Teoria Circuitelor Electrice

1. BAZELE FIZICE ALE ELECTROTEHNICII

1.1 NOŢIUNI INTRODUCTIVE

1.1.1 Obiectul şi importanţa cursului de electrotehnică

Disciplina de Electrotehnică are ca obiect studiul fenomenelor electrice şi magnetice (a electromagnetismului) din punct de vedere al aplicaţiilor tehnice.

Ea asigură cunoştinţele necesare înţelegerii şi aprofundării disciplinelor de strictă specialitate ca: maşini şi acţionări electrice, măsurări electrice şi electronice, reţele electrice, electronică şi automatizări industriale, etc.

În linii mari, electrotehnica abordează studiul fenomenelor electromagnetice din două puncte de vedere:

- al energiei electromagnetice (al curenţilor tari) care se referă la producerea, transportul, distribuţia şi utilizarea energiei electromagnetice în condiţii de randament energetic ridicat şi siguranţă în funcţionare;

- al semnalului electromagnetic (al curenţilor slabi) care se referă la producerea, prelucrarea, transmisia, recepţia şi înregistrarea semnalelor purtătoare de informaţii în condiţii de fidelitate(exactitate) a semnalului şi siguranţă în funcţionare.

Cele două aspecte intervin împreună în aplicaţiile tehnice. De exemplu într-o staţie de transformare a energiei electrice există instalaţii electroenergetice precum şi unităţi de protecţie, măsură, comandă, semnalizare, care poartă şi transmit informaţii cu privire la starea părţilor componente ale instalaţiei sau la modul lor de acţionare.

Energia electromagnetică are următoarele proprietăţi remarcabile:

- se transformă uşor în altă formă de energie şi reciproc;

- se transmite uşor şi practic instantaneu la mari distanţe;

- se divide şi se distribuie fără dificultăţi cu ajutorul circuitelor electrice.

Ca dezavantaj se înmagazinează greu într-un volum restrâns şi numai pentru un timp relativ scăzut (deci nu se pot constitui rezerve de energie sub această formă), ea trebuie transmisă pe măsură ce se produce.

1.1.2 Scurt istoric al dezvoltării electrotehnicii

Deşi electricitatea şi magnetismul erau cunoscute încă din antichitate (electrizarea prin frecare a chihlimbarului, numit „electron” în limba greacă, a fost descrisă de Thales din Milet în sec. al VI-lea î.H., iar magnetismul, în special cel natural, al oxidului de fier - magnetita - numit astfel că se extrăgea din apropierea localităţii Magnezia din Asia Mica era cunoscut cu mult înainte) prima lucrare care se referea la fenomenele electrice şi magnetice, a apărut abia în anul 1600 fiind intitulată „,Despre magneţi” şi aparţinând medicului şi fizicianului W. Gilbert.

Dezvoltarea electrotehnicii este rezultatul muncii colective a numeroşi oameni de ştiinţă, ingineri şi tehnicieni din lumea întreagă. Totuşi se impune o trecere în revistă a principalelor personalităţi care au contribuit la ridicarea edificiului electrotehnicii actuale.

În 1785, Charles Augustin de Coulomb prin măsurări efectuate cu balanţa de torsiune, a stabilit primele relaţii cantitative ce caracterizează interacţiunile dintre particulele încărcate electric şi prin analogie dintre polii magneţilor.

În 1790 medicul L. Galvani a descoperit acţiunea fiziologică a curentului electric care i-au permis fizicianului A. Volta construirea în anul 1800 a primei pile electrice.

În 1919 C. H. Oersted studiind acţiunea mecanică pe care o exercită un conductor parcurs de curent electric asupra unui ac magnetic a stabilit o interacţiune între două clase de fenomene considerate până atunci cu totul distincte: fenomenele electrice şi fenomenele magnetice.

În 1820 Andre Marie Ampere a studiat forţele electrodinamice dintre conductoare parcurse de curenţi electrici.

În 1826 G. S. Ohm a stabilit relaţia dintre tensiunea şi intensitatea curentului electric pentru un circuit electric neramificat.

În 1847 Gustav Robert Kirchhoff a formulat teoremele care îi poartă numele, pentru rezolvarea distribuţiei curenţilor electrici în circuitele ramificate.

În 1831 Michael Faraday a descoperit fenomenul de inducţie electromagnetică şi a introdus pentru prima dată noţiunea de „câmp” prin intermediul căreia, se transmit în spaţiu şi în timp acţiunile ponderomotoare, idee directoare care a permis explicarea corectă a fenomenelor electrice şi magnetice constituind un pas hotărâtor în dezvoltarea fizicii. Tot el a stabilit în 1834 legile cantitative ale electrolizei.

În 1833 E. H. Lenz a formulat regula pentru determinarea sensului curentului indus iar în 1843 J. P. Joule a descoperit legea efectelor calorice ale curentului electric.

Aplicarea ideilor lui Faraday în domeniul electromagnetismului s-au datorat lui J. C. Maxwell care, în celebra sa lucrare „Tratat despre electricitate şi magnetism" (1873) a pus bazele teoriei macroscopice a electromagnetismului. Tot el a prevăzut teoretic existenţa undelor electromagnetice (puse în evidenţă din punct de vedere experimental în 1888 de către H. Hertz) a curentului de deplasare (1862) şi a elaborat teoria electromagnetică a luminii (1865).

Progresul cunoştinţelor despre fenomenele electrice şi magnetice a fost însoţit de o dezvoltare prodigioasă a aplicaţiilor practice la care şi-au adus contribuţia V. V. Petrov, H. Davy, A. N. Lodaghin, T. A. Edison, M. H. Jacobi, A. Pacinoti, W. Siemens, G. Terraris, N. Tesla, S. Morse, M. O. Dolivo-Dobrovolschi, G. Bell, A. S. Popov, G. Marconi, J. A. Fleming, Lee de Forest, A. Iliovici (cercetător român care a trăit în Franţa).