Electrotehnică

Noţiuni introductive

Fenomenele electrice şi magnetice de producere a câmpurilor electrice şi magnetice, de

interacţiune între acestea şi corpuri nu pot fi identificate şi studiate direct prin simţurile umane ci numai

indirect prin efectele lor secundare de natură mecanică, termică, chimică, optică etc. Această situaţie

îngreunează cunoaşterea acestor fenomene şi impune o deosebită rigoare în abordarea sistematică a

studiului calitativ şi cantitativ al acestora. Este necesară utilizarea unui aparat matematic mai evaluat

decât cel utilizat în studiul fenomenelor mecanice şi termice obişnuite şi se impune un efort deosebit de

modelare şi abstractizare a fenomenelor şi proceselor.

În prezenţa câmpului electric şi/sau magnetic corpurile în marea lor diversitate au stări, proprietăţi

şi interacţiuni ireductibile la cele mecanice sau termice. Pentru studiul cantitativ al fenomenelor electrice

şi magnetice sunt necesare mărimi fizice specifice ale câmpului electric şi câmpului magnetic respectiv

mărimi specifice electrice sau magnetice pentru descrierea stărilor corpurilor aflate în interacţiune cu

acele câmpuri.

Interacţiunile electrice şi magnetice între corpuri se fac indirect, la distanţă, prin intermediul

câmpului electromagnetic dar, în acelaşi timp, din aproape în aproape în orice punct al lor. Pentru

înţelegerea fenomenelor electrice şi magnetice este necesară înţelegerea conceptului de câmp

electromagnetic ca sistem fizic, dar şi a conceptului matematic de câmp.

Marea diversitate a fenomenelor electrice şi magnetice, cele mai multe cu aplicaţii care stau la

baza civilizaţiei umane actuale, cu modelele lor fizice şi matematice nu pot forma o sumă întâmplătoare

de cunoştinţe, ci o structură organizată pe baze raţionale şi în baza unei logici matematice de adevăruri

descoperite direct prin experiment sau determinate pe cale abstractă.

Această structură de adevăruri este formată din legi şi teoreme ale electromagnetismului, părţi ale

unor teorii fizice bine închegate şi structurate aflate în evoluţie istorică dar şi din punctul de vedere al

nivelului de verificare de către practică şi al profunzimii de înţelegere a fenomenelor.

Fenomenele electromagnetice au loc concomitent cu fenomene mecanice, termice, chimice sau de

altă natură, în sisteme de corpuri care sunt sediul unor procese ce au loc în spaţiu şi timp în moduri de

desfăşurare numite regimuri de funcţionare.

Înainte de a se trece la studiul fenomenelor electromagnetice se impune revederea noţiunilor

fundamentale: mărime fizică, câmp scalar şi vectorial şi operatori matematici asociaţi, legi, teoreme şi

teorii fizice, sisteme şi regimuri de funcţionare ale acestora.

2 Electrotehnică 82B

Mărimi fizice

Mărimile fizice sunt entităţi matematice măsurabile în raport cu o unitate de măsură care descriu

anumite proprietăţi ale unui sistem în cadrul unei teorii fizice. Toate mărimile au o denumire. Unităţile lor

de măsură fie au o denumire fie se exprimă ca relaţie între unităţile de măsură ale altor mărimi fizice.

Dată fiind multitudinea de mărimi fizice utilizate în studiul fenomenelor se impune o clasificare a

lor după mai multe criterii.

a) După modul de introducere în teoria fizică respectivă, mărimile fizice se pot clasifica în:

- primitive - introduse direct prin experiment,

- derivate - introduse pe baza celor primitive prin intermediul unei relaţii de definiţie.

b) După tipul de mărime matematică mărimile fizice se clasifică în:

- scalare,

- vectoriale,

- tensoriale.

Mărimile fizice scalare pot fi mărimi orientate (intensitatea curentului electric, tensiunea electrică

etc.) sau neorientate (sarcina electrică, potenţialul electric etc.). Ambele tipuri de mărimi sunt mărimi

algebrice deci pot fi pozitive sau negative.

Mărimile scalare orientate care sunt necunoscute (deci au valoarea şi sensul necunoscute) se

determină din sisteme de ecuaţii scrise în raport cu sensuri arbitrare numite sensuri de referinţă faţă de

care acestea rezultă numeric pozitive sau negative. Rezultă că sensul mărimi fizice orientate este acel

sens de referinţă pentru care mărimea rezultă numeric pozitivă. Sensul de referinţă se marchează prin

săgeată.

c) După modul spaţial de caracterizare a proprietăţilor mărimile fizice pot fi:

= locale - ce caracterizează proprietăţile fizice într-un punct,

= globale - ce caracterizează proprietăţile fizice pe o curbă, pe o suprafaţă sau pe un volum.

Mărimile locale derivate au relaţia de definiţie exprimată sub forma unei derivate din care cauză

se mai numesc şi mărimi diferenţiale. Mărimile globale derivate au relaţia de definiţie exprimată sub

forma unei integrale din care cauză se mai numesc şi mărimi integrale.

d) După modul de caracterizare a proprietăţilor sistemelor în evoluţie, mărimile fizice pot fi:

• de stare - ce caracterizează starea unui sistem fizic,

• de proces - ce caracterizează evoluţia unui sistem fizic.

O categorie specială de mărimi fizice sunt parametrii de material. Impropriu numite constante de

material sunt departe de a fi constante, depinzând de diferite mărimi fizice (presiune, temperatură etc.)

după legi foarte

diferite de la un material la altul. Aceste mărimi pot fi adimensionale dar de cele mai multe ori sunt

mărimi cu unităţi de măsură. Unele dintre acestea au şi o variantă adimensională relativă la un mediu de

referinţă.