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 (L_total) 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 (L_ext) și lucrul mecanic efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin circuitul interior al sursei (L_int):

Tensiunea electrică la borne (cu simbolul U_b ) este mărimea fizică scalară care măsoară lucrul mecanic efectuat de sursă (L_ext) 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 (L_int) 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:

🔦 Observație

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.

👀 Experiment: Măsurarea tensiunilor electrice

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 (U_bec) .

Concluzia experimentului:

Relația care exprimă bilanțul tensiunilor într-un circuit este:

E = U_b + u

Experimental se poate determina numai tensiunea electromotoare a sursei (E) și tensiunea la bornele circuitului exterior (U_b).

Tensiunea internă (u) se determină din formula tensiunilor:

u = E - U_b

👀 Experiment: Tensiunea nominală

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.