II.5. Tensiunea electrică
Generatoarele electrice (sursele electrice) sunt dispozitive care au rolul de a produce și de a menține curentul electric printr-un circuit, adică asigură deplasarea purtătorilor de sarcină electrică prin circuit. Ele efectuează un lucru mecanic asupra acestor purtători pentru a-i deplasa.
Tensiunea electromotoare (prescurtată t.e.m., cu simbolul E) a unei surse este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Ltotal) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul întregului circuit.
Unitate de măsură în S.I pentru tensiunea electrică este voltul (V):
Lucrul mecanic total efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin întreg circuitul este egal cu lucrul mecanic exterior efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin circuitul exterior (Lext) și lucrul mecanic efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin circuitul interior al sursei (Lint):
Tensiunea electrică la borne (cu simbolul Ub ) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Lext) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul circuitului exterior.
Tensiunea internă (cu simbolul u) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (Lint) pentru deplasarea unității de sarcină electrică (q) de-a lungul circuitului interior.
Astfel obținem relația dintre cele trei tensiuni electrice ale unui circuit electric:
Caracterizarea tensiunii electrice ca mărime fizică:
Dacă alegem două puncte oarecare ale unui circuit electric, 1 și 2, tensiunea electrică între acestea este egală lucrul mecanic efectuat de sursă (L12) pentru deplasarea unității de sarcină electrică ( q ) între aceste două puncte.
Diferența de potențial dintre 2 puncte:
Bateriile de buzunar au diferite tensiuni electromotoare.
Materiale necesare:
Baterie electrică, bec, fire de legătură, întrerupător, voltmetru.
Descrierea experimentului:
- Leagă în serie bateria electrică, becul, firele de legătură și întrerupătorul.
- Leagă în paralel bornele voltmetrului la sursă, cu întrerupătorul deschis.
Când legăm în paralel voltmetrul la bornele sursei, cu circuitul deschis, măsurăm tensiunea electromotoare a sursei (E).
- Închide întrerupătorul.
- Ce observi ?
La închiderea întrerupătorului, când legăm în paralel voltmetrul la bornele sursei, cu circuitul închis, măsurăm tensiunea la bornele circuitului exterior (Ub).
- Leagă în paralel bornele voltmetrului la bornele becului, cu întrerupătorul închis.
Când legăm în paralel voltmetrul la bornele becului, cu circuitul închis, măsurăm tensiunea la bornele becului (Ubec) .
Concluzia experimentului:
Relația care exprimă bilanțul tensiunilor într-un circuit este:
E = Ub + u
Experimental se poate determina numai tensiunea electromotoare a sursei (E) și tensiunea la bornele circuitului exterior (Ub).
Tensiunea internă (u) se determină din formula tensiunilor:
u = E - Ub
Materiale necesare:
Baterii electrice de 1,5 V, 4,5 V și 9 V, bec de 3,5 V, fire de legătură.
Descrierea experimentului:
- Leagă becul la bornele bateriei de 1,5 V.
- Cum luminează becul ?
Când legăm un bec cu tensiunea nominală de 3,5 V la o baterie de 1,5 V, becul luminează slab.
- Leagă becul la bornele bateriei de 3 V.
- Cum luminează becul ?
Când legăm un bec cu tensiunea nominală de 3,5 V la o baterie de 3 V, becul luminează normal.
- Leagă becul la bornele bateriei de 9 V.
- Cum luminează becul ?
Când legăm un bec cu tensiunea nominală de 3,5 V la o baterie de 9 V, becul luminează puternic.
Concluzia experimentului:
Pe orice consumator scrie tensiunea lui nominală, pentru care a fost construit.
Dacă alimentăm consumatorul la o tensiune mai mică decât cea înscrisă pe el, el va funcționa mai slab. S
Orice consumator trebuie alimentat la o tensiune egală cu cea nominală, pentru o funcționare normală (optimă).
Dacă alimentăm consumatorul la o tensiune mai mare decât cea înscrisă pe el, el se poate deteriora.