Rezistenta electrica. Efectul electrocaloric
13.1.Rezistenta electrica
Intensitatea curentului electric care se stabileste intr-un conductor ce nu contine surse de curent este data de legea lui Ohm:
I = 
(13.1)
unde 
si 
sunt potentialele electrice aplicate la
capetele conductorului, diferen 535h76f ta:
= U
este tensiunea electrica, iar R rezistenta electrica a conductorului.
Rezistenta electrica se masoara in ohmi.
Aceasta lege a fost stabilita experimental. Ea prezinta o importanta deosebita pentru studiul circuitelor electrice.
Pentru a stabili relatia (13.1) consideram un conductor omogen de lungime l de forma unui cilindru de sectiune S (fig.13.1) continand N purtatori de sarcina in unitatea de volum fiecare avand sarcina q.
Aplicand la capetele conductorului diferenta de
potential 
in interiorul sau va apare un camp electric:
Sa retinem ca notam cu U (tensiunea)
diferenta de potential. Tensiunea electrica se masoara in volti (V).
Sub actiunea fortelor
campului purtatorii de sarcina se deplaseaza ordonat formand curentul electric.
Intrucat s-a constatat ca un camp 
constant in timp creeaza un curent cu
intensitatea I constanta si ea in timp,
(adica un curent continuu) rezulta ca forta electrica este compensata de o
forta de franare, fapt care conduce la stabilirea unei viteze de regim
constanta. Aceata viteza (de antrenare a electronilor ) se suprapune peste
viteza de agitatie termica a electronilor si atomilor retelei dar care are o
valoare medie nula.
Forta de franare se datoreaza ciocnirilor electronilor cu atomii metalului. In urma proceselor de ciocnire, electronii isi micsoreaza viteza la zero. Ei sunt din nou accelerati de campul electric, au loc alte ciocniri s.a..m.d.
Aceasta este esenta fenomenului de rezistenta electrica.
Putem scrie o relatie intre tensiune si intensitatea curentului:
I 
(13.5)
adica legea lui Ohm pentru o portiune de circuit fara surse.
Expresia R 
(13.6)
se numeste rezistenta electrica iar marimea 
- rezistivitate electrica a
materialului.
Inversul rezistivitatii se numeste conductivitate electrica si folosind relatiile deduse pana acum vom putea scrie:
(13.9)
Aceasta ecuatie stabileste relatia intre densitatea de curent si intensitatea campului electric in orice punct din conductor si este numita legea lui Ohm sub forma locala.
Desi relatia (13.9) a fost dedusa pentru un conductor cilindric si omogen ea este valabila pentru conductori de orice forma, omogeni sau neomogeni. Mai mult chiar, ea ramane valabila si in cazul campurilor electrice variabile.
Trecerea curentului electric printr-un conductor este insotita de degajarea unei cantitati de caldura. Acest fenomen poarta numele de efect Joule sau efect electrocaloric.
Sa calculam cantitatea de caldura Qjoule degajata la trecerea curentului electric
printr-o portiune oarecare a circuitului in intervalul de timp Δt. Energia necesara transportului unei
sarcini electrice q intre doua puncte ale
circuitului avand potentialele si este data de lucrul mecanic efectuat de
fortele campului electric la deplasarea sarcinii intre aceste puncte:
W = q ( - ) = qU (13.10)
Daca portiunea de circuit de rezistenta R este parcursa de un curent de intensitate I putem scrie q = I t si U = RI astfel ca energia curentului electric va fi:
W = U I t = RI2 t (13.11)
Energia electrica W se transforma in caldura, deci
Qjoule = W = R I2 t (13.12)
Aceasta relatie exprima legea lui Joule:
Cantitatea de caldura degajata la trecerea curentului electric printr-un conductor este proportionala cu patratul intensitatii curentului, cu rezistenta circuitului si cu intervalul de timp in care curentul strabate circuitul.
Energia degajata in unitatea de timp de un curent electric de intensitate I si tensiune electrica U reprezinta puterea curentului electric:
P = U I = I
R (13.13)
Observatii.
1.Ne reamintim ca unitatea de masura a energiei este joulul (J).Ca urmare daca in expresia (13.12) vom folosi pentru exprimarea rezistentei ohmul (Ω), pentru intensitatea curentului amperul (A) iar pentru exprimarea timpului secunda(s), rezultatul numeric se va obtine in jouli.
2. Ne reamintim , de asemenea, ca unitatea de masura pentru putere este wattul (W).
Legea lui Joule poate fi exprimata, ca si legea lui Ohm, sub forma locala.
Daca notam cu Pjoule densitatea puterii disipate, adica energia calorica degajata in unitatea de volum si unitatea de timp:
Pjoule = 
(13.14)
unde V este volumul portiunii de circuit. Notand cu l si S lungimea, respectiv sectiunea portiunii de circuit putem scrieca:
R = 
, V
= S l , j = I/S
si substituind in relatia (13.14) obtinem:
Pjoule = j2 (13.15)
Aceasta relatie reprezinta forma locala a legii lui Joule, aplicabila oricarui conductor, indiferent de geometria sau forma lui, sau de faptul ca prin el circula curent continuu sau alternativ. In acest ultim caz, in locul marimilor I si j se introduc valorile lor efective.
INTREBARI
1.Rezistenta electrica este un fenomen care apare in circuitele parcuse de curent electric.Ea se datoreaza:
a) cerintei de indeplinire a legii lui Ohm,
b) ciocnirii electronilor de atomii retelei cristaline a metalului din care este constituit conductorul,
c) valorii curentului electric,
d) valorii tensiunii electrice,
e) valorilor tensiunii si curentului electric.
2. Expresia rezistentei electrice este :
a) R = ρlS,
b) R = ρl
c) R = 
d)
R
e) R = 
3. Fenomenul de degajare a unei cantitati de caldura la trecerea unui curent electric printr-un conductor se datoreaza:
a) incalzirii conductorului,
b) tensiunii electrice aplicate la capetele conductorului,
c) rezistentei electrice a conductorului,
d) ciocnirii electronilor de atomii metalului conductorului,
e) agitatiei termice a electronilor si atomilor conductorului.
4. Relatia intre energia (W) si puterea (P) curentului electric este:
a) W = P.t
b) W = 
c) P =
d) P = W.t
e) P = W
|
