Curentul electric

   Curentul electric reprezintă deplasarea dirijată a sarcinilor electrice. Există două mărimi fizice care caracterizează curentul electric.

    -intensitatea curentului electric, numită adesea simplu tot curentul electric, caracterizează global curentul măsurănd cantitatea de sarcină electrică ce străbate secţiunea considerată în unitatea de timp. Se măsoară în amperi.
   -densitatea de curent este o mărime vectorială asociată fiecărui punct, intensitatea curentului regăsindu-se ca integrală pe întreaga secţiune a conductorului din densitatea de curent. Se măsoară în amperi pe metru pătrat.

Curent continuu, curent alternativ

  Sarcinile electrice în mişcare pot fi purtate de electroni, ioni sau o combinaţie a acestora.       Stabilirea curentului electric este determinată de existenţa unei tensiuni între cele două puncte (între care se deplasează sarcinile). De asemenea, curentul electric se mai poate stabili dacă un circuit închis este influenţat de o tensiune electromotoare.Dacă mişcarea sarcinilor se face numai într-un singur sens, avem de-a face cu un curent continuu (generat de exemplu de bateria galvanică sau de dinam). Dacă sensul de deplasare alternează în timp, curentul se numeşte alternativ (alternatorul este un dispozitiv care generează un asemenea curent). Curentul alternativ folosit în industrie este de obicei (cvasi) sinusoidal, adică intensitatea lui variază ca o funcţie sinusoidală (în timp).
  În cazul redresării curentului alternativ se obţine un curent continuu de intensitate variabilă, numit şi pulsatoriu (sau ondulat). Redresarea se poate face cu ajutorul tuburilor electronice (diode sau duble diode) sau semiconductoarelor (diode, punţi redresoare).
 Transformarea inversă, pentru a obţine curent alternativ din curent continuu, se face cu ajutorul unor dispozitive electronice (invertoare) şi este utilă, de exemplu, la alimentarea de la elemente galvanice sau acumulatoare a unor consumatori ce au nevoie de curent alternativ (lămpi electrice pentru avarii, alimentarea unor aparate electrice care funcţionează cu curent alternativ de la acumulatorul autoturismului). De asemenea din curent alternativ se poate obţine curent continuu şi cu ajutorul grupurilor comutatrice (un motor electric de curent alternativ roteşte un dinam pentru a produce curent continuu care să alimenteze de exemplu electrodul de sudură).

                                                                Plasma 

    Plasma este considerata a patra stare de agregare a materiei,in care o parte sau toti atomii ori moleculele sunt disociati ,formand ioni.Plasmele sunt alcatuite dintr-un amestec de particule neutre,ioni pozitivi si electroni.

  Plasma este conducatoare de electricitate,dar un volum de plasma cu dimensiuni mai mari decat asa numita lungime Debye se va comporta neutru din punct de vedere elec- tric.La nivel microscopic,corespunzator unor distante mai mici decat lungimea Debye, par- ticulele de plasma nu se comporta unitar ci reactioneaza individual sub actiunea unei forte,de exemplu un camp electric.

 Plasma pe Pamant

   De obicei feomenele plasmatice nu se petrec pe Pamant in mod natural,cu exceptia fulgerelor.In timpul descarcarilor electrice se formeaza dare subtiri de molecule de aer ionizate in procent de aproximativ 20%.
  Un alt fenomen plasmatic este fulgerul globular,dar despre el se stiu foarte putine lucruri . Aurora boreala este cauzata de ionizarea gazelor interstelare in contact cu paturile supe- rioare ale atmosferei terestre,ducand la spectaculoase efecte optice dar si la interferente electromagnetice puternice.

In laborator plasma poate fi creata aplicand un camp electric unui gaz inert la presiune joasa,principiu folosit la lampile cu neon.O alta metoda consta in incalzirea gazului inert pana la temperaturi foarte mari.De obicei,temperaturile necesare sunt prea mari pentru a fi fi aplicate extern si atunci gazul este incalzit intern prin injectia de ioni sau electroni de mare viteza care se ciocnesc cu particulele de gaz,crescandu-le energia termica.Electro- nii din gaz pot fi accelerati si prin campuri electrice exterioare.Ionii din astfel de plasme sunt folositi in industria semiconductorilor.

   In plasmele foarte fierbinti particulele acumuleaza suficienta energie pentru a se angaja in reactii nucleare in timpul ciocnirilor.Astfel de reactii sunt sursa de caldura in miezul stelar.De aceea oamenii de stiinta incearca sa recreeze plasme artificiale in laborator pentru ca reactiile de fuziune sa produca energie pentru obtinerea de electri-citate

    Plasma in Univers

  Desi pe Pamant plasma se gaseste in cantitati neglijabile ,ea constituie 95% din materia Universului.Este constituentul stelelor si a norilor interstelari ionizati.
  Ramura astronomiei care se ocupa cu studiul stelelor si a materiei interstelare impreuna cu procesele care au loc in ele se numeste astrofizica.
  Clasificarea stelelor se face in functie de spectrul lor.Astfel,exista urmatoarele clase:O-B-A-F-G-K-M.Fiecare clasa are 10 subclase desemnate prin cifre 1-10

clasificare spectrala

  -tipul O-au o temperatura de 25.000 K
  -stele albastre
  -spectrul fotosferei este caracterizat de prezenta liniilor heliului,hidrogenului,
oxigenului si azotului
 -sunt foarte fierbinti si stralucitoare,emitand mari cantitati de radiatii UV.
  -tipul B-temperatura intre 11.000-25.000 K
  -liniile heliului din spectru ating un maxim de intensitate si apoi palesc
   -intensitatea liniilor de hidrogen creste regulat
   -reprezentat tipic de steaua Epsilon Eridani

  I. CALDURA SI ENERGIA TERMICA   

  Multa vreme , savantii s-au intrebat, fara succes asupra adevaratei "naturi a focului". Spre sfarsitul secolului al XVIII-lea , cativa cercetatori inventivi au imaginat o serie de experimente si teorii pentru a lamuri aceasta problema si a stabili relatia existenta intre caldura si temperatura. Apoi ei s-au straduit sa explice functionarea masinilor cu abur, care transformau energia termica in energie mecanica. Au descoperit atunci ca aceasta , caldura, este o marime "susceptibila, de crestere sau scadere". Astazi este bine cunoscuta legatura stransa care exista intre caldura si energia termica. In fizica se vorbeste despre caldura ca fiind un mod de propagare a energiei.
  In ciuda aparentei sale simplitati si a caracterului evident pe care il au efectele sale, caldura a ramas o enigma a fizicii, in timp ce fenomenele aparent mult mai complicate au putut fi lamurite. Pana la mijlocul secolului al XIX-lea, caldura a fost considerata de multi drept substanta materiala, adaugata materiei propriu-zise; incalzirea unui corp indica un adaos suplimentar din aceasta substanta.
  Primul pas a fost facut de catre Rumford (1753-1814) la sfarsitul secolului al XVIII-lea. El si-a amintit de teoriile mai vechi ale lui Boyle si ale altora, potrivit carora, caldura este asociata cu vibratii ale unor particule. El a efectuat alte experimente care au aratat ca nu exista limite in producerea caldurii si, in cele din urma a formulat cutezatoarea afirmatie : "Caldura este MISCARE" 

    Aceasta afirmatie este frecvent citata ca o dovada a marii perspicacitati a lui Rumford. Dar ce fel de miscare este caldura? Cum se produce ea? Ce se intampla cu miscarea atunci cand un corp se raceste?

   Caldura este o proprietate a materiei si nu ceva ce este adaugat din exterior. S-a dovedit mai tarziu ca aceasta este o forma de energie cinetica. Urmatorul pas necesar era acela de a stabili daca exista vreun raport cantitativ, dar inaintea unor asemenea investigatii, trebuiau adunate mai multe date, cunoscute proprietatile termice ale materiei si in special cu cat creste temperatura lor ca urmare a unui aport de caldura. Aceasta proprietate este denumita CALDURA SPECIFICA - respectiv cantitatea de caldura necesara pentru a ridica cu o unitate temperatura unei unitati de masa a unui anumit corp.

  Joseph Black , un fizician si chimist franco-scotian, de la sfarsitul secolului al XVIII-lea a fost primul care a facut distinctia intre caldura si temperatura. Caldura reprezinta energia transmisa de la un corp la altul pe baza miscarii moleculelor ce alcatuiesc corpurile respective. Ori, intr-un corp oarecare, miscarea dezordonata a miliarde de molecule care il alcatuiesc , nu reprezinta nimic altceva decat energia sa termica. Ce este atunci temperatura? Este masura gradului de agitatie moleculara, adica masura energiei medii a moleculelor. Doi litri de apa clocotita contin de doua ori mai multa energie termica decat un litru de apa clocotita, deoarece contin de doua ori mai multe molecule. Dar apa clocotita ramane la aceeasi temperatura, indiferent daca e vorba de unul sau de doi litri: energia medie a moleculelor de apa este aceeasi in cele 2 cazuri. Unitatea de masura a energiei si caldurii se numeste Joule (simbol J), a temperaturii este gradul Kelvin (simbol K) sau gradul Celsius (simbol °C). Termometrele sunt instrumentele de masura.(Anexa)

II. TRANSFERUL CALDURII

Corpurile isi modifica temperatura cedand sau absorbind caldura din mediu. Transferul caldurii intre corpuri se poate face fie in urma contactului dintre acestea, fie la distanta. Exista trei modalitati de realizare a acestui transfer: conductie, convectie si radiatie.

A) Transferul caldurii prin conductie:

  Cum se propaga energia termica? Atunci cand incalzim unul din capetele unei bare metalice , caldura se propaga cu repeziciune catre celalalt capat. Spunem astfel ca metalele sunt conductoare termice. Nu toate substantele solide sunt bune conducatoare de caldura. Asfel, materialele cum sunt lemnul, sticla , plasticul nu conduc atat de bine caldura. Ele se numesc izolatoare termice. Acesta este si motivul pentru care vasele de bucatarie sunt adesea facute din metal, tocmai datorita faptului ca metalul este un conductor care propaga bine caldura de la sursa de foc catre alimente, in timp ce manerele acestora sunt confectionate din lemn sau plastic, materiale izolante, care il feresc pe cel care utilizeaza aceste obiecte sa nu se arda la maini. 
  Lichidele, cu exceptia metalelor in stare topita (mercur), sunt slabe conducatoare termice.
  De ce energia termica nu se propaga mereu in acelasi mod? Intr-un corp solid, lichid sau gazos, moleculele se afla intr-o miscare permanenta. A incalzi un obiect inseamna a intensifica aceasta miscare. 
  Fizicianul francez Sadi Carnot (1796-1832) a definit caldura ca fiind "o miscare printre particulele unui corp". Aceasta agitatie se propaga rapid in metale, care sunt conductoare. Ea ramane insa localizata, nu se propaga, in materialele izolatoare precum lemnul.

  Aplicatie

  Gheata care nu se topeste in apa clocotita.
   Se ia o eprubeta, se umple cu apa, se cufunda in ea o bucatica de gheata si pentru ca acesta sa nu se ridice lasuprafata, se pasa cu o elice de plumb sau o mica greutate de cupru; astfel incat, apa sa aiba accesul liber la gheata. Se apropie eprubeta de flacara unei lampi cu spirt, asfel incat flacara sa incalzeasca doar partea de sus a eprubetei. In curand apa incepe sa fiarba, degajand nori de vapori. Dar se intampla un lucru curios : gheata de la fundul eprubetei nu se topeste.
   Secretul consta in aceea ca la fundul eprubetei apa nu fierbe, ea ramane rece. Fierbe doar in partea superioara. Nu avem "gheata in apa clocotita" ci "gheata sub apa clocotita" . Dilatandu-se din cauza caldurii, apa devine mai usoara si nu coboara la fund. Curentii de apa calda si amestecarea straturilor se vor produce numai in partea de sus a eprubetei, fara a cuprinde si paturile dense de jos. Incalzirea poate fi transmisa in jos numai prin conductibilitatea termica care, la apa, este foarte mica.

B) Transferul caldurii prin convectie

   Convectia reprezinta transferul de caldura provocat de deplasarea unei portiuni calde a substantei in interiorul acesteia, avand ca efect formarea unor curenti. Corpurile nu intra in contact, spre deosebire de transferul caldurii prin conductie.
   De ce se incalzeste tot continutul uni vas pus pe foc, desi numai fundul acestuia este in contact direct cu sursa de caldura? Acest fenomen se explica prin curentii de convectie care transporta caldura dinspre regiunile calde catre cele reci. Acesti curenti apar si circula in toate fluidele (lichide sau gaze) in care exista diferente de temperatura.
   Atat conductia cat si convectia sunt modalitati de transfer a caldurii ce necesita existenta unui suport material solid, lichid sau gazos.

 Aplicatie

   Daca dorim sa incalzim apa, asezam corpul care urmeaza a fi incalzit deasupra flacarii, nu alaturi de ea. Dar cum procedam daca dorim sa racim un corp cu ajutorul ghetii? 
   Multi aseaza obiectul deasupra ghetii, dar acest procedeu nu este corect: aerul de deasupra ghetii, racindu-se, coboara, fiind inlocuit cu aerul inconjurator care este cald. De aici, rezulta o concluzie practica: daca vreti sa raciti o bautura sau o mancare, nu o asezati pe gheata, ci sub gheata. In acest fel se explica si constructia frigiderelor. Daca asezam vasul cu apa pe gheata, atunci se va raci numai patura inferioara de lichid, restul fiind inconjurat de aer neracit.      Dimpotriva, daca asezam un cub de gheata pe capacul vasului, atunci racirea continutului va decurge mai repede. Straturile superioare de lichid racite vor cobori, fiind inlocuite de lichidul cald, care se ridica, pana cand se va raci intregul continut al vasului. Pe de alta parte, aerul racit din jurul ghetii va cobori si el si va inconjura vasul.