Pe vremuri, electricitatea sub forma de fulgere si tunete starnea teama oamenilor,
dar cu timpul omul a invatat sa o foloseasca spre folosul sau. Magnetismul, care
pe vremuri era doar o ciudatenie fara inteles, joaca acum un rol cheie in producerea
curentului electric in generatoare imense.
Unele haine sunt facute din materiale care se incarca electric cand le scoatem
peste cap. Uneori incarcarea este atat de mare, incat se pot auzi pocniturile
scanteilor, iar intr-o incapere intunecoasa se si pot vedea aceste scantei. z3f1ft
Scanteile sunt de fapt niste fulgereminuscule si iaunastere la fel ca si cele
normale: prin descarcarea instantanee a sarcinilor electrice. Descarcarile produse
in timpul furtunii, 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 datorita infierbantarii instantanee a aerului.
Obiectele din jurul nostru contin multe milioane de sarcini electrice. Aceste
sarcini sunt parti 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 cumva acest echilibru, corpul se va comporta ca fiind incarcat
cu sarcina pozitiva sau negativa, in functie de perticulele care au ramas mai
multe: protonii sau electronii.
Electrizarea prin frecare
Unele materiale se pot incarca prin frecare, deoarece frecarea transporta electroni
de pe unul pe celalalt. Pieptenele de plastic, de exemplu, primeste electroni
cin firele de par si astfel devine polarizat negativ, parul insa devine polarizat
pozitiv deoarece protonii vor fii majoritari. Obiectele icarcate electric le
atrag pe cele neincarcate; de aceea atrage pieptenele bucatiile mici de hartie.
Celule si circuite
Celula electrica produce energie electrica din energie 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 electrica - de exemplu, o baterie - 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" - generata de sursa - 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 acelasi material.
Rezistenta
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 dispozitive 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 moduri: U=I*R, I=U/R, R=U/I;
unde U se masoara in volti, I in amperi si R in ohmi. Conform relatiilor, daca
legam o rezistenta de 6 ohmi pe bornele unei baterii de 12 volti, atunci 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 deja o forma rudimentara
a busolei, dar in Europa a aparutdoar in jurul anului 1200.
Oare de ce pozitioneaza ferita magnetica este lasata sa se roteasca liber, intodeauna
in aceeiasi 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 aceste domenii se orienteaza toate
in aceeasi directie, atunci metalul va avea caracteristici magnetice si va atrage
bucatiile 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 unul care arata spre
sud. Extremitatiile magnetului se numesc poli, deoarece lasand liber magnetul
in sens orizontal, magnetul se va aseza cu varfuriile catre polii magnetici
ai Pamantului - Polul Sud si Polul Nord - care si el este un magnet gigantic.
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, respectivi nordici, se vor respinge reciproc. Asadar, polii
de acelasi tip se resping. Totusi, pare paradoxal ca polul nordic al magnetului
se intoarce catre Polul Nord al Pamantului. Aceasta se explica prin faptul ca
polul magnetic al Pamantului din apropierea Polului Nord este de fapt un pol
sudic din punct de vedere magnetic.
Faptul ca electricitatea si magnetismul au legatura stransa s-a descoperit 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 petrecut un fenomen
ciudat: acul busolei din apropiere a deviat si nu a mai revenit la pozitia initiala.
Oersted si-a dat seama ca curentul din sarma a generat un camp magnetic care
a actionat asupra acului busolei. Acest experiment a insemnat descoperirea unuia
dintre cele mai importante fenomene ale naturii: electromagnetismul.
Electromagnetism
Curentul din conductor produce un camp 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 creste foarte mult. Aceasta
bobina cu miez in interior se numeste electromagnet.
Motoare si generatoare
Daca o sarma prin care se incheie un circuit electric se afla langa un magnet
permanent, atunci sarma se va misca din pozitia initiala la aparitia curentului,
daca nu este tinuta fixa. Acest lucru se datoreaza electromagnetismului. In
1821, Michael Faraday a realizat o masina simpla in care un fir strabatut de
curent se misca in jurul unui magnet permanent. Bineinteles, aceasta "masinuta"
mica nu era potrivita pentru o utilizare practica, dar prin ea s-a materializat
ideeace sta la baza motoarelor electrice moderne: cu ajutorul curentului electric
se poate realiza miscare continua. Motoarele electricemoderne utilizeaza electromagneti
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 el dar independent, fizicianul american 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
electric printr-o bobina, miscand bara in interiorul bobinei. La fel au demonstrat
ca se intampla aceelasi lucru daca misca bobina fata de magnet. Observatiile
lor au fost preluate de profesorul Heinrich Lenz din Sankt Petersburg, care
ulterior a stabilit legile ce guverneaza fenomenele de interectiune a campurilor
electrice si magnetice. Acest principiu important se utilizeaza in generatoare,
incepand de la dinamurile de la biciclete si pana la generatoarele din centralele
electrice care produc putere electrica in gospodarii, magazine, birouri si uzine.