Pe scurt
Electrocinetica studiază circuitele electrice de curent continuu, având la bază legea lui Ohm, legile lui Kirchhoff și conceptul de putere electrică. Legea lui Ohm stabilește relația dintre tensiune, curent și rezistență, iar legile lui Kirchhoff descriu conservarea sarcinii și a energiei în circuite. Înțelegerea grupării rezistoarelor (serie și paralel) și a puterii electrice este esențială pentru analiza și proiectarea circuitelor.
Legea lui Ohm
- Legea lui Ohm (U = I * R) stabilește relația dintre tensiunea aplicată la capetele unui conductor, intensitatea curentului și rezistența electrică a acestuia.
- Este valabilă pentru conductoare metalice la temperatură constantă (rezistoare ohmic pure).
Gruparea rezistoarelor
- În circuitele reale, rezistoarele sunt grupate în serie sau în paralel.
Gruparea serie
- Rezistența echivalentă este suma rezistențelor: R_echiv = R1 + R2 + ...
- Curentul este același prin toate elementele.
- Tensiunea se împarte pe fiecare rezistor proporțional cu rezistența.
- Exemplu: Două rezistoare de 10 Ω și 20 Ω în serie la o baterie de 30 V. Rezistența echivalentă = 30 Ω, curentul = 1 A, căderile de tensiune: 10 V și 20 V.
Gruparea paralel
- Inversul rezistenței echivalente este suma inverselor: 1/R_echiv = 1/R1 + 1/R2 + ...
- Tensiunea este aceeași pe fiecare ramură.
- Curentul se împarte pe ramuri invers proporțional cu rezistența.
- Exemplu: Două rezistoare de 6 Ω și 3 Ω în paralel la o sursă de 12 V. Rezistența echivalentă = 2 Ω, curentul total = 6 A, curenții pe ramuri: 2 A și 4 A.
Legile lui Kirchhoff
- Sunt reguli de conservare aplicate în circuite.
Legea I (a nodurilor)
- Suma curenților care intră într-un nod este egală cu suma curenților care ies (conservarea sarcinii).
Legea a II-a (a ochiurilor)
- Suma algebrică a tensiunilor electromotoare (t.e.m.) dintr-un ochi închis este egală cu suma căderilor de tensiune pe rezistențe: **∑ε = ∑I*R.
- Exemplu: Circuit cu două ochiuri: sursa 10 V + rezistor 2 Ω (ochiul 1), sursa 5 V + rezistor 1 Ω (ochiul 2), rezistor comun 3 Ω. Curenții rezultați: I1 ≈ 2,273 A, I2 ≈ 0,455 A, I3 ≈ 1,818 A.
Puterea electrică
- Puterea electrică disipată de un rezistor se calculează cu formulele: P = U * I = I² * R = U² / R.
- Unitatea de măsură în Sistemul Internațional este watt-ul (W).
- Eficiența energetică și pierderile prin efect Joule sunt aspecte esențiale pentru proiectarea circuitelor.
Aplicații practice
- În aplicațiile de zi cu zi (becuri, aparate electrocasnice), înțelegerea acestor legi permite calcularea consumului și dimensionarea corectă a componentelor.
- La nivel de bacalaureat, problemele tipice implică determinarea curenților și tensiunilor în rețele simple, folosind grupări serie-paralel și legile lui Kirchhoff.
- Voltmetrul se conectează în paralel pe componenta măsurată, iar ampermetrul în serie.
- Neglijarea rezistenței interioare** a surselor poate fi o aproximare acceptată în exercițiile de bază, dar în realitate ea influențează puterea disponibilă.
Verifică-te!
- Care este relația matematică a legii lui Ohm și pentru ce tip de conductoare este valabilă?
- Cum se calculează rezistența echivalentă pentru o grupare paralel și ce mărime electrică este aceeași pe fiecare ramură?
- Ce exprimă Legea I a lui Kirchhoff și cum se aplică într-un nod de circuit?