Electronică Analogică

Capitolul I. NOŢIUNI FUNDAMENTALE

1.1. Structura materiei. Sarcina electrică.

Materia este alcătuită din atomi şi molecule. O moleculă constă din mai mulţi atomi legaţi între ei prin anumite legături chimice. Un atom constă dintru-n nucleu şi electroni. Nucleul este format din protoni şi neutroni. Electronii se mişcă în jurul nucleului, formând aşa-numitul nor electronic. Protonii poartă sarcini poztive, în timp ce electronii poartă sarcini negative. Sarcina purtată de un electron este egală, în mărime absolută, cu sarcina purtată de un electrn, care , la rândul său, este egală cu:

Neutronii nu poartă sarcină electrică, adică ei sunt neutrii din punct de vedere electric. Masa unui neutron este aproximativ egală cu cea a unui proton; ea eset de aproximativ 1840 ori mai mare decât cea a unui electron.

Numărul electronilor unui atom oarcare coincide cu numărul protonilor săi. Ca urmare, atomul este, în ansamblu, neutru din punct de vedere electric

Dacă un atom pierde un electron, atunci el nu mai este neutru din punct de vedere electric. El devine astfel un ion pozitiv. Sarcina totală a protonilor este acum mai mare decât sarcina totală negativă a electronilor, considerată în valoare absolută. Dacă atomul iniţial s-a notat cu X atunci ionul cu un singur electron lipsă se notează cu X+. În mod similar, dacă atomul iniţial pierde doi electroni, atunci ionul pozitiv obţinut se notează cu X2+etc.

În mod asemănător, dacă un atom neutru X câştigă un electron atunci el devine un ion negativ şi se notează cu X-; dacă el câştigă doi electroni, se notează cu X2- etc.

Sarcina electrică este o mărime algebrică, adică ea poate fi atât poziiv, cât şi negativă. Dacă se extrag electrni dintr-un corp iniţial neutru in punct de vedere electric, atunci numărul sarcinilor elementare pozitive (adică numărul protonilor) devine mai mare decât numărul sarcinilor elementare negative (numărul electronilor). Sarcinile elementare pozitive sunt acum în exces faţă de cee elementare negative. Se spune despre acest crp că este încărcat cu electricitate pozitiză sau că este electrizat pozitiv. Sarcina sa electrică (globală) este egală cu:

n x1,6 x 10-19C,

unde n este numărul total de electroni extraşi din corp. Cu alte cuvinte, sarcina (globală) este egală cu suma algebrică dintre sarcina totală pozitivă şi sarcina totală negativă.

Invers, dacă se adaugă electroni unui corp iniţial neutru din punct de vedere electric, atunci numărul arcinilor elementare negative (numărul electronilor) devine m,ai mare decât numărul sarcinilor elementare pozitive (numărul protonilor). Sarcinile negative sunt acum în exces faţă de cele pozitive. Se spune că corpul este încărcat cu electricitate negativă sau că este electrizat negativ. Sarcina sa electrică globală va fi:

-m x 1,6 x 10-19C,

unde m este numărul de electroni adăugaţi corpului său, altfel spus, câştigaţi de acesta. Sarcina (globală)este suma algebrică dintre sarcina totală pozitivă şi sarcina totală negativă.

1.2. Legea lui Coulomb

Între două sarcini electrice e acelaşi semn se exercită o forţă de respingere. Între două sarcini de semn contrar se exercită o forţă de atracţie. De exemplu, un electron respinge un electron, un proton resinge orice alt proton, dar atrage orice electron.

Legea lui Coulomb:

Forţa electrică F care se exercită între două corpuri punctiforme încărcate cu sarcinile q1 şi q2 acţionează în lungul liniei drepte care uneşte cele două corpuri, este direct proporţională cu produsul q1 q2 al celor două sarcini, şi invers proporţională cu pătratul r2 al distanţei r dintre ele:

Constanta de proporţionalitate din legea lui Coulomb depinde de mediul în care se află cele două corpuri astfel încât dacă forţa electrică se exprimă în newtoni, sarcina în coulombi, iar distanţa în metri, şi dacă sarcinile sunt plasate în vid atunci constanta de proporţionalitate este

Iar legea lui Coulomb devine:

Se obişnuieşte să se scrie contanta de proporţionalitate din legea lui Coulomb sub forma

unde ε este o constantă fizică ce caracterizează mediul în care se află cele două sarcini q1 şi q2 şi se numeşte permitivitatea absolută a mediului.

Legea lui Coulomb se scrie astfel sub forma:

1.3. Câmpul electric

Să considerăm un corp electrizat A. Dacă se aduce în vecinătatea lui A o mică sarcină pozitivă q, vom observa că asupra sa acţionează o anumită forţă F. În fiecare punct din vecinătatea lui A, asupra sarcinii q se exercită o anumită forţă electrică. Corpul electrizat A modifică proprietăţile spaţiului din jurul său. Se poate spune deci că A produce în spaţiul din jurul său un câmp electric, adică putem spune că asupra sarcinii q acţionează câmpul electric produs de A.

Prin definiţie intensitatea câmpului electric într-un punct P al câmpului reprezintă raportul dintre forţa electrică F ce acţionează asupra sarcinii electrice aflată în acel punct şi valoarea sarcinii.

1.4. Tensiune, curent , putere

Cele mai importante mărimi fizice utilizate la descrierea funcţionării circuitelor electronice sunt tensiunea şi curentul.

Tensiunea reprezintă diferenţa de potenţial între două puncte. Simbolurile uzuale pentru tensiune sunt U, E sau V. Se preferă notaţiile de U sau E pastrându-se V pentru notarea potenţialului. Prin indici se pot specifica punctele între care există o anumită tensiune. Astfel tensiunea între punctele P1 şi P2 se poate scrie:

U12 = V1 – V2

În circuitele electronice se alege un potenţial de referinţă considerat de obicei egal cu zero (masa circuitului). Faţă de acest potenţial, în diferite puncte ale circuitului se vor obţine potenţiale pozitive sau negative. Astfel în relaţia de mai sus V1 şi V2 reprezintă potenţialele în punctele P1 şi P2 în situaţia în care P0 reprezintă potenţialul de referinţă (nul).

Unitatea de măsură pentru tensiune şi potenţial este volt-ul (V).

Curentul electric (de conducţie) reprezintă o mişcare ordonată a purtătorilor de sarcină, în raport cu corpul care-i conţine. Intensitatea curentului electric este egală cu sarcina totală a purtătorilor mobili ce străbat o suprafaţă în unitatea de timp.