Electrotehnica - Obiectul si importanta electrotehnicii

Obiectul si importanta electrotehnicii

Electrotehnica este o stiinta care se ocupa cu studiul fenomenelor electromagnetice din punct de vedere al aplicatiilor practice. Fenomenele electrice si magnetice, pe scurt fenomenele electromagnetice au fost studiate sistematic mult mai tarziu decat cele mecanice si termice, deoarece studiul acestor fenomene trebuia sa fie efectuat indirect prin actiunile pondero-motoare pe care le exercita corpul cu proprietati electromagnetice similare.

Prima teorie a sistemelor electromagnetice este teoria macroscopica fenomenologica) sau a fenomenelor electromagnetice sau electrodinamica Maxwell-Hertz.

- Teoria microscopica a fenomenelor electromagnetice de catre Lorentz. Aceasta nu este completa pentru ca la apar fenomene ce nu pot fi explicate.

1910 - Teoria relativista a fenomenelor electromagnetice. Explica multe fenomene, dar schimburile energetice intre corpuri nu puteau explica cuantificarea.

- Teoria cuantica relativista a fenomenelor electromagnetice.

Campul electromagnetic este un sistem fizic independent de corpuri care exista in corpuri si in afara lor prin intermediul carora se exercita actiuni pondero-motoare (forte sau cupluri) cu proprietati electromagnetice similare.

Existenta campurilor electromagnetice nu este determinata de prezenta corpurilor. El poate exista si in vid. Campul electromagnetic este purtator de energie si impuls(numit eter)

Fenomenele electromagnetice se pot manifesta in urmatoarele regimuri:

1. regimul static: regimul in care marimile sunt constante in timp, corpurile sunt imobile si nu au loc transformari energetice. Este singurul regim in care aspectul electric al campului electromagnetic se poate studia separat de cel magnetic (electrostatica si magnetostatica).
2. regimul stationar regimul in care marimile sunt constante in timp, viteza este 0 sau diferita de 0, dar constanta in timp si au loc transformari si schimburi de energie. (e.g. circuitul de curent continuu = circuitul ale caror conductoare se afla in stare electrocinetica stationara
3. regimul cvasi-stationar: regimul in care marimile variaza in timp, dar viteza de variatie a lor (u) este relativ mica astfel incat se poate neglija fenomenul de radiatie electromagnetica (unda electromagnetica) (e.g. circuitul de curent alternativ la care u 50Hz in Europa si 60Hz pentru America si Australia).
4. regimul variabil: regimul in care marimile variaza in timp cu orice frecventa si nu se neglijeaza nimic.

Marimi primitive si principalele marimi derivate ale teoriei macroscopice a fenomenelor electromagnetice

Intr-o teorie data a unui domeniu de cercetare dat marimile fizice care se pot defini prin relatii matematice logice in functie de alte marimi presupuse cunoscute se numesc marimi derivate. (e.g. ; P Fdt)

Marimile fizice care nu pot fi definite prin relatii matematice sau logice in functie de altele presupuse cunoscute trebuie definite explicit printr-un bogat material experimental indicandu-se explicit procesul de masurare a marimii respective se numesc marimi primitive.

Intr-o teorie data numarul marimilor primitive este constant, dar natura lor poate varia.

Teoria macroscopica a fenomenelor electromagnetice are 6 marimi primitive care sunt

1. - sarcina electrica este marimea fizica scalara ce caracterizeaza global sau integral proprietatile de incarcare electrica a corpurilor.

2. - momentul electric este marimea fizica vectoriala ce caracterizeaza global sau integral starea de polarizare a corpurilor diferita de starea de incarcare a corpurilor.

mic dipol=2 sarcini egale si de semn contrar

Sunt echivalente d.p.v.d. al campului extern produs. Actiunile pondero-motoare ce se exercita asupra lor este acelasi.

Asupra corpurilor se exercita un cuplu

Daca campul este neuniform se exercita si o forta

Starea de polarizare este temporara. In genere, un corp are 2 stari de polarizare

- momentul electric permanent exista cat exista si campul electric exterior.

- momentul electric permanent in care starea de polarizare permanenta, independenta de prezenta sau absenta campului electric exterior este determinat de alte cauze, nu electrice iradiere

(2)

3. - momentul magnetic: marimea fizica vectoriala ce caracterizeaza global sau integral starea de magnetizare a corpurilor.

, deoarece un mic corp magnetic este echivalent cu o bucla de curent de arie orientata.

(3)

sunt echivalente d.p.v.d. al actiunii pondero-motoare exercitata asupra unor corpuri si d.p.v.d. al actiunii exercitate asupra lor.

(4)

Daca este neomogen apare si o forta:

(5)

4. - intensitatea curentului electric de conductie: marimea fizica scalara ce caracterizeaza global sau integral starea electromagnetica a conductoarelor.

Daca consideram o portiune de conductori filiformi parcursa de curent electric , atunci se distribuie uniform pe toata lungimea.

Conductori filiformi daca

- intensitatea curentului electric de conductie

Daca il introducem intr-un camp de expresia fortei electromagnetice)

5. - intensitatea campului electric in vid

In teoria macroscopica vidul este un vid relativ reprezentand o stare o stare extrema de rarefiere a materiei astfel incat punctele din vid se pot recunoaste. In teoria macroscopica se considera ca sistemul de referinta local atasat corpului care se misca odata cu ele.

	P

q

Este o marime fizica vectoriala ce caracterizeaza local,  punctual (diferential campul electric in vid.

Explicarea campului se face cu un corp de proba ce poate merge fie direct fie interior prin campul. Conditia este ca starea lui electrica sa nu influenteze starea campului (sarcina sa fie mica) si se masoara forta ce se exercita asupra lui (7)

- inductia magnetica in vid marimea fizica ce caracterizeaza local, punctual starea magnetica a campului electromagnetic in vid.

Se introduce prin intermediul cuplului (8)

sau prin forta Lorentz (f) - forta ce se exercita asupra unui mic corp punctual ce se misca cu viteza

Primele 4 marimi sunt marimi de stare ale corpurilor, pe cand ultimele 2 sunt marimi de stare ale campului in vid.

Principalele marimi derivate ale teoriei macroscopice

Densitatea de volum a sarcinii electrice

suprafata deschisa care se reprezinta pe contur

curba deschisa

(C) curba deschisa

suprafata inchisa ce margineste un volum - elementul de volum - viteza

Densitatea de suprafata a sarcinii electrice

(2)

Densitatea de linie a sarcinii electrice

(3)

Vectorul polarizare electrica

(4)

(5)

Vector magnetizatie

(6)

(7)