Electrotehnică

1.1. Generalitaþi

În electrostatica se studiaza starile electrice invariabile în timp, neînsoþite de curenþi electrici, respectiv de transformari energetice.

Electrostatica analizeaza, de asemenea, forþele electrice exercitate de corpuri electrizate, câmpul electrostatic creat de aceste corpuri, potenþialul electric si

tensiunea electrica.

Electrostatica este guvernata de teoreme si legi fundamentale ca: teorema potenþialului electrostatic, legea legaturii dintre intensitatea câmpului electric si inducþia

electrica, legea fluxului electric.

1.2. Sarcina electrica si câmpul electric în vid

Experienþa pune în evidenþa ca frecând, unele de altele anumite corpuri, ca de exemplu o bara de sticla si o bucata de matase si apoi separându-le, asupra lor si

în vecinatatea acestora se exercita forþe si cupluri de interacþiune.

Starea în care au fost aduse, prin frecare, corpurile se numeste stare de electrizare, iar forþele exercitate de aceste corpuri se numesc forþe electrice.

Starea de electrizare se exercita între corpuri nu numai prin frecare, dar si prin procedee ca: atingerea de corpuri electrizante, încalzire, iradiere, tensionare

mecanica.

Dupa modelul în care se transmite starea de electrizare, materialele electrotehnice se împart în conductori electrici (metalele si aliajele lor, carbunele, unele soluþii

de saruri-baze si acizi), care transmit starea de electrizare instantaneu sau aproape instantaneu si izolanþi electrici sau dielectrici (sticla, masele plastice, hârtia, porþelanul,

aerul uscat, uleiul, s.a.) care transmit starea de electrizare în intervale mari de timp (ore, zile).

Se constata experimental ca forþele electrice care se exercita între corpurile electrizate, sunt generate de existenþa în jurul acestora, a unui câmp electric,

dependent de forþele electrice prin relaþia:

- - = × v F q E

(1.1)

în care: q – reprezinta o marime ce caracterizeaza starea de electrizare a corpurilor si se masoara în coulombi [C];

E

v – intensitatea câmpului electric în vid, marime vectoriala care se masoara în [V/m].

Coulombul [C], ca unitate de sarcina electrica în sistemul internaþional de unitaþi [SI], este egal cu unitatea de masura a intensitaþii curentului, amperul [A], care

trece într-o secunda prin secþiunea unui conductor electric, adica:

1C = 1A×1s (1.2)

Corpurile electrizate pot fi punctiforme, liniare, sub forma de arie sau volum, iar sarcina electrica cu care sunt încarcate se repartizeaza în interiorul lor cu o

anumita densitate specifica si anume: pentru cele liniare cu densitatea l r

, pentru cele superficiale cu densitatea A r

, iar pentru cele volumetrice cu densitatea V r

.

Cunoscând densitatile de sarcina l r

, A r

si V r

, se pot determina cantitaþile de electricitate cu care sunt încarcate corpurile, folosind expresiile:

= ò × = òò × = òòò ×

l G l A A A V V V

q r dl ; q r dA ; q r dV

(1.3)

în care dl, dA, dV, sunt elementele de linie, de suprafaþa si de volum ale corpurilor in care se regasesc distributiile respective ale sarcinilor electrice.

Fig.1.1. Forþele de interacþiune a doua corpuri punctiforme, încarcate electric

Fizicianul francez Charles Coulomb (1736 – 1806), a stabilit ca între doua corpuri punctiforme, încarcate cu sarcinile electrice q1 si q2 situate la o distanþa r, se

exercita o forþa (fig.1.1) egala cu:

r

r

r

q q

F

-

- ×

×

×

× ×

= 2

1 2

12 4

1

p e (1.4)

unde e este permitivitatea mediului, considerat omogen, în care sunt plasate corpurile punctiforme.

În cazul când mediul considerat este vidul, atunci permitivitatea lui, conform sistemului internaþional de unitaþi SI, este:

2

0 e

=

4 9 109

1

p × ×

úû

ù

êë

é

m × N

C

2

2

sau

úû

ù

êë

é

m

F

(1.5)

pentru alte medii dielectrice, permitivitatea acestora se calculeaza cu relaþia:

r e = e × e 0 (1.6)

în care r e

, este permitivitatea relativa a mediului considerat, o marime adimensionala.

Þinând seama de relaþiile (1.1) si (1.4), se poate determina intensitatea câmpului electric produs de un corp incarcat cu sarcina q, cu relaþia:

r

r

r

q

E

v

-

× ×

× ×

= 2

0 4

1

p e

(1.7)

Câmpul electric produs de sarcini electrice invariabile în timp si fixe în spaþiu, se numeste câmp electrostatic sau câmp electric coulombian.