Isaac Newton

Isaac Newton a fost un renumit om de știință englez,alchimist, teolog, mistic, matematician, fizician și astronom, președinte al Royal Society. Isaac Newton este savantul aflat la originea teoriilor științifice care vor revoluționa știința, în domeniul opticii, matematicii și în special al mecanicii. În 1687 a publicat lucrareaPhilosophiae Naturalis Principia Mathematica, în care a descris Legea atracției universale și, prin studierea legilor mișcării corpurilor, a creat bazele mecanicii clasice. A contribuit, împreună cu Gottfried Wilhelm von Leibniz, la fondarea și dezvoltarea calculului diferențial și a celuiintegral. Newton a fost primul care a demonstrat că legile naturii guvernează atât mișcarea globului terestru, cât și a altor corpuri cerești, intuind că orbitele pot fi nu numai eliptice, dar și hiperbolice sau parabolice. Tot el a arătat că lumina albă este o lumină compusă din radiații monocromatice de diferite culori.

Newton a fost un fizician, înainte de toate. Laboratorul său uriaș a fost domeniul astronomiei, iar instrumentele sale geniale au fost metodele matematice, unele dintre ele inventate de el însuși. Newton nu s-a lăsat antrenat de latura pur astronomică și matematică a activității sale, ci a rămas de preferință fizician. În aceasta constă neobișnuita tenacitate și economia gândirii sale. Până la Newton și după el, până în timpurile noastre, omenirea n-a cunoscut o manifestare a geniului științific, de o forță și o durată mai mare.

Newton a fost primul care și-a dat seama de aceasta. Spencer ne comunică următoarele cuvinte ale lui Newton, rostite cu puțin timp înaintea morții sale: "Nu știu cum arăt eu în fața lumii, dar mie mi se pare că sunt un băiat care se joacă pe malul mării și se distrează căutând din timp în timp pietricele mai colorate decât de obicei, sau o scoică roșie, în timp ce marele ocean al adevărului se întinde necunoscut în fața mea."

Alcatuire motor Otto

Motorul Otto

Alcatuire motor Diesel

Motorul Diesel

Bobina Tesla

Bobina Tesla
INTRODUCERE:

In acest raport tehnic voi face o scurta prezentare a uneia dintre cele mai mari inventii ale lui Nikole Tesla si anume bobina Tesla. Mai intai voi explica ce este bobina si tipurile de bobine. Dupa  aceea voi prezenta aceasta inventie din punct de vedere al importantei ei si nu in ultimul rand voi face o prezentare tehnica a acesteia.

Capitolul 1 – Definitia bobinei, tipuri de bobine.

Bobinele sunt componente special concepute, pentru a profita de fenomenul electromagnetismului, sub forma unei înfăşurări de material conductor. Această formă suportă un câmp magnetic mai intens decât cel produs de un simplu fir. Unele înfăşurări ale bobinelor sunt realizate în jurul unui anumit tip de material, denumit miez. Miezul unei bobine poate fi drept, sau poate forma un drum închis (pătrat, rectangular, circular) pentru menţinerea completă a fluxului magnetic. Toate aceste opţiuni de proiectare au efect final asupra performanţelor şi caracteristicilor bobinelor.

1.1    Simbolul bobinei

Simbolul unei bobine, precum cel al condensatorului, este simplu, reprezentând înfăşurarea conductorului. Deşi o înfăşurare generală este simbolul oricărei bobine, cele cu miez sunt câteodată deosebite de celelalte prin adăugarea a două linii paralele cu axa sa. Un simbol mai nou pentru bobină nu mai reprezintă înfăşurarea propriu-zisă, ci se limitează la reprezentarea câtorva „cocoaşe” în serie:

1.2    Comportamentul şi funcţionarea bobinei în circuit

Curentul electric produce un câmp magnetic concentrat în jurul bobinei, iar acest flux magnetic reprezintă o stocare de energie cinetică datorată deplasării electronilor prin înfăşurare. Cu cât valoarea curentului prin bobină este mai mare, cu atât va fi mai puternic câmpul magnetic şi cu atât mai mare va fi energia stocată de bobină.

Datorită faptului că bobinele stochează energia cinetică a electronilor ce se deplasează prin înfăşurare sub forma câmpului magnetic, comportamentul acestor dispozitive este foarte diferit de cel al rezistorilor (care pur şi simplu disipă energia sub formă de căldură) dintr-un circuit.

Energia stocată dintr-o bobină depinde de cantitatea de curent ce o străbate. Abilitatea unei bobine de a stoca energie în funcţie de curent se traduce printr-o tendinţă de menţinere constantă a curentului ce o străbate. Cu alte cuvinte, bobinele tind să se opună variaţiei curentului. Atunci când valoarea curentului printr-o bobină creşte sau descreşte, aceasta „rezistă” variaţiei producând o tensiune la bornele sale de polaritate opusă variaţiei.

Pentru a stoca energie într-o bobină, curentul prin aceasta trebuie să crească. Acest lucru înseamnă că şi câmpul magnetic trebuie să crească în forţă, iar această variaţie a forţei câmpului produce la rândul ei o cădere tensiune conform principiului (auto)inducţiei electromagnetice. De asemenea, pentru a ceda energia stocată într-o bobină, curentul prin aceasta trebuie să scadă. Acest lucru înseamnă că şi câmpul magnetic trebuie să descrească în forţă, iar această variaţie a câmpului magnetic auto-induce o cădere de tensiune de polaritate opusă.Asemenea legii de mişcare a lui Newton („un obiect în mişcare tinde să rămână în mişcare; un obiect în repaos tinde să rămână în repaos”) ce descrie tendinţa corpurilor de a se opune variaţiei vitezei, putem defini tendinţa unei bobine de a se opune variaţiei curentului astfel: „Electronii ce se deplasează printr-o bobină tind să rămână în mişcare; electronii ce se află în repaos într-o bobină tind să rămână în repaos.” Teoretic, o bobină scurt-circuitată va menţine o valoare constantă a curentului la bornele sale fără niciun ajutor extern

Practic însă, abilitatea unei bobine de susţinere individuală a unui curent la bornele sale se poate realiza doar cu ajutorul firelor supraconductoare, deoarece rezistenţa inerentă oricărui conductor normal este suficientă pentru disiparea rapidă a puterii din circuit şi descreşterea curentului, atunci când nu există o sursă de putere în circuit

1.1    Încărcarea bobinei; bobina ca o sarcină

Când curentul printr-o bobină creşte, aceasta va genera o cădere de tensiune în direcţia opusă deplasării electronilor, comportamentul fiind asemenea unei sarcini. În această situaţie, spunem că bobina se încarcă, deoarece energie stocată sub formă de câmp magnetic creşte. Observaţi polaritate tensiuni faţă de direcţia curentului.

1.2    Descărcarea bobinei; bobina ca o sursă de putere

Atunci când curentul prin bobină descreşte, căderea de tensiune generată de aceasta este îndreptată spre direcţia de deplasare a electronilor, comportamentul fiind asemenea unei surse de putere. În această situaţie, spunem că bobina se descarcă, deoarece stocul de energie descreşte, fiind eliberată în circuitul extern. Observaţi polaritatea căderii de tensiune faţă de direcţia curentului.

Transformatorul

Un transformator este o mașină electrică care transferă energie electrică dintr-un circuit (primarul transformatorului) în altul (secundarul transformatorului), funcționând pe baza legii inducției electromagnetice. Un curent electric alternativ care străbate înfășurarea primară produce un câmp magnetic variabil în miezul magnetic al transformatorului, acesta la rândul lui producând o tensiune electrică alternativă în înfășurarea secundară.
Functia:
În circuitele și rețelele electrice, transformatorul realizează transfer de energie (electrică) dintr-un circuit (rețea) de anumiți parametri - tensiune U, curent I, rezistență R - , în energie electrică cu alți parametri (valori) de circuit, în condițiile unei separări (izolări) galvanice între cele două circuite (rețele) electrice. Practic se acceptă, că energia electrică obținută la ieșire, în circuitul (circuitele, dacă sunt mai multe) secundar este aproximativ egală cu cea de la intrare, din circuitul primar. Totuși în calcule de proiectare pierderile de energie (din transformator) sunt luate în considerație.
Principiul de functionare:
Presupunem că ambele circuite ale transformatorului au spirele înfășurate în același sens și că au N₁ respectiv N₂ spire. Transformatorul se consideră că funcționează în gol (i₂=0, adică circuitul secundar este deschis). Dacă se aplică transformatorului tensiunea alternativă u₁ de valoare efectivă U₁ în primar apare curentul de intensitate i₁ și valoare efectivă I₁. Acesta, conform legii Biot-Savart, dă naștere unui flux magnetic alternativ având valoarea instantanee Φ = Φ_mcos ωt. Acest flux variabil care străbate spirele ambelor înfășurări face să apară în cele N₁ spire ale primarului o t.e.m. de autoinducție.
Pierderi in transformator:

• Pierderi în circuitul magnetic – nu tot fluxul magnetic trece prin miezul magnetic al transformatorului. În plus, circuitul magnetic nu se comportă perfect liniar, ci are histerezis.
• Pierderi în înfășurări – prin efect Joule.
• Curenții turbionari – induși în miezul magnetic, care este un material conductor.
• Magnetostricție.

Aplicatii:

Principala utilizare este la transportul energiei electrice pe distanțe mari, prin implementarea liniilor de înaltă tensiune (zeci sau sute de kilovolți). Aceasta este necesar din rațiuni economice. La capătul de aplicare (intrare) a energiei se folosesc transformatoare ridicătoare de tensiune, iar la destinație energia se transmite linilor de joasă tensiune prin intermediul unor transformatoare coborâtoare de tensiune electrică. Prin folosirea unor tensiuni înalte și foarte înalte se scade curentul prin linie la valori care reduc pierderile prin efect Joule la un nivel rezonabil, astfel nefiind necesară utilizarea unor conductoare cu secțiuni sensibil mai mari, care ar ridica costul construcției și conservării linilor electrice de transport de energie.

Puterile in curent alternativ

1.Puterea activa

Puterea medie (in timp) transferata unei portiuni de circuit se numeste putere activa:

p=U_mI_m [cos(φ)-cos(2ωt-φ) ]/2
P=UIcos φ (3)

Ecuatia unitatii de masura este:

(p) = (u)(I)(cos φ) = V• A•l = W (watt)

Pentru un circuit serie, puterea activa (relatia 3) se poate scrie sub forma:

P =UIcosφ=URI =Rl²

adica puterea activa coincide cu puterea disipata prin efect Joule pe rezistor.

Pentru un circuit paralel, se obtine:

P =UIcosφ=UI_R =RnU_L

adica, si in acest caz, puterea activa coincide cu puterea disipata prin efect Joule pe rezistor.

2.Puterea reactiva

Puterea reactiva

Puterea reactiva prin definitie este produsul dintre valoarile efective ale tensiunii si intensitatii si sinusul unghiului de defazaj dintre tensiunea instantanee de la bornele circuitului si intensitatea instantanee a curentului din circuit.

P_R = U·I·sinφ   (VAR) sau (\AR)   1)

P_R = (1/2)U_m·I_m·sinφ

Puterea reactiva este o marime legata de energia care se acumuleaza in elementele reactive ale circuitului L, C. In bobina de inductanta L se acumuleaza energia reactiva sub forma de energie a campului magnetic, iar in condensator sub forma de energie a campului electric. Spre deosebire de puterea activa care se pierde sub forma de caldura, puterea reactiva se conserva sub forma de energie a campului magnetic sau electric, asociate bobinei de inductanta L, respectiv condensatorului de capacitate C si aceasta putere reactiva poate fi cedata integral generatorului in alte momente de timp fata de cele in care s-a acumulat.

Puterea reactiva este puterea oscilanta intre generator si sarcina sau receptor (circuitul alimentat) a puterii totale asociate generatorului.

In functie de unghiul de defazaj exista urmatoarele situatii:

- φ = 0, este cazul unui circuit format numai din rezistor sau la rezonanta cand X_L = X_C, P_R = 0 . Puterea activa este maxima.

- φ = π/2, circuitul este format numai din bobina ideala. Puterea reactiva este maxima inmagazinata in campul magnetic, iar puterea activa este nula.

- φ = - π/2,circuitul este format numai din condensator. Puterea reactiva este maxima inmagazinata in campul electric, iar puterea activa este nula.

3.Puterea aparenta

Se numeste putere putere aparenta sau totala produsul dintre valoarea efectiva a tensiunii dela bornele circuitului si intensitatea efectiva a curentului stabilit in circuit.
P_a = U·I    (VA) sau (\A)   2)
P_a = (1/2)U_m·I_m
Defazajul joaca un rol important in regimul energetic al circuitului. Puterea cea mai importanta este puterea activa deoarece numai aceasta putere poate fi transformata in alte forme: caldura,energie mecanica sau de radiatie (propagarea campului electromagnetic)
Din expresia puterii active
P = U·I·cosφ
rezulta marimea cosφ care dicteaza valoarea puterii active, cosφ se numestefactor de putere In toate instalatiile energetice (generator-consumator) se urmareste ca factorul de putere sa fie cat mai mare, cat mai aproape de unitate, in asa fel incat sa se utilizeze la maxim capacitatea generatorului, iar pierderile de putere in circuit sa fie minime.

Se poate stabili o legatura intre cele trei puteri:

P = U·I·cosφ
P_R = U·I·sinφ
P_a = U·I
P = P_a·cosφ
P_R = P_a·sinφ
P_a = √P² + P_R²
Intr-un circuit electric dat puterea aparenta este egala cu suma patratelor dintre puterea activa si reactiva.

Curentul Alternativ

Curentul alternativ este un curent electric a cărui direcție se schimbă periodic, spre deosebire de curentul continuu, al cărui sens este unidirecțional. Forma de undă uzuală a curentului alternativ este sinusoidală. A fost descoperit de către Nikola Tesla în 1892.

Curentul alternativ apare ca urmare a generării unei tensiuni electrice alternative în cadrul unui circuit electric prin inducție electromagnetică. Forma alternativă (sinusoidală) a tensiunii/curentului este modul uzual de producere, transport și distribuție a energiei electrice.Deoarece în anumite rețele, în special de înaltă tensiune, neutrul nu este accesibil (sau chiar nu există), liniile trifazate sunt identificate după tensiunea de linie, adică tensiunea dintre oricare două faze. Aceasta este de radical din 3 mai mare decât tensiunea de fază.În cazul rețelelor de distribuție casnică din România tensiunea de linie este 400V iar cea de fază este de 230V curent alternativCurentul (alternativ) trifazic este un curent schimbător format prin înlănțuirea/împletirea a trei curenți variabili ale căror tensiuni sunt, permanent, reciproc defazate cu câte 120°(2П/3). Caracteristic pentru sistemul trifazic (împletirea celor trei curenți) este permanenta sumă "zero" a lor, fapt ce dă posibilitatea folosirii pentru transportul energiei electrice trifazice (trifazate) a doar trei conductori, numiți conductori de fază. Există tehnic și sistem de transport trifazic cu patru conductori în care cel de al patrulea conductor numit "conductor de nul" sau "neutru" nu este parcurs de curent (are tensiune electrică zero). Acest 4conductori-sistem se numește uzual: sistem trifazic "în stea". Specific pentru el este că tensiunea efectivă între oricare dintre conductorii de fază și cel neutru (U.deF.) este mai mică decât tensiunea electrică efectivă (U.deL.) dintre cei trei (luați evident în mod pereche). Această relație se citește uzual: tensiunea de fază (UdeF) este mai mică decât tensiunea de linie (UdeL). În sistemul casnic trifazic din România UdeF=230V iar UdeL=400V, iar conductorii de fază sînt denumiți R, S și T și (unde există) cel neutru N.