Electrotehnică și mașini electrice

I. ELECTROSTATICA

1.1. GENERALITAlI

1.1.1. Teoria campului electromagnetic

Materia se prezinta sub doua aspecte: substanNial si de camp. Campul

electromagnetic este o forma de existenNa a materiei, caracterizat prin aceea ca

exercita acNiuni ponderomotoare (forNe, momente) asupra corpurilor. Fenomenele

electrice si magnetice pot exista atat prin particule elementare (sau corpuri)

incarcate cu sarcina electrica (pozitiva sau negativa) si care sunt repartizate intr-un

spaNiu foarte restrans, cat si prin campul lor electromagnetic care le inconjoara.

Domeniul in care nu exista substanNa si deci sarcini electrice, ci numai

camp electromagnetic il definim convenNional vid. Vidul in sensul absolut nu poate

exista intrucat materia nu este discontinua. Acolo unde nu exista substanNa exista

camp (camp de gravitaNie, etc). Campul electromagnetic are doua aspecte

particulare: campul electric si campul magnetic. Separarea lor are un caracter

relativ si aceasta depinde de sistemul de referinNa. In cazul sarcinilor electrice

imobile apare numai camp electric. In cazul magneNilor permanenNi imobili, in

exteriorul lor se poate constata numai prezenNa campului magnetic.

1.1.2. Regimurile de funcNionare ale sistemelor electrice

Regimul static se caracterizeaza, pe de o parte, prin particularitatea ca toate

marimile sunt constante in timp, adica derivatele lor in raport cu timpul sunt nule,

iar, pe de alta parte, prin lipsa posibilitaNii de a transforma energia din formele

electrica sau magnetica, in alte forme de energie. De asemenea, acest regim se

caracterizeaza prin starea de imobilitate relativa a corpurilor. Exista un regim static

pentru campul electric, numit regim electrostatic, si un regim static pentru campul

magnetic, produs de magneNii permanenNi, numit regim magnetostatic.

Regimul staNionar presupune toate marimile constante in timp, dar cu

posibilitatea transformarii energiei campului electric si magnetic in alte forme de

energie.

Regimul cvazistaNionar se caracterizeaza prin variaNii suficient de lente ale

marimilor in raport cu timpul, in asa fel incat curentul de deplasare este neglijabil

faNa de curentul de conducNie, peste tot, cu excepNia dielectricului condensatoarelor.

Regimul nestaNionar corespunde situaNiei in care marimile electrice si

magnetice variaza rapid in timp.

1.1.3. Electrizarea corpurilor

Campul electric este unul din cele doua aspecte ale campului

electromagnetic, care se manifesta prin forNa mecanica ce acNioneaza asupra unui

corp incarcat electric, imobil, introdus in camp.

Electrizarea unui corp se poate obNine in diverse tipuri: reacNii chimice,

iradiere, incalzire, deformare, frecare, influenNa. Din punct de vedere al modului in

care se manifesta, corpurile de aceeasi natura aflate in stare electrizata se pot

imparNi in 3 categorii:

1) conductoare

2) izolatoare

3) semiconductoare.

ImparNirea in aceste categorii se face practic in funcNie de rezistivitatea lor:

(rezistenNa electrica masurata intre doua feNe opuse ale unui cub cu latura unitate).

Dielectricii au aceasta rezistivitate de ordinul 6 ? 15? m 10 10 , iar

semiconductoarele 10-4 ?104?m. SubstanNele dielectrice nu au sarcini libere, ci

"sarcini legate" formand un dipol electric. Acesti dipoli se orienteaza in camp

electric, iar acest fenomen de orientare a dipolilor se numeste polarizare electrica.

1.2. CAMPUL ELECTROSTATIC IN VID

1.2.1. Teorema lui Coulomb

Coulomb a pus bazele experimentale ale fenomenului interacNiunii dintre

doua sarcini electrice punctiforme (esenNial este faptul ca dovedeste natura

newtoniana a forNelor electrostatice), stabilind ca sarcinile electrice acNioneaza

invers proporNional cu patratul distanNei dintre ele. El a masurat cu ajutorul balanNei

de torsiune forNele care se exercita intre doua corpuri punctiforme incarcate cu

sarcini electrice, imobile si situate in vid. Variind valoarea sarcinilor, semnul lor

cat si distanNa intre ele, a gasit relaNia care determina forNa de atracNie sau de

respingere exercitata intre cele doua sarcini (fig.1.1), si anume:

in care: - 1 2 q ,q sarcini electrice;

q - sarcina electrica masurata in Coulombi [C];

Fig. 1.1 [F m] o 9 4 9 10

? - permitivitatea absoluta a vidului.

Sensul forNei este astfel incat sarcinile electrice de acelasi semn se resping,

iar cele de semne contrare se atrag. Versorul r o este dirijat de la corpul (1) la

corpul (2). Formula (1.1), numita teorema lui Coulomb este valabila numai pentru

sarcini punctiforme (dimensiunile corpurilor mult mai mici decat distanNa dintre

ele) si in cazul starii lor invariabile in timp. Cand corpurile sunt mult mai mari,

forNele de interacNiune nu se vor mai calcula cu formula lui Coulomb.

Cursuri + subiecte examen