Trebuie subliniat faptul că mişcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică, liberi, din conductor nu este o simplă mişcare rectilinie uniformă, ci reprezintă un fenomen complex, deoarece purtătorii de sarcină din conductor se găsesc într-o continuă mişcare haotică de agitaţie termică, suferind multiple accelerări, frânări şi devieri datorită ciocnirilor dintre ei cât şi datorită ciocnirilor cu ionii reţelei cristaline ce formează conductorul. Din aceste motive, putem vorbi numai de viteză medie a mişcării ordonate a purtătorilor de sarcină în conductor, sub acţiunea câmpului electric, care se numeşte viteză drift sau de antrenare. Această viteză are o valoare foarte mică: pentru un curent de 10A printr-un conductor de cupru cu secţiunea de 10mm2 are valoarea vd=0,06mm/s. Totuşi, un curent electric se transmite cu o viteză foarte mare datorită faptului că printr-un conductor se propagă câmpul electric pe toată lungimea conductorului şi acesta antrenează electronii sau ionii pe care îi întâlneşte în cale.
Realizarea câmpului electric se face cu ajutorul unei diferenţe de potenţial ΔV=VA-VB. La bornele unui acumulator cu t.e.m. E=26V şi rezistenţa interioară r=1 se leagă un rezistor cu rezistenţa R. O baterie alimentează un bec electric. Un generator electric este sistemul fizic ce produce şi menţine diferenţa de potenţial electric între două puncte şi îl putem considera ca fiind sursa de energie care pune în mişcare purtătorii de sarcină.
Inducția electrostatică este o redistribuire a sarcinii electrice într-un obiect, cauzată de influența sarcinilor din apropiere. În prezența unui corp încărcat, un conductor izolat dezvoltă o sarcină pozitivă pe un capăt şi o sarcină negativă la celălalt capăt. Inducția a fost descoperită de cercetătorul britanic John Canton în 1753 și de profesorul suedez Johan Carl Wilcke în 1762. Generatoarele electrostatice folosesc acest principiu. Din cauza inducției, potenţialul electrostatic este constant în orice punct al unui conductor. Inducția electrostatică contribuie la atragerea obiectelor neconductoare uşoare către încărcarea electrică statică. Legile electrostatice de inducție se aplică în situații dinamice în măsura în care aproximația quasistatică este valabilă.
Existenta curentului electric implică existenţa unui câmp electric și implicit a unei diferențe de potențial. Curentul electric este fenomenul fizic ce constă în mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică. Purtătorii de sarcină în metale sunt electronii, în elektroliți sunt ionii pozitivi și negativi, iar în semiconductoare sunt electronii și golurile pozititve. Curentul poate fi continuu (DC) dacă sensul său rămâne constant în timp, sau alternativ (AC) dacă sensul se schimbă periodic în timp.
Intensitatea curentului I este mărimea fizică scalară care reprezintă cantitatea de sarcină electrică ce trece prin secțiunea transversală a unui conductor într-o unitate de timp. I reprezintă numărul purtătorilor de sarcină electrică ce trec prin secțiunea transversală a unui conductor în unitatea de timp, I = Q/t = N·e/t. Viteza drift reprezintă mişcarea ordonată a purtătorilor de sarcină sub acţiunea câmpului electric; este de obicei foarte mică, dar energia electrică se transmite rapid datorită propagării câmpului pe întregul conductor.
Generatorul electric este sistemul fizic care produce şi menţine diferenţa de potenţial între două puncte. Energia este transformată de diferite dispozitive: bateria sau acumulatorul transformă energia chimică în energie electrică, dinamoul şi alternatorul transformă energia mecanică în energie electrică. Tensiunea electromotoare (t.e.m.) E este o caracteristică a generatorului; tensiunea la bornele generatorului U reprezintă mărimea muncii mecanice efectuate pentru a deplasa unitatea de sarcină prin circuitul exterior, iar tensiunea internă u reprezintă munca mecanică în partea interioară a generatorului. Energia poate fi măsurată prin voltmetru conectat în paralel cu porțiunile de circuit potrivite.
- Curentul electric într-un circuit este direct proporțional cu tensiunea electromotoare (Legea lui Ohm în circuitul complet), iar rezistența totală opune trecerea curentului.
- Conceptele de potențial electrostatic, energie potențială și lucrul mecanic necesar pentru a muta o sarcină între două puncte sunt strâns legate de modul în care câmpul electric influențează distribuția energiei în circuit.
- Inducția electromagnetică și transformarea energiei între câmpuri diferite constituie baza încărcării prin inducție în stații de încărcare moderne, folosind bobine de inducție pentru a crea câmpuri electromagnetice variabile.
Încărcătoarele prin inducție folosesc o bobină de inducție pentru a crea un câmp electromagnetic alternativ din interiorul unei baze de încărcare, iar o a doua bobină de inducție din dispozitivul portabil ia energie din câmpul electromagnetic și o transformă în curent electric pentru a încărca bateria. Cele două bobine de inducție din proximitate se combină pentru a forma un transformator electric. Deoarece sarcinile mobile din interiorul unui obiect metalic sunt libere să se miște în orice direcție, nu poate exista niciodată o concentrație statică de sarcini în interiorul metalului; dacă ar exista, ar atrage o sarcină de polaritate opusă pentru a o neutraliza. Aceasta stabilește principiul important că sarcinile electrostatice pe obiecte conductive se află pe suprafața obiectului.
Potențialul sau tensiunea electrostatică între două puncte este definit ca energia necesară pentru a muta o sarcină mică printr-un câmp electric între cele două puncte, împărțită la mărimea sarcinii. Dacă există un câmp electric direcționat de la punctul b la punctul a, atunci acesta va exercita o forță pe o sarcină care se deplasează de la a la b. Astfel, energia potențialului electrostatic al sarcinii va crește. Curentul electric este manifestarea mișcării ordonate a purtătorilor de sarcină electrice, iar marea lor parte este reprezentată de electroni în metale, de ioni în electroliți și de electroni/goluri în semiconductoare.
În această lucrare, discutăm metodele de incarcare a conductorului cu sarcină electrică, explicând modul în care câmpul electric, potențialele, inducția și transformarea energiei se combină pentru a determina comportamentul curentului în circuite. Descrierile din trecut despre inducție, electrica statică și funcționarea oglindită în dispozitive reale (generator, baterie, încărcătoare) formează fundația pentru înțelegerea modului în care se poate proiecta și utiliza un sistem de încărcare eficient.
Pe scurt, principiile fundamentale includ: curentul este generat de diferența de potențial; purtătorii de sarcină se mișcă ordonat sub acțiunea câmpului electric; viteză drift este o mărime mică comparativ cu viteza de propagare a câmpului; inducția electrostatică poate produce sarcini nete pe obiecte prin conectarea temporară la pământ; energia se transferă eficient prin câmpuri electromagnetice în sisteme moderne de încărcare fără contact.
| Concept | Descriere |
|---|---|
| Curent electric | Mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină sub influența câmpului electric |
| Tensiune/ potential | Energia necesară pentru a muta o sarcină între două puncte, raportată la sarcină |
| Inducție electrostatică | Redistribuire a sarcinilor într-un obiect prin influența altor sarcini |
| Inducție electromagnetică | Transfer de energie între obiecte prin câmpuri electromagnetice variabile |
În final, conceptul de tensiune electromotoare (t.e.m.) reprezintă lucrul mecanic efectuat de câmpul electric pentru a deplasa o sarcină prin circuit, iar tensiunea la bornele generatorului reprezintă împărțirea dintre muncă în exterior și în interior. Încărcătorul prin inducție combină aceste idei pentru a crea o metodă convenabilă și sigură de alimentare a dispozitivelor portabile, cu beneficii clare în siguranță, confort și eficiență energetică.
Încărcare prin inducție
Dinamicile reale ale purtătorilor de sarcină într-un conductor se bazează pe interacțiunea complexă dintre mișcarea termică și ciocnirile dintre purtători, dar atunci când este prezent câmpul electric, putem defini o viteză medie de deplasare în timpul trecerii curentului. În concluzie, pentru proiectarea sistemelor de încărcare, este esențială înțelegerea relației dintre curent, tensiune, rezistență și principiile inducției, atât la nivel teoretic, cât și în aplicații practice de zi cu zi.
tags: #incarcare #unui #conductor #cu #sarcina #electrica
Postări populare:
- Îngrijirea bontului ombilical la nou-născuți: ghid practic
- Dezvoltarea emoțională și cognitivă a sugarului: elemente cheie
- Brăţări pentru bebeluşi: siguranţă, materiale şi recomandări
- Descoperă Jocuri cu Barbie gravidă online gratis: distracție și îngrijire pentru viitoarea mamă
- Ghid complet pentru părinți: bijuterii pentru talpa copilului