Curent electric

Fenomenul de transport al sarcinii electrice, realizat prin miscarea ordonata a unor purtatori de sarcina electrica, se numeste curent electric.

Curentul electric reprezinta deplasarea dirijata a sarcinilor electrice. Exista doua marimi fizice care caracterizeaza curentul electric:

• Intensitatea curentului electric, numita adesea simplu tot curentul electric, caracterizeaza global curentul masurand cantitatea de sarcina electrica ce strabate sectiunea considerata in unitatea de timp. Se masoara in amperi.
• Densitatea de curent este o mărime vectoriala asociata fiecarui punct, intensitatea curentului regasindu-se ca integrala pe intreaga sectiune a conductorului din densitatea de curent. Se masoara in amperi pe metru patrat.

Sarcinile electrice in miscare pot fi purtate de electroni, ioni sau o combinatie a acestora. Stabilirea curentului electric este determinata de existenta unei tensiuni intre cele doua puncte (intre care se deplaseaza sarcinile). De asemenea, curentul electric se mai poate stabili daca un circuit inchis este influentat de o tensiune electromotoare.

Daca se noteaza sarcina electrica prin Q, timpul cu t si intensitatea curentului electric cu I, aceste marimi sunt legate prin relatia:

$I = \frac{dQ}{dt}. \!$

Pentru marimi variabile in timp formula se poate rescrie folosind marimi instantanee:

$i(t) = \frac {dq(t)}{dt}. \!$

Daca miscarea sarcinilor se face numai intr-un singur sens, avem de-aface cu un curent continuu (generat de exemplu de bateria galvanica sau de dinam). Daca sensul de deplasare alterneaza in timp, curentul se numeste alternativ (alternatorul este un dispozitiv care genereaza un asemenea curent). Curentul alternativ folosit in industrie este de obicei (cvasi) sinusoidal, adica intensitatea lui variaza ca o functie sinusoidala (in timp).

In cazul redresarii curentului alternativ se obtine un curent continuu de intensitate variabila, numit si pulsatoriu (sau ondulat). Redresarea se poate face cu ajutorul tuburilor electronice (diode sau duble diode) sau semiconductoarelor (diode, punti redresoare).

Transformarea inversa pentru a obtine curent alternativ din curent continuu se face cu ajutorul unor dispozitive electronice (invertoare) si este utila, de exemplu, la alimentarea de la elemente galvanice sau acumulatoare a unor consumatori ce au nevoie de curent alternativ (lampi electrice pentru avarii, alimentarea unor aparate electrice care functioneaza cu curent alternativ de la acumulatorul autoturismului). De asemenea din curent alternativ se poate obtine curent continuu si cu ajutorul grupurilor comutatrice (un motor electric de curent alternativ roteste un dinam pentru a produce curent continuu care sa alimenteze de exemplu electrodul de sudura).

Efectuând experimente de electrizare, sunt aduse in contact cu sfera/discul unui electroscop diferite corpuri electrizate (de exemplu un corp conductor cu mâner izolator, electrizat prin contact cu unul dintre polii mașinii electrostatice). Foitele/lamelele electroscopului se îndepărtau, evidentiind faptul că între sferă si cutia metalica a acestuia exista o diferenta de potențial. Realizând apoi contactul intre sfera/discul electroscopului si cutia acestuia (folosind un fir conductor), se poate remarca apropierea foițelor/ lamelelor electroscopului.

Sunt evidenţiate urmatoarele aspecte:

• obtinerea starii finale de echilibru a fost obtinuta printr-un transport de electroni, sub actiunea unui camp electric (existent in firul conductor, datorita diferentei de potențial de la capetele acestuia);
• o data cu egalarea potențialelor, se obtine o noua stare de echilibru, transportul de sarcina electrica fiind intrerupt.

Pe durata foarte scurta a acestui proces, in sistemul conductoarelor in contact a fost stabilit un curent electric.

Efectele curentului electric

Evidentierea curentului electric in diferite medii conductoare se realizeaza prin efectele acestuia.

• caldura, fenomen cunoscut sub numele de efect termic sau efect Joule:
• aparitia unei forţe asupra conductoarelor strabatute de el aflate in câmp magnetic, cunoscute sub denumirea de forte electromagnetice sau forte electrodinamice:
• aparitia unui câmp magnetic (rotativ) in jurul conductoarelor pe care le strabate.
• transportul de substante (electroliză) atunci cand purtatorii de sarcina care determina curentul electric continuu sunt ionii dintr-o solutie sau topitura.

Efectul termic (efect Joule)

Se constată incalzirea coductoarelor parcurse de curent electric. Uneori, pentru a va incalzi in zilele de iarna, folositi radiatoare electrice, beneficiind astfel de efectul Joule.

James Joule a descris cantitativ un efect, ce-i poarta numele, efect de care noi toti ne folosim astazi

Care este cauza unui astfel de efect?

Toate efectele curentului electric constau in transformarea energiei electrice intr-o alta forma de energie, in cazul efectului Joule, energia electrica transformandu-se in energia termica. De aceea este simplu de inteles de ce vom cauta cauza acestui efect studiind modul in care se consuma energia câmpului electric atunci cand este realizata o miscare ordonata de sarcină electrică intr-un mediu conductor.

Miscarea ordonata a purtatorii de sarcina intr-un conductor este caracterizata printr-o viteză medie (viteza de drift), ce se mentine constantă in cazul unui curent electric continuu. Stabilirea, practic instantanee, a curentului electric la inchiderea unui circuit este datorata câmpului electric, a carui viteza de propagare este de ordinul vitezei luminii, mult mai mare decat viteza miscarii de drift a purtatorilor liberi din conductor. Pentru intretinerea miscarii ordonate a acestora, se consuma energie. Lucru mecanic|Lucrul mecanic]] efectuat de fortele campului la deplasarea unei sarcini Q intre doua puncte A si B, cu potentiale $V_A, \!$ respectiv $V_B, \!$ are expresia:

$L = Q (V_A - V_B) = QU. \!$

Utilizand definitia intensitatii curentului electric, energia consumata pentru transportul sarcinii electrice (care va fi notata in acest context cu W, pentru a nu fi confunata cu t.e.m. a unei surse) poate fi scrisa sub forma:

$W =UIDt \!$

Aceasta energie este transferata ionilor retelei, prin ciocnirile care au loc in interiorul conductorului. Astfel se intensifica miscarea termica, ceea ce va determina cresterea temperaturii acelui conductor, energia electrica consumata fiind transformata ireversibil in căldură.

Căldura degajata intr-un interval de timp $\Delta t ,\!$ la trecerea unui curent electric continuu, de intensitate I, printr-un rezistor de rezistenţa R, este proportionala cu patratul intensitatii curentului electric, cu rezistenta electrica a rezistorului si cu intervalul de timp considerat (legea Joule):

$W = I^2 R \Delta t. \!$

Resurse

• CircuiteElectrice.ro
• Science Fun Club: 1, 2
• Teoria Circuitelor Electrice: 1, 2
• GhidElectric.ro