Electricitate si magnetism

Pe vremuri, electricitatea sub forma de fulgere si tunete starnea
teama oamenilor, dar cu timpul omul a invatat sa o foloseasca spre
folosul sau. Magnetismul, care pe vremuri era doar o ciudatenie fara
inteles, joaca acum un rol cheie in producerea curentului electric in
generatoare imense.

Unele haine sunt facute din materiale care se incarca electric cand le
scoatem peste cap. Uneori incarcarea este atat de mare, incat se pot
auzi pocniturile scanteilor, iar intr-o incapere intunecoasa se si pot
vedea aceste scantei.

Scanteile sunt de fapt niste fulgereminuscule si iaunastere la fel ca
si cele normale: prin descarcarea instantanee a sarcinilor electrice.
Descarcarile produse in timpul furtunii, intre nori, degaja energii
imense sub forma de caldura si lumina. Fulgerul vazut de noi este de
fapt aceasta lumina, iar tunetele sunt generate in timpul exploziei
datorita infierbantarii instantanee a aerului.

Obiectele din jurul nostru contin multe milioane de sarcini electrice.
Aceste sarcini sunt parti componente ale atomilor care compun obiectul
respectiv. Centrul sau nucleul atomului este compus in general din
doua feluri de particule: neutroni si protoni. Neutronii nu au sarcina
electrica, protonii insa au si prin conventie aceasta se numeste
sarcina pozitiva. Particulele care se misca in jurul nucleului se
numesc electroni si au sarcina electrica negativa. In mod normal,
numarul electronilor in atom este acelasi cu numarul neutronilor,
astfel sarcinile lor de marime egala dar de semn opus, se
neutralizeaza reciproc. In aceasta stare, atomul nu prezinta nici un
fel de sarcina sau putere electrica detectabila, daca insa rasturnam
cumva acest echilibru, corpul se va comporta ca fiind incarcat cu
sarcina pozitiva sau negativa, in functie de perticulele care au ramas
mai multe: protonii sau electronii.

Electrizarea prin frecare

Unele materiale se pot incarca prin frecare, deoarece frecarea
transporta electroni de pe unul pe celalalt. Pieptenele de plastic, de
exemplu, primeste electroni cin firele de par si astfel devine
polarizat negativ, parul insa devine polarizat pozitiv deoarece
protonii vor fii majoritari. Obiectele icarcate electric le atrag pe
cele neincarcate; de aceea atrage pieptenele bucatiile mici de hartie.

Celule si circuite

Celula electrica produce energie electrica din energie chimica. De
obicei, aceste celule se interconecteaza pentru a forma o sursa mai
puternica la extremitati. Aceste celule interconectate se numesc
baterii, desi de multe ori si o singura celula este numita baterie. Un
circuit electric este format dintr-o sursa de energie electrica - de
exemplu, o baterie - si un conductor, prin care se transporta curentul
intre cele doua extremitati ale sursei. Curentul este de fapt o
miscare ordonata a electronilor, asemanatoare curgerii apei printr-un
tub. Pentru curgere este nevoie de presiune si la fel este si cu
migrarea electronilor. Aceasta "presiune" - generata de sursa - se
masoara in volti, iar intensitatea curentului in amperi. Debitul apei,
produs de presiunea exercitata, depinde de grosimea tevii. Teava lunga
si ingusta ingreuneaza curgerea apei, si respectiv: conductorul lung
si ingust are o rezistenta mai mare decat sarma mai groasa, produsa
din acelasi material.

Rezistenta

Rezistenta electrica se masoara in ohmi. Cuprul este des folosit ca
material conductor, deoarece este un conductor bun si are o rezistenta
mica. Argintul este un conductor si mai bun, dar utilizarea sa pe
scara larga ar fi prea scumpa. In anumite circuite insa, se insereaza
special dispozitive electrice cu rezistenta mare pentru a reduce
curentul in unele parti ale circuitului.

Legea lui Ohm

In 1827, un cercetator german, Georg Ohm a descoperit relatia intre
tensiunea electrica (U), intensitatea curentului electric (I) si
rezistivitatea electrica (R). Aceasta relatie se poate scrie in mai
multe moduri: U=I*R, I=U/R, R=U/I; unde U se masoara in volti, I in
amperi si R in ohmi. Conform relatiilor, daca legam o rezistenta de 6
ohmi pe bornele unei baterii de 12 volti, atunci prin aceasta
rezistenta se va stabili un curent de I=U/R=12/6=2 amperi.

Magnetism

Se crede ca Thales din Milet a fost primul care a cercetat forta de
atractie ciudata al feritului magnetic asupra fierului obisnuit, in
600 i.e.n. Au trecut multe secole pana cand s-a gasit o utilizare
practica a fortei magnetice, in busolele de navigatie. In 200 e.n.
chinezii utilizau deja o forma rudimentara a busolei, dar in Europa a
aparutdoar in jurul anului 1200.

Oare de ce pozitioneaza ferita magnetica este lasata sa se roteasca
liber, intodeauna in aceeiasi directie? Acest fenomen a ramas un
mister de-a lungul secolelor. Azi stim insa ca fierul si alte
materiale magnetizabile se compun din magneti mici numiti domenii
magnetice sau regiuni magnetice. Acestea de obicei sunt directionate
aleator, iar prin suprapunerea fortelor nu rezulta o forta magnetica
detectabila. Daca dintr-o oarecare cauza aceste domenii se orienteaza
toate in aceeasi directie, atunci metalul va avea caracteristici
magnetice si va atrage bucatiile de fier.

Cei doi poli

Acesti magneti prezinta o trasatura comuna: caracterul magnetic pare a
fi concentrat in doua puncte, numite poli, unul care arata catre nord
si unul care arata spre sud. Extremitatiile magnetului se numesc poli,
deoarece lasand liber magnetul in sens orizontal, magnetul se va aseza
cu varfuriile catre polii magnetici ai Pamantului - Polul Sud si Polul
Nord - care si el este un magnet gigantic. Acesta este principiul de
functionare al busolei. Ambele extremitati ale magnetului atrag fierul
nemagnetizat, dar daca apropiem doi magneti, atunci polul nordic al
unuia atrage polul sudic al celuilalt si viceversa. In acelasi timp,
cei doi poli sudici, respectivi nordici, se vor respinge reciproc.
Asadar, polii de acelasi tip se resping. Totusi, pare paradoxal ca
polul nordic al magnetului se intoarce catre Polul Nord al Pamantului.
Aceasta se explica prin faptul ca polul magnetic al Pamantului din
apropierea Polului Nord este de fapt un pol sudic din punct de vedere
magnetic.

Faptul ca electricitatea si magnetismul au legatura stransa s-a
descoperit abia in 1819. In acel an, un profesor de fizica danez, Hans
Oersted, a prezentat audientei un nou fenomen electric si a incercat
sa-i gaseasca o explicatie.

Descoperirea lui Oersted

Omul de stiinta danez a legat extremitatile unei baterii cu o sarma,
vrand sa demonstreze ca sarma se va incalzi cand este parcursa de
curent electric. In momentul in care a conectat cele doua borne ale
sursei s-a petrecut un fenomen ciudat: acul busolei din apropiere a
deviat si nu a mai revenit la pozitia initiala. Oersted si-a dat seama
ca curentul din sarma a generat un camp magnetic care a actionat
asupra acului busolei. Acest experiment a insemnat descoperirea unuia
dintre cele mai importante fenomene ale naturii: electromagnetismul.

Electromagnetism

Curentul din conductor produce un camp magnetic relativ slab, dar
cercetatorii au gasit modalitatea de amplificare a acestuia, intr-un
timp relativ scurt. Daca se infasoara conductorul sub forma unei
bobine si se introduce in interiorul ei un miez de fier, atunci
intensitatea campului creste foarte mult. Aceasta bobina cu miez in
interior se numeste electromagnet.

Motoare si generatoare

Daca o sarma prin care se incheie un circuit electric se afla langa un
magnet permanent, atunci sarma se va misca din pozitia initiala la
aparitia curentului, daca nu este tinuta fixa. Acest lucru se
datoreaza electromagnetismului. In 1821, Michael Faraday a realizat o
masina simpla in care un fir strabatut de curent se misca in jurul
unui magnet permanent. Bineinteles, aceasta "masinuta" mica nu era
potrivita pentru o utilizare practica, dar prin ea s-a materializat
ideeace sta la baza motoarelor electrice moderne: cu ajutorul
curentului electric se poate realiza miscare continua. Motoarele
electricemoderne utilizeaza electromagneti in loc de o singura sarma
si functioneaza mai eficace si mai controlabil.

Oersted a aratat ca electricitatea poate genera forte magnetice, iar
Faraday , si paralel cu el dar independent, fizicianul american Joseph
Henry, au demonstrat ca prin magnetism se poate produce curent
electric. Aceasta descoperire a fost prezentata in 1831 cand, cu
ajutorul unei bare magnetizate au produs curent electric printr-o
bobina, miscand bara in interiorul bobinei. La fel au demonstrat ca se
intampla aceelasi lucru daca misca bobina fata de magnet. Observatiile
lor au fost preluate de profesorul Heinrich Lenz din Sankt Petersburg,
care ulterior a stabilit legile ce guverneaza fenomenele de
interectiune a campurilor electrice si magnetice. Acest principiu
important se utilizeaza in generatoare, incepand de la dinamurile de
la biciclete si pana la generatoarele din centralele electrice care
produc putere electrica in gospodarii, magazine, birouri si uzine.