1.Magnetism i electromagnetism1.1.Curentul electricPoate devia un ac magnetic. Acest lucru a fost demonstrat de un fizician danez, Cristian Oersted (1777-1851), n 1820. El a fost primul care a stabilit legtura care exist ntre electricitate i magnetism. n 1831, fizicianul englez Michael Faraday (1791- 1887) a fcut experiena invers: el a demonstrat c micarea unui magnet poate produce un curent electric. Inventator i pasionat al experimentelor, el a pus bazele unei noi tiine, electromagnetismul, care studiaz aciunile reciproce ale electricitii i magnetismului.

1.2.Magnetismul naturalUn magnet atrage pilitura de fier, de nichel i de cobalt sau a altor substane care au n componen aceste metale. Aceste trei metale, numite i feromagnetice, sunt singurele care au aceast proprietate. Mai mult, dac punem o bucat de metal feromagnetic n contact cu un magnet, ea va cpta proprieti feromagnetice.Magnetizarea se transmite, deci, la distan i prin contact direct. Zona care nconjoar un magnet i n care se manifest forele magnetice se numete cmp magnetic.

1.3.Cmpul magnetic produs de un curent electricUn fir conductor drept, strbtut de un curent electric, creeaz n jurul lui un cmp magnetic. Dac firul formeaz o bucl, cmpul magnetic o va strbate. Este ceea ce se ntmpl cu cmpul magnetic al unei bare magnetizate, o tij de fier, de exemplu. Pentru a crea un cmp magnetic mai intens, putem nfura un fir conductor pe un cilindru. Acest cmp poate fi intensificat dac introducem o bar magnetic de-a lungul axei acestui cilindru: acesta constituie principiul de funcionare a unei bobine magnetice, sau solenoid, numit i electromagnet. Un electromagnet este un obiect simplu i foarte util, cci permite crearea unui cmp electromagnetic oriunde este plasat. El constituie elementul de baz n orice aparat electromagnetic. La o sonerie electric, de pild, un electromagnet acioneaz un ciocan care lovete un clopoel.

1.4.Curentul electric produs de un magnetDac curentul electric creeaz un cmp magnetic, la rndul lui, cmpul magnetic poate produce un curent electric, numit curent indus. Acesta constituie principiul induciei electromagnetice. Anumite generatoare de curent funcioneaz pe acest principiu. Ele sunt alctuite dintr-un magnet care are o micare oscilatorie n raport cu o bobin: astfel se produce un curent care-i schimb sensul. Aceste generatoare de curent alternativ se numesc alternatoare.

1

1.5.55604958.docExist alternatoare de toate mrimile, de la cele mici (dinam), folosite la alimentarea farurilor unei biciclete, i pn la uriaele grupuri turbo-alternatoare folosite n centralele electrice.

1.6.Motorul electric, o aplicaie a electromagnetismuluiCnd un fir electric drept, strbtut de un curent, este plasat ntr-un cmp magnetic, asupra lui acioneaz o for numit for electromagnetic. Aceast for mpinge firul ntr-o anumit direcie, care depinde de orientarea cmpului magnetic i de sensul curentului electric. Are loc atunci transformarea energiei electrice n energie mecanic. Motorul electric, de pild, folosete fora electromagnetic. ntr-un astfel de motor, firul electric drept este nlocuit cu o bobin, strbtut de un curent electric i aezat ntr-un magnet. Fora electromagnetic produs nvrte o roat care furnizeaz la rndul ei un lucru mecanic. Este ceea ce permite rotirea acelor unui ceas, vrfului unei maini de gurit, paletelor unui ventilator.

1.7.Principiul induciei electromagneticeO mic bobin conductoare este conectat la un aparat de msur fr s fie strbtut de nici un curent electric. Acul aparatului nu se mic. Atunci cnd introducem o bar magnetic n bobin, acul aparatului nregistreaz o micare ntr-o anumit direcie. Micarea magnetului creeaz un curent electric n bobin. Atunci cnd ndeprtm bara magnetic, acul aparatului se mic n cellalt sens. Astfel se demonstreaz producerea unui curent care circul n sens opus. Acest curent, care i schimb sensul, este un curent alternativ. Spunem, de asemenea, c micarea barei magnetice induce un curent alternativ. Aceast experien a fost realizat de fizicianul englez Michael Faraday, n 1831. El a demonstrat astfel existena induciei electromagnetice.

1.8.AlternatorulUn alternator, sau generator de curent alternativ, este un sistem ingenios de producere a energiei electrice cu ajutorul unui magnet. El este alctuit dintr-o bobin conductoare, ptrat, care se rotete n cmpul magnetic al unui magnet fix. Aceast micare induce (sau produce) n bobin un curent care i schimb sensul (altfel spus un curent alternativ). Acest curent trece prin inelele colectoare care se rotesc mpreun cu bobina. Nite perii fixe, care sunt n contact cu aceste inele, adun curentul i l canalizeaz pentru a putea fi utilizat.

2

2.Electromagneti

2.1.Constructia principiul de functionare:Electromagneti sunt dispositive care sunt larg utilizate in constructia aparatelor elecrtive in urmatoarele scopuri: Elemente de actionare a contactelor electrice(cum este cazul cantactelor electromagnetice).

Elemente de actionare pentru ancalansarea si declansarea intrerupatoarelor automate Elementen de comnda a diverselor sisteme acolo unde este nevoie sa se provoace de la distanta actiunea unei forte sau unui moment de forte Elemente traductoare de current sau tensiune cum sunt declansatoarele si releele electromagnetice de scurtcircuit,de tensiune nula si altele Electromagnetii transforma energia campului mafnetic in energie mecanica prin atragerea unei armature mobile. Un electromagnet (fir.3.9.) este este format dintr-o armatura fixa (denumita si miex fix) pa care se afla o bobina si o armature mobila situate la o anumita distanta de armatura fixa. Spatiul de aer care se afla intre armatura fixa si cea mobila se numeste intrefier. Trecerea unui current electric prin bobina de nastere unui flux magnetic care produce atragerea armaturii spre armatura fixa. Armatura fixa si cea mobila sunt realizate din otel moale sau din aliaje ale fierului cu alte metale cu proprietati magnetice, cum sunt nichelul si cobaltul. Piesele feromagnetice si spatiile de aer strabatute de fuxul magnetic alcatuiesc circuitul magnetic.

3

2.2.Forme si caracteristici functionaleDupa natura tensiunii care se aplica bobinei,electromagnetii pot fi de current continuu sau de current alternative.

3.ELECTROMAGNETUL DE CURENT CONTINUU3.1. Tematica lucrrii1.1. Construcia i caracteristicile electromagnetului de curent continuu . 1.2. Principalele tipuri constructive. 1.3. Studiul variaiei fluxului n circuitul magnetic; scheme magnetice echivalente. 1.4. Msurarea fluxului indus n circuitul magnetic ; aprecierea fluxului de dispersie. 1.5. Msurarea forei electromagnetice; caracteristica static. 1.6. Studiul regimului dinamic al electromagneilor de curent continuu.

3.2. Modul de lucru2.1. Determinarea variaiei fluxului i forei electromagnetice pentru electromagneii de curent continuu de tip plonjor. 2.1.1. Se va studia construcia principalelor tipuri de electromagnei de curent continuu: a) cu micare de rotaie (cu clapet); b) cu micare de translaie (cu plonjor); b1) cu armtur fix - tip oal i tip U; b2) cu plonjor i opritor - drept i tronconic. Se va urmri legtura dintre mrimea forei electromagnetice, alura caracteristicii statice i forma circuitului magnetic.

4

Se vor observa soluiile tehnologice i materialele folosite pentru executarea bobinei i circuitului magnetic. Se va executa o schi pentru unul dintre electromagnei (seciune longitudinal). Schia se va ntocmi pe hrtie milimetric, scara 1:1, respectnd normele de desen tehnic. 2.1.2. Pentru electromagnetul a crui schi s-a executat se va desena traseul fluxului magnetic, punnd n eviden fluxul de dispersie i de umflri. Pentru acelai electromagnet se va stabili schema magnetic echivalent complet cu reluctanele n fier, n ntrefierul de lucru i n ntrefierurile tehnologice, cu reluctanele de dispersie i de umflri. 2.1.3. Se va determina variaia fluxului n circuitul magnetic al electromagnetului plonjor din figura 1 conectat la circuitul din figura 2. Pentru msurarea fluxului n miez sunt montate bobine sond cu cte 20 spire fiecare: bobinele 1 msoar fluxul n ntrefier ; - bobinele 2,2' i 6, 6' sunt montate astfel nct s verifice simetria circuitului magnetic fa de axa plonjorului; bobinele aezate pe coloan dau o imagine a variaiei fluxului de = = 1mm , la = 6mm i la = = 11mm, dispersie n lungul ferestrei. Msurtorile se vor executa la 1 min 2 3 max

observnd variaia cderii de tensiune magnetic n fier i a fluxului de dispersie. ntrefierul se variaz prin adugare de aibe distanoare nemagnetice (din alam) pe tija plonjorului, accesibil prin deurubarea piuliei PR .

Rezultatele se vor trece n tabelul 1 i se va trasa variaia fluxului n lungul coloanei = f(h) pentru ntrefierurile figura.3 .min

i

max

ca n

5

[mm]

= 1[Wb]

2[Wb]

2'[Wb]

3[Wb]

4[Wb]

5[Wb]

6[Wb]

6'[Wb]

[Wb]

Tabelul 1Convertirea tensiunii induse, msurat la bornele bobinelor sond, n tensiune proporional cu fluxul nlnuit de bobina respectiv, se face prin lanul de msurare a crui schem bloc este prezentat n figura 4. Schema funcioneaz n felul urmtor: semnalul de la bornele bobinei se amplific (AU = 10) i se integreaz pe timpul ta ct dureaz fenomenul tranzitoriu la conectarea electromagnetului, dup care se memoreaz cu un circuit S-H (sample and hold eantioneaz i memoreaz). Funcionarea integratorului pe durata ta se asigur de grupul format din comparatorul de precizie (bloc 3) i comutatorul analogic (bloc 5), astfel: la apariia tensiunii, comparatorul de "prag zero" comand nchiderea comutatorului (realizat cu tranzistor JFET); dispariia tensiunii de integrat determin deschiderea comutatorului i deci blocarea intrrii integratorului. Comutatorul 6 servete la stabilirea condiiilor iniiale nule, la fiecare msurtoare, dac aceasta se dorete de utilizator. Realizarea concret a schemei de msur este prezentat n figura 5. n figura 6 este reprezentat tabloul frontal al integratorului. Butonul PORNIT-OPRIT i perechile de borne UC i a-b nu se utilizeaz n aceast lucrare. Electromagnetul asupra cruia se fac determinrile este fixat pe un stativ, pe postamentul cruia sunt zece perechi de borne: opt dintre ele sunt numerotate corespunztor cu bobinele sond, una este pentru conectarea electromagnetului, n circuitul din figura 2, iar la ultima pereche de borne este accesibil un unt de 1 . Tensiunea de la bornele bobinelor sond se aplic, pe rnd, la intrarea integratorului (bornele Ui din figura 6). La ieirea integratorului (bornele Ue din figura 6) se msoar cu un multimetru digital, o tensiune U de ordinul volilor. Transformarea n flux se face astfel:[W = k b] U[V] n

(1)

unde n = 20 este numrul de spire al bobinei sond i k = 10-3 este constanta integratorului.

6

Electromagnetul fiind de curent continuu, n circuitul magnetic se produce variaie de flux numai la conectarea sau deconectarea bobinei la sursa de tensiune. Pentru executarea unei msurtori corecte, innd seama de particularitile lanului de msurare, se procedeaz astfel : - se leag bobina electromagnetului n circuit, respectnd polaritatea indicat la bornele ei; - se face legtura ntre bornele unei bobine sond i bornele de intrare n integrator, astfel nct borna de sus a bobinei sond s fie conectat la borna de sus a integratorului (notat cu * n figura 6); - se aduce integratorul la zero prin apsare pe butonul RESET (din figura 6); - se conecteaz circuitul de alimentare al bobinei electromagnetului; - se citete valoarea tensiunii U la voltmetru; - se deconecteaz circuitul bobinei electromagnetului; - se schimb bobina sond i se reiau operaiile. Cu ajutorul msurtorilor efectuate se apreciaz fluxul de dispersie ca fiind diferena ntre fluxul maxim i minim din coloan: 2 5

(2)

i coeficientul de dispersie :

2 + 2( 2 5 ) + 1 = 1

(3)

Legat de aceste rezultate se explic schemele magnetice echivalente simplificate, pentru ntrefier maxim i minim. 2.1.4. Pentru determinarea caracteristicii statice a electromagnetului se vor face msurtorile cu dispozitivul descris n figura 7. Electromagnetul are Un = 220V c.c., dar se va alimenta de la sursa reglabil 0-220 V c.a., printr-un redresor, care este montat n cutia sa de borne. Durata de acionare este 100% i cursa maxim max

= 10 mm. Determinrile se vor executa ns la Un = 110V,

deoarece la 220 V i la ntrefier minim fora electromagnetic este de 22 daN , ceea ce ar ngreuna inutil msurtorile. n determinarea caracteristicii statice se vor parcurge urmtoarele etape: Se fixeaz pe comparator poziia de zero, corespunztoare ntrefierului maxim de 10 mm;

7

Prima msurtoare se face la = 8 mm, ntrefier ce se realizeaz mpingnd plonjorul cu urubul 5 (figura 7) pe distana x = 2 mm msurabil cu comparatorul 8; Dup fixarea ntrefierului dorit se pun greuti pe talerul 7 i se verific dac electromagnetul le poate ridica. Se noteaz cu G greutatea pieselor puse pe taler. La fiecare ntrefier fora electromagnetic se va determina cu aproximaie mai mic de 1N, prin ncadrarea lui G ntre dou valori: G' pe care electromagnetul o atrage i G'' = G' + 1N pe care electromagnetul nu o atrage (1N 100 gf este cea mai mic greutate disponibil). Fora electromagnetic msurat este egal cu: Fem = G0 + G [N] (4)

unde G0 = 6 N este greutatea talerului 7 i a subansamblului 6 din figura 7. Msurtorile se execut din 1 mm n 1 mm pn la x = 9 mm. Rezultatele se trec n tabelul 2 i se traseaz caracteristica static Fem = f( ) , ca n figura 8. 2.2. Studiul variaiei fluxului indus i a curentului absorbit de bobina de excitaie a electromagnetului de curent continuu din figura 1, pe durata regimului tranzitoriu de conectare la sursa de tensiune.

Tabelul 2 x mm 1 2 . =max

-x

G = mg N

Fem = G0 + G N

mm 9 8

8

Alura calitativ a curbelor este cea din figura 9. n aceast figur este reprezentat i deplasarea armturii mobile x = f(t). Prin corelarea curbelor i = f(t) i x = f(t) se definesc timpul de pornire, timpul de deplasare i de acionare. Oscilogramele sunt cele din figurile 10 i 11. n figura 10 s-a variat cursa armturii mobile (cu aibe nemagnetice ca la paragraful 2.1.3), iar n figura 11 s-a schimbat fora rezistent care se opune micrii plonjorului (prin adugarea de greuti pe talerul T din figura 1). Curbele 1 i 4 din figura 10 a i b i 11 a i b s-au obinut blocnd plonjorul la ntrefier maxim, respectiv minim. Se observ n acest caz, creterea exponenial a curentului, ca ntr-un circuit R, L, cu R i L constante, cu pante diferite corespunztoare celor dou constante de timp, respectiv celor dou inductiviti diferite pentru max

i

min

. Se va

aprecia pe oscilograma pentru fiecare situaie n parte, timpul de pornire ca fiind timpul scurs ntre iniierea creterii curentului i prsirea curbei exponeniale corespunztoare ntrefierului maxim max

. Se va msura i timpul de acionare.

Rezultatele se trec n tabelul 3 .

Tabelul 3 Frez N . . . mm tp ms ta ms td = ta-tp ms

3.3.ntrebri1. Care sunt principalele forme constructive ale electromagneilor de curent continuu? 2. Prezentai schema echivalent a circuitului magnetic, punnd n eviden fluxurile magnetice n diferite poriuni ale circuitului. 3. Prezentai schemele magnetice echivalente serie pentru electromagnetul clapet i cu plonjor. 4. Cum variaz fluxul magnetic util al electromagnetului n funcie de ntrefier. 5. Care sunt relaiile de calcul pentru fora dezvoltat de un electromagnet de curent continuu.

9

6. Care este alura caracteristicii statice a electromagnetului de curent continuu? Cum este influenat caracteristica static de forma circuitului magnetic pentru o solenaie constant. 7. Bobina unui electromagnet de curent continuu are N spire din conductor de seciune S. Cum poate fi modificat solenaia? 8. Explicai regimul dinamic al electromagnetului de c.c. i prezentai calitativ evoluia n timp a curentului absorbit i a fluxului magnetic. 9. Care sunt mijloacele de cretere/micorare a timpului de acionare la electromagneii de c. c. ? 10. Explicai modificarea timpului de acionare n cazul prezenei pe miez a unor nfurri suplimentare n scurtcircuit.

10

Fig. 1. Schia electromagnetului de c.c. cu indicarea amplasrii bobinelor sond

Fig. 2. Schema electric de alimentare a bobinei electromagnetului 11

Fig. 3. Variaia fluxului n lungul coloanei circuitului magnetic pentru electromagnetul din fig.1 la ntrefier minim i maxim

Fig. 4. Schema bloc a lanului de msur : a. 1 - amplificator 2 - integrator 3 - comparator de precizie 4 - circuit S-H 5 - comutator analogic b. Forma calitativ a semnalului de intrare n integrator 12

Fig. 5. Schema electric a lanului de msur

13

Fig. 6. Panoul frontal al integratoruluiALIMENTARE - buton de reinere pentru conectare la reea i LED de semnalizare a existenei tensiunii de alimentare. Ui - borne pentru aplicarea tensiunii de intrare n integrator Ue - borne pentru msurarea tensiunii de ieire din integrator RESET - buton cu revenire pentru aducerea la zero dup efectuarea unei msurtori PORNIT-OPRIT - buton cu reinere pentru msurarea cu condiii iniiale diferite de zero. Uc - borne pentru aplicarea unei tensiuni iniiale a , b - borne pentru msurarea cu comand printr-un releu intermediar.

14

Fig. 7. Dispozitiv pentru determinarea caracteristicii statice1 - mas suport 2 - electromagnet 3 - piesa pentru fixarea electromagnetului 4 - tija plonjorului 5 - urub pentru reglarea ntrefierului 6 - subansamblu pentru realizarea legturii ntre plonjor i fora rezistent 7 - taler pentru aezarea greutilor 8 - comparator pentru msurarea ntrefierului

15

Fig. 8. Caracteristica static a electromagnetului montat pe dispozitivul din figura 7.

Fig. 9. Reprezentarea calitativ a mrimilor n regim dinamic:a) fluxul indus n circuit, msurat n zona ntrefierului; b) curentul absorbit de bobina de excitaie; c) deplasarea armturii mobile

16

Fig. 10. Variaia fluxului n ntrefierul de lucru (a) i a curentului absorbit de bobin (b)la conectarea circuitului, pentru diferite curse ale plonjorului : 1. armtura imobil la ntrefier minim; 2. cursa minim x = max; 3. x = < max; 4. armtura imobil la ntrefier maxim x =

17

Fig. 11. Variaia fluxului n ntrefierul de lucru (a) i a curentului absorbit de bobin (b)la conectarea circuitului pentru diferite fore rezistente : 1. armtura imobil la ntrefier minim ; 2. Frez = G1 ; 3. Frez = G2 > G1 ; 4. Frez >> Fem armtura imobil la ntrefier maxim.

18

4.Clasificarea undelor electromagnetice.Aplicatii.Clasificare Inductia electromagnetica Natura luminii Fotonul

4.1.Clasificarea undelor electromagneticeNoiuni Generale :

Campul electromagnetic: ansamblul campurilor electrice si magnetice , care

oscileaz si se genereaz reciproc. Und electromagnetic: un camp electromagnetic care se propag .

Undele (radiaiile) electromagnetice pot fi grupate dupa fenomenul care sta la baza producerii lor. Astfel , radiatiile numite heriene se datoresc oscilatiei electronilor in circuitele oscilante LC sau n circuitele electronice speciale (cu caviti rezonante "). Prin transformarea energiei interne a oricrui corp in energie electromagnetic rezulta radiatiile termice. Radiatiile electromagnetice , numite radiatiile de franare , apar la fornarea brusc a electronilor in campul nucleului atomic.Radiatiile sincrotron ( denumirea se datoreste faptului ca acest fenomen a fost pus in evidenta la o instalaite de accelerare a electronilor in camp magnetic , numit sincrotron ) si au originea in miscarea electronilor intr-un camp magnetic . Acestor grupe de radiatii le corespund anumite domenii de frecvente. Cea mai uzual oprire a radiatiilor electromagnetice se face dupa frecventa si lungimea sa de unde vin. Aceasta oprire cuprinde urmtoarele grupe : 1.Undele radio. Domeniul de frecventa acestor unde este cuprins intre zeci de hertzi pana la un gigahertz ( 1GHz = 109 Hz ) , adica au lungimea de unda cuprins intre citva km pana la 30 cm . Se utilizeaza in special in transmisiile radio si TV. Dup lungimea de unde se impart in unde lungi (2 Km - 600 m ) , unde medii ( 600 - 100 m ) , unde scurte ( 100 - 10 m ) si unde ultrascurte ( 10 m - 1 cm ). 2.Microundele. Sunt generate ca si undele radio de instalaii electronice . Lungimea de unde este cuprins intre 30 cm si 1 mm . In mod corespunzator frecventa variaz intre 109 -- 31011 Hz. Se folosesc in sistemele de telecomunicatii , in radar si in cercetarea stiinifica la studiul propietilor atomilor , moleculelor si gazelor ionizate. Se impart in unde decimetrice, centimetrice si milimetrice. 3.Radiatia infrarosie. Cuprinde domeniul de lungimi de unde situat intre 10-3 si 7,8107 m ( 31011-- 41014 Hz ). In general sunt produse de corpurile inclzite. In ultimul timp s-au realizat instalaii electronice care emit unde infrarosii cu lungime de unde submilimetric. 4.Radiatia vizibila. Este radiatia cu lungimea de unde cuprins intre aproximativ 7,610-7 m i 41014 m.19

5.Radiatia ultraviolet. Lungimea de unde a acestei radiatii este cuprins in domeniul 3,810-7 i 610-10 m. Este generat de catre moleculele si atomii dintr-o descarcare electrica in gaze. Soarele este o sursa puternic de radiatii ultraviolete. 6.Radiatia X ( sau Rontgen ) . Aceste radiatii au fost descoperite in 1895 de fizicianul german W. Rontgen. Ele sunt produse in tuburi speciale in care un fascicul de electroni accelerat cu ajutorul unei tensiuni electrice da ordinul zecilor de mii de volti , bombardeaza un electrod. 7.Radiatia . Constitue regiunea superioar ( 3 10 18 - 3 10 22 Hz ) in clasificarea undelor electromagnetice in raport cu frecventa lor. Sunt produse de catre nucleele atomilor.

4.2.Inductia electromagneticaUnsprazece ani a cautat Faraday ( intre 1820 si 1831 ) sa descopere producerea curentului electric sub actiunea campului magnetic. Totul prarea atat de simplu , dar toate experimentele erau sortite esecului pentru ca se rationa astfel : din moment ce apare un camp magnetic in jurul unui curent electric , de ce nu apare si un curent electric intr-un conductor plasat intr-un camp magnetic ? Intr-adevar , campul magnetic apare , in jurul unui curent electric , dar acesta este intreinut printr-un consum de energie din exterior. In cazul in care plasm in repaus un conductor intr-un camp magnetic , nu se consuma energie , deci nu poate sa apara un curent electric. Experienta crucial a lui Faraday , care prefigura transformatorul de mai tarziu a fost efectuat in felul urmator : pe un cilindru de lemn a insurat doua bobine , una legat la un galvanometru ( B1 ) si alta la o baterie ( B2 ). In mod neasteptat , in bobina B1 aprea un curent numai atunci cand intreruptorul K stabilea sau intrerupea curentul prin B2. Semnalul aprut in B1 era slab , dar disparea chiar daca prin B2 circula curentul , deci exista un camp magnetic ale cruci linii treceau si prin B1. O alt observaite : curentul inregistrat in B1 avea un sens la inchiderea circuitului , dar si schimba sensul la intreruperea curentului. O analiza atenta a curentului din B1 , numit curent indus , a artat ca la inchiderea circuitului , cand se stabileste un camp magnetic , sensul curentului indus este astfel , incat campul magnetic creat de el are sens invers campului generat de B2. Dimpotriva , la intreruperea curentului , deci cand campul magnetic dispare , sensul curentului este astfel , incat campul creat de el are acelasi sens cu cel care dispare. Fenomenul astfel descoperit de Faraday a primit numele de inductie electromagnetica.

20

4.3.Natura luminiiUn fapt incontestabil stabilit de experienta este acela ca lumina transporta energie. Dar dupa cum stim energia poate fi transportat in doua moduri : prin particule in msicare , sub forma de energie cinetica a acestor particule si prin unde , sub form de energie de deformare a unui mediu elastic , fara a avea un transport de masa. Sub care din aceste forme se va propaga lumina ? Dup Newton , lumina este alcatuit din particule materiale ce se propag in directia razei luminoase cu viteze diferite in diferite medii transparente ( teoria corpusculara a luminii ). Dupa Huygens, lumina constitue o perturbatie a unui mediu elastic special ( numit eter " ) , viteza de propagare a acestei perturbaii depind de asemenea de natura corpului transparent ( teoria ondulatorie a luminii ). Considerand mai si lumina ca o perturbatie a unui mediu elastic , fara a ne preocupa de tipul acestei perturbaii (dac este longitudinal , transversal , etc) putem prelua rezultatele obtinute in studiul propagrii undelor la mecanica. Astfel s-a aedus ca daca o unda plan cade la suprafata de separare a doua medii sub unghiul de inciden si , atunci pentru unda reflectat unghiul de reflexie este egal cu unghiu de inciden , iar pentru unda refractat unghiul de refracie r este diferit de unghiul de inciden. Asadar cele doua conceptii explicai n moduri diferite legea refraciei ; una prin micsorarea vitezei luminii intr-un mediu mai des , cealalt prin cereterea vitezei intr-un mediu mai des. Pentru a decide intre aceste doua conceptii au fost necesare masuratori directe ale vitezei luminii in diverse medii transparente. Astfel de masuratori au fost incepute in a doua jumatate a secolului al XVIII-lea. Sunt numeroase , iar precizia lor a crescut mult cu timpul. Prin aceste experiente s-a putut determina , pentru trecerea luminii din aer in ap ca v1 / v2 = 1,333. Pe de alt parte din masurarea unghiurilor se stia ca sin i / sin r = 1,333. Aceste date experimentale nu sunt satisfacute de relatia , ci de relatia , obtinanduse astfel castig de cauza pentru conceptia ondulatorie a luminii , care prevede o reducere a vitezei in medii mai dese ( v2 < v1 ). Aceasta conceptie a aprut ca urmare a descoperirii fenomenelor de interferen si difractie de la sfritul secolului al XVII-lea. Ea a fost formulat schematic de catre Huygens in 1690 si completat de catre Fresnel la inceputul secolului al XIX-lea , care a elaborat teoria ondulatorie , potrivit careia lumina este o perturbatie a unui mediu elastic numit eter " si se propag sub forma unor unde transversale periodice , de frecventa foarte mare. Existenta eterului cosmic nu a putut fi dovedit. De altfel prin proprietatile ce trebuia sa le aiba , acesta nici nu putea avea consisten fizic. Dupa descoperirea undelor electromagnetice in a doua jumatate a secolului al XIXlea s-a dovedit ca undele de lumina sunt unde electromagnetice si ca efectele luminoase sunt produse de catre campul electric al undei electromagnetice. Teoria electromagnetic nu putea explica ca unele fenomene cum ar fi , de exemplu , distributia dupa lungimile de unde a enrgiei radiante emise prin inclzirea corpurilor. Aceasta distributie si gasete explicatia in cadrul teoriei cuantice a luminii , fundamentat de Planck (1900) . S-a stabilit astfel ca un flux de unde luminoase , de orice frecventa , se comport ( mai ales in unele fenomene speciale , cum este efectul fotoelectric ) ca u flux discontinuu , alctuit din21

particule de lumini,, numite fotoni , a caror energie de miscare este h ( h fiind constanta lui Planck ). S-a dovedit de altfel ca nu numai domeniul vizibil , ci intregul domeniul existent al undelor electromagnetice poseda proprietati corpusculare ". Dar in timp ce in domeniul infrarosu ( mici ) , aspectul corpuscular se manifesta atat de slab , incta experimental de obicei el nici nu apare vizibil , predominand aspectul ondulator" , la frecvente foarte mari ,i n ultraviolet , de exemplu aspectul corpuscular apare foarte evident , radiatiile comportandu-se practic ca un flux de fotoni. In domeniul vizibil ambele aspecte au pondere aproape egal , experienta punand in evidenta cand proprietatile ondulatorii (interferena , difracia) , cand proprietile corpusculare ale luminii ( efectul fotoelectric , de exemplu ). Asadar , radiatiile luminoase sunt unde electromagnetice care au proprietatea de a impresiona retina ochiului.. Ele poseda atat proprieti ondulatorii , cat si proprietati corpusculare . Observatie: Pana la descoperirea fotonului relatiile n = v2 / v1 (Newton) i n = v1 / v2 (Huygens) pareau incompatibile .I n teoria electromagnetica a luminii , care admite dualismul corpuscul-unde a fenomenului luminos , aceasta dificultate dispare. Pentru aceasta trebuie doar sa intelegem ca una din relatii combine vitezele particulelor de lumina , considerat ca un flux de particule ,i n timp ce cealalt relatie combine vitezele undelor de lumini , considerat ca o unda electromagnetica. Se presupune ca lumina trece din vid ( unde viteza ei este c ) intr-un mediu de indice de refractie n. In teoria fotonic ( corpuscular ) , daca viteza fotonilori n mediul dat este v , vom avea n = v / c. n teoria electromagnetic ( ondulatorie ) , cu u viteza undelor luminoase in mediul dat , vom avea n = c / u. Asadar : uv = c2 Aceast relatie este acum relativ usor de explicat. Astfel ,i n teoria fotonic lumina constituie din particule (fotoni) de mas m (mas de micare") ce se micsoara cu viteza v si poseda o unda asociat , de o lungime de unda : Folosind E = h v = mc2 , obtinem : Pe de alta parte , considerand lumina ca o unda de viteza u s i frecvent avem :

Ultimele doua relatii conduc la uv = c2 , relatie ce rezulta cum am vazut , din faptul ca att teoria corpuscular cat si cea ondulatorie trebuie sa furnizeze aceiasi valoare pentru indicele de refractie n , care se poate determina experimental , direct , in afara teoriei. Aceasta relatie pune in evidenta o stralucire sintez intre proprietile ondulatorii si corpusculare ce se manifest deosebit de pregnant in cazul luminii. O astfel de sintez nu putea fi prevzut de vechile teorii mecaniciste ; cunoasterea ei este un rezultat al fizicii cuantice , aparut la inceputul acestui secol.

22

4.4.FOTONULIn urma studiului radiatiei emise de corpurile inclzite (radiauiile termice) , s-a constatat experimental ca orice corp inclzit emite o radiatie electromagnetica care este cu atat mai intens cu cat temperatura corpului este mai ridicat. De asemenea se cunoaste ca , corpurile inclzite trec prin diverse coloratii ( rousu , portocaliu , galben , alb , alb-albastru ) cu cresterea temperaturii . Nici o explicatie bazat pe teoria ondulatorie a luminii nu a condus la aceast dependen. M. Planck in 1900 a reuit sa dea o explicatie corecta , dar pentru aceasta a fost nevoit sa introduca relatia = hv, in care h este constanta lui Planck , v frecventa radiatiei emise , iar energia minima a radiatiei de frecventa ce se poate pierde sau castiga. El a numit aceasta proprietate , cuantificarea energiei radiante , iar = hv -- cuant de energie . In 1905 A.Einstein folosete optiunea de cuant pentru a explica efectul fotoelectric. Dar revolutionar in aceasta explicatie este faptul ca Einstein intelege prin cuanta hv nu numai o portie " minima de energie , ci si o individualitate a ei , care si confera proprietati de particule. In acest fel cuanta hv poate ciocni un electron ca o veritabil particul , explicand pe aceast cale efectul fotoelectric. Pin foton sau cuant de energie radiant inelegem azi cantitatea elementar de energie a unei radiatii , dat de formula de mai sus , care poseda unele proprieti de particul cum ar fi : impulsul si masa de miscare . Cu alte cuvinte fotonul reprezinta cea mai mic cantitate de energie a unei radiatii de frecventa dat , ce poate fi emis sau absorbit de substanta.

23

Cuprins

1.Magnetism si Electromagnetism1.1.Curentul electric 1.2.Magnetismul natural 1.3. Cmpul magnetic produs de un curent electric 1.4. Curentul electric produs de un magnet 1.5. 55604958.doc 1.6. Motorul electric, o aplicaie a electromagnetismului 1.7. Principiul induciei electromagnetice 1.8. Alternatorul

2.Electromagneti2.1. Constructia principiul de functionare 2.2. Forme si caracteristici functionale

3.ELECTROMAGNETUL DE CURENT3.1.Tematica lucrrii 3.2.Modul de lucru 3.3.ntrebri

4.Clasificarea undelor electromagnetice4.1. 4.2. 4.3. 4.4. Clasificarea undelor electromagnetice Inductia electromagnetica Natura luminii FOTONUL

24