Circuite electrice de curent continuu (1)

Embed Size (px)

Text of Circuite electrice de curent continuu (1)

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    1/9

    Circuite electrice de curent continuu

    1

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    2/9

    Circuite electrice de curent continuu

    2

    I shall make electricity so cheap that onlythe rich can afford to burn candles.

    Thomas Alva Edison1847- 1931

    1. Circuitul electric de curent continuu

    Curentul electriceste o micare dirijat a sarcinilor electrice. n funcie de starea deagregare a substanei prin care se stabilete curentul electric, purttorii de sarcin electric acror micare d natere curentului electric pot fi:- ionii electroni, n gaze- ioni, n lichide- electroni liberi, n metale.

    Circuitul electriceste un ansamblu format din:generator electric , conductori deleg tur i unul sau mai muli consumatori . Generatorul, becul, conductoarele de legatur, ntreruptorul sunt elemente de circuit. Aceste elemente de circuit au cte dou borne, fiindnumite elemente dipolare (saudipoli). n general, orice poriune de circuit conectat la restulcircuitului prin dou borne se numeste dipol.

    Dac por iunea de circuit respectiv conine generatoare electrice, se numete dipol

    activ, iar n caz contrardipol pasiv. Pentru reprezentarea circuitelor electrice se utilizeaz schema construit din simboluri grafice standardizate pentru fiecare element de circuit.Utilizarea schemei permite nelegerea mai uoar a funcionrii unui circuit sau realizarea sapractic.

    Sensul convenional al curentului electric coincide cu sensul de micare al unorpurttori liberi de sarcina pozitiv, deci este invers sensului de micare al unor purttoriliberi de sarcin negativ.

    Mrimi fizice caracteristice circuitelor electrice

    Intensitatea curentului electriceste o mrime fizic care msoar sarcina electric ce strbate o seciune transversal a unui conductor, n unitatea de timp. Este mrimefundamental n SI. Unitatea sa de msur se numete Amperi este o unitate fundamental n SI. Instrumentul utilizat pentru msurarea intensit ii curentului electric se numeteampermetru.

    t Q

    I =

    Tensiunea electric ntre dou puncte ale unui circuit electric, este o mrime fizic care msoar lucrul mecanic efectuat de ctre cmpul electric creat de generator pentru a

    deplasa unitatea de sarcin electric ntre cele dou puncte. Unitatea sa de msur se

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    3/9

    Circuite electrice de curent continuu

    3

    numete Volt. Instrumentul utilizat pentru msurarea tensiunii electrice se numetevoltmetru.

    q L

    U =

    Legea lui Ohm pentru o poriune de circuit (pentru un dipol pasiv):dac la capetele unei poriuni de circuit pasiv se aplic o tensiune, intensitatea curentuluistabilit prin poriunea respectiv de circuit este direct proporional cu tensiunea aplicat.

    RU

    I = sauU=RI

    Rezistena electric a unui conductor este constanta de proporionalitate din legea

    lui Ohm. Unitatea de msur pentru rezistena electric se numete Ohm. I U

    R =

    Conductorii pentru care este valabil legea lui Ohm se numesc conductori ohmici.Componentele de circuit care au dou borne pentru legarea n circuit se numesc

    dipoli.Noi ne propunem studiul urmtorilor dipoli: rezistor, bec, diod, surs de tensiune.Caracteristica curent-tensiune a unui dipol este reprezentarea grafic a intensit ii

    curentului stabilit prin dipol n funcie de tensiunea aplicat la bornele sale.

    Depinde comportarea dipolului de sensul curentului care l parcurge? Practic, depinde eade polaritatea tensiunii aplicate?

    Programa de Fizic pentru liceu presupune ridicarea caracteristicilor curent-tensiune pentrurezistoare, becuri, diodei surse de curent continuu. Pentru aceasta este necesar un circuitsimplu care s conin elementulcruia i ridicm caracteristica, osurs de la care s poat fi aplicat tensiune variabil la borneleelementului studiat, conductori delegtur i instrumente pentrumsurarea tensiunii la borneledipolului i a intensit ii curentuluistabilit prin el. n figura 1.1 puteivedea schema acestui circuit.

    ncerca i singuri! M surarea tensiunii i a intensit ii curentului Dac dispunei de un un voltmetrui un ampermetru, v mai trebuie un circuit simplu care poate ficreat cu o baterie de buzunar, un bec de lantern i dou srme de legtur i putei s efectuaicteva determinri tensiunei intensitate a curentului electric!Continuai apoi cu un circuit realizat n laboratorulcolii n care vei nlocui bateria cu o surs de

    tensiune stabilizat, iar becul cu un rezistor!Respectai instruciunile de utilizare a instrumentelor!

    Figura 1.1

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    4/9

    Circuite electrice de curent continuu

    4

    Creai un tabel utiliznd Microsoft Excel, n care introducei valorile msurate de voi!

    2. Studiu virtual

    Accesai applet-ul aflat la adresa:http://www.walter-fendt.de/ph14ro/ohmslaw_ro.htm Aici putei investiga un circuit simplu care conine o surs cu tensiune variabil, un rezistorcruia i putei modifica valoarea rezistenei, ampermetrui voltmetru (figura 2.1).

    Figura 2.1 Imagine din applet-ul Java

    Modificai valorile parametrilori notai valorile intensit ii curentuluii ale tensiunii aplicate! Dup ce v-ai familiarizat cu mediul virtual, v lansm urmtoarea provocare: reprezentai graficcaracteristica curent-tensiune a rezistorului!

    Este rezistorul pe care l-ai utilizat n mediu virtual un rezistor ohmic? Cum apreciaicaracteristica lui?

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    5/9

    Circuite electrice de curent continuu

    5

    3. Ridicarea caracteristicilor curent-tensiune ale dipolilorutiliznd placa de achizi ie National Instruments

    V prezentm o variant experimental ncare utilizm o plac de achiziie NationalInstruments NIDAQ 6013 pentru nregistrareatensiunii la dipoluluii a intensit ii curentuluielectric stabilit prin el, pe dou canale diferite aleplcii. Tensiunea se msoar direct la bonelerezistorului n cauz, iar pentru calculul intensit iise utilizeaz un alt rezistor nseriat cu primul, de labornele cruia se achiziioneaz tensiunea, iar prin mpr ire la valoarea rezistenei sale (cunoscute),se calculeaz intensitatea curentului (dinsoftware). Schema electric a circuitului utilizat seafl n figura 3.2VI-ul creat permite reprezentarea grafic acurentului I ca funcie de tensiunea U, obinndcaracteristica din figura 3.3

    Figura 3.3 Ridicarea caracteristicii curent-tensiune a unui rezistor cu semnale din circuit real

    Figura3.1 Circuit electric

    Figura 3.2 Schema circuitului electric

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    6/9

    Circuite electrice de curent continuu

    6

    Noi am transferat valorile pentru intensitatea curentului din rezistori pentru tensiunea la bornelesale obinute ntr-un fiier xls. Accesai acum registrul de foi de calculcaracteristici.xls ,apoi filaREZi efectuai urmtoarele:

    Reprezentai grafic intensitatea curentului din rezistor I exprimat n A, n funcie detensiunea la bornele saleU exprimat n V.

    Calculai valorile rezistenei electrice a rezistorului utilizat ca raport ntre tensiuneiintensitate.

    Calculai apoi valoarea medie a rezistenei electrice a rezistorului utilizat. Determinai din panta graficului valorile rezistenei electrice a rezistorului utilizat. Comparai valorile obinutei formulai concluzii!

    Pentru trasarea caracteristicii de curent externe a unei surse de tensiune stabilizat amutilizat un circuit format din: generator de tensiune stabilizat, reostat cu cursor, rezistor cu rezistenacunoscut nseriat cu reostatul, conductori de legtur, ntreruptor i panou de lucru. Am utilizat dinnou dou canale diferite ale plcii, unul msoar tensiunea la bonele gruprii serie ntre rezistorul curezistena cunoscut i reostat, iar pentru calcululintensit ii se achiziioneaz tensiunea la bornelerezistorului cu rezistena cunoscut. Prin mpr irea valorilor tensinii la valoarea rezisteneisale (cunoscute), se calculeaz intensitateacurentului (din software). Schema electric acircuitului utilizat se afl n figura 3.4

    VI-ul creat permite reprezentarea grafic a curentului I ca funcie de tensiunea U, obinnd

    caracteristica din figura 3.4.

    Figura 3.4 Ridicarea caracteristicii curent-tensiune a unei surse cu semnale din circuit real

    Figura 3.4 Schema circuitului

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    7/9

    Circuite electrice de curent continuu

    7

    Noi am transferat valorile pentru intensitatea curentului din surs i pentru tensiunea la bornele sale ntr-un fiier xls. Accesai acum registrul de foi de calculcaracteristici.xls,apoi fila SURSAiefectuai urmtoarele:

    Reprezentai grafic intensitatea curentului I exprimat n A, n funcie de tensiunea la bornelesaleU exprimat n V.

    Calculai valorile rezistenei electrice a sursei utilizate ca raport ntre tensiunei intensitate. Determinai din panta graficului valoarea rezistenei electrice interne a sursei utilizate. Comparai valorile obinutei formulai concluzii!

    Pentru determinarea punctului de funcionare alcircuitului simplu cu rezistori surs se faceanaliza caracteristicilor curent-tensiune afiatesimultan pe aceai diagram, figura 3.6. Pentruaceasta am utilizat circuitul cu schema din figura3.5, care conine aceeai surs i acelai rezistorcare au fost studiate anterior.Rolul celor trei voltmetre este preluat de treicanale ale plcii de achiziie care vor permite prinintermediul software-ului msurarea tensiunii la bornele sursei, a tensiunii la bornele rezistoruluicercetati a intensit ii curentului din circuitul serie. Am obinut caracteristicile din figura 3.6.

    Apoi am transferat valorile pentru intensitatea curentului din circuit, pentru tensiunea la bornelerezistoruluii pentru tensiunea la bornele sursei ntr-un fiier xls. Accesai acum registrul de foi decalculcaracteristici.xls,apoi fila punct funcionarei efectuai urmtoarele:

    Reprezentai grafic tensiunea la bornele rezistoruluiU R exprimat n V i tensiunea labornele surseiU exprimat n V n funcie de intensitatea curentului I exprimat n A.

    Figura 3.6 Punctul de funcionare al unui circuit real

    Figura 3.5

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    8/9

    Circuite electrice de curent continuu

    8

    Calculai valorile rezistenelor electrice ca raport ntre tensiunei intensitate. Determinai din panta graficului valoarea rezistenei electrice interne a sursei utilizate. Determinai valorile tensiuniii ale intensit ii curentului din circuit n punctul defuncionare aflat la intersecia caracteristicilor surseii rezistorului. Comparai valorile obinutei formulai concluzii!

    Pentru trasarea caracteristicii curent tensiune a unui bec de lantern vom utiliza acelaicircuit cai n cazul rezistoruluii aceeai metod de lucru. Am obinut cu ajutorul software-uluiscris n LabVIEW, caracteristica curent- tensiune din figura 3.7Apoi am transferat valorile pentru intensitatea curentului prin beci pentru tensiunea la bornele sale

    ntr-un fiier xls. Accesai acum registrul de foi de calculcaracteristici.xls,apoi fila beci efectuaiurmtoarele:

    Reprezentai grafic intensitatea curentului I exprimat n A, n funcie de tensiunea la bornelesaleU exprimat n V.

    Calculai valorile rezistenei electrice a becului utilizat ca raport ntre tensiunei intensitate. Comparai valorile obinutei formulai concluzii!

    Pentru trasarea caracteristicii curent tensiune a unui diode semiconductoare vom utilizaacelai circuit cai n cazul rezistoruluii aceeai metod de lucru. Am obinut cu ajutorul software-ului scris n LabVIEW, caracteristica curent- tensiune din figura 3.8.Noi am transferat valorile pentru intensitatea curentului prin diod i pentru tensiunea la bornele sale ntr-un fiier xls. Accesai acum registrul de foi de calculcaracteristici.xls,apoi fila diodai efectuaiurmtoarele:

    Reprezentai grafic intensitatea curentului I exprimat n A, n funcie de tensiunea la bornelediodei,U exprimat n V.

  • 8/7/2019 Circuite electrice de curent continuu (1)

    9/9

    Circuite electrice de curent continuu

    9

    Calculai valorile rezistenei electrice a diodei utilizate ca raport ntre tensiunei intensitate. Comparai valorile obinutei formulai concluzii!

    Referent de specialitate: profesor Elena Voiculescu, Liceul Teoretic Grigore Moisil Bucuresti

    NIDAQ 6013 este marca inregistrata a companiei National instruments, SUA.

    Figura 3.8 Ridicarea carcteristicii curent-tensiune a unei diode