Tensiunea electromotoare

Tensiunea electromotoare

Pentru aparitia si mentinerea curentului electric de conductie este necesar ca purtatorii de sarcina din conductor sa fie actionati de forte care sa asigure deplasarea lor ordonata de-a lungul circuitului inchis pe o anumita durata de timp.

Astfel de forte pot fi aplicate purtatorilor de sarcina numai prin intermediul unui camp electric neelectrostatic (neconservativ), numit campul electric imprimat, iar fortele produse de acesta se numesc forte imprimate. Ele sunt generate, intr-un punct sau in mai multe puncte ale circuitului inchis, de catre dispozitive numite surse (generatoare) electrice, caracterizate de o marime electrica numita tensiune electromotoare, care transforma alte forme de energie in energie electrica.

Daca forta imprimata ce actioneaza asupra unei sarcini q poate fi exprimata astfel:

unde reprezinta intensitatea campului electric imprimat, atunci lucrul mecanic efectuat de forta imprimata pe un circuit inchis, C, se scrie:

de unde tensiunea electromotoare (t.e.m.) ce actioneaza intr-un circuit inchis poate fi definita ca circulatia campului imprimat:

(10)

Deci tensiunea electromotoare (t.e.m.) ce actioneaza intr-un circuit este egala cu circulatia campului electric imprimat de-a lungul circuitului, adica cu lucrul mecanic efectuat de forta imprimata pentru deplasarea unitatii de sarcina pozitiva de-a lungul circuitului.

Aceasta marime ca si tensiunile electrice se masoara cu aparatele numite voltmetre, care se conecteaza in paralel cu sursa electrica, respectiv rezistorul la bornele carora se afla tensiunea de masurat. Pentru a nu modifica tensiunea de masurat voltmetrul trebuie sa aiba o rezistenta proprie, R_V, foarte mare; . Masurarea unor tensiuni, U, mai mari decat tensiunea maxima, U_V, se face conectand in serie cu voltmetrul o rezistenta numita rezistenta aditionala. R_a, data de formula:

  (11)

Daca in circuitul exterior sursei de tensiune electromotoare electronii se deplaseaza, sub actiunea campului electrostatic creat de diferenta de potential de la bornele sursei, de la borna negativa la cea pozitiva, in interiorul acesteia, electronii se deplaseaza sub actiunea campului imprimat creat de sursa de la borna pozitiva a sursei la borna negativa, pentru a mentine constanta diferenta de potential la bornele sursei.

Surse (generatoare) electrice sunt reprezentate in principal prin doua categorii importante:

Surse electrochimice. Acestea sunt surse electrice de curent continuu, care transforma direct energia chimica, in energie electrica. Asemenea surse sunt: pilele chimice clasice (elementele galvanice), pilele de combustie si acumulatoarele. Capacitatea acestora de a produce energie electrica este redusa si au o t.e.m. care nu depaseste 3 V pe element. Totusi generatoarele electrochimice sunt inca de neinlocuit deoarece au calitatile de a fi autonome si transportabile.

Generatoarele cu inductie. Transforma energia mecanica in energie electrica pe baza fenomenului de inductie electromagnetica. Sunt preferabile, in majoritatea cazurilor, deoarece au un randament mai bun si la aceeasi putere ocupa un spatiu mai redus decat generatoarele electrochimice. Asemenea surse sunt: generatoarele de curent alternativ (alternatoarele) si generatoarele de curent pulsatoriu (dinamurile).

Surse fotoelectrice (bateriile solare). Transforma energie luminoasa in energie electrica, functionand pe baza efectului fotoelectric.

Efectul fotoelectric (extern) consta in emisia de electroni de catre o suprafata metalica datorita interactiunii acesteia cu un fascicul luminos incident pe ea. Explicatia acestui efect o da A. Einstein in 1904-1905, plecand de la ipoteza cuantificarii a lui Planck, care precizeaza faptul ca radiatia luminoasa nu transporta energie in mod continuu, ci sub forma discontinua, sub forma de corpuscului numiti fotoni. Efectul fotoelectric corespunde transferului de energie de la un foton la un electron (ciocnire foton-electron cu anihilarea fotonului) conform bilantului de energie:

unde: L - lucrul mecanic de extractie;  - energia cinetica a fotoelectronului emis; - energia fotonului incident.

Efectul fotoelectric (intern) consta modificarea conductivitatii unui semiconductor sub actiunea luminii, prin generarea de electroni si goluri. Printre cele mai utilizate substante fotoconductoare sunt: seleniul, oxidul de cupru, sulfura de cadmiu, sulfura de plumb, germaniul, siliciul, etc. Cu ajutorul lor se pot realiza fotodiode (fotocelule) pentru transformarea energiei solare in energie electrica, dar randamentul de transformare este mic; cuprins intre 1 si 5% in cazul unor substante ca seleniul, sulfura de cadmiu, sulfura de plumb, iar in cazul siliciului atinge valoarea de 15%, conferind acestuia din urma largi posibilitati de aplicare in constructia bateriilor solare.