Câmpul electrostatic și liniile de câmp

Câmpul electrostatic există în jurul tuturor corpurilor electrizate. El reprezintă forma de existență a materiei din jurul obiectelor care au sarcină electrică și se manifestă prin acțiunea asupra altor corpuri încărcate electric.

Poți vizualiza acest câmp prin liniile de câmp - traiectoriile pe care le-ar urma un corp de probă încărcat pozitiv când se află în apropierea corpului studiat. Aceste linii au o direcție specifică, în funcție de sarcina electrică:

• Pentru sarcini pozitive $+Q$: liniile de câmp sunt orientate de la sarcină spre exterior
• Pentru sarcini negative $-Q$: liniile de câmp sunt orientate din exterior spre sarcină

⚡ Bine de știut: Totalitatea liniilor de câmp formează ceea ce numim spectrul de linii de câmp. Este ca și cum am putea "vedea" cum se comportă forțele electrice în spațiu!

Înțelegând aceste linii de câmp, poți prezice cum vor interacționa obiectele încărcate electric, ceea ce te va ajuta la rezolvarea problemelor de fizică.

Legea lui Coulomb și circuitul electric

Legea lui Coulomb descrie cum interacționează două corpuri încărcate electric. Formula matematică este:

$F=\frac{1}{4\pi \varepsilon_0 \varepsilon_r} \cdot \frac{|Q_1 \cdot Q_2|}{r^2}$

Aici, F reprezintă forța electrostatică, ε₀ este permitivitatea electrică a vidului, εᵣ este permitivitatea relativă a mediului, Q₁ și Q₂ sunt sarcinile electrice, iar r este distanța dintre corpuri.

Curentul electric reprezintă mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină. Un circuit electric simplu conține:

• Generator electric (sursa de energie)
• Consumator (bec sau rezistor)
• Fire conductoare
• Întrerupător

🔌 Sfat practic: Gândește-te la circuitul electric ca la un sistem de țevi prin care "curge" electricitatea. Generatorul este ca o pompă, firele sunt țevile, iar consumatorul este locul unde energia electrică este transformată în altă formă de energie!

Fiecare element din circuit are propriile caracteristici: generatorul are tensiune electromotoare (E) și rezistență internă (r), iar consumatorul are rezistență (R).

Tensiunea electrică și intensitatea curentului

Tensiunea electrică (U) dintre două puncte M și N este raportul dintre lucrul mecanic efectuat pentru deplasarea sarcinii electrice între acele puncte și sarcina electrică:

$U_{MN} = \frac{L_{MN}}{q} = \frac{L_{ext}}{q}$

Când vorbim despre o sursă electrică, există și o cădere de tensiune pe sursă, care reprezintă lucrul mecanic efectuat la deplasarea sarcinii prin sursă: $u = \frac{L_{int}}{q}$

În orice circuit, avem un bilanț al tensiunilor electrice: $E = U + u$, unde E este tensiunea electromotoare a sursei.

Intensitatea curentului electric (I) este mărimea fizică egală cu raportul dintre sarcina electrică transportată printr-o secțiune transversală a unui conductor și durata acestei deplasări:

$I = \frac{Q}{\Delta t} = \frac{n \cdot e}{\Delta t}$

📏 Important pentru măsurători: Tensiunea se măsoară în volți (V) cu voltmetrul, iar intensitatea curentului în amperi (A) cu ampermetrul. Ampermetrul se montează în serie în circuit!

Aceste concepte sunt esențiale pentru a înțelege cum "curge" electricitatea și cum poți calcula diferite mărimi într-un circuit.

Rezistența electrică și legile lui Ohm

Rezistorul este elementul de circuit care se opune trecerii curentului electric. Rezistența electrică (R) este mărimea fizică scalară direct proporțională cu tensiunea aplicată la bornele rezistorului și invers proporțională cu intensitatea curentului:

$R = \frac{U}{I}$

Rezistența se măsoară în ohmi (Ω) și se determină cu un instrument numit ohmetru.

Legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit spune că intensitatea curentului printr-o porțiune de circuit este direct proporțională cu tensiunea aplicată și invers proporțională cu rezistența:

$I = \frac{U}{R}$ sau $U = R \cdot I$

💡 Analogie utilă: Gândește-te la rezistență ca la un drum îngust. Cu cât drumul e mai îngust (rezistența mai mare), cu atât trec mai puține mașini (intensitate mai mică) la aceeași "presiune" de trafic (tensiune).

Legea lui Ohm pentru un circuit simplu completează imaginea și ne arată că intensitatea curentului printr-un circuit este direct proporțională cu tensiunea electromotoare și invers proporțională cu rezistența totală:

$I = \frac{E}{R+r}$

Aceste formule te vor ajuta să rezolvi majoritatea problemelor legate de circuitele electrice simple!

Legea lui Ohm și formule utile

Legea lui Ohm pentru un circuit electric simplu poate fi derivată din ecuațiile de bază ale circuitului:

Din $E = U + u$ și $U = R \cdot I$ și $u = r \cdot I$ obținem: $E = R \cdot I + r \cdot I = I(R+r)$

De aici rezultă formula finală: $I = \frac{E}{R+r}$

Această ecuație ne spune că intensitatea curentului electric printr-un circuit simplu este direct proporțională cu tensiunea electromotoare a sursei și invers proporțională cu rezistența electrică totală a circuitului.

🧮 Formulele esențiale pentru rezolvarea problemelor:

• Pentru intensitate: $I = \frac{Q}{\Delta t} = \frac{n \cdot e}{\Delta t}$ sau $I = \frac{U}{R}$
• Pentru rezistență: $R = \frac{U}{I}$ sau $R = \rho \frac{l}{S}$
• Pentru tensiune: $U = \frac{L}{Q}$
• Pentru circuit complet: $I = \frac{E}{R+r}$

Memorarea acestor formule te va ajuta să abordezi cu încredere problemele de electricitate. Nu uita că înțelegerea conceptelor din spatele formulelor este la fel de importantă ca și memorarea lor!

Circuitul electric simplu și sensul curentului

Într-un circuit electric simplu, elementele sunt conectate pentru a permite "curgerea" electricității. Întrerupătorul poate fi închis (permite trecerea curentului) sau deschis (împiedică trecerea curentului).

Sensul curentului electric printr-un circuit simplu este convențional:

• De la + la - în exteriorul circuitului (prin consumator)
• De la - la + prin sursă (în interiorul sursei)

Un circuit electric simplu este format din două părți principale:

1. Circuitul extern al sursei - include consumatorul, firele de legătură și întrerupătorul
2. Circuitul intern al sursei - se află în interiorul generatorului electric

🔄 Vizualizare: Imaginează-ți curentul ca pe apa dintr-un sistem de țevi închis. Sursa este ca o pompă care împinge apa prin circuit, iar curentul circulă continuu cât timp circuitul este închis.

Tensiunea electromotoare a sursei este o mărime fizică egală cu raportul dintre lucrul mecanic efectuat la deplasarea sarcinii electrice de-a lungul întregului circuit și sarcina electrică: $E = \frac{L_{total}}{q}$

Înțelegând aceste concepte de bază, poți explica cum funcționează orice circuit electric simplu pe care îl întâlnești în viața de zi cu zi!