Electricitate: Curent continuu si circuite electrice

Curentul continuu (CC) reprezintă fluxul ordonat de sarcini electrice (electroni) printr-un conductor, sub acțiunea unui câmp electric creat de o sursă de tensiune constantă (baterie, generator). În circuitele de curent continuu, intensitatea curentului (I) se măsoară în amperi (A) și este direct proporțională cu tensiunea aplicată (U) și invers proporțională cu rezistența circuitului (R), conform legii lui Ohm: I = U / R. Rezistența electrică reprezintă opoziția conductorului la trecerea curentului; se măsoară în ohmi (Ω) și depinde de material (rezistivitate ρ), lungime (l) și secțiune (S): R = ρ · l / S.

În circuitul simplu (serie), componentele sunt conectate una după alta, astfel încât curentul este același prin toate elementele, iar tensiunile se însumează: U_total = U1 + U2 + ... + Un. Rezistența echivalentă în serie este suma rezistențelor: R_ech = R1 + R2 + ... + Rn. În circuitul paralel, bornele componentelor sunt conectate la aceleași două puncte, tensiunea este aceeași pe fiecare ramură, iar curentul total se împarte: I_total = I1 + I2 + ... + In.

Rezistența echivalentă se calculează prin relația: 1/R_ech = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn. Puterea electrică disipată sub formă de căldură (efectul Joule-Lenz) este P = U · I = I² · R = U² / R. Legea lui Kirchhoff a curenților (LKC) spune că suma algebrică a curenților care intră într-un nod este zero; legea tensiunilor (LKT) afirmă că suma algebrică a tensiunilor de-a lungul unui ochi închis este zero.

Circuitele reale includ surse cu rezistență internă (r), ceea ce reduce tensiunea la borne: U_borne = E - I · r, unde E este tensiunea electromotoare. În problemele de bacalaureat se cer adesea calcule de rezistență echivalentă, intensitate, tensiune, putere, randament (η = P_utilă / P_total) și analiza ampermetrelor (se montează în serie) și voltmetrelor (se montează în paralel). Circuitele complexe se rezolvă prin aplicarea legilor lui Kirchhoff, metoda curenților de ochi sau metoda potențialelor nodurilor.

Exemple

• Exemplul 1: Un circuit serie conține un bec de rezistență R1 = 10 Ω și un rezistor R2 = 20 Ω, alimentat de o baterie cu tensiunea electromotoare E = 12 V și rezistența internă r = 1 Ω. Calculați intensitatea curentului prin circuit și tensiunile la bornele fiecărui element. Rezolvare: Rezistența totală R_total = R1 + R2 + r = 10 + 20 + 1 = 31 Ω. Conform legii lui Ohm, I = E / R_total = 12 / 31 ≈ 0,387 A. Tensiunea pe R1: U1 = I·R1 = 0,387·10 = 3,87 V; pe R2: U2 = I·R2 = 0,387·20 = 7,74 V; pe rezistența internă: U_r = I·r = 0,387·1 = 0,387 V. Verificare: U1 + U2 + U_r = 12 V = E.
• Exemplul 2: Două rezistoare R1 = 6 Ω și R2 = 3 Ω sunt legate în paralel la o sursă de 12 V (fără rezistență internă). Calculați rezistența echivalentă, curenții prin fiecare ramură și curentul total. Rezolvare: 1/R_ech = 1/6 + 1/3 = 1/6 + 2/6 = 3/6 = 1/2, deci R_ech = 2 Ω. Tensiunea pe fiecare ramură este 12 V. I1 = 12 / 6 = 2 A; I2 = 12 / 3 = 4 A. Curentul total I_total = I1 + I2 = 6 A (sau I_total = U / R_ech = 12 / 2 = 6 A). Puterea totală disipată: P = U·I = 12·6 = 72 W.
• Exemplul 3: În circuitul din figură (descriere: sursă E = 24 V, r = 2 Ω, R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω, și R3 = 30 Ω, cu R1 și R2 în paralel, iar grupul în serie cu R3). Aflați curentul prin fiecare rezistor. Rezolvare: Mai întâi, R12 = (R1·R2)/(R1+R2) = (10·20)/(30) = 200/30 ≈ 6,667 Ω. Rezistența totală exterior = R12 + R3 = 6,667 + 30 = 36,667 Ω. R_total_circuit = R_total_ext + r = 36,667 + 2 = 38,667 Ω. Curentul total I = E / R_total = 24 / 38,667 ≈ 0,620 A. Tensiunea la bornele grupului paralel: U_paralel = I·R12 = 0,620·6,667 ≈ 4,133 V. Curentul prin R1: I1 = U_paralel / R1 = 4,133 / 10 ≈ 0,413 A; prin R2: I2 = U_paralel / R2 = 4,133 / 20 ≈ 0,207 A (suma dă I = 0,620 A). Curentul prin R3 este același cu I total: 0,620 A. Se poate verifica: căderea pe R3: U3 = I·R3 = 0,620·30 = 18,6 V, iar U_paralel + U3 + I·r = 4,133 + 18,6 + 1,24 = 24 V.

Concepte cheie: Legea lui Ohm (I = U/R), Rezistența echivalentă în serie (sumă) și paralel (inversul sumei inverselor), Efectul Joule-Lenz (P = I²·R = U·I = U²/R), Legile lui Kirchhoff (curenților și tensiunilor), Rezistența internă a sursei și tensiunea la borne (U = E - I·r)