Electricitatea si magnetismul

Unele haine sunt facute din materiale care se incarca electric cand le scoatem peste cap. Uneori incarcatura este atat de mare, incat ce poate auzi pocniturile scanteielor, iar intr-o incapere intunecoasa se si pot vedea aceste scantei.

Scanteiele sunt de fapt niste fulgere minuscule si iau nastere la fel ca si cele normale: prin descarcarea instantanee a sarcinilor electrice. Descarcarile produse in timpul futunii, intre nori, degaja energii imense sub forma de caldura si lumina. Fulgerul vazut de noi este de fapt aceasta lumina iar tunetele sunt generate in timpul exploziei datorata infierbantarii instantanee a aerului.

Obiectele din jurul nostru contin multe milioane de sarcini electrice. Aceste sarcini sunt componente ale atomilor care compun obiectul respectiv. Centrul sau nucleul atomului este compus in general din doua feluri de particule: neutroni si protoni. Neutronii nu au sarcina electrica, protonii insa au si prin conventie aceasta se numeste sarcina pozitiva. Particulele care se misca in jurul nucleului, se numesc electroni si au sarcina electrica negativa. In mod normal, numarul electronilor in atom este acelasi cu numarul neutronilor, astfel sarcinile lor de marime egala dar de semn opus, se neutralizeaza reciproc. In aceasta stare, atomul nu prezinta nici un fel de sarcina sau putere electrica detectabila, daca insa rasturnam acest echilibru, corpul se va comporta ca fiind incarcat cu sarcina pozitiva sau negativa, in functie de particulele care au ramas mai multe: protonii sau electronii.

ELECTRIZARE PRIN FRECARE

Unele materiale se pot incarca prin frecare, deoarece frecarea transporta electroni de pe unul pe celalalt. Piptenele de plastic, de exemplu, primeste electroni din firele de par si astfel devine polarizat negativ, parul insa devine polarizat pozitiv deoarece protonii vor fi majoritari. Obiectele incarcate electric le atrag pe cele neincarcate; de aceea atrage pieptenele bucatile mici de hartie.

Atractie si respingere

Corpurile electrizate se atrag sau se resping reciproc. Daca sunt incarcate cu sarcini de se opus,ele se atrag , iar daca sarcinile au acelasi semn se resping.

Corpurile incarcate prin frecare au sarcina "statica", deoarece pot pastra sarcina lor oricat de mult timp. Acestea raman in starea incarcata pana cand numarul sarcinilor pozitive devine egal cu cel al sarcinilor negative. Aceasta se poate intampla, spre exemplu , prin zborul liber al particulelor cu sarcina. Corpul care a devenit incarca negativ datorita electronilor in exces, poate deveni neutru din nou daca facilitam cumva deplasa surplusului de electroni; corpul incarcat pozitiv datorita pierderii electronilor poate redeveni neutru daca primeste electroni. Aceasta miscare a electronilor se numeste curent electric.

Conductoare

Materialele prin care se poate realiza transportul sarcinilor electrice se numesc conductoare electrice. Metalele si o forma raspandita a carbonului - grafitul - sunt materialele cu o conductivitate foarte buna.Materialele care in mod normal nu conduc curentul electric-chilimbarul, uleiul, ceara, sticla, hartia si materialele din plastic- se numesc  izolatoare.

Sa presupunem ca avem doua sfere identice din metal, incarcate cu sarcini electrice egale, dar de sens opus.Daca facilitam cumva migrarea sarcinilor:de exemplu, le conectam printr-o sarma metalica- atunci electronii cu sarcina negativa migreaza de pe o sfera incalcatanegativ pe sfera incarcata pozitiv,pana ce se egaleaza numarul celor doua sarcini si sferele devin neutre.

In anii 1700 multi cercetatori au efectuat experimente privitoare la electicitate. Au generat sarcini uriase cu masini pe baza electrizarii prin frecare.Cand au conectat cele doua extremitati ale masinii, sarcinile s-au deplasat instantaneu printr-un impuls de curent foarte puternic. In multe experimente era mai utila o sursa de curent care sa mentina un curent relativ constant pe o durata relativ mai lunga. In 1790, un cercetator italian, Alessandro Volta, a realizat tocmai o asemenea sursa.

Celule si circuite

Celula electrica produce energie electrica din energia chimica. De obicei, aceste celule se interconecteaza pentru a forma o sursa mai puternica la extremitati. Aceste celule interconectate se numesc baterii, desi de multe ori si o singura celula este numita baterie. Un circuit electric este format dintr-o sursa de energie elctrica si un conductor, prin care se transporta curentul intre cele doua extremitati ale sursei. Curentul este de fapt o miscare ordonata a electronilor, asemanatoare curgerii apei printr-un tub. Pentru curgere este nevoie de presiune si la fel este si cu migrarea electronilor. Aceasta "presiune" se masoara in volti, iar intensitatea curentului in amperi. Debitul apei, produs de presiunea exercitata, depinde de grosimea tevii. Teava lunga si ingusta ingreuneaza curgerea apei si respectiv : conductorul lung si ingust are o rezistenta mai mare decat sarma mai groasa, produsa din aceelasi material.

Rezistenta

Analiza: ZINCUL - metabolismul zincului - rolul biochimic al zincului Proiect: Hidrogen, oxigen, sulf, carbon - elemente chimice

Rezistenta electrica se masoara in ohmi. Cuprul este des folosit ca material conductor, deoarece este un conductor bun si are o rezistenta mica. Argintul este un conductor si mai bun, dar utilizarea sa pe scara larga, ar fi prea scumpa. In anumite circuite insa, se insereaza special dispozitivele electrice cu rezistenta mare pentru a reduce curentul in unele parti ale circuitului.

Legea lui Ohm

In 1827, un cercetator german, Georg ohm a descoperit relatia intre tensiunea electrica (U), intensitatea curentului electric (I) si rezistivitatea electrica ( R ). Aceasta relatie se poate scrie in mai multe feluri:

U = IR, I = U/R, R = U/I

unde U se masoara in volti, I in mperi si R in ohm. Conform relatiilor, daca legam o rezistenta de 6 ohmi pe bornele unei baterii de 12 volti, tunci prin aceasta rezistenta se va stabili un curent de

I = U/R = 12/6 = 2 amperi

Magnetism

Se crede ca Thales din Milet a fost primul care a cercetat forta de atractie ciudata al feritului magnetic asupra fierului obisnuit, in 600 i.e.n. Au trecut multe secole pana cand s-a gasit o utilizare practica a fortei magnetice, in busolele de navigatie. In 200 e.n, chinezii utilizau dejo o forma rudimentara a busolei dar in Europa a aparut in jurul anului1200.

Oare de ce se pozitioneaza ferita magnetica este lasata sa se roteasca liber, intotdeauna in aceeasi directie ? Acest fenomen a ramas un mister de-a lungul secolelor. Azi stim insa ca fierul si alte materiale magnetizabile se compun din magneti mici numiti domenii magnetice sau regiuni magnetice. Acestea de obicei sunt directionate aleator, iar prin suprapunerea fortelor nu rezulta o forta magnetica detectabila. Daca dintr-o oarecare cauza sceste domenii se orienteaza toate in aceeasi directie, atunci metalul va avea caracteristici magnetice si va atrage bucatile de fier.

CEI DOI POLI

Acesti magneti prezinta o trasatura comuna : caracterul magnetic pare a fi concentrat in doua puncte, numite poli, unul care arata catre nord si altul catre sud. Extremitatile magnetului se numesc poli, deoarece lasand liber magnetul in sens orizontal, magnetul se va aseza cu varfurile catre polii magnetici ai Pamantului - Polul Sud si Polul Nord. Acesta este principiul de functionare al busolei. Ambele extremitati ale magnetului atrag fierul nemagnetizat, dar daca apropiem doi magneti, atunci polul nordic al unuia atrage polul sudic al celuilalt si viceversa. In acelasi timp, cei doi poli sudici, respectiv nordici, se vor respinge reciproc. Asadar, polii de acelasi tip se resping. Totusi, pare paradoxal ca polul nordic al magnetului se intorarce catre Polul Nord al Pamantului. Aceasta se explica prin faptul ca polul magnetic al Pamantului este de fapt un pol sudic din punct de vedere magnetic.

Faptul ca elctricitatea si magnetismul au o legatura stransa s-a dscoperit abia in 1819. In acel an, un profesor de fizica danez, Hans Oersted, a prezentat audientei un nou fenomen electric si a incercat sa-I gaseasca o explicatie.

Descoperirea lui Oersted

Omul de stiinta danez a legat extremitatile unei baterii cu o sarma, vrand sa demonstreze ca sarma se va incalzi cand este parcursa de curent electric. In momentul in care a conectat cele doua borne ale sursei s-a intamplat un fenomen ciudat: acul busolei din apropiere a deviat si nu a mai revenit la pozitia initiala. Acest experiment a insemnat descoperirea unuia dintre cele mai importante fenomene din stiinta naturii: electromagnetismul.

Electromagnetism

Curentul din conductor produce un cap magnetic relativ slab, dar cercetatorii au gasit modalitatea de amplificare a acestuia, intr-un timp relativ scurt. Daca se infasoara conductorul sub forma unei bobine si se introduce in interiorul ei un miez de fier, atunci intensitatea campului magnetic creste foarte mult. Aceasta bobina cu miez in interior se numeste electromagnet.

Motoare si generatoare

daca o sarma prin care se inchide un circuit elecvtric se afla langa un magnet permanent, atunci sarma se va misca din pozitia ei initiala la aparitia curentului, daca nu este tinuta fixa.

Acest lucru se datoreaz electromagnetismului. In 1821, Michael Farady a realizat o masina simpla in care un fir strabatut de curent se misca in jurul unui magnet permanent. Binenteles, aceasta "masinuta" mica nu era potrivita pentru o utilizare practica, dar prin ea s-a materializat ideea ce sta la baza motoarelor elctrice moderne : cu ajutorul curentului electric se poate realiza miscarea coninua. Motoarele electrice moderne utilizeaza elevtromagneti in loc de o singura sarma si functioneaza mai eficace si mai controlabil.

Oersted a aratat ca electricitatea poate genera forte magnetice, iar Faraday, si paralel cu l dar independent, fizicianul amerian Joseph Henry, au demonstrat ca prin magnetism se poate produce curent electric. Aceasta descoperire a fost prezentata in 1831 cand, cu ajutorul unei bare magnetizate au produs curent electricprintr-o bobina, miscand bara in interiorul bobinei. La fel au demonstar ca se intampla acelasi lucru daca misca bobina fata de magnet. Observatiile lor au fost preluate de profesorul Heinrich Lenz din Sankt Petersburg, care ulteriro a stabilit legile ce guverneaza fenom enele de interactiune a campurilor electrice si magnetice. Acest principiu important se utilizeaza in generatoare, incepand de la dinamurile de la biciclete si pana la generatorele din centralele electrice care produc putere electrica in gospodarii, magazine, birouri si uzine.

Bibliografie : Arborele Lumii, Pag.169 - 172

Enciclopedia Encarta 1997