FENOMENE ELECTRICE. Curentul electric staționar.

                                            CURENTUL ELECTRIC STAȚIONAR                         Curentul electric reprezintă o mișcare ordonată a purtătorilor de sarcină electrică liberi, sub acțiunea unui câmp electric.                                                                                              Purtătorii de sarcină electrică liberi sunt:                                1. electronii, în cazul conductorilor metalici;                            2. electronii și golurile, în cazul semiconductorilor;                    3. ionii pozitivi și negativi în cazul electroliților.                        Mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică liberi, într-un conductor, sub acțiunea unui câmp electric nu este o simplă mișcare rectilinie, pe direcția câmpului. Această mișcare este mult mai complexă deoarece purtătorii de sarcină liberi sunt antrenați de agitația termică, a cărei intensitate depinde de temperatură. De asemenea purtătorii de sarcină vor suferii ciocniri elastice, absolut întâmplătoare, atât între ei, cât și cu purtătorii imobili de sarcină, ionii rețelei cristaline, suferind accelerări, frânări și devieri de la traiectoria imprimată de câmpul electric.                                                                               Numărul electronilor liberi este foarte mare, iar prin comportarea lor, în absența unui câmp electric, se aseamănă cu moleculele unui gaz. Din acest motiv ansamblul de electroni reprezintă, din punct de vedere matematic, un ansamblu statistic și este numit gaz electronic.                                                                                                                                    Așa cum știm, mărimile fizice care caracterizează ansamblurile statistice sunt mărimi statistice și sunt guvernate de legi statistice. Din acest motiv nu vom mai putea vorbi despre viteza unui anumit electron, ci despre viteza medie a  mișcării ordonate a tuturor purtătorilor de sarcină din conductor.  Această viteză medie  se numește viteză de drift, sau viteză de antrenare, notată vd.                                                                                   Viteza de drift are o valoare foarte mică. De exemplu: pentru un curent I = 10A, printr-un conductor de cupru cu secțiunea S = 10mm2 viteza de drift este vd = 0,06mm/s. Totuși, curentul electric se transmite cu viteză foarte mare, viteza luminii, deoarece prin conductor se propagă câmpul electric.                                                                                                                  Din acest motiv, conductorii se mai numesc și ghiduri de câmp electric.                            Mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică liberi, sub acțiunea unui câmp electric este caracterizată de o mărime fizică scalară numită intensitatea curentului electric, notată I.

FENOMENE ELECTRICE. Câmpul electrostatic.

1p1nAni Teoria electricității, ca și a magnetismului, este mult mai recentă decât optica sau mecanica. Mirajul electricității a stârnit imaginația oamenilor încă din antichitate. Se pare că primele studii de electricitate au fost efectuate în sec. al VI-lea î.Cr. de Tales din Milet, care observat că unele substanțe pot atrage corpuri mai ușoare după ce sunt frecate de alte materiale.

Explicarea naturii electricității s-a lăsat îndelung așteptată. Studii aprofundate de electricitate s-au produs începând cu sec. al XVII-lea. Progresele fizicii în acest domeniu încep să fie evidente spre sfârșitul secolului al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea, când au fost întreprinse experiențe mai numeroase, mai ingenioase, iar apoi prin elaborarea teoriei electricității pe baza unui aparat matematic din ce în ce mai complex.

Ceea ce au întâlnit cercetătorii la sfârșitul sec. al XVII-lea și începutul sec. al XVIII-lea erau fenomene complicate, precum electrizarea prin frecare, producerea de scântei, influența umezelii aerului asupra fenomenului de electrizare, etc., fenomene pe care nu puteau să și le explice, datorită lipsei noțiunilor fundamentale în domeniul electrostaticii.

Totuși din această perioadă datează o serie de observații calitative cum ar fi deosebirea dintre conductorii electrici și izolatori, influența corpurilor încărcate cu electricitate asupra conductorilor izolați, sau existența celor două tipuri de sarcină electrică: pozitivă și negativă.

Corpurile care prin frecare căpătă proprietatea de a atrage alte corpuri au fost numite corpuri electrizate, iar ceea ce conferă corpurilor această proprietate a fost numită electricitate. În limitele unor concepții naive se admitea existența a două fluide, unul pozitiv și altul negativ, care ar conferi corpului electrizat tipul de electricitate. Mai târziu Benjamin Franklin a presupus că electrizarea corpului este efectul prezenței sau absenței unui singur tip de fluid.  Prezența lui în exces, peste starea electrizată, conferă corpului o electricitate negativă, iar absența lui indică o încărcare cu electricitate pozitivă. Franklin a mai presupus că fluidul negativ este compus din particule, indicând astfel modul de electrizare a sticlei și a ebonitei, cu 100 de ani înaintea descoperirii electronului!

Teoria electricității macroscopice a început să se dezvolte abia după conturarea mecanicii clasice și perfecționarea aparatului matematic și se poate considera încheiată în cursul sec. al XIX-lea. Clarificarea naturii electricității, a purtătorului microscopic de sarcină electrică, a devenit o realitate la sfârșitul acestui secol, odată cu semnarea actului de naștere al fizicii atomice.

Din punct de vedere al capacității de mișcare există sarcini libere și sarcini legate. Primele se pot mișca pe spații limitate în solide, lichide, gaze.

Corpurile în care numărul de sarcini libere este constant și nu depinde de temperatură se numesc conductoare. Aceasta este situația metalelor și a majorității aliajelor, în care electronii sunt sarcini libere, sau a electroliților în care ionii pozitivi și negativi sunt sarcini libere. Dacă punem sarcini în exces acestea se vor distribui pe suprafață.

Corpurile în care sarcinile sunt legate de anumite poziții sunt numite corpuri izolatoare. Materialele izolatoare pot exista în toate stările de agregare: gaze inerte, cum sunt He, Ne, Ar (sarcinile sunt legate la nivelul atomului), gaze moleculare și lichide moleculare, cum sunt hidrogenul, oxigenul, respectiv apa, cu sarcini legate la nivelul moleculei sau solide formate din ioni, cum este clorura de sodiu.

Etimologic vorbind, termenul de electricitate provine din limba greacă ήλεκτρον (electron) = chihlimbar și se datorează faptului că primele observații ale fenomenului de electrizare au  avut ca obiect de studiu un „bețișor” de chihlimbar.

FENOMENE TERMICE

FENOMENE TERMICE.220px-Brownianmotion5particles150frame Prin fenomen termic înțelegem, în general, orice fenomen fizic legat de mișcarea haotică, complet dezordonată care se manifestă la nivel molecular. Variația proprietăților fizice ale substanței la încălzirea sau răcirea ei, schimbul de căldură dintre corpurile încălzite diferit, transformarea căldurii (obținută prin arderea combustibililor) în lucru mecanic, etc. constituie exemple de fenomene termice. În Univers, materia se găsește sub două forme: câmp și substanță.                                                             Câmpul este forma de existență a materiei care se manifestă prin intermediul unor interacțiuni.  Substanța este forma de existență a materiei pe care o recepționă cu ajutorul organelor de simț: o vedem,  o mirosim, o pipăim,…corpurile care ne înconjoară!                                          Substanța este alcătuită din molecule și atomi, care se află într-o continuă mișcare, haotică și dezordonată. Această mișcare nu este rezultatul unor cauze exterioare, este spontană, nu încetează niciodată și este dependentă de temperatură.  Mișcarea haotică și dezordonată a moleculelor se numește agitație termică, sau mișcare Browniană. Denumirea de mișcare browniană vine de la numele botanistului Robert Brown care în 1827 a observat că particulele de polen aflate sub microscop se mișcau haotic. În anul 1905 Einstein descrie matematic ce se întâmplă cu particulele minuscule aflate sub loviturile moleculelor substanței în care se află. Deși, de exemplu, particulele de polen sunt de sute de ori mai mari decât moleculele de apă, pentru că o particulă de polen este lovită în același moment de mai multe molecule, fiecare lovind dintr-o altă direcție, rezultatul ciocnirilor multiple este o mișcare abia perceptibilă a particulei de polen. Teoria einsteiniană a mișcării browniene are aplicații în explicarea modului în care poluarea, de pildă, se răspândește prin aer și apă; de asemenea, aceeași teorie este folosită cu succes în determinarea efectelor inundațiilor, dar și în explicarea unor fenomene economice și bancare, cum ar fi fluctuațiile de preț pe piață. Existența agitației termice a moleculelor oricărui corp poate fi pusă în evidență printr-o serie de experimente. De exemplu fenomenul de împrăștiere a moleculelor unui corp printre moleculele altui corp, fenomen care este cunoscut sub numele de fenomen de difuzie. Difuzia este un fenomen ireversibil! Nu există fenomen invers difuziei, cum există în cazul altor fenomene, de exemplu: dilatare – contracție, topire – solidificare, etc.

NOȚIUNI DE FIZICĂ ATOMICĂ

d3d6a62e9390eac14a9791d60d41c67b

NOȚIUNI DE FIZICĂ ATOMICĂ

Conceptul de atom apare pentru prima dată în anul 450 î.d.Ch., când Leucip elaborează o teorie conform căreia materia nu este infinit divizibilă și introduce noțiunea de atom. Atomos (ἄτομος) în limba greacă însemnând indivizibil. Democrit, un discipol al lui Leucip, dezvoltă această teorie și concluzionează că materia este alcătuită din niște particule invizibile, indivizibile și eterne numite atomi.  Aici trebuie să remarcăm că această teorie se bazează pe considerente pur filozofice și nu pe fapte experimentale. De asemenea trebuie remarcat faptul că această teorie a marcat atât evoluția filozofiei materialiste despre lume și viață, cât și dezvoltarea și evoluția științelor naturii.

Concepția modernă de atom și moleculă a fost creată de chimie și ulterior preluată de fizică. Implementarea teoriei atomiste în fizică s-a produs în trei etape.

A. Prima etapă în evoluția teoriei atomiste  s-a produs în anul 1808, când chimistul englez John Dalton a făcut următoarele remarci:

  1. Elementele chimice sunt realizate din particule extrem de mici, numite atomi.
  2. Atomii unui element chimic sunt identici ca dimensiune, masă, și alte proprietăți.
  3. Atomii nu pot fi divizați, creați, sau distruși.
  4. Atomii diferitelor elemente se combină într-un raport simplu pentru a forma compuși chimici, care exprimă legea proporțiilor definite, așa cum este cunoscută în chimie.
  5. În reacții chimice, atomii se combină, se separă, sau se reordonează.

B.  Etapa a doua a avut loc în anul 1811, când chimistul italian Amedeo Avogadro a enunțat legea care-i poartă numele: Volume egale ale gazelor, la aceeași temperatură și presiune, conțin același număr de particule (sau molecule), N­A, cunoscut sub numele de numărul lui Avogadro.

C. Etapa a treia și ultima s-a produs în anul 1866, când J.C. Maxwell și L. Boltzman, independent unul de altul  au pus  bazele teoriei  cinetico-moleculare a gazelor,  teorie  verificată experimental de A. Einstein în anul 1905, explicând mișcarea Browniană. Trebuie să remarcăm că Teoria cinetico-moleculară a gazelor este prima formă a teoriei fizice despre atom și că în tot acest timp nu s-a cunoscut nimic despre structura atomului .

 

UNDE MECANICE

tfl Unda reprezintă fenomenul de extindere și propagare din  aproape în aproape  a  unei  perturbații periodice produse într-un anumit punct din mediului. Propagarea   undei se face cu o viteza finită, numită viteza undei. Deplasarea unei perturbații se mai numește și propagare.  Propagarea unei unde elastice într-un anumit mediu generează o serie de mișcări de oscilație ale particulelor mediului.  Punctele materiale încep mișcarea oscilatorie, în jurul pozițiilor lor de echilibru, pe măsură ce energia undei ajunge la ele.  

Unda nu efectuează transport de substanță, ci numai transport de  energie!