” cu blana de pisică.
Preferabil ca el să fie îmbrăcat cu un produs de nylon şi nu ceva de bumbac.
Studentul stă pe un covor izolant.
Profesorul stă tot pe un covor izolant şi prin inducţie se încarcă şi el cu sarcină (dar de semn contrar)
Amândoi apucă capetele unui tub de neon.
Cei doi, având sarcini (+) şi respectiv (-), la capetele tubului este o tensiune electrică care face ca tubul să se aprindă.
Continuare 1.5.2. Încărcarea unui corp conductor cu sarcini
electrice prin INDUCŢIE ELECTRICĂ

Tubul de neon se aprinde datorita TENSIUNII electrice ce apare între cele 2 corpuri.
VIDEO (3)

Generatorul Van de Graaff.
Cel mai cunoscut dispozitiv prin care se produc sarcini electrice este Generatorul Van de Graaff.
Sarcinile electrice se acumulează pe cupola generatorului.
Dacă punem confeti, acestea se încarcă prin atingere cu sarcini de acelaşi semn ca a generatorului şi vor fi respinse.
VIDEO (4)

Cum poţi măsura electrizarea unui corp?
(faptul că este încărcat cu sarcină electrică)
Cel mai simplu instrument (aparat de măsură ) este ELECTROSCOPUL
Atingi corpul (C), despre care vrei să vezi dacă este încărcat cu electricitate, de bila electroscopului (E)
Să spunem că sarcina corpului (C) este pozitivă (+). Atunci şi bila electroscopului (E) se încarcă cu pozitivă (+).
Sarcina se va scurge prin tija electroscopului (E) către cele 2 lamele.
Acestea fiind încărcate cu sarcină de acelaşi semn (+) în cazul nostru), se vor respinge.
Cu cât sarcina e mai mare, cu atât forţa de respingere e mai mare.
Măsori respingerea şi poţi măsura sarcina.

Continuare Cum poţi măsura electrizarea unui corp?
Exemplu
Profesorul stă pe un scaun (este astfel izolat de pământ).
Atinge Generatorul Van de Graaff (G.V.G.). Se încarcă astfel cu electricitate (de acelaşi semn, dar acest lucru nu are importanţă acum).
Ţine în mână nişte fâşii de beteală metalică (acestea se încarcă şi ele cu sarcină de acelaşi semn de la mână).
Fâşiile fiind încărcate cu sarcini de acelaşi semn se vor respinge.
Devine astfel un Electroscop viu.
La fel când îşi pune o perucă în cap.
Observaţie:
Încărcarea cu sarcină electrică nu este periculoasă dacă eşti izolat.

Electroscop
VIDEO (5)

Cum obţii sarcină (+) sau (–) prin inducţie?
Ai un corp (C) încărcat cu sarcină negativă (-) şi îl apropii de 2 bile metalice care sunt în contact.
Prin influenţă, pe faţa din stânga a bilei 1 apare sarcină pozitivă (+). Obligatoriu, pe faţa din dreapta a bilei 2 apare sarcină negativă (-).
Astfel se respectă legea conservării sarcinii
Pe ansamblu, dacă aduni sarcina pozitivă (+) de pe bila 1 cu sarcina negativă (–) de pe bila 2, obţii 0, adică fără sarcină. Tot fără sarcină era şi înainte de experiment.

Continuare Cum obţii sarcină (+) sau (–) prin inducţie?
Dezlipeşti cele 2 bile.
Sarcinile rămân blocate.
Sarcina pozitivă (+) pe sfera 1, iar sarcina negativă (–) pe sfera 2.
Pe ansamblu, sarcina totală nu se modifică, dar s-au obţinut sarcini electrice pe cele 2 sfere în urma fenomenului de inducţie.

Cum demonstrezi că cele 2 bile au
sarcini de semne diferite?
1)
Te apropii cu corpul (C) (încărcat iniţial cu sarcină pozitivă (+)) de un electroscop (E).
Bila electroscopului are sarcină (-) (de semn contrar cu a corpului (C) pentru că te apropii, nu atingi şi atunci e vorba de încărcare prin inducţie, nu prin atingere).
Imediat foiţele electroscopului se încarcă cu sarcină pozitivă (+) şi se depărtează.

Continuare Cum demonstrezi că cele 2 bile au
sarcini de semne diferite?
2)
Te apropii acum cu corpul (C) încărcat cu sarcină negativă (-).
Prin apropiere, deci din nou prin inducţie, bila electroscopului vrea să se încarce cu sarcină pozitivă (+), iar foiţele cu sarcină negativă (-).
Pe foiţe era de dinainte sarcină pozitivă (+).
Prin urmare, sarcina pe foiţe rămâne tot pozitivă (+) dar se micşorează şi foiţele se apropie.

Separarea sarcinilor distribuite în urma
fenomenului de inducţie electrică.
VIDEO (6)

Alt exemplu de încărcare cu sarcini electrice
prin inducţie electrostatică.
VIDEO (22)

Concluzii care se desprind din film
Când 2 corpuri din materiale diferite vin în contact (de exemplu lâna cu bumbacul) se realizează un transfer de electroni (e-) de la unul la celălalt (bumbacul atrage e- ).
Astfel: lâna se încarcă cu sarcină pozitivă (+) - (a pierdut e-)
bumbacul se încarcă cu sarcină negativă (–) - (a câştigat e-)

Continuare Concluzii care se desprind din film
Cel mai uşor mod de a neutraliza un corp încărcat cu sarcină electrică este de a-l lega la pământ.
Dacă corpul este încărcat cu sarcină negativă (–) (are un surplus de e-), acesta va ceda pământului e- şi va deveni neutru din punct de vedere electric.
Dacă corpul este încărcat cu sarcină pozitivă (+) (are un deficit de e-), acesta va primi de la pământ e- şi va deveni neutru din punct de vedere electric.

Continuare Concluzii care se desprind din film
Numai ELECTRONII, sarcinile (-), se deplasează pentru că ei au o masă mult mai mică decât PROTONII, sarcinile (+)

Incărcarea prin influenţă electrostatică
Considerăm un electroscop (E), neutru din punct de vedere electric, care are numărul de sarcini pozitive (+) egal cu numărul de sarcini negative (-). (Pentru uşurinţa explicării fenomenului considerăm că are 7 sarcini pozitive (+) şi 7 sarcini negative (-)).
Un corp (C) este încărcat cu sarcini pozitive (+) (are un surplus de sarcini pozitive (+), de ex. 5).
Apropiem corpul (C) de electroscopul (E).

Continuare Incărcarea prin influenţă electrostatică
Electronii din electroscopul (E) „simt” că există sarcini pozitive (+) pe corpul (C) şi se „îngrămădesc” pe faţa bilei electroscopului, cât mai aproape de (C). Această faţă devine (-).
Cealaltă faţă rămâne încărcată cu sarcini pozitive (+) pentru că a pierdut 3 e-.
La fel şi foiţele sunt încărcate cu sarcini pozitive (+) pentru că au pierdut 4 e-.

Primele concluzii la încărcarea prin influenţă
Pe ansamblul său, electroscopul este tot neutru din punct de vedere electric.
Bila electroscopului este pe ansamblu negativă (sunt 7 sarcini negative (-) şi doar 3 sarcini pozitive (+)).
Încărcarea prin influenţă înseamnă o redistribuire de sarcini. Electroscopul (E) nu a primit sau cedat sarcini, ci cele existente s-au redistribuit
Corpul (C) nu păţeşte nimic, rămâne cum era înainte, adică (+). El este doar cel care a determinat, prin influenţă, redistribuirea sarcinilor pe electroscop.
Dacă îndepărtez corpul (C), influenţa dispare şi electroscopul revine la distribuţia iniţială de sarcini şi foiţele se apropie pentru că nu au sarcini.
Foiţele electroscopului sunt pozitive (câte 2 sarcini pozitive pe fiecare foiţă) şi se resping.

Ce se întâmplă dacă leg tija electroscopului la pământ ?
Pământul, care e un rezervor imens de e-, sesizează că foiţele electroscopului sunt încărcate cu sarcini pozitive (+) şi trimite 4 e- pentru a le neutraliza.
În rest, cele 2 feţe ale bilei electroscopului (E) şi corpul (C) rămân cu aceleaşi sarcini ca mai înainte.
Pe ansamblul său, electroscopul (E) este încărcat cu sarcini negative (-), pentru că avem numai 7 sarcini pozitive (+) şi 11 sarcini negative (-)

Ce se întâmplă
Sarcinile de pe electroscopul (E) se redispun ca în forma iniţială.
Bila devine neutră (3 sarcini pozitive (+) şi 3 sarcini negative (-).
Foiţele devin (-) pentru că au primit 4 e- şi acum sunt 8 sarcini negative (-) şi numai 4 sarcini pozitive (+). Foiţele se vor depărta.
Per ansamblu, electroscopul este încărcat cu sarcini negative (-)
dacă deconectez pământ ?
■ dacă depărtez corpul (C ) de bila
electroscopului?

Concluzii
Prin influenţă electrostatică şi apoi prin împământare încărcăm electroscopul (E) cu sarcină negativă (-), contrară sarcinii pozitive (+) a corpului (C) care a determinat fenomenul de influenţă.
Sarcina negativă (-) de pe electroscopul (E) a provenit de la pământ.
Pământul este un izvor imens de sarcini negative (-).
Corpul (C) rămâne în starea sa iniţială de încărcare.
Poate fi folosit la infinit pentru a determina influenţa electrostatică şi pentru alte corpuri conductoare.

Inducţia electrostatică. Experimente
După cum deja ştim, inducţia electrostatică constă în redistribuirea sarcinilor electrice într-un corp sub acţiunea unei sarcini electrice exterioare.
Un corp, neutru din punct de vedere electric, are un acelaşi număr de sarcini pozitive şi negative, plasate apropiat unele de altele, astfel încât, pe ansamblul său, corpul nu este încărcat electric (neutru din punct de vedere electric)
Dacă corpul conductor (C.c.) este plasat în vecinătatea unei sarcini electrice produsă de un generator Van de Graaff (G.V.G.) (de exemplu sarcină negativă (-)) se realizează o redistribuire a sarcinilor din corp.

Continuare Experimente
Astfel, sarcinile pozitive (+) ale corpului (C.c.) „vin” aproape de sarcinile negative (-) ale generatorului (G.V.G.) iar sarcinile negative ale corpului sunt respinse şi se concentrează în direcţia opusă.
Pentru că inducţia electrostatică este o simplă redistribuire de sarcini, pe ansamblul său, corpul rămâne neutru din punct de vedere electric.
Inducţia electrică este reversibilă: dacă dispare sarcina care a produs efectul, dispare şi redistribuirea sarcinilor.

Încărcarea prin inducţie. 3 afirmaţii verificate experimental
Pe o faţă a unui corp conductor neutru (C.c.), aflată mai aproape de un generator Van de Graaff (G.V.G). se acumulează sarcini de semn contrar cu sarcina G.V.G.
Avem un corp conductor, C.c., (neutru din punct de vedere electric) pe care îl apropiem de un G.V.G.
Pe faţa din dreapta (din imediata vecinătate a G.V.G.) corpul C.c acumulează un surplus de sarcini pozitive (+) de semn contrar cu cea a G.V.G.

Continuare Încărcarea prin inducţie.
3 afirmaţii verificate experimental
Pe faţa aceluiaşi corp conductor (C.c.) neutru, aflată mai departe de G.V.G. se acumulează sarcini de acelaşi semn cu sarcina G.V.G
Obligatoriu pe faţa din stânga (depărtată de G.V.G ) apare un surplus de sarcini negative (-)
Pe ansamblu, corpul conductor C.c. rămâne neutru.
Sarcina se distribuie numai pe suprafaţa exterioară a corpului conductor.
În interior nu avem sarcină electrică

Cum dovedim experimental corectitudinea celor 3 afirmaţii

Afirmaţia 1
Pe o faţă a unui corp conductor C.c. neutru (cea care este mai apropiată de G.V.G.) se acumulează sarcini de un semn contrar cu a G.V.G , adică (+) în cazul nostru

Afirmaţia 2
Pe cealaltă faţă a corpului conductor C.c. neutru (mai depărtată) se acumulează sarcini de acelaşi semn cu a G.V.G, adică (-)

Demonstraţia afirmaţiilor 1 şi 2
pe faţa din dreapta a C.c (mai apropiată de generatorul G.V.G,) se acumulează sarcini pozitive (+)
pe faţa din stânga a C.c (mai depărtată de generatorul G.V.G.) se acumulează sarcini negative (-)
Generatorul Van de Graaff, G.V.G, produce sarcini negative.
Apropiem de generatorul G.V.G, un corp conductor C.c., neutru din punct de vedere electric
Prin influenţă electrostatică sarcinile sunt distribuite astfel:
Ating faţa din stângă a corpului conductor C.c. cu o bilă (b) neutră din punct de vedere electric. Aceasta se încarcă cu sarcini negative (-)

Continuare Demonstraţia afirmaţiilor 1 şi 2
Prin influenţă, sfera electroscopului (E) se încarcă:
cu sarcini pozitive (+) pe faţa din dreapta (de exemplu, 7 sarcini +)
cu sarcini negative (-) pe faţa din stânga (de exemplu 3, sarcini ( -)
sfera electroscopului este per ansamblu pozitivă (+):
7 sarcini (+) însumate cu
3 sarcini (-) dau 4 sarcini (+)
cu sarcini negative (-) pe foiţe (câte 2 sarcini negative (-) pe fiecare foiţă (foiţele se resping)
Apropii bila (b), acum încărcată cu sarcini negative (-), de un electroscop (E)

Continuare Demonstraţia afirmaţiilor 1 şi 2
Ating faţa din dreapta a corpului conductor C.c. cu o bilă (b) neutră din punct de vedere electric. Aceasta se încarcă cu sarcini pozitive (+)

Continuare Demonstraţia afirmaţiilor 1 şi 2
Apropii bila (b) acum încărcată cu sarcini pozitive (+), de electroscopul (E)
pe faţa din dreapta a sferei electroscopului (E) rămân 5 sarcini pozitive (+)
pe faţa din stânga sferei electroscopului (E) rămân 3 sarcini negative (-)
pe ansamblu, sfera electroscopului (E) este pozitivă (+) (2 sarcini pozitive (+) sunt anulate de 2 sarcini negative (-) pe faţa din dreapta:

Continuare Demonstraţia afirmaţiilor 1 şi 2
5 sarcini pozitive (+) de pe faţa din dreapta cu 3 sarcini (-) de pe faţa din stânga fac ca sfera electroscopului (E) să aibă un surplus de 2 sarcini pozitive (+)
Foiţele au fiecare câte o sarcină negativă (-), pe ansamblu electroscopul (E) este neutru. Foiţele se resping dar respingerea este mai mică decât în cazul demonstraţiei afirmaţiei 1

Afirmaţia 3
Sarcina se distribuie numai pe suprafaţa exterioară a corpului conductor C.c., neutru din punct de vedere electric. În interior nu avem sarcină electrică.

Demonstraţia afirmaţiei 3
Bila (b), neutră, o introducem în interiorul corpului C.c fără a atinge pereţii acestuia

Continuare Demonstraţia afirmaţiei 3
Apropii, apoi, bila (b) de electroscopul E care este descărcat.
Nu se întâmplă nimic rezultând că:
bila (b) nu are sarcină;
bila (b) nu a preluat nici o sarcină atunci când a fost introdusă în interiorul corpului conductor C.c

Sarcini prin inducţie
VIDEO (9)

1.5.3. Încărcarea unui corp conductor cu
sarcini electrice prin ATINGERE
Dacă atingi un corp conductor încărcat electric de un alt corp conductor neîncărcat, acesta din urmă se încarcă local cu sarcină de acelaşi semn.
Considerăm un corp (C) încărcat cu sarcini pozitive (+) pe care îl atingem de un electroscop (E), iniţial neutru din punct de vedere al încărcării
Sarcinile negative ale electroscopului (e-) sunt atrase de sarcinile (+) ale corpului şi se transferă de pe (E) pe (C).

Continuare Încărcarea unui corp conductor cu
sarcini electrice prin ATINGERE
Corpul (C) avea suficiente sarcini pozitive (+) şi chiar dacă a primit (e-) rămâne (+).
Electroscopul a pierdut (e-) şi devine încărcat cu sarcini pozitive (+).
Foiţele sale se depărtează.

Concluzie:
Prin ATINGERE Electroscopul (E) s-a încărcat cu sarcini de acelaşi semn cu cea a corpului (C), adică sarcini pozitive (+).
Numai ELECTRONII, sarcinile negative (-), se deplasează

Încărcarea prin ATINGERE şi prin INDUCŢIE. Experiment
Prin ATINGERE un corp conductor se încarcă cu sarcină de acelaşi semn.
Prin INDUCŢIE electrostatică la un corp conductor se realizează o distribuţie de sarcini (pe ansamblul său corpul rămâne neutru din punct de vedere electric)

Continuarea Încărcarea prin ATINGERE şi prin INDUCŢIE. Experiment
Avem un generator Van de Graaff care creează sarcini pozitive (+).
Profesorul stă pe podea (neizolat faţă de aceasta). Electronii din pământ sunt atraşi de sarcina pozitivă (+) a generatorului, urcă în corp şi profesorul devine încărcat cu sarcină negativă (–) (aşa cum ştim deja, prin inducţie electrostatică mă încarc cu sarcină de semn contrar sarcinii (+) a generatorului, adică cu sarcină negativă (-)).
Atingem un balon metalic de generator. Prin atingere balonul se încarcă cu sarcină de acelaşi semn, adică tot cu (+).
Balonul, încărcat cu sarcină pozitivă (+), va fi respins de sarcina (+) a generatorului şi atras de sarcina negativă (-) a profesorului.
Când atinge capul profesorului, balonul se încarcă cu sarcină negativă (-) şi este respins de sarcină negativă (-) cu care este încărcat profesorul şi este atras acum de sarcina pozitivă (+) a generatorului. Prin atingere cu acesta, balonul se încarcă din nou cu sarcină pozitivă (+) şi este respins de sarcina pozitivă (+) a generatorul şi atras de sarcina negativă (-) cu care este încărcat profesorul, şi ... acţiunea continuă la nesfârşit

VIDEO (8)

1.6. Regimuri de funcţionare
Definiţie:
Câmpul este acea formă de existenţă a materiei caracterizată printr-o densitate foarte mică a acesteia şi capabilă să înmagazineze energie.
Din această definiţie, se disting două proprietăţi importante:
câmpul poate exista şi în afara materiei;
existenţa materiei atrage după sine şi existenţa unui câmp.

Continuare Regimuri de funcţionare
Câmpul electromagnetic, în ansamblul său, poate fi caracterizat printr-un anumit număr de mărimi.
De exemplu,
starea unui câmp electrostatic în vid se caracterizează cu ajutorul unei mărimi vectoriale de stare, primitive, numită intensitatea câmpului electrostatic în vid, ,
iar în substanţă de perechea de mărimi vectoriale: - intensitatea câmpului electrostatic în substanţă şi inducţia electrică (în substanţă).

Continuare Regimuri de funcţionare
Aceste mărimi depind de:
punct
şi sunt variabile în timp.
În spaţiul tridimensional, un punct este caracterizat de 3 mărimi care reprezintă coordonatele corespunzătoare fiecărei axe, Ox, Oy, Oz.
Referitor la mărimea E, se poate scrie:
E(x, y, z) = variabil, care arată că ea depinde de punct
E(t ) = variabil, care arată că depinde de timp.

Continuare Regimuri de funcţionare
În funcţie de modul în care variază mărimile de stare ale câmpului, regimurile de funcţionare se clasifică în:
Regimul static în care:
mărimile de stare care caracterizează câmpul sunt invariabile în timp;
în interiorul câmpului nu are loc transfer de energie dintr-o formă în alta;
între câmp şi exterior nu există transfer de energie.

Continuare Clasificare Regimuri de funcţionare
Regimul staţionar în care:
mărimile de stare care caracterizează câmpul sunt variabile în timp;
în interiorul câmpului are loc transfer de energie dintr-o formă în alta;
între câmp şi exterior nu există transfer de energie.

Continuare Clasificare Regimuri de funcţionare
Regimul cvasistaţionar în care:
mărimile de stare care caracterizează câmpul sunt lent variabile în timp;
În interiorul câmpului are loc transfer de energie dintr-o formă în alta;
Între câmp şi exterior există transfer de energie dar acesta este mic ca amploare.

Continuare Clasificare Regimuri de funcţionare
Regimul nestaţionar în care:
mărimile de stare care caracterizează câmpul sunt variabile în timp;
în interiorul câmpului are loc transfer de energie dintr-o formă în alta;
între câmp şi exterior există un puternic transfer de energie.

1.7. Stări de electrizare ale corpurilor
Definiţie:
Starea în care se poate afla un corp asupra căruia se exercită acţiuni mecanice atunci când este plasat într-un câmp electric se numeşte stare de electrizare.
Corpurile pot fi aduse în starea de electrizare (pot fi electrizate) în două moduri:
prin încărcare cu sarcină electrică adevărată q
(q - cantitatea de sarcină adevărată, care în Sistemul Internaţional (SI) se măsoară în coulombi, C).
prin polarizare electrică, stare caracterizată prin mărimea vectorială de stare numită polarizaţie electrică şi care în SI se măsoară în C/m2.

O primă întrebare
Cum adică, mă încarc cu electricitate dacă vin în contact cu un alt corp încărcat cu electricitate ?
Da, corpul tău e un bun conducător de electricitate şi te vei încărca cu sarcină electrică.
Şi ce fac, mor ?

Nu (.....acum).
Ca să mori electrocutat trebuie să treacă un curent prin tine, sarcinile să circule prin tine. Dacă pui mâna pe un obiect încărcat dar picioarele stau pe un covor electroizolant, corpul tău se încarcă cu electricitate dar între tine şi pământ nu circulă curent pentru că ai picioarele izolate faţă de pământ.
Şi chiar nu păţesc nimic?
Ceva, ceva tot o să păţeşti...
Iată ...

Generatorul Van de Graaff poate crea o mare cantitate de sarcini statice (acumulează sarcini pe sferă).
Prin atingerea sferei corpul fetei se încarcă cu sarcină. La fel şi părul.
Firele de păr, fiind încărcate cu sarcină de acelaşi semn se vor respinge.
.
….un mod simplu de a înlocui şamponul L’Oreal cu volum

VIDEO (48)

Ce este fulgerul ?
Fulgerul apare, tot din cauza existenţei sarcinilor electrice (de semne contrare) ?
Este fulgerul periculos ?
Cum ne protejăm împotriva lui (ce facem în zilele cu furtună) ?

Fulgerul, trăsnetul şi tunetul
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.

Continuare Fulgerul, trăsnetul şi tunetul
Descărcarea 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.
Descărcările electrice apar tot datorită existenţei unui câmp electric între nor şi pământ.
La un moment dat sarcinile electrice din nor străpung aerul şi se descarcă (se deplasează) către sol.
Intensitatea câmpului E şi corespunzător şi tensiunea electrică dintre nor şi pământ V au depăşit o anumită valoare, numită de străpungere.

Oare la ce înălţime a fulgerat ?
Poţi calcula uşor dacă trăsnetul s-a produs, aproape de Pământ sau mai departe
Ai văzut fulgerul.
Pentru că lumina se deplasează cu o viteză foarte mare
practic lumina ajunge instantaneu.
Începi să numeri până auzi trăsnetul (măsori timpul în secunde)
Pentru că sunetul se deplasează cu
înmulţeşti timpul numărat cu 340 şi găseşti înălţimea unde s-a produs trăsnetul (în m).

O energie fantastică care, deocamdată,
nu poate fi înmagazinată
Un fulger călătoreşte cu viteza de 300.000 km/s şi dezvoltă o temperatură de 28.000°C, adică destul cât să topească orice fel de rocă şi să o transforme în sticlă instantaneu. În termeni uzuali, intensitatea curentului provocat de fulger are, în medie, 40.000 A, dar unele ajung chiar până la 120.000 A.
Energia unui astfel de fenomen e de cel puţin 500 de megajouli, adică destul cât să ţină aprins un bec de 100W timp de două luni. Dar acesta este doar cel mai mic fulger măsurat vreodată. Cercetătorii spun că diferenţa de potenţial creată de un fulger poate atinge 1 miliard de volţi.

Cum apar fulgerele?
Norii încărcaţi electric induc în pământul peste care trec o sarcină electrică egală şi de sens contrar.
„Electrizarea” suprafeţei solului face ca fulgerele să poată fi generate în mai multe feluri:
de la nor la nor (când sunt încărcaţi cu sarcini diferite),
de la nor la pământ (şi atunci se numeşte trăsnet)
de la pământ spre nori.
Fulgerul care pleacă de la pământ spre nori se numeşte trăsnet „pozitiv”, pentru că norul care îl provoacă are sarcinile pozitive spre sol. În aceste cazuri, ce reprezintă numai 5% dintre toate fulgerele, suprafaţa solului este încărcată negativ şi, cum descărcarea se produce întotdeauna de la negativ spre pozitiv, fulgerul pleacă de la pământ spre nor.

Întotdeauna oamenii fulgeraţi mor ?
Deşi e greu de crezut, având în vedere energiile colosale care se dezlănţuie în timpul unei descărcări electrice a norilor, 70% din oamenii fulgeraţi supravieţuiesc şi 30% nu prezintă nici un semn vizibil pe corp.
De câţiva ani există o organizaţie internaţională a oamenilor fulgeraţi care au supravieţuit. Aceştia se întâlnesc în fiecare an în Tennessee şi îşi povestesc unii altora experienţe incredibile pentru alţi oameni.
Sunt persoane care au fost fulgerate şi de câte zece ori, fiind un soi de „magneţi umani pentru fulgere", dar oficial este recunoscut recordul unui american din Florida, Tom Riverside, care a fost fulgerat de şapte ori, de fiecare dată cu martori

Lecţii de Limba română
Om trăsnit: om care a fost lovit de trăsnet.
Om trăznit: om mai neobişnuit, mai puţin formal, mai nebunatic.

Martin Luther, cel mai cunoscut ″fulgerat″
Evenimentul care i-a schimbat viaţa germanului ce avea să protesteze vehement faţă de practicile Bisericii Catolice s-a produs lângă localitatea Stotterheim, la 2 iulie 1505. Călugării luterani, care i-au scris ulterior biografia, au notat că Martin avea atunci 22 de ani şi tocmai terminase studiile de drept, la Universitatea din Erfurt. În ziua aceea se întorcea de la părinţi, unde fusese în vizită, şi a fost surprins de furtună în plin câmp, între satul Stotterheim şi oraşul Erfurt.
Călugării au notat că tânărul s-a rugat la Sfânta Ana să-l ferească de fulgere şi i-a promis că se va călugări dacă ea îl va ajuta. Fulgerul, a lovit chiar lângă Martin, iar el a fost atât de şocat de apropierea lui încât n-a mai îndrăznit să nu-şi ţină legământul.

Continuare Martin Luther, cel mai cunoscut ″fulgerat″
Contemporanii laici ştiau însă altceva, după cum a notat chiar şi Inchiziţia luându-le mărturiile. Fulgerul l-a lovit în plin pe tânărul Luther, iar el a scăpat aparent nevătămat şi, din acel moment, a căpătat percepţii speciale.
De altfel, e bine ştiut faptul că el singur spunea tuturor că Dumnezeu îi vorbeşte, ceea ce, în viziunea inchizitorilor era o trufie demonică, pentru că – după părerea lor – e evident că nimeni nu poate scăpa cu viaţă dacă a fost fulgerat.
După două săptămâni s-a călugărit

Continuare Martin Luther, cel mai cunoscut fulgerat″
Martin a mers la Universitate, a dat o petrecere de despărţire şi pe 17 iulie 1505 a păşit peste pragul Mânăstirii Negre, din Erfurt, şi s-a călugărit.
Acolo a rezistat în supunere numai până în anul 1517, când n-a mai rezistat şi s-a apucat să scrie „ce ştia el de la Dumnezeu". În total au fost 95 de reguli pentru creştini, pe care credincioşii le-au numit ulterior „teze".
La 34 de ani, călugărul Martin Luther a încălcat dogma bisericii şi a bătut pergamentul, în cuie, pe uşa bisericii din Wittenberg. A fost primul gest al Reformei, iar Biserica Catolică l-a primit ca pe o palmă peste faţă.

Cum protejăm clădirile împotriva trăsnetului
Paratrăsnetul este mijlocul prin care te poţi proteja împotriva loviturilor de trăsnet. Acesta este confecţionat din material conductor (are forma unei săgeţi metalice), pusă pe un catarg destul de înalt pe clădire şi legată printr-un conductor gros la o priză de pământ.
Vârful metalic atrage descărcarea de sarcini, se produce trăsnetul pe el dar întreaga energie se scurge prin conductorul gros la pământ.
Casa este astfel protejată.

Cum ne protejăm noi împotriva trăsnetului?
Dacă eşti în oraş e puţin probabil să te lovească trăsnetul pentru că toate clădirile au paratrăsnete. Ele atrag trăsnetul care cade pe ele şi tu, care eşti pe stradă, nu păţeşti nimic.
Dacă eşti pe câmp deschis
Nu te adăposti sub copaci (aceşti sunt înalţi şi atrag trăsnetul - chiar dacă nu sunt “metalici”)
Nu purta umbrelă (ea acţionează ca un paratrăsnet dar tu eşti legat la umbrelă, şi eventualul trăsnet curge prin tine).
Deplasează-te cu paşi mici – nu fugi pentru că pot apare „tensiuni de pas” şi te poţi electrocuta.
Despre „tensiunea de pas” vom vorbi altădată
Care e cel mai sigur mod de protecţie împotriva trăsnetului ?!

Stai în casă şi înveţi !!

Un “trăsnet” în laborator
O descărcare în câmp.
Pe sferă s-au acumulat multe sarcini care au creat un câmp puternic (foarte intens) şi au „străpuns aerul” creând o descărcare electrică.

Video

1.8. Clasificarea corpurilor după modul în care se pot electriza
În funcţie de modul în care pot fi electrizate, corpurile se clasifică în 3 categorii:
Corpuri conductoare.
Un corp este conductor dacă este respins de un corp electrizat de referinţă.
Corpurile conductoare se încarcă cu sarcină electrică adevărată q.

Continuare Clasificarea corpurilor după modul în care se pot electriza
Corpuri izolatoare.
Un corp este izolator dacă este atras de un corp electrizat de referinţă.
Corpurile izolatoare se pot încărca atât cu sarcină electrică adevărată, cât şi cu sarcină de polarizaţie.

Continuare Clasificarea corpurilor după modul în care se pot electriza
Corpuri semiconductoare.
Un corp este semiconductor dacă, în primă instanţă, este atras apoi este puternic respins de un corp electrizat de referinţă.

1.9. Legea conservării sarcinii electrice
Dacă se consideră un sistem de n corpuri aflate în stare electrizată şi neelectrizată, conductoare, izolatoare şi semiconductoare, indiferent ce se va petrece în acest sistem (contacte între corpuri, schimbarea poziţiei lor relative cu condiţia să nu existe influenţe exterioare sistemului, (sistemul este izolat) sarcina totală va rămâne riguros constantă:
Se poate afirma, deci, că producerea sau dispariţia unei sarcini electrice este însoţită întotdeauna de producerea, respectiv dispariţia simultană, pe acelaşi corp izolat, a unei sarcini egale de semn contrar.

Continuare Legea conservării sarcinii electrice
“Ţine minte” !!
Legea conservării sarcinii provine dintr-o lege cu caracter cu totul şi cu totul general, şi anume legea conservării substanţei şi energiei care afirmă:
În Univers, nimic nu se pierde, nimic nu se câştigă ci totul se transformă.
Totul în Univers există sub formă duală:
Electron (particulă electrică cu sarcină negativă e-) - Proton (particulă electrică cu sarcină pozitivă e+).
Câmp electric – Câmp magnetic (Care împreună, în totalitatea sa formează Câmpul electromagnetic).
Bine – Rău
Frumos – Urât
Dacă există ceva, trebuie să existe şi opusul său !

1.10. Câmpul electrostatic în vid
Definiţie:
Vidul este acea stare a substanţei (materiei) caracterizată printr-o rarefiere extremă a acesteia
Observaţie:
Chiar dacă materia este puternic rarefiată, în vid poate exista câmp
După cum s-a precizat la clasificarea regimurilor de funcţionare, câmpul electrostatic este un câmp electric care funcţionează într-un regim static, adică mărimile care îl caracterizează sunt constante în raport cu timpul.

Este spațiul cosmic un vid perfect ?
VIDEO (59)

Continuare Câmpul electrostatic în vid
Proprietăţile electrice ale VIDULUI sunt caracterizate printr-o constantă numită permitivitate electrică a vidului, ε0 care în SI (Sistemul Internaţional) se măsoară în (farad / metru, unde faradul, F este unitatea de măsură în SI pentru capacitatea electrică).
Existenţa câmpului electrostatic poate fi pusă în evidenţă experimental prin forţa cu care acest câmp acţionează asupra unui corp electrizat.
Un corp este electrizat dacă este încărcat fie cu:
sarcină electrică adevărată,
fie polarizat electric

Stai puţin să mă lămuresc !
Deci în vid nu există masă ?
Da, vidul e “nimic”.
Dacă e “nimic” de ce mă interesează?
Pentru că el există şi orice există trebuie să ne intereseze.
Cum adică vidul poate înmagazina energie ?
Aceasta este cea mai frumoasă întrebare. Am putea “filozofa” zile întregi.
DA, orice există (chiar dacă are masă sau nu are masă, adică e vid) are proprietatea de a înmagazina energie.

Nu-mi vine să cred !
Lucrurile pe care nu le văd nu înseamnă că nu există.
Vidul nu-l văd, dar există.
Ştiai că în Univers masă e doar 0.0000...1 % ? Adică puţină masă dar mult vid?
Dar energie?
Energie? O imensitate. Tot Universul înseamnă de fapt energie.
Dar corpul nostru, cum e ?
Corpul nostru......există..... deci înseamnă că acumulează energie.
Corpul nostru are masă.
Deci noi suntem masă şi energie.

Pe scurt, pornind de la acest concept tratarea bolilor a cunoscut 2 direcţii:
prima, prin medicina alopată (medicina clasică) care tratează “masa” corpului uman,
cea de-a doua, medicina homeopată, tratează “energia” corpului uman
Pentru că energia e mai “subtilă” e mai greu să o “vezi” şi deci să o tratezi.
În trecut, medicina homeopatică era ramura cea mai dezvoltată - pentru că industria medicamentelor (care tratează corpul, organul care te doare) nu era aşa dezvoltată.

Dar ce e Sufletul ?
Sufletul e energia noastră.
El nu are masă, şi
poate să se acumuleze oriunde. În corpul nostru, sau apoi...
Un experiment foarte interesant, dar care nu a fost confirmat ştiinţific a fost:
Un om a fost cântărit înainte de a muri şi apoi imediat după moarte. Diferenţa a fost de 25,4 g. Adică sufletul, ca energie s-a acumulat în aceste 25,4 g (el ar fi putut să se acumuleze şi în 0 g - dacă ştim că sufletul există, adică este o formă de existenţă).
Ei, aceste 25,4 g pot circula prin Univers cu energia noastră (şi poate e reconfortant să ştii că, totuşi, nu dispari “de tot”.)

1.11. Formula lui Coulomb
Se consideră două corpuri conductoare de dimensiuni neglijabile (sarcini punctiforme) încărcate cu sarcinile electrice adevărate q1, q2, plasate în vid la distanţa r unul faţă de altul.
Se numeşte vector de poziţie, r, vectorul care poate defini (preciza cu exactitate) poziţia unui punct material în raport cu un sistem de coordonate precizat.

Continuare Formula lui Coulomb
Dacă coordonatele unui punct în spaţiul tridimensional sunt (x, y, z) vectorul de poziţie poate fi exprimat ca:
unde:
- se numeşte versorul axei Ox;
versorul axei Oy;
- versorul axei Oz.
Definiţie:
Se numeşte versor vectorul care are modulul egal cu 1. Versorul arată direcţia şi sensul mărimii vectoriale

Continuare Formula lui Coulomb
Observaţie: Mărimea este un versor.
Într-adevăr, prelucrând obţinem:
Este această mărime un vector?
Evident, da.
Are acest vector modulul egal cu 1?
Modulul acestei mărimi este:
Prin urmare, mărimea este versorul vectorului

Continuare Formula lui Coulomb
Formula lui Coulomb exprimă forţa de interacţiune dintre 2 sarcini punctiforme ce se află la o distanţă r una faţă de alta şi sunt plasate în vid (de permitivitate ε0).
Vectorul de poziţie:
Modulul vectorului de poziţie (distanţa dintre cele 2 sarcini)

Mici discuţii cu privire la Formula lui Coulomb
Dacă există 2 sarcini între ele apare o forţă.
Forţa e mare dacă sarcinile au valoare mare
Forţa e mare dacă sarcinile sunt apropiate (distanţa e mică).
Dacă sarcinile sunt de acelaşi semn (ambele pozitive sau ambele negative) forţa e de respingere.
Dacă vrei să exprimi forţa ca modul (atenţie că în formula generală e vector) obţii:

Continuare Mici discuţii cu privire la Formula lui Coulomb
Puţină “filozofie” nu strică !!
Ştiai că la nivelul maselor (a corpurilor care au o masă) există o formulă asemănătoare numită legea atracţiei universale ?
k este constanta de atracţie ;

Continuare Formula lui Coulomb
De ce această formulă nu are vectori? E doar în modul (un scalar) ?
În formula lui Coulomb apar vectori pentru că forţa poate fi, fie de atracţie (sarcini de semne contrare), fie de respingere (sarcini de acelaşi semn).
Vectorul ne arată:
orientarea forţei şi,
valoarea (mărimea) sa.
Forţa de atracţie universală între Pământ şi Lună.
Faptul că cele două forţe sunt egale şi de semne contrare respectă legea acţiunii şi reacţiunii
În legea atracţiei universale, e clar că, forţa este de atracţie şi atunci nu avem nevoie de un vector ci de un scalar.
Scalarul ne arată doar:
valoarea (mărimea) sa

Continuare Formula lui Coulomb
M-am prins !!
Legea atracţiei universale spune că 2 corpuri se atrag.
Cu cât distanţa e mai mică cu atât forţa e mai mare.
Abia acum înţeleg eu de ce sunt “atras” de prietena mea !!
E o lege a Universului căreia nu mă pot opune !!
Acum îmi mai explic o lege !! Şi am să o ţin minte
Legea acţiunii şi reacţiunii:
Dacă un corp acţionează asupra altui corp cu o forţă F, cel de-al doilea acţionează asupra primului cu o forţă egală, dar de sens contrar

Înaintea mea a fost Isaac Newton
(cel mai mare om de ştiinţă a lumii)
VIDEO min 5.50

Comparaţie între
forţa electrostatică şi forţa de atracţie universală
Aşadar, forţa de respingere electrostatică dintre 2 protoni Fe este de 1036 ori mai mare decât forţa de atracţie universală dintre ei Fa.

Atunci, cum de nu „explodează” nucleu, atomul dacă respingerea este atât de mare?
La nivel atomic (distanţe foarte mici) mai există o forţă şi anume forţa nucleară care este de atracţie. Ea este cu mult mai mare decât cea electrostatică şi „ţine” atomul să nu se dezintegreze.
Există 4 forţe în Univers:
Forţa nucleară (care este dominantă pentru distanţe foarte mici între corpuri, de ordinul 10-20 m). Ea ţine atomul „să nu se împrăştie”;
Forţa nucleară slabă (care este dominantă pentru distanţe tot foarte mici 10-20 m). Cu ajutorul ei atomii se pot „sparge”.
Forţa electromagnetică (care este dominantă pentru distanţe mici între corpuri, de ordinul cm şi m).
Forţa newtoniană (forţa de atracţie universală) (care este dominantă pentru distanţe foarte mari între corpuri, de ordinul 1020 m şi mai mari).

Cele mai mari descoperiri
VIDEO
CD 100 cele mai mari descoperiri min40

1.12. Corp de probă
Studiul câmpului electrostatic se realizează experimental prin tatonarea câmpului cu ajutorul unui corp de probă.
A tatona un câmp înseamnă a determina forţa, eventual cuplul, cu care câmpul acţionează asupra unui corp plasat în diferite puncte ale sale.
Se consideră o sarcină electrică q care creează un câmp. Teoretic, câmpul creat de această sarcină este infinit, însă, la distanţe foarte mari intensitatea sa este foarte mică şi poate fi neglijată. Astfel, se poate delimita un volum V în care câmpul acţionează .

Continuare Corp de probă
Prin tatonarea volumului V cu ajutorul corpului de probă , într-o multitudine de puncte, se poate determina în aceste puncte valoarea forţei cu care câmpul acţionează asupra corpului de probă.
Se pot astfel obţine informaţii cu privire la câmpul respectiv.
Pentru ca un corp să fie considerat corp de probă, el trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
Să aibă o dimensiune suficient de mică (teoretic – punctiform).
Sarcina cu care este încărcat trebuie să fie invariabilă în timp.
Prin introducerea corpului de probă în câmp, acesta nu trebuie să influenţeze structura câmpului.
Concluzie:
O sferă de rază foarte mică, confecţionată dintr-un material conductor, poate fi considerată ca fiind un corp de probă.

1.13. Intensitatea câmpului electrostatic în vid
Consider o sarcină q1
Această sarcină creează în vid, la o distanţă r un câmp electric de o intensitate E.
Dacă plasez o altă sarcină q în acest asupra sa se va exercita o forţă F

Continuare Intensitatea câmpului electrostatic în vid
Relaţia dintre
E şi F
F - se măsoară în Newtoni (N)
E - se măsoară în Newtoni / Coulombi (N/C ) sau în Volt / metru (V/m)
q - se măsoară în Coulombi (C)
r - se măsoară în metri ( m )

Despre intensitatea câmpului E
În general, are componente după toate cele trei direcţii:
În funcţie de componentele sale după cele trei direcţii Ex, Ey, Ez , modulul intensităţii câmpului se calculează cu relaţia:

Puţină recapitulare !
Orice corp încărcat cu sarcină creează un câmp electric?
Da
Dacă pun un alt corp încărcat cu sarcină în acest câmp asupra lui se exercită o forţă ?
Da
Cât de mare e această forţă ?
La nivel macroscopic (la nivelul corpurilor care ne înconjoară) forţa aceasta e foarte mică, dar la nivel microscopic are valori care „se simt”.
„Cât de mari sunt sarcinile acestea” ?
Dacă vorbim de sarcinile elementare de exemplu electronul, acesta are:
masa
sarcina electrică
se deplasează cu viteze de ordinul vitezei luminii care este

Continuare Puţină recapitulare !
Cum este orientat vectorul ?

Continuare Puţină recapitulare !
Câmpul creat de 2 sarcini pozitive (+) (sensul liniilor de câmp ies din sarcini)
Câmpul creat de 2 sarcini de semne contrare:
sensul liniilor de câmp ies din sarcina pozitivă (+),
şi intră în sarcina negativă (-)
Cum arată câmpul electric creat de 2 sarcini ?
Săgeţile arată cum s-ar deplasa o sarcină pozitivă (+) plasată în câmp (aceasta se deplasează în sensul liniilor de câmp).

Linii de câmp
VIDEO (7)

Exerciţiu
Care este figura în care liniile de câmp sunt reprezentate corect,
pentru 2 protoni şi 1 electron ?

Răspuns
Liniile de câmp trebuie:
să iasă din sarcina pozitivă (+);
să intre în sarcina negativă (-);
pentru că sarcinile sunt apropiate, fiecare din cele 3 câmpuri se influenţează unul pe celălalt şi liniile de câmp nu mai sunt radiale (drepte) ci curbe.
Liniile de câmp sunt reprezentate corect în figura d )

Puţin despre corpul nostru
În corpul uman, absolut toată activitatea, viaţa, funcţionalitatea sa se bazează pe legile fizicii.
Nu corpul uman a învăţat legile ci noi am reuşit să le descoperim, învăţând astfel cum funcţionează el.
Inima funcţionează pe baza a 4 pompe electrostatice,
1. cea de sodiu (Na) 2. cea de potasiu (K)
3. cea de calciu (Ca) 4. cea de magneziu (Mg).
Datorită unor diferenţe de potenţial (tensiune electrică) anionii (sarcini negative (-)) şi cationii (sarcini pozitive (+)) pot străbate membranele celulare într-un sens şi celălalt.
Curenţi electrici comandă funcţionarea oricărui muşchi.
Vedem datorită unor impulsuri electrice transmise creierului.

1.14. Linii de câmp în câmpul
electrostatic
Definiţie
Se numeşte linie de câmp în câmpul electrostatic curba tangentă în orice punct la vectorul .
Ecuaţia liniilor de câmp este:
Observaţii:
reprezintă elementul infinitezimal al dreptei l care se mai numeşte şi element de lungime. Scris în funcţie de coordonatele după cele 3 direcţii, acesta are expresia:
are expresia

Continuare Linii de câmp în câmpul electrostatic
Ce înseamnă şi cum se efectuează un produs vectorial ?
Un produs vectorial efectuat în funcţie de componentele sale după cele 3 direcţii se calculează cu expresia:
În urma efectuării unui produs vectorial rezultă un vector.

Continuare Linii de câmp în câmpul electrostatic
Ce înseamnă şi cum se efectuează un produs scalar ?
Un produs scalar efectuat în funcţie de componentele sale după cele 3 direcţii se calculează cu expresia:
Ecuaţia liniilor de câmp
Prelucrând expresia ecuaţiei liniilor de câmp , se obţine ecuaţia liniilor de câmp în câmpul electrostatic:

Continuare Linii de câmp în câmpul electrostatic
Cum arată liniile de câmp ?
Dacă ar fi o singură sarcină, liniile de câmp ar fi cercuri având centrul în sarcină.
Dacă 2 sarcini sunt plasate apropiat, fiecare îşi creează propriul câmp şi câmpul rezultant este suprapunerea celor 2 câmpuri. De aceea cercurile nu mai au centrul în sarcini.

1.15. Densităţi de sarcină
Sarcina electrică q este o mărime primitivă, care caracterizează starea de încărcare electrică a corpului.
Aceasta se poate distribui:
Punctiform
Liniar
Superficial
Volumetric
Exemple:
Un fir conductor foarte subţire, încărcat cu q, are sarcina distribuită liniar;
Un corp de grosime foarte mică are sarcina distribuită superficial ;
Un corp de un anumit volum poate avea sarcina distribuită volumetric.

1.15.1. Densitate liniară de sarcină ρl
Conductoarele lungi şi foarte subţiri se încarcă cu sarcină distribuită lineic (filiform) cu densitatea lineică de sarcină ρl
de unde rezultă:
În Sistemul internaţional (SI) densitatea liniară de sarcină se măsoară în C/m.

1.15.2. Densitate superficială de sarcină ρS
Conductoarele de grosime mică şi suprafaţă mare se încarcă cu sarcină distribuită superficial cu densitatea superficială de sarcină ρS
de unde rezultă
În SI, densitatea superficială de sarcină se măsoară în C/m2

1.15.3. Densitate volumetrică de sarcină ρV
Corpurile izolatoare (dielectricii) de grosime şi suprafaţă mare se încarcă cu sarcină distribuită volumetrică cu densitatea volumetrică de sarcină ρV
de unde rezultă:
În SI densitatea volumetrică de sarcină se măsoară în C/m3

Continuare Densitate volumetrică de sarcină ρV
Observaţii:
Corpurile conductoare care ocupă un anumit volum se încarcă, întotdeauna, cu sarcină distribuită superficial (sarcina se distribuie numai pe suprafaţa acestora cu o densitate superficială de sarcină).
Corpurile izolatoare care ocupă un anumit volum se pot încărca cu sarcină distribuită superficial sau volumetric.

1.16. Descărcarea electrostatică
De ce apar scântei când un corp este încărcat electrostatic ?
Descărcarea electrostatică reprezintă curentul electric (instantaneu şi temporar) care ia naştere între 2 corpuri, între care nu există legătură electrică (adică separate de aer), aflate la potenţiale diferite.
Descărcarea se manifestă vizual sub forma unei scântei şi auditiv sub forma unei mici pocnituri.
Scânteia poate provoca explozii dacă mediul este inflamabil sau explozibil.
Cauza apariţiei descărcării electrostatice o reprezintă existenţa electricităţii statice.

VIDEO (10)

Descărcător static montat pe aripile avioanelor
Între eventualele sarcini electrice acumulate şi vârfurile metalice apar scântei.
Vârfurile metalice au o “colivie” de plastic protectoare care face ca scânteia să nu se transmită alăturat.

Filtru electrostatic
Un filtru electrostatic este confecţionat din fibre capabile să se încarce electrostatic şi să păstreze sarcina pe ele. Această sarcină atrage particulele de praf, polen, etc. care se depun pe filtru.

Ce înseamnă încărcare electrostatică ?
Dacă un corp acumulează sarcini electrice înseamnă că s-a încărcat electrostatic (sarcinile electrice nu „circulă” pe suprafaţa corpului respectiv).
Corpurile sintetice (de plastic) pot acumula sarcini prin frecare.
Electricitatea statică poate apare prin:
Frecare
Fenomenul de inducţie electrostatică
Corpurile conductoare nu pot acumula sarcini prin frecare.

O scânteie electrică provenită de la o acumulare electrostatică poate provoca explozie într-un mediu inflamabil !

Dirijabilul Hindenburg distrus de o explozie din cauza apariţiei unei scântei cauzată de acumularea de sarcini electrice statice.
Apariţia unei descărcări electrostatice se manifestă printr-o scânteie electrică.
Dacă mediul este inflamabil această scânteie poate crea o explozie.
Balonul trecuse printr-o furtună şi se acumulase pe el o mare sarcină electrică. Când au fost aruncate odgoanele metalice pentru aterizare, a apărut o scânteie între odgon şi turnul metalic care a dus la explozia hidrogenului din balon

Explozii datorate încărcărilor electrostatice
În 1989 un tun de pe un vas de luptă a explodat.
Cauza: încărcarea electrostatică care, prin declanşarea unei scântei, a detonat încărcătura explozivă

VIDEO (38)

Ce facem pentru evitarea apariţiei încărcărilor electrostatice?
Toate corpurile se leagă la pământ cu cordoane electrice.
Astfel, sarcinile electrice sunt scurse la pământ şi nu se mai pot acumula pe corpurile respective

Dar de ce se poate livra benzină la canistre metalice?
Suprafaţa corpurilor conductoare este o suprafaţă echipotenţială (toate punctele au acelaşi potenţial).
Sarcinile electrice nu se pot acumula pe suprafeţe mici (ale aceleiaşi suprafeţe mare conductoare).
De aceea nu poate apărea scânteia electrică.

Puţină recapitulare a unor mărimi şi fenomene învăţate
Ce înseamnă că pH-ul apei este 7?
Înseamnă că 1 din 107 molecule este ionizată, adică molecula conţine ionul negativ HO- şi ionul pozitiv H+.
Orice pH ar avea apa, tot există unele molecule ionizate care se comportă ca nişte sarcini electrice.

O baterie electrică extraordinară.
Picurătorul lui Kelvin
VIDEO (19)

Continuare Puţină recapitulare a unor mărimi şi fenomene învăţate
Ce înseamnă încărcare a unui corp prin inducţie electrică (influenţă electrostatică)?
Dacă ai un corp conductor 1 neutru din punct de vedere electric şi îl apropii de un corp 2 încărcat cu sarcină (de exemplu (+)), pe corpul 1 sarcinile se distribuie:
Pe porţiunea corpului 1 aflată mai aproape de 2 apare sarcină de semn contrar cu 2, adică (–).
Pe porţiunea corpului 1 aflată mai departe de 2 apare sarcină de acelaşi semn cu 2, adică (+).

Continuare Puţină recapitulare a unor mărimi şi
fenomene învăţate
Cum pot apare sarcini electrice pe un corp conductor?
Prin INDUCŢIE ELECTRICĂ.
Dacă apropii un corp încărcat electric de un corp conductor neîncărcat, acesta din urmă se încarcă local cu sarcină de semn contrar

Continuare Puţină recapitulare a unor mărimi şi
fenomene învăţate
Ce însemnă intensitate de străpungere?
Orice corp izolator nu este perfect, adică se străpunge dacă intensitatea câmpului electric depăşeşte o anumită valoare.
Aerul este un izolator.
Intensitatea câmpului la care aerul se străpunge este:

Continuare Puţină recapitulare a unor mărimi şi
fenomene învăţate
Ce însemnă tensiune de străpungere (când apare descărcarea prin scânteie)?
Considerăm că avem 2 corpuri plasate în aer la distanţa d.
Între acestea tensiunea este U.
Intensitatea câmpul dintre corpuri este E.
Ştim relaţia: E=U/d . Asta înseamnă că:
Când s-a depăşit U străpungere între cele 2 corpuri apare o descărcare prin scânteie (apare un curent electric de foarte scurtă durată care egalizează potenţialele celor 2 corpuri).

Continuare Puţină recapitulare a unor mărimi şi
fenomene învăţate
Cum se deplasează sarcinile electrice în câmp?
Sarcinile pozitive (+) circulă în sensul liniilor de câmp.
Sarcinile negative (-) circulă în sens invers
Ştim că 2 sarcini de acelaşi semn se resping.
Pentru că la sarcina pozitivă liniile de câmp ies din sarcină, e clar că q+ se deplasează în sensul liniilor de câmp.

1.17. Teorema suprapunerii efectelor
referitor la intensitatea câmpului electrostatic
Se consideră că într-un punct din spaţiu se află o sarcină q care este plasată în câmpurile create de alte sarcini q1, ..., qn.
Se notează cu vectorii de poziţie.
Forţa rezultantă care acţionează în punctul în care se află sarcina q se determină prin aplicarea teoremei suprapunerii efectelor referitor la forţe.
Expresia matematică a teoremei suprapunerii efectelor referitor la intensitatea câmpului electrostatic este

Continuare Teorema suprapunerii efectelor referitor la intensitatea câmpului electrostatic
Observaţii
Teorema suprapunerii efectelor referitor la intensitatea câmpului electrostatic are aceeaşi formă ca cea referitoare la suprapunerea forţelor şi se enunţă astfel:
Intensitatea rezultantă a unui câmp electrostatic creat de o distribuţie continuă şi discretă de sarcini este egală cu suma vectorială a intensităţilor create de fiecare distribuţie în parte.

Continuare Teorema suprapunerii efectelor referitor la intensitatea câmpului electrostatic
Ce înseamnă distribuţie continuă şi distribuţie discretă de sarcini ?
Dacă sarcina se distribuie lineic, superficial sau volumetric se spune că are o distribuţie continuă.
Dacă sarcina se distribuie punctiform se spune că are o distribuţie discretă (se poate număra).
Practic cuvintele distribuţie continuă şi discretă de sarcini acoperă toate modurile în care se poate distribui o sarcină electrică.

Mai ţii minte că o sarcină electrică se poate distribui în 4 moduri ?
Punctiform
Lineic
Superficial
Volumetric

1.18. Forma generală a intensităţii câmpului electrostatic
o sarcină distribuită pe un conductor de lungime l cu densitate liniară de sarcină ρl;
o sarcină uniform distribuită pe o suprafaţă S cu densitatea superficială de sarcină, ρS.
o sarcină uniform distribuită într-un volum V cu densitatea volumetrică de sarcină, ρV .
n sarcini punctiforme
Se consideră că, într-un volum oarecare din spaţiu, se află:
Se urmăreşte determinarea intensităţii câmpului într-un punct P din acest spaţiu, identificat în raport cu sarcinile prin vectorii de poziţie (evident aceştia sunt diferiţi între ei, însă, pentru uşurinţa scrierii, nu s-au folosit indici).

Intensitatea câmpului electrostatic în vid creat de diferite distribuţii de sarcini
Intensitatea câmpului creat de sarcina distribuită liniar este:

Continuare Intensitatea câmpului electrostatic în
vid creat de diferite distribuţii de sarcini
Intensitatea câmpului creat de sarcina distribuită superficial este:

Continuare Intensitatea câmpului electrostatic în
vid creat de diferite distribuţii de sarcini
Intensitatea câmpului creat de sarcina distribuită volumetric este:

Continuare Intensitatea câmpului electrostatic în
vid creat de diferite distribuţii de sarcini
Intensitatea câmpului creat de o sarcină distribuită punctiform este:

Continuare Intensitatea câmpului electrostatic în
vid creat de diferite distribuţii de sarcini
Aplicând teorema suprapunerii efectelor se obţine expresia intensităţii câmpului electrostatic în vid:

Avem nevoie de ceva matematică !!
Se introduc următorii operatori matematici utili în studiul câmpului electromagnetic:
Gradientul (grad)
Gradient – grad: este un operator matematic care se aplică unui scalar şi are ca efect obţinerea unui vector.
Exemplu: prin aplicarea operatorului gradient unui scalar V se obţine un vector :
Mx, My, Mz – se obţin prin derivarea scalarului după cele 3 direcţii
prin urmare:

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Ce înseamnă grad mai pe înţelesul nostru ?
Ce înseamnă grad ?
Înseamnă derivare parţială după cele 3 direcţii, Ox, Oy şi Oz.

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Ce înseamnă derivare parţială (după axa Ox)?
Înseamnă variaţia mărimii (ΔV) împărţită la variaţia variabilei (Δx)
dacă faci variaţia după axa Ox : ;
dacă ai face variaţia după axa Oy ai pune Δy, etc.
Adică arată cât creşte (sau scade) mărimea respectivă după axa Ox , Oy sau Oz .

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Dă-mi un exemplu !
Dacă V are valoarea V1 = 7 în punctul x 1 = 3 şi valoare V2 = 17 în punctul x 2 = 5 atunci gradientul după axa Ox este:

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Dar dacă ar fi să îl calculezi după cele 3 direcţii?
Să spunem că după Ox a ieşit 5, după Oy a ieşit 9 şi după Oz a ieşit - 4 atunci, aplicând formula gradientului obţii:

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Văd eu bine că am obţinut un vector (îl recunosc uşor după versorii
)?
Da, dacă aplici operatorul gradient, obţii ca rezultat un vector.

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Cui se aplică operatorul gradient?
Obligatoriu unui scalar

Ai auzit cuvântul gradient la rubrica meteo, unde se spune „gradientul temperaturii este mare şi pozitiv dacă ne deplasăm de la vest la est”.
Acest lucru înseamnă că temperatura în vest e mai mare decât în est (gradientul e pozitiv) şi scade repede (pentru că gradientul e mare).
În concluzie, gradient înseamnă variaţia mărimii (dintr-un punct în altul) împărţită la distanţa dintre puncte.

Rotorul (rot)
Rotor – rot : este un operator matematic care se aplică întotdeauna unui vector şi are ca efect obţinerea tot a unui vector.
Exemplu: prin aplicarea operatorului rotor unui vector se obţine vectorul calculat cu expresia
Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Divergenţa (div)
Divergenţa – div : este un operator matematic care se aplică întotdeauna unui vector şi are ca efect obţinerea unui scalar.
Exemplu: prin aplicarea operatorului div vectorului , se obţine scalarul T:

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Transformata Stokes
Transformata Stokes – această transformată permite trecerea de la integrala simplă, pe contur, la integrala dublă, pe suprafaţă:
Unde Sl este o suprafaţă închisă care se sprijină pe conturul închis l.

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Transformata Gauss – Ostrogradski
Transformata Gauss – Ostrogradski – permite trecerea de la integrala dublă, de suprafaţă, la integrala triplă, de volum.
unde, VS este volumul care se sprijină pe suprafaţa S.

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Circulaţia unui vector
Circulaţia unui vector – se defineşte ca fiind integrala de linie aplicată vectorului respectiv; are ca efect obţinerea unei mărimi scalare:
Exemplu: circulaţia vectorului pe conturul l se calculează cu expresia:
Circulaţie înseamnă integrală simplă (şi atunci apare obligatoriu şi )

Continuare Avem nevoie de ceva matematică !!
Fluxul unui vector printr-o suprafaţă
Fluxul unui vector printr-o suprafaţă – se defineşte ca fiind integrala de suprafaţă aplicată vectorului respectiv; are ca efect obţinerea unei mărimi scalare:
Exemplu: fluxul vectorului pe suprafaţa S se calculează cu expresia:
Fluxul înseamnă o integrală dublă (şi atunci apare obligatoriu şi )

1.19. Teorema lui Gauss
Fluxul intensităţii câmpului electrostatic în vid, ΨE , pe o suprafaţă închisă, Σ , este egal cu raportul dintre cantitatea totală de sarcină conţinută în interiorul suprafeţei, Σ, şi permitivitatea electrică a vidului, ε0.

1.19.1. Concluzii la Teorema lui Gauss
Fluxul vectorului nu depinde de forma suprafeţei Σ. Din acest motiv, suprafaţa se alege de o formă cât mai convenabilă pentru a putea efectua uşor calculul ;
Fluxul vectorului nu depinde de modul în care este distribuită sarcina în interiorul domeniului, ci de cantitatea totală de sarcină qΣ din interiorul acestuia;
Teorema lui Gauss se aplică numai în vid (prezenţa lui ε0);
Teorema lui Gauss este un caz particular al legii fluxului electric (se va demonstra ulterior);
Teorema lui Gauss se aplică pentru a determina intensitatea câmpului electrostatic în vid (ca mărime scalară). Ea poate fi aplicată numai dacă mai există informaţii suplimentare cu privire la simetria câmpului. Aceste informaţii permit determinarea direcţiei şi sensului vectorului .

1.19.2. Consecinţe ale Teoremei lui Gauss
Definiţie:
Se numeşte tub de flux totalitatea liniilor de câmp conţinute în interiorul unui domeniu (suprafaţă care se sprijină pe un mic contur l ).
Concluzie:
În tubul de flux, fluxul se conservă.
(Continuitatea fluxului într-un tub de flux).

1.20. Teorema potenţialului electrostatic
Se ştie expresia intensităţii câmpului electrostatic în vid:
Se defineşte potenţialul câmpului electrostatic într-un punct oarecare al său:
Potenţialul V este o mărime scalară (spre deosebire de intensitatea câmpului care este o mărime vectorială).
Potenţialul V se măsoară în Volţi [V].

Continuare Teorema potenţialului electrostatic
Teorema potenţialului electrostatic scalar – prima formă locală
Intensitatea câmpului electrostatic în vid reprezintă gradientul cu semn schimbat a potenţialului electric.

Continuare Teorema potenţialului electrostatic
Teorema potenţialului electrostatic scalar – a doua formă locală
Rotorul intensităţii câmpului electrostatic în vid este nul.

Continuare Teorema potenţialului electrostatic
Teorema potenţialului electrostatic scalar (forma globală integrală)
Circulaţia vectorului intensitate câmp electrostatic, pe orice contur închis l este întotdeauna nulă.
Ce-mi spune mie formula aceasta ?
Existenţa unui câmp atrage obligatoriu existenţa unei variaţii a potenţialului.
Mai ţii minte?
gradientul înseamnă variaţia mărimii (dintr-un punct în altul) împărţită la distanţa dintre puncte.
Aici calculezi gradientul şi schimbi apoi semnul

Am înţeles bine ?
Dacă potenţialul V nu variază înseamnă că nu există
câmp, adică E = 0 ?
Da, dacă ΔV = 0, rezultă grad V = 0, rezultă E = 0.
Nu există câmp.

Continuare Am înţeles bine ?
Mă pot oare “izola într-un câmp”, adică, chiar dacă el există, să nu îl simt
Da, şi dispozitivul respectiv se numeşte cuşca lui Faraday.
Cuşca lui Faraday este o încăpere construită numai din metal şi chiar dacă este plasată într-un câmp electric, în interiorul ei are câmpul electric nul

Continuare Am înţeles bine ?
Cum de e posibil ?
Cuşca fiind din metal şi plasată în câmp se va încărca cu electricitate dar aceasta se va distribui numai superficial şi în interior nu ai câmp electric.
Dacă e legată la pământ, sarcina se va scurge în pământ.

Cuşca lui Faraday
A apărut un trăsnet, deci un câmp electric foarte puternic.
Cuşca, chiar dacă se află în acest câmp puternic, e izolată în interior şi persoana de acolo nu păţeşte nimic.
Sarcina electrică apărut în urma descărcării pe suprafaţa metalică (exterioară) a cuştii “rămâne acolo, nu intră în interior”.
Dacă cuşca e legată la pământ sarcina se scurge la pământ, tot fără a se “infiltra în interior”, unde rămâi protejat.

VIDEO (11)

VIDEO (30)

” Ce se întâmplă dacă un fulger loveşte un avion în zbor “ ?
Nu se întâmplă nimic.
Intră în ecuaţie principiul unei cuştii Faraday.
Practic, “se produc”. 2 găuri mici în fuzelaj acolo unde a „lovit” şi în coadă (pe unde a „descărcat”). Pilotul e obligat să anunţe că a fost lovit de fulger în timpul zborului si când avionul e tras la hangar pentru reparaţii tehnicienii caută semnele respective (şi înlocuiesc bucăţile respective de fuzelaj).
Cei cărora le e teama să nu fie trăsniţi în maşină, aveţi grijă să staţi cu geamurile închise când plouă
(Parcă totuşi nu aş dori să verific “experimental” acest adevăr).

„De ce se întâmplă toate acestea ?”
Pentru că există sarcini electrice.
Care creează un câmp electric.
Apar alte sarcini electrice.
Între sarcini se pot exercita forţe (de atracţie sau de respingere)
În câmp sunt tensiuni electrice.
Pot apare curenţi electrice.
Şi multe altele !!

Vrei să ştii ce e tensiunea de pas ?
În dreptul conductoarelor electrice aeriene de tensiuni mari, în sol de induc potenţiale.
În punctul aflat chiar sub conductor potenţialul e cel mai mare, apoi el scade pe măsură ce ne deplasăm mai la stânga sau la dreapta.
Astfel, între 2 puncte de pe sol aflate la o distanţă mică (distanţa de un pas = 0,8 m) există o tensiune electrică. Dacă gradientul tensiunii în zona respectivă e mare (grad V =ΔV/ Δx), înseamnă că tensiunea e mare.
Corpul uman este bun conducător de electricitate având o rezistenţă cam de 20kΏ. Dacă ai o tensiune între cele 2 picioare, prin tine circulă un curent. Dacă tensiunea e mare, curentul va fi mare şi te poţi electrocuta.
Fenomenul este periculos dacă cade un trăsnet în apropiere de tine.
De aceea pe timp de furtună trebuie să te deplasezi cu paşi mici (la paşi mici tensiunea între cele 2 picioare e mai mică decât la paşi mari)

Să văd dacă am priceput
Dacă fac paşi mari tensiunea de pas e mare?
Da.

Să văd dacă am priceput
Înseamnă că un cal e mai supus pericolului decât mine?
Aici intervine şi rezistenţa. La om e 20.000. Dacă la cal e tot 20.000 (sau mai mică) ai dreptate. (de fapt, să-ţi spun că rezistenţa e dată, în special de volumul zonei abdominale; dacă e mare, rezistenţa e mică).

Să văd dacă am priceput
Deci e clar, un cal are o rezistenţa mai mică, deci e supus pericolului mai mult
Da, e perfect acum.
De aceea, în zonele electrificate se iau măsuri speciale pentru ca animalele mari să nu fie electrocutate accidental.

Ce pune în evidenţă teorema potenţialului
În câmpul electrostatic nu se poate manifesta fenomenul de inducţie electromagnetică.
Liniile de câmp ale lui sunt irotaţionale (ele nu se închid pe ele însele; încep de pe sarcina pozitivă şi se sfârşesc pe sarcina negativă; dacă sarcina negativă lipseşte, ele se sfârşesc la infinit)

VIDEO 80

Continuare Ce pune în evidenţă teorema potenţialului
Sarcinile (+) circulă în sensul liniilor de câmp. Sarcinile (-) circulă în sens invers.
E logic, nu ?
2 sarcini de acelaşi semn se resping;
Pentru că la sarcina pozitivă liniile de câmp ies din sarcină, e clar că q+ se deplasează în sensul liniilor de câmp.

Consecinţe ale teoremei potenţialului electrostatic
Determinarea tensiunii dintre 2 puncte, a şi b : Uab
Teoremă:
Circulaţia vectorului între 2 puncte reprezintă tensiunea electrică dintre cele două puncte.
a
b
E
dl
l
E
dl
element infinitezimal al curbei l
(traseul de integrare)
vectorul intensitate câmp electric
(are direcţie radială şi sens, “iese”
din sarcina pozitivă
traseul de integrare de la a la b
l

Continuare Consecinţe ale teoremei potenţialului electrostatic
Independenţa calculului tensiunii de drumul de integrare
Teoremă:
Calculul tensiunii între punctele a şi b nu depinde de traiectoria aleasă pentru a parcurge drumul din a în b, ci depinde numai de poziţia punctelor a şi b.
În cazul desenului, cel mai avantajos traseu de integrare (corespunzător căruia calculul matematic este cel mai simplu) este cel care uneşte în linie dreaptă (coliniar cu ) punctele a şi b. Pentru că rezultatul este acelaşi, indiferent pe ce traseu merg din punctul a în punctul b, acesta este traseul recomandat pentru a efectua integrala
a
b
E
l
traseul
m
traseul
n
m
n
cel mai avantajos traseu de integrare

Continuare Consecinţe ale teoremei potenţialului electrostatic
Determinarea potenţialului unui punct
Tensiunea dintre 2 puncte reprezintă diferenţa de potenţial între cele 2 puncte:
Întotdeauna, potenţialul unui punct a nu poate fi determinat decât în funcţie de potenţialul (numit de referinţă), unui alt punct b, (numit punct de referinţă).
unde: b(0) este un punct numit punct de referinţă, astfel ales încât potenţialul său, .
a
b
E
l
de obicei punctul b este situat la
distanţă foarte mare - la infini -
faţă de punctul
El trebuie să aibă potenţialul
Vb= 0
a.

Continuare Consecinţe ale teoremei potenţialului electrostatic
Interpretarea energetică a noţiunii de tensiune electrică
Teoremă:
Tensiunea electrică Uab dintre 2 puncte a şi b este numeric egală cu lucrul mecanic L efectuat de forţa exterioară pentru a deplasa din punctul b în a sarcina electrică unitară (q = 1C).
Forţa electrostatică tinde să deplaseze sarcina q+ spre dreapta (este o forţă de respingere pentru că sarcinile sarcinile şi q+ au acelaşi semn). Forţa exterioară este egală şi de semn contrar cu . Dacă notăm cu d distanţa dintre a şi b obţinem:
a
b
E
q
F
F
ext.
e

Cât de mare este potenţialul pentru un câmp creat de un generator Van de Graaff ?
Îmi amintesc:
Expresia potenţialului V creat de o sarcină punctiformă q la o distanţă r
Dacă am o sferă metalică de rază R încărcată cu sarcina q, sarcina se distribuie uniform pe toată suprafaţa sferei.
Pentru puncte exterioare sferei câmpul se comportă ca şi cum toată sarcina q se află concentrată în centrul sferei.
Raza sferei generatorului Van de Graaff este aproximativ 0,3m.
Sarcina q care se acumulează la acest generator este q = 10 µC (micro Coulombi) pentru . (Pe suprafaţa sferei generatorului)
pentru
pentru

Experiment 1
Avem un câmp creat de un generator Van de Graaff
Pun un tub de neon radial în câmp (în lungul liniilor de câmp).
Pentru că pe distanţe mici potenţialul câmpului scade foarte mult, mă aştept ca la capetele tubului de neon tensiunea să fie foarte mare.
Dacă lungimea l a tubului de neon este mare, tensiunea de la capete este mare;
ex:
Tubul luminează.

Experiment 2
Stau cu picioarele pe pământ. Voi avea potenţialul V = 0.
Dacă ating capătul din dreapta a tubului fac ca potenţialul acestui punct să fie zero .
Tensiunea dintre capetele tubului creşte şi mai mult devenind:
Tubul luminează mai puternic.

Experiment 3
Cum de nu mă electrocutez când pun mâna pe capătul tubului dacă potenţialul este atât de mare?
Între degetul meu şi pământ tensiunea va fi mare.
Chiar dacă tensiunea este mare (de ordinul kV) curentul este mic. Observ că acest curent este mic pentru că şi luminarea tubului, chiar dacă are tensiune de aprindere, nu este prea puternică.
Generatorul Van de Graaff creează sarcini puţine (ai văzut ca am luat în calcul o sarcină q = 10 µC
Prin legătura la pământ va circula un curent , dar, pentru că sarcina este foarte mică şi acest curent este foarte mic şi nu mă electrocutez.

Experiment 4
Pun un tub de neon perpendicular în câmp
Capetele tubului sunt aproximativ la aceeaşi distanţă d faţă de sfera generatorului. Prin urmare, la capetele sale potenţialul este aproximativ egal şi tensiunea va fi nulă:
Tubul nu va lumina.

VIDEO ( 12 )

Ai obosit şi doreşti ceva să te deconectezi ?
Ştii de ce ?
Forţa se măsoară în Newtoni (N) ?
Potenţialul (sau tensiunea electrică) se măsoară în Volţi (V) ?
Sarcina electrică se măsoară în Coulombi (C) ?
Capacitatea electrică se măsoară în farazi (F) ?
Lucru mecanic în Jouli (J) ?
Multe din unităţile de măsură ale mărimilor fizice au fost date în cinstea unor mari savanţi cu contribuţii deosebite la dezvoltarea ştiinţei.

Isaac Newton
(1643-1728)
părintele Mecanicii (Om de ştiinţă şi filozof englez). Cartea sa „Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”, publicată în 1687, este considerată cartea cu cea mai puternică influenţă în istoria ştiinţei.
A descoperit cele mai importante legi ale Mecanicii (legea atracţiei universale, legea gravitaţiei, principiile mişcării).
În onoarea sa, unitatea de măsură pentru forţa a fost denumită Newton (N).
1N este forţa care aplicată unui corp cu masa de 1 kg îi produce acesteia o acceleraţie de 1m/s2

Alessandro Volta
(1745-1827)
descoperitorul bateriei.
Profesor la Universitatea din Como, Italia.
În 1800 a inventat şi construit prima baterie electrică, prima sursă de tensiune continuă.
În cinstea sa, unitatea de măsură în Sistemul Internaţional a tensiunii a fost denumit Volt-ul.
1 Volt (1 V) este tensiunea electrică care aplicată unui rezistor de 1 Ohm (1 Ώ) dă naştere unui curent electric având intensitatea de 1 Amper (1 A).

Augustin de Coulomb
(1736-1806)
Om de ştiinţă francez. Descoperirea cea mai importantă o reprezintă Legea lui Coulomb, care defineşte forţa de interacţiune (atracţie sau respingere) dintre 2 corpuri încărcate electric.
În onoarea sa unitatea de măsură a sarcinii electrice este Coulombul (C)
1 Coulomb (1C) este sarcina electrică cu care sunt încărcate 2 sarcini electrice, plasate în vid la distanţă de 1 metru (1 m), între care se exercită o forţă de 1 Newton (1N).

Michael Faraday
(1791-1867)
Om de ştiinţă englez care a studiat câmpul magnetic creat la trecerea curentului electric prin conductoare şi a formulat principalele legi ale electromagnetismului.
Numele său a fost folosit pentru denumirea în Sistemul Internaţional de unităţi de măsură a capacităţii electrice.
Un condensator are o capacitate electrică de 1 Farad (1 F) dacă el se încarcă cu o sarcină electrică de 1 Coulomb (1 C) atunci când i se aplică o tensiune de 1 Volt (1 V ).

James Prescott Joule
(1818-1889)
Fizician englez care a descoperit echivalentul mecanic al căldurii (legătura dintre cantitatea de căldură şi lucru mecanic).
Numele său a fost folosit în denumirea unităţii de măsură a cantităţii de căldură, a lucrului mecanic, al energiei.
La trecerea unui curent electric de 1 Amper (1 A) printr-o rezistenţă de 1 Ohm (1 Ώ) timp de 1 secundă (1 s) se dezvoltă o energie (care se degajă sub formă de căldură) de 1 Joule (1 J)

1.21. Exerciţii
Întrebarea 1
Dacă ai două sarcini, una negativă şi una pozitivă plasate una sub alta, cea pozitivă fiind „sus” şi cea negativă „jos”.
Cum este orientat câmpul creat de cele 2 sarcini „între ele”?
În jos
În sus
La stânga
La dreapta

Exerciţii
Răspuns întrebarea 1
Câmpul iese din sarcina pozitivă şi intră în sarcina negativă.
Deci, câmpul rezultant, între cele 2 sarcini este în jos
Răspuns corect varianta a)

Exerciţii
Întrebarea 2
Cum se va deplasa sarcina pozitivă din figură ?
Spre stânga
Spre dreapta
Nu se deplasează

Exerciţii
Răspuns întrebarea 2
Sarcina pozitivă se deplasează în sensul liniilor de câmp.
Răspuns corect: varianta b)

Exerciţii
Întrebarea 3
Avem o sferă confecţionată dintr-un material conductor neîncărcată electric. O atingi de o sferă încărcată pozitiv. Firesc, de pe sfera încărcată se transferă sarcini pe sfera iniţială.
Unde se distribuie acestea ?
Rămân în punctul de atingere.
Se distribuie pe o mică suprafaţă în jurul punctului de atingere.
Se distribuie uniform pe toată suprafaţa sferei.
Se distribuie în tot volumul sferei dacă e plină.

Exerciţii
Răspuns întrebarea 3
Corpurile conductoare se încarcă întotdeauna cu sarcină distribuită superficial
Toată suprafaţa corpului trebuie să aibă acelaşi potenţial. Deci sarcina nu poate să se „izoleze” pe o suprafaţă mică.
Răspuns corect: varianta c)

Exerciţii
Întrebarea 4
Avem o sferă 1 confecţionată dintr-un material conductor neîncărcată electric. O atingi de o sferă 2 încărcată pozitiv. Firesc, de pe sfera 2 încărcată se transferă sarcini pe sfera 1.
Cu ce sarcină se încarcă sfera 1 ?
Pozitivă
Negativă
Nu poţi preciza, depinde de mărimea sferelor

Exerciţii
Răspuns întrebarea 4
Prin atingere se transferă sarcină (în cazul nostru pozitivă) de pe sfera 2 pe sfera 1.
Răspuns corect : varianta a)

Exerciţii
Întrebarea 5
Avem un corp conductor (C.c.) neîncărcat electric. Îl apropii de un corp încărcat negativ (de ex. un generator Van de Graaff GVG)
Ce se întâmplă ?
Nimic pentru că nu ai atins corpul (C.c.) de generatorul GVG pentru ca sarcinile să se poată transfera:
corpul (C.c.) se încarcă pozitiv;
corpul (C.c.) se încarcă negativ;
corpul (C.c.) rămâne neutru din punct de vedere electric, dar sarcina se distribuie diferit.

Exerciţii
Răspuns întrebarea 5
Un corp conductor 1 se poate încărca cu sarcină adevărată:
Prin atingere de un alt corp conductor (C.c.). Şi atunci se încarcă cu sarcină de acelaşi fel.
Prin influenţă electrostatică, dacă corpurile sunt suficient de apropiate.
Astfel,
corpul (C.c.) rămâne neutru din punct de vedere electric, dar
sarcina de pe corpul (C.c.) se distribuie diferit:
mai aproape generatorul GVG, pe corpul (C.c.) este un surplus de sarcini pozitivă (+),
mai departe, un surplus de sarcini negative (-).
Răspuns corect: varianta d )

Exerciţii
Întrebarea 6
Avem o sferă 1 confecţionată dintr-un material conductor neîncărcată electric. O atingi de o sferă 2 încărcată pozitiv. Firesc, de pe sfera 2 încărcată se transferă sarcini pe sfera 1.
Cât de multă sarcină se transferă de pe o sferă pe alta ?
Se transferă toată sarcina q
Se transferă jumătate din sarcina q
Nu poţi preciza

Exerciţii
Răspuns întrebarea 6
Câtă sarcină se transferă, depinde de capacitatea electrică fiecărei sfere.
Nu uita ! Capacitatea electrică a unui corp conductor este proprietatea de a înmagazina pe el sarcini electrice.
În cazul unei sfere, capacitatea depinde de raza sferei şi de permitivitate. După ce s-a realizat transferul de sarcină trebuie însă să se respecte legea conservării sarcinilor (nimic nu se pierde, nimic nu se câştigă, totul se transformă). adică
Răspuns corect : varianta c)

Exerciţii
Întrebarea 7
Dacă „pui” o sarcină într-un câmp electric ce se întâmplă?
Nimic pentru că un câmp electric nu are nici o acţiune asupra unei sarcini electrice.
Asupra ei acţionează o forţă
Nimic pentru că sarcina „stă” când ai introdus-o şi nu se deplasează.

Exerciţii
Răspuns întrebarea 7
Asupra ei se exercită o forţă a cărei expresie este
unde: F - este forţa
q - este sarcina
E - intensitatea câmpului
Răspuns corect: varianta b)

Exerciţii
Întrebarea 8
Ai o sarcină pozitivă având o masă care este plasată în vid, în câmpul gravitaţional terestru şi într-un câmp electric orientat „în sus” având .
Ce se întâmplă cu sarcina ?

Exerciţii
Răspuns întrebarea 8
Dacă sarcina are o masă m atunci ea va fi atrasă de câmpul gravitaţional cu o forţă G (greutatea)
Ca sens, forţa G este îndreptată în jos.
Ai observat, desigur, că:
pe m l-am introdus în calculul numeric în Sistemul internaţional, adică kg; 1g =10-3 kg.
am considerat g, acceleraţia gravitaţională, ca fiind (în calculele exacte g = 9,8).

Exerciţii
Continuare Răspuns întrebarea 8
Dacă sarcina este pozitivă q+ şi câmpul electric este îndreptat în sus, asupra sarcinii se va exercita o forţă
Ca sens, forţa F îndreptată în sus.
Ai observat, desigur, că:
pe q l-am introdus în calculul numeric în Sistemul internaţional, adică: 1 m C = 10-3 C.
Cele 2 forţe sunt egale şi de sensuri contrare (una acţionează în jos şi cealaltă în sus) şi atunci forţa rezultantă este nulă.
Răspuns corect: Corpul pluteşte în vid.

Experimentul lui Milikan.
„Picătura de ulei în câmp electrostatic”
O sarcină pozitivă q + se deplasează în sensul intensităţii câmpului E.

Continuare Experimentul lui Milikan.
„Picătura de ulei în câmp electrostatic”
Sarcina negativă q- în sens invers lui E. Dacă discutăm de sarcina negativă, în cazul nostru ea va fi împinsă în sus.

Continuare Experimentul lui Milikan.
„Picătura de ulei în câmp electrostatic”
Greutatea proprie G a sarcinii e întotdeauna în jos.
Dacă valorile numerice sunt adecvate s-ar putea ca F = G să se echilibreze şi particula să plutească în câmp.

Cum funcţionează un aparat de fotocopiere
În funcţionare se disting 4 etape:
Încărcarea: Suprafaţa unui cilindru este încărcată electrostatic cu sarcini negative de la un conductor aflat la înaltă tensiune (15 kV). Cilindrul are un înveliş dintr-un material fotoconductor - devine bun conducător de electricitate când este iluminat - pe care se depun sarcinile negative.

Continuare Cum funcţionează un aparat de fotocopiere
Expunerea. O lampă puternică luminează documentul original şi suprafeţele albe ale originalului reflectă lumina pe cilindrul fotoconductor. Porţiunile din suprafaţa cilindrului expuse la lumină (cele care corespund suprafeţei albe nescrise - ale originalului) devin conductoare şi descarcă sarcina depusă iniţial pe ele. Porţiunile din suprafaţa cilindrului neexpuse la lumină (cele care corespund suprafeţei scrise ale originalului) îşi păstrează sarcina depusă iniţial pe ele.
Rezultatul: o imagine de sarcini negative pe suprafaţa cilindrului.

Continuare Cum funcţionează un aparat de fotocopiere
Developarea: Tonerul este încărcat pozitiv. Când este aplicat pe cilindru el este atras de porţiunile cu sarcină negativă de pe cilindru, adică de porţiunile scrise ale originalului. Aceste sarcinile pozitive rămân „lipite ” pe cilindru.