Curriculum la Decizia Scolii. Energia Alternativa
CAPITOLUL I
CURRICULUM LA DECIZIA ȘCOLII
Aspecte generale.
Din punct de vedere etimologic, conceptul “curriculum” provine din limba latină, de la termenii “curriculum” (singular) și “curricula” (plural), care însemnau “alergare”, “cursă”, “drum”, “parcurgere”, “scurtă privire”, “în treacăt”. Referitor la utilizarea lui, în urma decantărilor și a cristalizărilor realizate în timp s-au consacrat două accepțiuni:
Accepțiunea tradițională (vehiculată aproape exclusiv în întreaga lume, până la jumătatea secolului al XIX-lea), care considera că termenul este aproape sinonim cu cel de conținut al învățământului, respectiv cu documentele școlare sau universitare oficiale care planificau conținuturile instruirii (planuri de învățământ și programe)
Accepțiunea modernă, care îl consideră concept integrator, și îl operaționalizează abordând acțiunile educative în manieră globală, sistemică. Păstrează sensul de traiectorie intelectuală și afectivă pe care școala o propune elevului, dar nu înțeleasă în sens tradițional, ci ca o valorificare accentuată a potențialităților elevului. Îl definește ca proiect pedagogic care articulează interdependențele multiple stabilite între următoarele componente: obiectivele educaționale(generale, cadru și referință ale disciplinelor de studiu și chiar obiectivele operaționale și cele de evaluare); conținuturile instruirii vehiculate în vederea atingerii obiectivelor prestabilite (fixate în documentele școlare/ universitare de tip reglator: planuri de învățământ, programe, manuale, arii de studiu, arii tematice, subiecte punctuale etc.); strategiile de predare și învățare în școală și în afara școlii, corespunzătoare influențelor educative de tip formal, nonformal și informal; strategiile de evaluare a eficienței activităților educative.
Termenul de curriculum se referă la oferta educațională a școlii și reprezintă sistemul proceselor educaționale și al experiențelor de învățare și formare directe și indirecte oferite educabililor și trăite de aceștia în contexte formale, neformale și chiar informale.
La începutul secolului XX, în anul 1902, în lucrarea The Child and the Curriculum, pedagogul american John Dewey introduce în circulație sintagma ”experiență de învățare” a copilului, organizată de școală, alături de ansamblul disciplinelor de învățământ oferite și studiate și sugerează complexitatea, amplitudinea și dinamismul curriculumului ca realitate educațională.
Cuuriculum la decizia școlii
Curriculum la decizia școlii (CDȘ) constituie ansamblul proceselor educative și al experiențelor de învățare pe care fiecare școala le propune în mod direct elevilor săi în cadrul ofertei curriculare proprii. La nivelul planurilor de învățământ, CDȘ reprezintă numărul de ore alocate școlii pentru construirea propriului proiect curricular.
Prin oferta curriculară de CDȘ se asigură cadrul pentru susținerea unor performanțe diferențiate, a unor nevoi și interese specifice de învățare ale elevilor. Această cerință are un anumit caracter de generalitate, deoarece în alocarea resurselor de timp intervin foarte mulți factori care abat traseul reglementat metodologic spre soluții care, de regulă, au în vedere în mod preponderent completarea normelor.
Noul curriculum național a fost introdus în 1999. Ca parte a acestuia și în urma unor reforme succesive, liceelor le-a fost alocată o medie de 10% din curriculum pentru a decide asupra propriei opțiuni privind curriculum-ul ce va fi adăugat celui național. Acest curriculum la decizia școlii este supus aprobării, atât consiliului școlar pentru curriculum, cât și inspectoratului județean.
În timpul acestor procese de aprobare, curriculum-ul la decizia școlii trebuie să se înscrie în 2 seturi de reglementări naționale stabilite pentru 2 grupuri de vârste diferite. De asemenea, există criterii pentru evaluarea curriculum-ului la decizia școlii care au fost elaborate de Consiliul Național pentru Curriculum.
1.3 Rolul curriculum-ului
Curriculum-ul la decizia școlii trebuie văzut ca parte a întregului curriculum și nu ca lipsit de relevanță în legătură cu cel național în vigoare sau fiind în contradicție cu acesta. Elevul are nevoie de a experimenta un curriculum coerent, și nu unul fragmentat, incoerent. Astfel, curriculum-ul la decizia școlii trebuie să fie planificat împreună cu cel național și integrat acestuia. Deoarece, până în momentul de față, curriculum-ul tradițional pe discipline a pus accentul pe cunoștințe și înțelegere, unul dintre rolurile curriculum-ului la decizia școlii este
de a se adresa acelor competențe dorite care sunt într-o prea mică măsură dezvoltate specific sau explicit de disciplinele academice. Exemple de astfel de competențe pot include dezvoltarea personală, pregătirea pentru viața de adult și cea economică, încurajarea responsabilității de cetățean etc.
Liceele folosesc libertatea pe care o au în ceea ce privește curriculum-ul la decizia școlii într-o varietate de moduri și s-au dezvoltat trei abordări cuprinzătoare:
• elevilor li se oferă o extindere a curriculum-ului existent, ca răspuns la capacități de învățare deosebite ale anumitor elevi/grupuri de elevi;
• aprofundarea curriculum-ului pe discipline, focalizată pe nevoile identificate ale acelor elevi care au dificultăți la una sau mai multe discipline studiate;
• școlile dezvoltă opționale care introduc noi discipline de studiu, în afara celor prevăzute în trunchiul comun.
În unele școli, elevii au o anumită libertate de alegere privind modul în care să-și petreacă timpul alocat curriculum-ului la decizia școlii.
1.4 Tipuri de curriculum la decizia școlii
Tipologia Curriculumului operant în cadrul sistemului de învățământ din România este următoarea:
curriculum-nucleu – care reprezintă aproximativ 65-70 % din Curriculum-ul Național;
curriculum la decizia școlii – care reprezintă aproximativ 30-35 % din Curriculum-ul Național și care poate reuni următoarele tipuri de curriculum, oferite în complementaritate cu curriculum-ul nucleu: curriculum extins; curriculum nucleu aprofundat; curriculum elaborat în școală.
Curriculum-ul nucleu reprezintă trunchiul comun, obligatoriu, adică numărul minim de ore de la fiecaredisciplină obligatorie prevăzută în planurile de învățământ românești, absolut necesare pentru toate școlile și pentru toți elevii. Curriculum-ul nucleu reprezintă unicul sistem de referință pentru evaluările și examinările externe din sistem, realizate la nivel național și pentru elaborarea standardelor curriculare de performanță. Existența curriculum-ului nucleu asigură egalitatea șanselor la educație în sistemul de învățământ public, indiferent de regiunea țării din care provin educabilii, de filieră sau de tipul de instituție de învățământ.
Curriculum-ul la decizia școlii (CDS) asigură diferența de ore dintre curriculum-ul nucleu și numărul minim (la disciplinele facultative, care nu au fost incluse în curriculum-ul nucleu) sau maxim de ore pe săptămână (la disciplinele obligatorii, care au fost incluse în curriculum-ul nucleu), pentru fiecaredisciplină școlară prevăzută în planurile-cadru de învățământ (deci atât pentru disciplinele obligatorii, cât și pentru cele facultative), pe ani de studiu.
Una dintre modificările majore care au avut loc în teoria curriculum-ului școlar și în practica asociată acestuia o reprezintă realizarea unei disocieri între elementele comune, obligatorii pentru întreaga generație de elevi (concretizate în curriculum nucleu pentru resurse de timp din trunchiul comun) și elementele de diferențiere concretizate în trei tipuri complementare de curriculum:
curriculum la decizia școlii (CDȘ);
curriculum diferențiat (CD) și
curriculum pentru dezvoltare locală (CDL).
Aceste trei tipuri de curriculum, complementar curriculum-ului nucleu, au prezențe diferite pentru profilurile de formare, tipurile de licee și specializări, precum și în raport cu resursele generale de timp.
Curriculum-ul la decizia școlii a reprezentat, de la început, o soluție de adaptare a ofertei generale la particularitățile și aspirațiile elevilor din diferite unități concrete de învățământ. După cum se va putea vedea și din paginile următoare, această pondere s-a modificat în timp, și-a schimbat forma și structura și a fost concretizată într-o mare varietate de oferte opționale la nivelul unităților de învățământ.
1.4.1 Tipuri de CDȘ – învățământul obligatoriu
Curriculum aprofundat
Curriculum extins
Opționalul
Curriculum aprofundat
reprezintă, pentru învățământul general, acea formă de CDȘ care urmărește aprofundarea obiectivelor de referință ale Curriculumului-nucleu;
Programa pentru trunchiul comun în numărul maxim de ore al plajei orare prevăzute prin planul cadru (în cazuri de recuperare – respectiv pentru elevi care nu au reușit să dobândească achizițiile minimale prevăzute prin programa anilor de studiu anteriori)
Ore din plaja orară
Aceeași rubrică din catalog cu disciplina sursă
Curriculum extins
reprezintă, pentru învățământul obligatoriu, acea formă de CDȘ, care urmărește extinderea obiectivelor și a conținuturilor din Curriculumul-nucleu prin noi obiective de referință si noi unități de conținut, în numărul maxim de ore prevăzut în plaja orară a unei discipline. Acesta presupune parcurgerea programei în întregime (inclusiv elementele marcate cu asterisc);
Ore din plaja orară
Aceeași rubrică din catalog cu disciplina sursă
Opționalul
Curriculum opțional – reprezintă acea formă de CDȘ care este structurată sub forma unei discipline școlare noi, cu finalități și conținuturi diferite de cele ale curriculum-ului obligatoriu, corespunzător trunchiului comun.
Pentru ciclul liceal
Opțional de aprofundare – reprezintă acel tip de CDȘ derivat dintr-o disciplină studiată în trunchiul comun, care urmărește aprofundarea obiectivelor/competențelor din curriculumul-nucleu prin noi conținuturi propuse la nivelul școlii (sau a acelora marcate cu asterisc, în cazul specializărilor pe care nu le parcurg în mod obligatoriu la trunchiul comun). Conform Ordinului 3638/11.04.2001 (vezi ANEXA 1 ), aprofundarea este posibilă numai în cazuri de recuperare-respectiv lipsa atingerii standardelor minimale de către anumiți elevi prin parcurgerea programei disciplinare în timpul alocat la trunchiul comun. Deși această prevedere este și în Notificarea 11667/26.07.1999, sunt multe cazurile în care aprofundarea se operează în bloc la o clasă, ceea ce reprezintă o abordare greșită. O problemă care se impune a fi elucidată este aceea a cunoașterii de către elevi și părinți a ofertei, care este publică, și a înțelegerii ei de către aceștia. În acest sens, oferta trebuie să cuprindă pe lângă titlul propunerii și o prezentare care să expliciteze în ce constau achizițiile pe care elevii le pot dobândi la cursul respectiv și cărui tip de elevi se adresează cu precădere (făcând transparente motivele alegerii unui anume grup țintă). Se impune ca la întâlnirile cu părinții, aceștia să fie informați nu numai asupra ofertei școlii, ci și asupra rolului CDȘ în construirea parcursurilor elevilor, în acord cu aptitudinile și interesele lor.
Opțional de extindere – reprezintă acel tip de CDȘ derivat dintr-o disciplina studiată în trunchiul comun, care urmărește extinderea obiectivelor-cadru/competențelor generale din curriculumul-nucleu prin noi obiective de referință/competențe specifice și noi conținuturi definite la nivelul școlii.
Opțional preluat din trunchiul comun al altor discipline – reprezintă acel tip de CDȘ generat prin parcurgerea unei programe care este obligatorie pentru anumite specializări și care poate fi parcursă în cadrul orelor de CDȘ la acele specializări unde disciplina respectivă nu este inclusă în trunchiul comun.
Opțional ca disciplină nouă – constă într-un nou obiect de studiu, în afara acelora prevăzute în trunchiul comun la un anumit profil și specializare;
În practica aplicării CDȘ au avut loc anumite modificări, prin intermediul principalului document reglator al curriculum-ului, planul – cadru de învățământ. Astfel, pentru liceele vocaționale, curriculum diferențiat (CD) s-a extins în zona resurselor de timp pentru CDȘ. De asemenea, existența unor opționale proiectate în mod centralizat, a introdus orele de CDȘ alocate acestora într-un regim asemănător celui pe care îl are curriculum diferențiat. Oferta centrală permite doar transpunerea și concretizarea unei programe preexistente. În acest caz, acest tip de curriculum are caracateristici diferite de un CDȘ „clasic”.
Un element de noutate îl constituie modul de alocare al resurselor de timp de tip CDȘ în recentele planuri de învățământ (îndeosebi în învățământul liceal). Astfel, principala mutație o reprezintă transferul resurselor de timp pentru CDȘ din zona fiecărei arii curriculare, spre planul de învățământ în ansamblul său.
În acest caz, alocarea orelor de CDȘ nu mai are loc la nivelul ariilor curriculare (și în contextul comisiilor metodice pe aceste arii), ci la nivelul întregului plan de învățământ (intrând în responsabilitatea Comisiei pentru curriculum a școlii).
Documentele recente privind cadrul de referință al curriculum-ului național, precum și impactul teoretic al prevederii Legii educației privind reorganizarea învățământului preuniversitar, oferă o perspectivă nouă CDȘ.
Prelungirea învățământului comun (pentru întreaga generație de elevi) până în clasa a IX-a (constituind împreună cu anul pregătitor învățământul obligatoriu de zece ani) sugerează extinderea paradigmei de alocare a resurselor CDȘ din gimnaziu și la clasa a IX-a. Pe parcursul școlarității obligatorii este presupusă o creștere procentuală a ponderii CDȘ, conform derulării ciclurilor de școlaritate. Pentru învățământul liceal există, de asemenea, o creștere spre anii terminali.
Cine poate preda discipline opționale?
Prin Ordinul Ministrului nr. 4400 din 01.09.1998, a fost reglementată încadrarea personalului didactic, în ceea ce privește predarea disciplinelor/temelor /cursurilor opționale . Astfel, pe baza deciziei Consiliului de Administrație al școlilor, orele de opțional fac parte din norma didactică a profesorilor și învățătorilor/institutorilor care își pot dovedi, potrivit reglementărilor în vigoare, competența în domeniul ales. OM nr. 4400/1.09.1998 referitor la ”Metodologia privind încadrarea personalului didactic din învățământul preuniversitar " și art.44 din Legea nr. 128/1997 privind statutul personalului didactic, reglementează competențele cadrelor didactice în domeniul disciplinelor opționale, pentru completarea normei didactice cu discipline opționale:
Consiliul de administrație al școlii va decide, pe baza foii matricole, a diplomelor obținute prin cursuri de formare continuă sau pe baza unui portofoliu de activitate, care vor fi cadrele didactice titulare care vor preda discipline opționale ca: astronomia, rezolvarea de conflicte, educația interculturală, etc. Informatica poate completa norma didactică a profesorului de matematică și fizică.
Norma didactică poate fi completată cu discipline care figurează în foaia matricolă anexată diplomei de studii (licență sau absolvire), discipline al căror studiu a fost finalizat cu examen și notă (nu cu colocviu).
În mediul rural, disciplinele opționale pot fi predate și de persoane cu competență și experiență în domeniu, stabilită prin atestate profesionale, cu avizul inspectoratului școlar.
Lecțiile pot fi organizate și de către echipe de cadre didactice.
Procesul de scriere a unui nou curriculum poate fi o activitate dificilă, dacă este realizată în mod individual și de aceea li se recomandă școlilor să numească o echipă pentru a elabora curriculum-ul la decizia școlii. A avea o echipă conduce la anumite avantaje:
• coroborarea unui număr de perspective diferite în vederea elaborării curriculum-ului școlar va preveni transformarea acestuia într-o reflecție a intereselor individuale și evitarea situației în care respectivul curriculum acoperă o plajă mult prea mică de teme;
• cadrele didactice din echipă își vor analiza reciproc munca, iar rezultatul va fi un curriculum mai bun;
• dacă reprezentanții tuturor principalelor arii curriculare sunt implicați în elaborarea noului curriculum, va fi mai ușor ca întreg personalul didactic să fie informat în legătură cu evoluția curriculum-ului școlar și în același timp va fi mai ușor să se asigure coeziunea între curriculum-ul existent și noul curriculum.
Coordonarea echipei de elaborare a curriculum-ului este o activitate ce trebuie tratată cu seriozitate.
Pe de o parte, mesajul pe care-l percepe comunitatea școlară ca urmare a numirii unei persoane din conducerea școlii în funcția de coordonator al echipei de elaborare a CDȘ este că această sarcină este una pe care școala o abordează cu responsabilitate. Pe de altă parte, conducătorul echipei trebuie să aibă rolul de a-și încuraja și coordona colegii pentru a sprijini creativitatea membrilor echipei, și nu pentru a controla activitatea unor subordonați. În cazul în care activitatea nu este coordonată de un membru al conducerii școlii, alternativa este ca o persoană din conducerea școlii să elaboreze specificații clare pentru elaborarea de CDȘ prin care să le fie date altor cadre didactice sarcini de lucru în domeniu. Fiecare școală va ști ce abordare se potrivește cel mai bine contextului său și indiferent de abordarea aleasă, rezultatele muncii de echipă vor fi examinate de conducerea și consiliul școlar pentru curriculum.
Elaborarea unui curriculum la decizia școlii este, în mod evident, o sarcină solicitantă și consumatoare de timp pentru cei implicați, dar și o oportunitate de revizuire a ofertei școlii și poate, deci, contribui la procesele de planificare strategică ale școlii. De asemenea, poate avea și un efect pozitiv asupra creșterii
capacității profesionale a tuturor cadrelor didactice care sunt implicate în respectiva activitate.
Prima sarcină a echipei de elaborare a curriculum-ului este de a decide ce abordare va fi utilizată.
Legislație și metodologie
Definitorie pentru rolul și statutul disciplinelor opționale în școli a fost perioada de început a implementării Reformei, 1998 – 2000, când au fost introduse. Ulterior, rolul și locul disciplinelor opționale a devenit confuz și incert. Această situație se reflectă și în legislația și metodologia cu privire la regimul disciplinelor opționale (ordine și notificări) emisă în învățământul preuniversitar. Astfel, se pot individualiza două mari etape de implementare în școli a disciplinelor opționale, cu impact diferit. Etapa 1998 – 2000 este etapa definitorie, în care este elaborată toată legislația și metodologia privitoare la realizarea disciplinelor opționale în învățământul preuniversitar. OM nr. 4150 din 13 iulie 1998, referitor la CURRICULUM-UL NAȚIONAL, cu privire la aplicarea noului Plan-cadru de învățământ pentru învățământul primar și gimnazial, începând cu anul școlar 1998-1999. Anexa 2, Anexa 3 (a se vedea CURICULUM NAȚIONAL, București 1998); OM nr. 4224 din 22.07.1998, referitor la Metodologia privind regimul disciplinelor opționale, în perspectiva aplicării Planului-cadru de învățământ pentru învățământul primar și gimnazial (I – VIII, ANEXA 2). în completarea Ordinului MEC nr. 4150 din 13.07.1998, cu privire la aplicarea noului Plan-cadru pentru învățământul primar și gimnazial, începând cu anul școlar 1998-1999 (vezi ANEXA 2); CURRICULUM LA DECIZIA ȘCOLII – CDȘ 11 OM nr. 4323 din 13.08.1998, cu privire la aplicarea noului Plan-cadru de învățământ pentru învățământul primar și gimnazial special, începând cu anul școlar 1998 – 1999; OM nr. 4324 din 13.08.1998, cu privire la aplicarea noului Plan-cadru de învățământ, pentru învățământul integrat de artă și sportiv, clasele I – VIII (IX) începând cu anul școlar 1998 – 1999: Art. 3. Obligativitatea menținerii a minimum unui opțional în învățământul primar și două opționale în învățământul gimnazial, altele decât cele cuprinse în aria curriculară — Arte, respectiv aria curriculară Educație-fizică și sport; Art. 11. Față de celelalte tipuri de școli din sistem, școlile de coregrafie vor avea obligația să respecte strict trunchiul comun și o disciplină opțională (eventual limba modernă).
Notificarea nr. 12.725 din 21.09.1998 privind disciplinele opționale în școli și licee (vezi ANEXA 3) Notificarea nr. 12.805 din 28.09.1998 privind respectarea în școli și licee a statutului disciplinelor opționale din Planurile de învățământ. (vezi ANEXA 3) OM nr. 3449 din 15.03.1999 cu privire la regimul disciplinele opționale în perspectiva aplicării noilor Planuri cadru de învățământ, începând cu anul școlar 1999-2000 (liceu) în completarea Ordinelor nr. 3207 din 03.02.1999 și nr. 3250 din 12.02.1999. ANEXA 2 aprobarea metodologiei privind regimul disciplinelor opŃionale, Anexa 3 – lista titlurilor de opționale propuse de MEC. (vezi ANEXA 4) Sunt aduse unele modificări și completări ale legislației existente, prin emiterea de noi ordine. Din păcate, direcționate și restrictive. OM nr. 3638 din 11.04.2001, cu privire la aplicarea Planului-cadru de învățământ pentru clasele I – VIII, în anul școlar 2001 -2002, Anexele 1, 2, 3,4, 5 și 6 (vezi ANEXA 5) OM nr. 3670 din 17.04.2001, cu privire la aplicarea Planurilor-cadru de învățământ pentru liceu în anul școlar 2001-2002, art. 5, 6 (1) și 6 (2) (vezi ANEXA 6) : OM nr. 5723/23.12.2003 cu privire la aprobarea planurilor-cadru de învățământ pentru clasele a IX-a și a X-a (vezi ANEXA 7) Nota privind elaborarea planurilor-cadru de învățământ pentru clasele a IX-a și a X-a În concluzie, implementarea în școli a disciplinelor opționale a fost bine gândită și pregătită. Au apărut, totuși, multe dificultăți inerente, datorită noutății absolute, care au necesitat și impus o transformare rapidă de mentalitate, în primul rând, a factorilor decizionali (directori, inspectori, etc.), deoarece realizarea reformei de mentalitate implică o durată mare de timp pentru transformarea tuturor mentalităților individuale, dar, mai ales, colective, în abordarea și asumarea noului. Proces lent și de durată, Reforma de mentalitate presupune, printre altele, învățarea și acceptarea diferențelor de opinie și utilizarea dialogului, în soluționarea divergențelor de orice fel. Raportate la Plan-cadru de învățământ, disciplinele opționale oferă posibilități ideale pentru realizarea caracterului transdisciplinar, pluridisciplinar, trans- și cross curricular, pe arii curriculare. Oferă, potrivit principiului flexibilității și al parcursului individual, posibilitatea realizării curriculum-ului la decizia școlii, potrivit resurselor umane și materiale de care dispune aceasta și cerințelor sociale (racordarea la social). CURRICULUM LA DECIZIA ȘCOLII – CDȘ Curriculum-ul elaborat în școală (CEȘ) este oferta educațională europeană, pentru "școala românească la începutul mileniului III". Din păcate, din punctul de vedere al aplicării sale reale în școli, CEȘ încă mai este un segment de mare noutate și implementarea sa creează o serie de disfuncții. Primele apărute au ținut de confuzia care s-a făcut între CDȘ (Curriculum le decizia școlii: aprofundări, extinderi și discipline opționale) și CEȘ (numai disciplinele opționale). Altele țin chiar de politica educațională, care a redus în fiecare an – de la lansarea proiectului privind noile planuri-cadru și metodologia de aplicare a acestora – numărul de ore alocat CDȘ. Aceasta se pare că este ca urmare a intervenției diverselor grupuri de presiune, care au impus trecerea unor ore în trunchiul comun, reducând astfel posibilitatea unor tipuri de CDȘ tocmai la disciplinele pe care încercau să le protejeze și în numele cărora au acționat. Dar cele mai multe disfuncții s-au manifestat la nivel local, în momentul în care procesul de consultare s-a derulat formal, nu s-a respectat metodologia, orele de CDȘ au devenit doar „completări" pentru norme, iar programele de opțional au repetat trunchiul comun, disciplinele opționale fiind considerate aprofundări și extinderi.
Implementarea în școli a disciplinelor opționale
Această decizie individuală a fiecărei școli/liceu, privind Curriculum-ul elaborat în școală (CEȘ), care cuprinde oferta de discipline opționale, trebuie să țină seama de posibilitatea realizării, potrivit resurselor umane și materiale de care dispune aceasta și cerințelor sociale. Pentru aceasta, în prealabil, trebuie realizat un amplu proces de consultare al profesorilor, elevilor, părinților și a comunității locale. Introducerea în Planul-cadru a disciplinelor opționale fără un control permanent și riguros a modului în care se realizează încadrarea și predarea lor a generat și întreținut diverse interpretări ale metodologiei și legislației, care, acceptate și generalizate, au fost principala cauză a modului în care se realizează, și astăzi, disciplinele opționale în nepermis de multe școli, dar, mai ales, a generat și menținut confuzia dintre componentele Curriculum-ului la decizia școlii (CDȘ): aprofundare, extindere și discipline opționale.
La nivelul liceal, în privința statutului disciplinelor opționale, s-au încercat clarificări aduse Metodologiei impuse de Planul-cadru (prin Ordinul nr. 3449/15.03.1999, completat cu OM nr. 3670/17.04.2000, cu privire la aplicarea Planurilor-cadru de învățământ pentru liceu în anul școlar 2001-2002), cu privire la regimul disciplinelor opționale. În școlile generale, disciplinele disciplinelor sunt reglementate prin Ordinul nr. 4224 din 22.07.1998 și OM nr.3638 din 11.04.2001), dar legislația și metodologia nu sunt, în general respectate. La începutul introducerii lor în școli (1998), profesorii nu agreau ideea predării disciplinelor opționale. Pentru marea majoritatea este și acum o „corvoadă" să predea o disciplină opțională și o fac, numai când nu au încotro. Se preferă orele de aprofundare și extindere, unde există manual și e mai ușor.Lucrul cel mai grav, însă, este atunci când profesorilor care doresc și au competența necesară (au chiar realizate programa, planificarea, suportul de curs/manualul) să predea discipline opționale, nu li se permite, pe motiv că în anul respectiv le iese norma întreagă numai din trunchiul comun. Din nefericire mai sunt și situații în care disciplinele opționale se confundă adesea, cu aprofundări și extinderi. Explicația cea mai des auzită este că "fac parte din CDȘ". În acest caz, nu se cunoaște, sau nu se dorește să se aplice metodologia și legislația în vigoare, ceea ce transformă totul într-o improvizație. Dacă la predarea disciplinelor din trunchiul comun se pune accent deosebit pe proiectare, disciplinele opționale sunt discriminate. Și unii ar spune chiar pozitiv, în ajutorul profesorului. Multe cadre didactice au în normă incluse ore de aprofundare și/sau extindere. Unii, mai puțin informați, chiar sunt convinși și cred sincer, de altfel, că predau o disciplină opțională. Ca urmare, ceea ce, 1a început, era privit cu teamă sau responsabilitate asumată, s-a transformat, cu timpul, în ceva „foarte ușor" și la îndemâna oricui … ”nu-i iese norma". Pentru profesorii care își fac debutul în realizarea unei discipline opționale, ar fi de preferat să aleagă și să utilizeze, măcar în primul an pentru orientare, programele deja existente, care au fost deja aplicate mai mulți ani consecutiv de către propunători, și să aleagă titluri de opționale care s-au bucurat de succes în rândul elevilor. Ulterior, din experiența acumulată își vor putea proiecta și realiza propria programă de opțional, bazată pe interesele elevilor, feed-back și cerințele pieței muncii.
1.4.4 Proiectarea disciplinelor opționale
Proiectarea curriculum-ului la decizia școlii are ca repere:
resursele umane și materiale ale școlii;
interesele elevilor;
situațiile specifice școlilor;
necesitățile comunității locale.
Opționalul la nivelul ariei curriculare
implică cel puțin două discipline dintr-o arie curricular
se realizează între disciplinele din aceeași arie curriculară.
pentru aceste opționale se redactează proiecte de programă cu teme și conținuturi care vor fi avizate în școala și aprobate de inspectorate.
acest tip de opțional se poate realiza și în echipă de către mai mulți profesori, care prezintă tema/cursul comun
programa va cuprinde obiective pe arie curriculară și obiective cadru ale disciplinei implicate;
Opționalul la nivelul mai multor arii curriculare (opțional integrat)
Poate fi realizat la nivelul disciplinelor din cel puțin două arii curriculare și are un caracter transdisciplinar sau interdisciplinar, prin intersectarea unor segmente de discipline aparținând mai multor arii.
Opționalul ca tema integratoare pentru mai multe arii curriculare este notat (***).
Programa va cuprinde obiective transdisciplinare și obiective cadru ale disciplinelor implicate.
Temele conținuturilor programelor sunt la nivelul mai multor arii curriculare.
1.4.5 Documentația disciplinei opționale
1. denumirea opționalului;
2. aria curricularăși tipul de opțional (*, **, ***);
3. durata (semestrial, anual, pe ciclu curricular);
4. modul de desfășurare:
• pe grupe-număr grupe,
• număr de elevi,
• pe clasa;
5. propunător/i
• nume, prenume,
• specialitatea,
• gradul didactic;
6. școala și localitatea;
7. locul desfășurării (ziua, ora, locul desfășurării activităților);
8. tabelul elevilor participanți (nr. crt., nume și prenume, clasa);
9. proiect de programă (teme/conținuturi).
Programa se realizează în funcție de:
teme/conținuturi;
arie și ciclu curricular;
tipul de opțional;
durata.
1.4.6 Planificarea/proiectarea didactică a opționalelor.
A. Opționalul la nivelul disciplinei (*)
Obiectiv cadru
Obiectiv de referință
Activități de învățare
Evaluare
B. Opționalul la nivelul ariei curriculare (**)
Obiectiv transdisciplinar
Obiectiv pe arie curricular
Obiective cadru ale disciplinelor implicate
Obiective de referință
Activități de învățare – evaluare
C. Opționalul la nivelul mai multor arii curriculare
Obiectiv transdisciplinar
Obiective cadru ale disciplinelor implicate
Obiective de referință
Activități de învățare – evaluare
1.4.7 Elemente constituente ale unui curriculum la decizia școlii
Activitățile de învățare
concentrate pe noi practici didactice de tip interactiv;
Evaluarea
Observarea sistematică a comportamentului elevului prin:
fișa de clasificare;
scara de clasificare;
lista de control/verificare;
proiectul;
portofoliul
Conținuturi
sunt alese pe baza bibliografiei studiate;
planificarea, va trebui sâ conținâ data prezentării, grupa/clasa și numărul de ore afectat.
vor cuprinde texte, rezumate, proiecte didactice și trimiteri la adresele bibliografice sau material suport (realizate de profesori).
1.4.8 Metodologia de elaborare a curriculum-ului
Nu există o modalitate fixă, general acceptată de elaborare a curriculum-ului, dar pot fi parcuse etapele din diagrama de mai jos:
1.5. Abordarea pe bază de competențe
Utilizarea competenței ca element central al elaborării unui curriculum modern este, în general, asociată cu modernizarea învățământului profesional din Europa. Conform unui astfel de curriculum, un elev competent este acela care poate demonstra deținerea abilităților practice necesare pentru finalizarea sarcinilor ocupaționale specifice definite de nevoile angajatorilor. Totuși, abordarea pe bază de competențe este din ce în ce mai mult adaptată pentru a fi aplicată și în învățământul general, acolo unde curriculum-ul trebuie să le dezvolte elevilor mai mult decât cunoștințe și un grad de înțelegere.
În mare, un curriculum bazat pe competențe este unul care afirmă ce ar trebui să știe, să înțeleagă și să poată face elevul, la sfârșitul unei perioade de școlarizare. Curriculum-ul bazat pe competențe se distinge tocmai prin faptul că pune accentul pe aplicarea cunoștințelor și a înțelegerii în situații concrete.
Această abordare a elaborării curriculum-ului se concentrează din ce în ce mai mult pe pregătirea elevilor pentru următoarea etapă a vieții lor, fie că este vorba de continuarea studiilor, fie de angajare și viața de adult. Curriculum-ul național românesc definit în „Noul curriculum național” publicat de MECT (2000)
demonstrează unele caracteristici ale modelului curricular bazat pe competențe. După menționarea pe scurt a scopurilor generale pentru învățământul primar și cel secundar inferior, există un profil de formare mai detaliat și mai cuprinzător care enumeră și descrie capacitățile, atitudinile și valorile care vor fi „rezultatele învățării urmărite prin aplicarea noului curriculum“, la finalizarea învățământului general obligatoriu (vezi anexa 4). Lista respectivă include competențe generale în domenii cum ar fi gândirea creativă, comunicarea, contribuția la dezvoltarea comunității etc. (aceste competențe generale sunt foarte diferite de competențele specifice și specializate din punct de vedere practic ale curriculum-ului învățământului profesional și tehnic).
Totuși, competențele vizate de profilul de formare nu sunt corelate obiectivelor și standardelor fiecărei discipline de studiu prin care se implementează curriculum-ul național. Prin urmare, este neclar în ce măsură fiecare disciplină de studiu trebuie să contribuie la dezvoltarea competențelor enumerate în profilul de formare.
Școala trebuie să ia în considerare și existența altor competențe pe care să le
dezvolte elevilor, pe lângă competențele din profilul de formare.
1.6. Evaluarea/auditului curriculum-ului
Prima etapă a procesului de elaborare a curriculum-ului la decizia școlii constă în a stabili ce furnizează curriculum școlar existent
Se presupune că toate școlile implementează curriculum-ul național, așa cum îl înțeleg. Această înțelegere se bazează probabil pe specificațiile pentru disciplinele academice incluse în curriculum-ul național, și nu pe competențele incluse în profilul de formare. Nu există niciun mecanism care să traducă atingerea obiectivelor și a standardelor disciplinelor din curriculum-ul național în obținerea competențelor pe care trebuie să le aibă absolvenții învățământului obligatoriu.
Ideal ar fi ca ca prima etapă în elaborarea curriculum-ului la decizia școlii să fie evaluarea/ auditul a ceea ce se furnizează prin curriculum-ul pe discipline raportat la competențele pe care trebuie să le aibă absolvenții învățământului obligatoriu. Curriculum-ului la decizia școlii se utilizează pentru a acoperi golurile/lipsurile identificate între competențele preconizate și ceea ce curriculum-ul pe discipline dezvoltă de fapt. Pentru a face această analiză comparativă, poate fi elaborată o matrice care să permită aprecierea gradului în care curriculumul pe discipline contribuie la dezvoltarea competențelor dorite specificate în profilul de formare al absolventului de învățământ obligatoriu.
Un exemplu de matrice este prezentat în figura 1.
Matricea poate fi folosită în mai multe moduri și la diferite niveluri:
a) La nivelul cel mai simplu, se poate face o evaluare intuitivă a contribuției pe care fiecare disciplină o aduce dezvoltării fiecărei competențe. Se poate continua prin a evalua în ce măsură disciplinele ca întreg dezvoltă competențele dorite. O astfel de evaluare nu este neapărat un exercițiu științific și poate fi întreprinsă cel mai bine de cei care au cunoștințe detaliate despre curriculum-ul național pe discipline și despre competențe. Școlile sunt probabil mai îndreptățite să stabilească care este contribuția în detaliu a disciplinelor de studiu la dezvoltarea competențelor din profilului de formare decât să evalueze în ce măsură sunt dezvoltate competențele respective.
b) Abordarea ar putea fi îmbunătățită prin alocarea unui total de 5 puncte pentru fiecare competență.
Evaluatorii curriculum-ului sunt rugați să noteze fiecare disciplină, de la 1 la 5 în funcție de contribuția lor la dezvoltarea competenței respective. Unei discipline nu i se alocă mai mult de o notă, maximum de 5 puncte fiind acordat doar dacă respectiva competență este dezvoltată complet. Alternativ, fiecare disciplină de studiu poate primi un maxim de 5 note pentru contribuția pe care o aduce la realizarea fiecărei competențe. Media punctajelor obținute de disciplinele de studiu poate fi reprezentată grafic pentru a avea un profil privind cât de departe a ajuns școala în ceea ce privește acoperirea competențelor (vezi figura 3).
Dezavantajul acestei abordări este că utilizarea cifrelor lasă impresia falsă de obiectivitate a ceea ce este în esență o judecată de valoare subiectivă; punctul său forte constând în discuția profesională care are loc între membrii echipei de evaluatori ce încearcă să ajungă la o apreciere agreată de toți.
c) O abordare mult mai riguroasă ar cere probe care să sprijine afirmațiile privind contribuțiile fiecărei discipline. De exemplu, unul dintre enunțurile din cadrul competenței de gândire creativă se referă la abilitățile de rezolvare de probleme. Ne-am aștepta ca matematica să pretindă că are o contribuție utilă la
dezvoltarea acestei competențe și că poate oferi evidențe sub forma produselor pe care elevii le-au obținut la matematică. Următoarea chestiune ce se cere discutată este dacă însușirea abilităților de rezolvare a problemelor matematice satisface pe deplin cerințele competenței de gândire creativă. Problematica evidențelor care susțin faptul că un elev și-a dezvoltat o anumită competență se complică mai departe, deoarece elevii sunt evaluați în funcție de atingerea obiectivelor și standardelor disciplinelor, și nu de respectarea enunțurilor din descrierile competențelor din profilul de formare al absolventului de învățământ obligatoriu.
O metodologie similară poate fi folosită pentru evaluarea realizării fiecărui enunț din descrierea competențelor. Figura 2 arată cum una dintre competențe și enunțurile asociate acesteia pot fi evaluate pentru fiecare disciplină a curriculum-ului național.
Figura 1: Matricea competențelor/ disciplinelor
Figura 2: O analiză mult mai detaliată a competenței
Figura 3: Auditul curriculum-ului: competențele din profilul de formare dezvoltate de curriculum național.
Descriptorii de note se încadrează între 1 (slab) și 5 (excelent), astfel:
1. Slab – nu se dezvoltă nicio competență.
2. Nesatisfăcător – se dezvoltă câteva competențe.
3. Adecvat – număr egal de competențe care sunt și care nu sunt dezvoltate.
4. Bine – se dezvoltă majoritatea competențelor.
5. Excelent – toate competențele sunt dezvoltate în întregime.
1.7 Analiza de nevoi
Odată identificate diferențele dintre ceea ce realizează disciplinele din curriculum-ul național și competențele enumerate de profilul de formare, următoarea etapă în procesul de elaborare a curriculum –ului la decizia școlii necesită constituirea unei echipe de elaborare de curriculum care să aibă o idée clară asupra a ceea ce ar trebui să fie dimensiunea locală a curriculum-ului. Este necesar ca școala să se consulte cu factorii interesați de pe plan local și să analizeze împreună cu aceștia oferta sa educațională.
Propunerea nu este ca acești factori interesați să dicteze curriculum-ul la decizia școlii: acesta rămâne una dintre responsabilitățile profesionale ale școlii. Totuși, se acreditează ideea că acest curriculum la decizia școlii va fi mai bun, dacă se iau în considerare punctele de vedere ale tuturor factorilor interesați de la nivel local. Acest proces poate include într-un mod eficient:
Luarea în considerare a nevoilor viitoare ale angajatorilor locali.
Există deja Planuri Regionale de Acțiune pentru Învățământ care definesc viitoarele cerințe ale pieței de muncă regionale. Acestea sunt completate de Planurile Locale de Acțiune pentru Învățământ pe care școlile și le pot schița pe măsură ceși dezvoltă propriile curricula. Mai mult, se recomandă organizarea de discuții cu angajatorii locali. După cum se întâmplă adesea, nu este ușor să desfășori discuții semnificative cu angajatorii. Acest lucru este și mai dificil în zonele rurale unde există puțini agenți economici mari sau aceștia chiar lipsesc. În orice caz, evaluarea punctelor de vedere ale angajatorilor este un element esențial în identificarea nevoilor pieței locale de muncă de care depinde un număr mare de absolvenți după ce termină școala.
Angajatorii locali pot fi invitați la școală să vorbească cu elevii despre ceea ce așteaptă de la noii lor angajați.
Identificarea așteptărilor comunității locale față de școală.
Dacă este dificil să se definească nevoile și așteptările angajatorilor, definirea comunității locale și a nevoilor acesteia este și mai dificilă. Există însă instituții/organizații care pot fi consultate, cum ar fi administrațiile locale, bisericile, cluburile sportive sau organizațiile voluntare.
Consultarea cu părinții.
Părinții au așteptări legitime privind educația copiilor lor și opiniile lor legate de nevoile elevilor trebuie să fie ascultate.
Implicarea elevilor.
Elevii sunt potențialii beneficiari ai unui curriculum modern care este relevant pentru nevoile vieții lor viitoare. Aceștia trebuie încurajați să analizeze ce tip de învățare le va satisface nevoile viitoare, atât cele individuale, cât și cele de grup.
Informarea Consiliului de Administrație.
Deoarece școala are contacte cu unii dintre reprezentanții comunității locale prin intermediul consiliului său de administrație, acesta poate funcționa ca un valoros element de rezonanță în cadrul procesului care ne interesează..
• profilul național de formare;
• informații despre economia locală (PRAI-uri, PLAI-uri) și rezultate ale discuțiilor cu factorii interesați
• rezultatele oricărei evaluări/al oricărui audit al curriculum-ului din școală și propuneri privind acoperirea deficiențelor identificate.
După prezentare, poate urma o discuție în legătură cu ce ar trebui să acopere curriculum-ul la decizia școlii. În funcție de numărul de persoane participante la întâlnire și timpul disponibil, membrii Consiliului de administrație pot fi împărțiți în grupuri care să se ocupe de anumite competențe. Fiecare grup va avea
nevoie de un reprezentant al conducerii școlii care să le explice celor din afara problematica curriculum-ului existent.
Consultarea cu grupurile menționate anterior are mai puține șanse de succes dacă școala nu a elaborate deja o agendă de lucru pentru un posibil curriculum școlar. Pe de altă parte, dacă școala a luat deja toate măsurile privind propriul curriculum la decizia școlii, atunci orice consultare poate părea o ipocrizie. Așadar, trebuie stabilit un echilibru între consultarea factorilor interesați și demersurile proprii școlii. Se recomandă în acest sens să se organizeze consultații productive în etapa de planificare a elaborării curriculum-ului la decizia școlii, când opiniile și ideile din afara școlii pot fi încă luate în considerare, înainte de luarea deciziilor finale. Merită să ne amintim că cei care sunt consultați pot juca un rol și în implementarea eficientă a curriculum-ului, ca, de exemplu, furnizorii de locuri de practică, instituțiile/persoanele care pot oferi sprijin pentru proiectele realizate de elevi etc.
1.8. Conținutul curriculum-ului
Este probabil inevitabil ca un curriculum tradițional pe discipline să se raporteze la trecut, deoarece este construit pe un corp de cunoștințe existente. Curriculum-ul pe discipline este o cerință obligatorie, deoarece școlile trebuie să funcționeze conform legislației actuale a învățământului. Un proces de evaluare/audit al curriculum-ului cum este cel descris anterior identifică lipsurile privind dezvoltarea competențelor enumerate în profilul de formare prin studiul disciplinelor obligatorii din trunchiul comun. Discuțiile și procesul analitic asociat auditului de curriculum poate identifica modalități prin care disciplinele academice sunt în măsură să dezvolte mai mult dintre competențele din profilul de formare decât o fac în momentul de față.
O astfel de extindere a rolului disciplinelor din curriculum-ul național este binevenită, mai ales dacă este parte a întregului proces de evaluare/audit și de planificare a curriculum-ului la nivelul școlii.
Limitele disciplinelor tradiționale în ceea ce privește dezvoltarea competențelor cerute de societatea cunoașterii au fost recunoscute de ordinele de ministru care au promovat educația antreprenorială în 1999 și au introdus, în 2000, disciplina „Integrare în Uniunea Europeană”.
În cazul liceelor, Cultura civică, Drepturile omului, Educația pentru dezvoltare și Educația mass-media au fost adăugate ofertei curricular în 2000. Multe țări de altfel, au apelat la această abordare de definire a unui trunchi de discipline tradiționale pentru curriculum-ul școlar național și au resimțit presiunea extinderii curriculum-ului pentru a lua în considerare schimbările lumii în care elevii vor evolua, odată cu terminarea școlii.
Pericolul de a adăuga continuu alte elemente curriculum-ului deja existent este supraaglomerarea, rezultatul fiind că niciuna dintre componentele curriculare nu mai dispune de timp suficient pentru a fi aplicate corespunzător.
Riscul cu care se confruntă elevii este fragmentarea și lipsa de focalizare a curriculum-ului, deși elevii ar recunoaște, dacă ar fi întrebați, că partea de curriculum cu cea mai mare greutate este aceea evaluată formal, deoarece succesul sau insuccesul la disciplinele respective va determina abilitatea lor de a progresa înspre etapa următoare aleasă de ei: continuarea studiilor sau inserția pe piața muncii.
Rolul curriculum-ului la decizia școlii este acela de a acoperi golurile/ lipsurile la nivelul competențelor dezvoltate de întregul curriculum școlar și care au fost identificate în timpul procesului de audit al curriculum-ului și al analizei de nevoi locale descrisă mai sus. Aceste lipsuri pot avea legătură nu numai cu conținutul curriculum-ului, ci și cu implementarea acestuia.
Experiența altor țări care au un curriculum predominant pe discipline este că înțelegerea și cunoștințele suplimentare cerute prin curriculum-ul la decizia școlii includ acele elemente specifice ce-i pregătesc pe tineri pentru viitor, într-o mai mare măsură decât disciplinele din curriculum-ul național. Aceste elemente pot include:
a. Abilități generice – considerate în mod obișnuit importante pentru viața adultă și în câmpul muncii:
• comunicare;
• abilități de calcul;
• rezolvare de probleme;
• lucru în echipă;
• folosirea TIC;
• a învăța cum să înveți și să-ți îmbunătățești performanța.
În cazul unora dintre aceste abilități este ușor de observat o conexiune directă cu disciplinele din curriculum-ul național, de exemplu, matematica ar trebui să le ofere elevilor posibilitatea de a învăța abilitățile de calcul necesare într-o fază ulterioară a vieții lor, studiul limbilor moderne trebuie să dezvolte abilitățile de comunicare etc. Fiecare școală are nevoie să ia în calcul cât de mult reușesc să acopere dezvoltarea respectivelor abilități prin curriculum-ul existent. Problema este că, dacă abilitățile sunt complet sau parțial dezvoltate cu ajutorul disciplinelor de studiu, acest lucru se face într-un context divergent de lumea adultă și a pieței muncii, cea în care tinerii vor trebui de fapt să le pună în practică. Pentru a avea o utilitate maximă, abilitățile necesare trebuie să fie aplicate în contexte nonșcolare (sau în contexte nonșcolare simulate), pentru ca elevii să le poată aprecia relevanța pentru viața lor viitoare.
În această situație, rolul curriculum-ului la decizia școlii este de a căuta oportunități de dezvoltare sau de punere în practică a acestor abilități în situații din lumea reală. Acolo unde abilitățile nu sunt dezvoltate, curriculum-ul la decizia școlii trebuie să furnizeze oportunități specifice de asimilare și exersare a lor, într-un context cât mai relevant posibil pentru nevoile viitoare.
b. Pregătirea pentru angajare
În timp ce unii elevi își vor continua studiile, acesta fiind obiectivul urmărit după finalizarea învățământului obligatoriu, mulți dintre aceștia vor trebui să înceapă să caute un loc de muncă. Chiar și cei care merg în continuare la școală vor trebui să lucreze, în unele cazuri, pentru a-și câștiga existența.
Elevii ar trebui să fie sprijiniți de școală în confruntarea cu această provocare. Sprijinul poate lua mai multe forme, printer care:
• experiența de lucru prin practică la locul de muncă, supraveghere, sarcini la locul de muncă etc.;
• consiliere și orientare în carieră;
• dezvoltarea abilităților de căutare de locuri de muncă.
c. Oportunități de dezvoltare personală
Elevii se dezvoltă și se maturizează la vârste diferite și în ritmuri diferite. Acest aspect este recunoscut de curriculum-ul național, iar curriculum-ul la decizia școlii poate constitui o modalitate prin care nevoile individuale ale elevilor pot fi acoperite. Evenimentele artistice din școală sunt exemple bune de oportunități ce pot conduce la creșterea încrederii în sine a elevilor și la dezvoltarea abilităților de lucru în echipă. Colectarea de fonduri pentru scopuri filantropice este un alt exemplu de oportunități prin care se oferă șansa de a crește empatia față de cei care sunt mai puțin norocoși decât ei în viață. Pe măsură ce elevii se apropie de finalul activității lor școlare, se confruntă nu numai cu cererile impuse de piața muncii și de învățământul superior, trebuie, totodată, să-și preia celelalte responsabilități din viața de adult și de familie. Astfel, trebuie să poată să facă față viitoarelor roluri de soți, soții, părinți și administratori ai bugetelor familiei, într-o societate mai puțin sigură și aflată într-o schimbare continuă și accelerată.
Curriculum-ul tradițional nu are în mod direct în vedere nevoia de a-i pregăti pe elevi pentru aceste aspecte ale vieții lor viitoare. În acest context, considerăm că aceste aspecte trebuie luate în considerare în primul rând de curriculum-ul la decizia școlii.
1.9 Structura curriculum-ului
1.9.1 Un curriculum modular
Pentru că CDȘ este, prin definiție, o modalitate prin care școlile pot lua decizii în limitele cadrului național, intenția acestui ghid nu este de a prescrie o structură detaliată, cuprinzătoare a acestui tip de curriculum. Ghidul dorește în schimb să descrie câteva concepte relevante pentru un singur bloc curricular care poate fi reprodus pentru oricâte blocuri curriculare școala dorește să dezvolte sau să aplice. Numele dat acestui bloc curricular este modul (o denumire alternativă în literatura de specialitate ar fi cea de unitate).
Un modul reprezintă un „set coerent, independent și explicit de competențe de învățare”.
Competențele de învățare descriu acele lucruri pe care o persoană care învață ar trebui să le știe, să le înțeleagă și să le poată face la finalizarea procesului de învățare (vezi secțiunea de mai sus a ghidului referitoare la curriculum-ul bazat pe competențe).
În această etapă a elaborării curriculum-ului la decizia școlii nu se propune prescrierea unor reglementări privind mărimea modulelor. Acolo unde se folosesc module, acestea au de obicei o durată de aproximativ 30 – 60 de ore de curs. Se poate discuta ulterior dacă este necesar să atribuim modulelor niveluri (care pot fi atribuite în funcție de vârstă). Deoarece curriculum-ul la decizia școlii nu este parte a deciziilor privindevaluarea națională, aceasta nu este o chestiune care necesită atenție imediată.
Printre avantajele unui curriculum cu o structură modulară putem enumera:
1. Unități de învățare pentru elevi care pot fi ușor administrate. Timpul necesar pentru atingerea obiectivelor de învățare este măsurat în ore, și nu în luni sau ani, ceea ce poate fi motivant pentru elevi;
2. Pentru că fiecare modul este un set de sine stătător de competențe de învățare, fiecare modul poate fi independent de celelalte. Structura modulară nu pleacă de la ipoteza că învățarea are loc în progresie liniară;
3. Noi module pot fi proiectate la cerere pentru scopuri specifice, fără a afecta alte părți ale curriculum-ului;
4. Dintre resursele disponibile în școală, elevii pot alege dintr-o selecție de module pe cele pe care să le studieze, pentru ca aspirațiile lor de învățare să aibă șanse mai mari să fie atinse;
5. Modulele pot fi grupate în obligatorii și opționale pentru a furniza programe coerente de învățate și pentru a evita fragmentarea și incoerența.
Fiecare modul conține:
1. Un scurt titlu al modulului, preferabil mai scurt decât o propoziție;
2. Listă de competențe (abilitățile, cunoștințele și înțelegerea pe care elevii vor trebui să le asimileze și să le aplice) cerute candidaților pentru a absolvi modulul;
3. Criterii de performanță: descrieri calitative a ceea ce trebuie să poată face elevul, care permit emiterea unei judecăți obiective privind dobândirea sau nu a unei competențe de către elev;
4. Specificații ale variatelor circumstanțe sau contexte în care vor fi aplicate criteriile de performanță.
5. Activitățile de învățare: enunțuri despre cum va fi organizat procesul de învățare pentru ca elevi să-și dezvolte competențele.
6. Probe de evaluare: un enunț al probei cerute pentru autentificarea atingerii cu succes de către elev a criteriilor de performanță.
7. Documentația suport care trebuie:
• să includă o scurtă descriere pentru elev a conținutului, scopului și relevanței modulului;
• să indice tipul de persoană căreia i s-ar potrivi modulul;
• să identifice materialele de învățare și resursele disponibile pentru a fi utilizate.
Un modul se focalizează pe evaluarea a ceea ce trebuie învățat, prin opoziție cu programa școlară și procesul de învățare (implementare) care sunt mai ample. Cu alte cuvinte, modulul nu trebuie să conțină tot ce se predă – adică programa sau planificarea. Modulul trebuie să conțină ceea ce se învață ca rezultat al programului.
1.9.2Cum construim un modul?
1. Prima etapă constă în stabilirea elementelor cheie ale tipului de învățare care se dorește a fi promovat.
2. Odată decise domeniile cheie, este necesar sa se divizeze și să se grupeze activitatea de învățarea în seturi coerente (ceea ce înseamnă că trebuie să existe o relație clară între competențele învățării). Acestea sunt seturile care vor forma cel mai probabil modulul (modulele).
3. Se urmărește ceea ce vor câștiga elevii din întreaga experiență de învățare.
4. Relația dintre implementare și modulele de evaluare poate fie explicată după cum urmează:
• Implementarea vizează structura și conținutul procesului de învățare.
• Modulele se focalizează pe activitatea de învățare evaluată ca rezultat al procesului de învățare (adică performanța).
Titlul
1. Titlul trebuie să fie un rezumat al modulului. O persoană din afara școlii, un inspector sau un angajator, de exemplu, ar trebui să aibă o impresie clară asupra conținutului respectivei unități.
2. Titlurile trebuie să fie independente; cu alte cuvinte, nu trebuie să conțină titlul unui program general sau să facă referire la un alt modul.
3. Titlurile nu trebuie să conțină metode de evaluare sau alte detalii neesențiale, de exemplu, modul de implementare sau grupul țintă.
4. Dacă nu puteți alege un titlu care rezumă limpede ce dorește să se obțină prin unitatea respectivă, se poate ca grupul de competențe ale învățării să fie unul incoerent.
5. Titlul nu trebuie să includă paranteze, linii de unire sau două puncte, decât dacă aceste sunt necesare pentru a aduce clarificări.
1.9.3 Competențe
1. Acestea sunt enunțuri legate de ceea ce se așteaptă să știe elevul și/ sau să înțeleagă și/ sau să poată face ca rezultat al procesului de învățare și trebuie să poată fi precedată de fraza standard „Elevul trebuie să fie capabil să …”
2. Enunțurile trebuie să descrie mai mult rezultatele învățării, și nu procesul de învățare în sine, adică ceea ce a fost învățat, și nu ceea ce a fost predat. Competența trebuie să poată fi evaluată.
3. Caracteristicile cheie ale unui rezultat clar al învățării sunt:
• un verb de acțiune (de exemplu, a demonstra);
• conținut definit (de exemplu, analiza logică a unui set de date).
4. Verbele de acțiune folosite vor depinde în mare măsură de corelarea competențelor cu un corp de cunoștințe/înțelegere sau cu un set de abilități.
5. Formulați competențele în enunțuri scurte și la obiect.
6. Nu există un număr specific de competențe pentru un modul. Dar, în cazul în care se dezvoltă din ce în ce mai multe competențe, ele trebuie să fie și evaluate. Pe de altă parte, o singură competență pare insuficientă pentru a exprima ceea ce elevul a obținut în 60 de ore de activitate de învățare. Această competență unică ar trebui împărțită în elemente componente, care sunt apoi rezumate în titlul modului. În mod orientativ, media pe un modul este de 3-5 competențe de învățare.
7. Coerența unui grup de competențe este esențială. Toate trebuie:
• să aibă legătură una cu cealaltă și cu titlul modulului;
• să evite repetiția și suprapunerile.
8. Nu se folosește mai mult de un verb în enunțul competenței.
1.9.4 Criterii de performanță
1. Acestea sunt enunțuri asociate fiecărei competențe care specifică precis performanțele.
2. Criteriile trebuie să fie observabile și operabile, dar nu să descrie metoda/activitatea de evaluare.
Aceasta este descrisă în altă secțiune a documentului, la Evaluare și evidențe. De asemenea, dacă este posibil să se scrie criteriile, astfel încât să fie aplicabile pentru o gamă mai largă de metode de evaluare, unitatea va deveni astfel mai elastică și compatibilă cu o gamă variată de strategii de predare
și evaluare. Veți putea astfel să modificați modul în care evaluați elevii de la an la an.
3. Limbajul folosit la formularea criteriilor de performanță trebuie să fie explicit, lipsit de ambiguitate și obiectiv. Evitați folosirea verbelor de tipul „a comenta asupra” și „a se exprima clar”, calificatori ca „pe deplin”, „efectiv”, „profesional”, „competent”, „eficient” etc., deoarece aceștia sunt interpretabili. Dacă este necesar, dați exemple pentru a prezenta un standard de performanță la care vă așteptați.
Nu uitați că „mai mult nu înseamnă mai bine” atunci când vine vorba de criterii de performanță!
Capacitatea de a scrie 5 eseuri nu înseamnă neapărat că abilitățile de scriere de eseuri ale elevului sunt la un nivel înalt.
4. Dacă nu sunteți sigur de cantitatea de detalii ce trebuie introduse, puneți-vă următoarea întrebare:
„Dacă utilizez criteriile de performanță ale modulului pentru a evalua munca elevului, îmi oferă acestea (mie sau altui evaluator) suficiente informații pentru a ajunge la judecăți de valoare eficiente referitoare la competență?”
Nu uitați! Criteriile de performanță trebuie să conțină suficiente detalii pentru a-i prezenta cititorului exact ceea ce se așteaptă de la elev pentru a demonstra competența cerută. Acest enunț este folosit de evaluator pentru a stabili dacă probele prezentate de elev îndeplinesc cerința specifică a competenței.
5. O posibilă abordare a scrierii criteriilor de performanță este de a preconiza activitățile/sarcinile de evaluare pe care le veți folosi pentru a decide dacă elevii demonstrează competențele de învățare. Veți construi astfel o perspectivă a probelor de evaluare generate de activitatea care, în schimb, va sta la baza criteriilor de performanță.
1.9.5 Condiții de aplicabilitate
1. Acestea sunt enunțuri care specifică variatele circumstanțe sau contexte în care se vor aplica mai sus menționatele criterii de performanță. Domeniile acoperite includ diferențe cheie în ceea ce privește locația fizică, contextele de angajare și echipamentul folosit.
Acestea pot fi exemplificate după cum urmează:
Locația: școală, întreprindere, birou;
Contexte de angajare: normă întreagă; normă parțială; subcontractor independent;
Echipament folosit: computer, telefon, fax, copiator.
2. Condițiile de aplicabilitate trebuie să relaționeze criteriile de performanță cu rezultatul învățării vizat.
1.9.6 Activitățile de învățare
1. Acestea specifică procesele prin care elevul își va dezvolta competențele.
2. Nu este imperativ ca toate competențele să aibă activități de învățare, fiindcă, în cele mai multe cazuri, competența va fi dobândită în mai mult de o singură activitate de învățare.
Cerințe privind evidențele
Acestea definesc probele cerute de la o persoană pentru a demonstra competența la nivelul unui rezultat concret. Ele constau, de obicei, în exemple ale activității pe care o persoană trebuie să le producă și trebuie să acopere nu numai criteriile de performanță, ci și contextul.
Recomandări
Școlile trebuie să elaboreze un CDȘ pentru a-și satisface propriile nevoi. Cu toate acestea, multe dintre nevoi se regăsesc la nivelul tuturor școlilor, ca de exemplu, pregătirea elevilor pentru viitorul lor rol de părinți. Pentru a se evita dublarea efortului, este recomandabil ca modulele aprobate și create ca parte a elaborării CDȘ să fie colectate și corelate la nivel național și regional, astfel încât celelalte școli să poată să-și dezvolte un CDȘ utilizând experiența altor școli pilot și evitând riscul de dublare inutilă a efortului.
1.10 Procesul de implementare
Curriculum-ul pe discipline este, în mod tradițional, implementat prin mijloace predominant, dacă nu exclusiv, didactice. Ghidul de față susține ideea că, pentru a-i pregăti pe elevi pentru viața de adult și pentru cea în câmpul muncii, este nevoie de metodologii de învățare care să le ofere elevilor un mai mare control și responsabilitate în legătură cu propria învățare, deoarece trăim într-o perioadă de schimbări rapide. Enumerăm printre schimbările pe care trebuie să le ia în considerare curriculum-ul următoarele
• schimbările în ceea ce privește specificul pieței muncii;
• schimbări în societate;
• impactul tehnologiei;
• o nouă înțelegere a modului în care învață oamenii;
• nevoia pentru o mai mare personalizare și inovare;
• creșterea dimensiunii internaționale a vieții și a pieței muncii.
Aceasta este o listă de schimbări pe care le putem identifica în momentul de față. Totuși, vor apărea mult mai multe pe care nu le putem întrevedea încă.
Pregătirea elevilor pentru această lume schimbătoare și imprevizibilă reprezintă o responsabilitate covârșitoare și o provocare considerabilă.
Abilitatea elevilor de a face față acestei lumi nu va fi garantată prin memorarea unui corp fix de cunoștințe tradiționale, ci va depinde de abilitatea de a învăța și aplica permanent noi abilități, pentru a se adapta cerințelor variabile ale vieții de adult și a celei de angajat.
Așadar, să-i învețe pe elevi cum să învețe este prioritatea unui curriculum modern, iar curriculum-ul școlii trebuie să-i formeze pe elevi, oferindu-le această competență vitală. A învăța cum să înveți implică idea că modul în care învață elevii este cel puțin la fel de important ca ceea ce învață. Deoarece curriculum-ul
de trunchi comun nu dezvoltă toate abilitățile de învățare dezirabile, curriculum-ul la decizia școlii trebuie să încerce să dezvolte o gamă mai largă de abilități de învățare ale elevilor, prin intermediul procesului de implementare și totodată pe baza conținuturilor implementate.
Școlii i se cere astfel să regândească acele părți ale curriculum-ului asupra cărora are puterea de a hotărî din punctul de vedere al elevului și al modului în care acesta își sporește abilitatea de a învăța.
Această abordare a învățării este în general denumită învățare centrată pe elev și ținta ei este să ajute la formarea unor elevi care:
• au ținte clare de învățare;
• dispun de un repertoriu lărgit de strategii de învățare și știu când să le folosească;
• folosesc eficient resursele de învățare;
• își cunosc punctele tari și pe cele slabe în calitate de persoane care învață;
• înțeleg procesul de învățare;
• au o atitudine corespunzătoare față de sentimentele trăite atunci când învață;
• preiau responsabilitatea propriei lor învățări și
• planifică, monitorizează, evaluează și își adaptează procesele de învățare.
Pentru a atinge acest scop, profesorii din licee trebuie să-și pună un număr de întrebări dificile printre care:
1. Cum putem să-i implicăm mai mult pe elevi, să-i facem să lucreze conform modalităților în care învață adulții – multisenzorial, prin colaborare, rezolvare de probleme reale?
2. Cum putem să le oferim putere elevilor asigurându-le mai mult control și posibilitatea de a alege?
3. Cum se pot focaliza cadrele didactice pe nevoile elevilor, mai mult decât pe ceea ce doresc ele însele să le ofere?
4. Cum este posibil să se conștientizeze diferențele individuale dintre felul în care învață elevii?
5. Cum se pot identifica punctele tari și punctele slabe și cunoștințele anterior dobândite ale elevilor și cum pot fi constatările încorporate în curriculum-ul la decizia școlii?
6. Cum se poate lucra cu un grup mare de elevi, dar și lua în considerare țintele și traseele individuale ale elevilor?
7. Cum află cadrul didactic (și școala) ce vrea să învețe elevul și cum anume vrea să învețe?
8. Cum se poate evalua modul în care elevii înțeleg aceste întrebări?
9. Cum se folosesc răspunsurile la aceste întrebări pentru a dezvolta capacitatea de învățare a elevului?
Contextul de învățare în sala de clasă este unul complex. Toate clasele au o diversitate de elevi, cu profile și experiențe diferite și cu o varietate de cunoștințe despre tema aflată în discuție.
Metodele tradiționale de predare-învățare sunt puternic înrădăcinate în sistemul de învățământ. În aceste condiții, se pune întrebarea cât de pregătită este școala pentru a face transferul înspre abordări centrate mai mult pe elevi și pentru a-și asuma riscul de a nu fi pe placul elevilor care nu sunt încă pregătiți pentru o abordare a învățării radical diferită ?
În fața atâtor întrebări, dileme și posibile probleme, este ușor de înțeles de ce atât de multe școli și cadre didactice aleg să ignore atât teoriile, cât și cercetările și rămân ancorate în modelele tradiționale de învățare, centrate pe cadrul didactic. Dacă se ia decizia schimbării către o abordare centrată pe elev, trebuie să se aibă în vedere modul de introducere a acestor schimbări importante. Din cauza numărului mare de posibile probleme, activitățile centrate pe elev pot fi introduse gradual pentru a se evita reacțiile de respingere care apar prin restructurări radicale.
Această strategie de schimbare are anumite avantaje și anume:
• atenuează șocul schimbării;
• permite evaluarea și perfecționarea anumitor idei, pe măsură ce sunt testate;
• oferă posibilitatea de a furniza programe de formare spre a le pregăti pe cadrele didactice pentru schimbarea către învățarea centrată pe elev;
• le permite cadrelor didactice să adopte, conform propriului ritm, inovațiile pe care le preferă;
• oferă un eșantion de timp realist de pregătire a noilor procese de învățare;
• evită nevoia de definire și de acceptare a unui model centrat pe elev comprehensiv înainte de inițierea oricărei schimbări.
Curriculum-ul la decizia școlii oferă posibilitatea de a introduce gradual această importantă abordare a învățării în școlile care nu au pornit deja în această direcție. Modulele incluse în anexele acestui ghid propun exemple de învățare structurată în care abordările de învățare activă și centrată pe elev sunt planificate în curriculum (de exemplu, vezi Anexa 5). O listă mult mai detaliată de strategii de învățare activă și centrată pe elev apare în Anexa 7.
1.11 Evaluarea și înregistrarea rezultatelor elevilor
Rolul tradițional al evaluării progresului elevului a fost acela de a-i filtra pe elevii care sunt mai puțin capabili să meargă înspre următorul nivel din ierarhia nivelurilor educaționale. Astfel, testele naționale decid care dintre elevi pot să meargă mai departe la bacalaureat, iar bacalaureatul decide cine merge mai departe la facultate.
Evaluarea progresului elevilor ar trebui să se focalizeze pe ceea ce elevii sunt capabili să facă, și nu pe cum performează în timpul examinărilor tradiționale. Având în vedere rolul său de completare a curriculum-ului academic tradițional, CDȘ-ul ar trebuie să se concentreze pe identificarea și înregistrarea competențelor pe care elevii sunt capabili să le demonstreze. Școlile pot să folosească ocazia de a avea un CDȘ pentru a testa noi forme de evaluare care trebuie analizate și justificate în fața consiliului pentru curriculum din școală și a inspectoratului județean.
Principiile de evaluare includ:
• transparența: ce și cum trebuie evaluat pentru ca procesul să fie clar pentru elev, dar și pentru evaluator.
În modul, am considerat necesar să se prezinte criteriile de performanță care trebuie cunoscute și înțelese de elev, dar și de evaluator;
• obiectivitate și corectitudine: evaluarea are legătură cu demonstrarea competențelor deținute, și nu cu elevul implicat. Evaluatorul trebuie să se concentreze pe ceea ce elevul este capabil să facă cu ocazia evaluării, și nu pe performanța sau comportamentul anterioare;
• consecvență: toți candidații sunt supuși aceleiași evaluări. De exemplu, în modulul „Pregătire pentru angajare” (Anexa 5), toți elevii sunt evaluați printr-un interviu;
• corectitudine: evaluarea trebuie să asigure faptul că doi elevi care au aceeași performanță obțin același rezultat;
• verificare: pentru a asigura corectitudinea, evaluarea nu trebuie să depindă de capriciul unei persoane.
Evaluările ideale sau un eșantion de evaluări trebuie verificate și de alt evaluator profesionist. Când vorbim de evaluarea unei competențe a elevului, nu există un mod de evaluare valabil pentru evaluarea tuturor tipurilor de competență. Modul de evaluare ce urmează a fi folosit trebuie să fie determinat de competența evaluată. În cadrul învățământului profesional, evaluarea poate fi directă. De exemplu, evaluarea competenței unui ucenic ospătar poate fi efectuată cerându-i acestuia să desfășoare sarcinile obișnuite ale unui ospătar dintr-un restaurant sau cafenea. Competența lui/ei poate fi astfel evaluată în funcție de criteriile de performanță impuse unui ospătar competent, prin observarea de către un evaluator calificat. În învățământul general, tipul de evaluare adecvat evaluării competențelor care au adeseori o definiție mai puțin strictă poate fi stabilit cu o mai mare dificultate. Prin urmare, este esențial să fie definite criteriile de performanță. Cu cât criteriile de performanță sunt definite mai precis, cu atât mai ușor este să se selecteze o metodologie de evaluare.
1.11.1 Exemple de metode de evaluare pe care le-ați putea avea în vedere:
• Lucrări scrise: rapoarte, scrisori funcționale, CV-uri, procese verbale ale întâlnirilor, toate sunt exemple bune de lucrări scrise care pot demonstra o competență;
• Joc de rol: aceasta este o formă valoroasă de învățare experiențială care le permite elevilor să învețe prin interpretarea unui rol pe care s-ar putea să trebuiască să-l împlinească mai târziu în viața lor sau pe care îl pot influența;
• Întrebări și răspunsuri: îi permit unui evaluator să suplimenteze evaluarea pentru a stabili motivele pentru care un elev a avut o anumită performanță, cât de multe cunoștințe are elevul sau cât de mult înțelege acesta;
• Prezentări: dați-le elevilor posibilitatea de a-și dezvolta abilitățile de comunicare orală care sunt atât de importante vieții în câmpul muncii. Prezentările de grup reprezintă o bună modalitate de a evalua competențele de lucru ale unei echipe;
• Activitățile practice sunt folosite pentru evaluarea competenței unui elev în învățământul professional și pot fi potrivite și pentru evaluarea unor activități din învățământul general, nonprofesional;
• Observarea de către un evaluator a competenței demonstrate de un elev;
• Examinarea formală este în general mai potrivită unui curriculum academic, dar își poate găsi locul și printre alte tipuri de evaluare aplicată în cazul unui curriculum la decizia școlii;
• Discuțiile între elevi permit evaluarea competențelor de comunicare, de muncă în echipă și de rezolvare de probleme;
• Studiile de caz pot constitui, de asemenea, moduri eficiente de evaluare a competențelor individuale ale elevilor de rezolvare de probleme, de lucru în echipă și de comunicare;
• Proiectele pot fi folosite pentru evaluarea competențelor individuale și de echipă, cum ar fi rezolvarea de probleme, munca în echipă, aplicarea numerelor etc.
Este posibil ca folosind un singur tip de evaluare să atingem un grad de corectitudine mai mic decât prin folosirea unei combinații de tipuri diferite de evaluare. În anexa 5 sunt prezentate diferite metode de evaluare. Orice tip de evaluare ar fi folosit în construirea unui modul, cerințele privind evaluarea trebuie încorporate în modul, la un stadiu timpuriu al proiectării. Învățarea elevului este esențială, dar la fel de critic este să se poată evalua ceea ce elevul a învățat. Evidența rezultată în urma evaluării constă în performanța înregistrată a elevului care demonstrează o competență. Într-un curriculum bazat pe competențe, evidența unei competențe deținute de elev poate lua forme diferite. Evidențele trebuie însă să fie valide, actuale și să-l convingă pe evaluator de competențele elevului.
1.11.2 Exemple de evidențe ce pot demonstra competențe ale elevului:
• articole sau artefacte fizice;
• observarea activităților elevului de către un evaluator, de exemplu, observarea practicii;
• evidențe furnizate de alte organizații sau persoane relevante, de exemplu, o organizație ce funcționează pe bază de voluntariat;
• răspunsurile elevilor la studiile de caz și la alte sarcini atribuite;
• documente pregătite de elev, reunite adeseori sub forma unui portofoliu;
• răspunsurile orale la întrebările adresate de un evaluator.
Diferite tipuri de evidențe pot fi desigur combinate pentru a demonstra o anumită competență.
O colecție de evidențe ale evaluării reunită într-un portofoliu este o modalitate convenabilă de evaluare a competențelor elevului.
1.11.3 Cine ar trebui să efectueze evaluarea competențelor elevului?
Pentru început, este improbabil să existe resurse disponibile noi care să permită recrutarea evaluatorilor din afara școlii. Prin urmare, probabilitatea crescută este ca evaluatorii CDȘ-ului să fie cadrele didactice care coordonează un nou CDȘ. În acest sens, există o serie de implicații:
1. Nu va fi nevoie ca respectivii profesori să fie formați pentru această sarcină de lucru nouă.
2. Pentru a asigura obiectivitatea acestei abordări de evaluare internă, este de dorit să se controleze sau să se verifice evaluarea. Acest lucru se poate face prin:
• apelarea la un alt cadru didactic din școală în calitate de verificator;
• apelarea la o persoană din afara școlii care să lucreze ca voluntar (poate un membru al consiliului de administrație sau un angajator local);
• colaborarea cu o altă școală căreia, la rândul lor, trebuie să i se ofere ajutor.
1.11.4 Probleme legate de evaluare
Introducerea unei noi forme de evaluare va duce inevitabil la apariția unor probleme. Unele dintre aceste probleme potențiale, cum ar fi pericolul subiectivității în evaluare, au fost identificate mai devreme în cadrul acestei secțiuni. Experiența altor țări care folosesc o abordare pe bază de competențe demonstrează că există și alte chestiuni care trebuie luate în considerare, de exemplu:
1. Abordarea față de evaluarea competențelor în învățământul profesional este aceea de a folosi o clasificare foarte simplă – este competent sau nu este competent; și asta pentru că în lumea reală a pieței muncii angajații parțial competenți nu reprezintă un deziderat. Cine vrea să fie tratat de un medic
parțial competent sau să zboare cu un avion pilotat de o persoană parțial competentă?! În afaceri, angajații care nu sunt competenți provoacă mari pierderi companiilor – la nivelul producției sau chiar al reputației. Prin contrast, evaluarea în învățământul general rezultă în gradații ale performanței elevului.
Nu va fi ușor să se introducă o abordare de tipul este competent – nu este competent într-un context de notare foarte tradițional. Un compromis în acest caz ar fi clasificarea competențelor elevului în felul următor:
• nu este competent – criteriile de performanță nu au fost atinse;
• competent – criteriile de performanță sunt atinse, dar, de exemplu, elevul a trebuit să se corecteze pentru a-și demonstra competența;
• competent (merit/distincție) – competența a fost demonstrată fără necesitatea autocorectării unor greșeli.
2. Evaluarea competenței elevului nu trebuie să fie un eveniment unic atunci când vine vorba de acest tip de curriculum. Scopul curriculum-ului este de a dezvolta competențele elevului. Aceasta îi impune elevului să exerseze competențele, iar cadrului didactic să-i ofere sfaturi elevului despre cum să-și
îmbunătățească performanța și să atingă competența.
Aceasta este ceea ce se numește evaluare formativă – cadrul didactic evaluează continuu performanța elevului cu scopul de a o îmbunătăți.
Analogia cu un antrenor sportiv este relevantă în acest domeniu.
Cadrul didactic trebuie să aibă și abilități de a identifica momentul în care competențele elevului au ajuns la un nivel de dezvoltare la care să poată fi formal și cu succes demonstrate în fața unui evaluator.
Aceasta este evaluarea sumativă, echivalentul examinării finale din sistemul general tradițional. În majoritatea sistemelor pe bază de competențe, unui elev i se poate permite să aibă mai multe șanse de a-și demonstra competențele.
3. Ideal ar fi ca evaluarea competențelor elevului ar trebui să se desfășoare în cel mai realist context posibil. Dacă vrem să evaluăm competența elevului de a candida pentru un loc de muncă, ideal ar fi să se implice în evaluare un angajator real. Din nefericire, nu este întotdeauna posibil. Într-o astfel de situație, este de dorit să se simuleze cât mai fidel elementele unei situații din lumea reală, dar în
contextul școlii. De exemplu, se poate împrumuta o fișă reală a postului și șterge numele persoanei angajate; un angajator din comunitate poate fi convins să vină la școală și să simuleze un interviu pentru un loc de muncă cu elevul.
4. Dezvoltarea competenței combinată cu învățarea centrată pe elev și cea experiențială implică adeseori o situație în care elevii lucrează în grupuri pentru realizarea unor sarcini sau proiecte, caz în care competența poate fi demonstrată colectiv, și nu individual; astfel de activități pot contribui semnificativ la achizițiile pe care elevii le pot face în domeniul abilităților academice, economice și sociale. În acest caz, evaluarea contribuției elevului la realizările colective/ale grupului poate fi problematică. În ceea ce-l privește pe evaluator, observarea activității grupului îi poate da o idee generală privind contribuția fiecărui elev. Dar este improbabil ca întreaga activitate a elevului să fie astfel organizată, încât să poată fi în întregime observată de un evaluator. O modalitate de abordare a acestei chestiuni este de a-i cere fiecărui elev să înregistreze zilnic ceea ce a făcut ca parte a sarcinii sau a proiectului de grup.
5. O dificultate suplimentară a evaluării este aceea de a ne asigura că toate contribuțiile elevului, în special lucrările scrise, sunt într-adevăr realizate de elevul însuși. Bineînțeles că apar dificultăți similar și în cazul lucrărilor academice, deși acest lucru este mai puțin probabil să se întâmple în timpul
examinărilor finale supravegheate. Monitorizarea periodică și revizuirea modului în care progresează o anumită lucrare a elevului poate ajuta la stabilirea autenticității acesteia.
1.11.5 Înregistrarea realizărilor/rezultatelor elevului
Procedurile pentru înregistrarea realizărilor elevului în cadrul modulului de CDȘ depășesc scopul celor agreate în cazul examenelor naționale, cum ar fi testele naționale și bacalaureatul. Când se elaborează un document în care se înregistrează realizările/rezultatele elevului, școlile trebuie să ia în considerare
următoarele chestiuni:
a) Care este scopul respectivului document?
Evident, el este elaborat pentru a include oficial realizările/rezultatele obținute de elev în timp ce parcurge cursul de CDȘ.
b) Pentru cine este documentul?
Documentul este al elevului pentru a putea demonstra competențele pe care școala crede că le-a asimilat. Totuși, le poate fi de folos și angajatorilor și instituțiilor de învățământ superior, pentru a înțelege mai bine gama de competențe dezvoltate de elev în timpul școlii. Elevul poate fi mai încrezător, dacă ia documentul cu sine, în situații potențial provocatoare de presiune, cum ar fi interviurile pentru un loc de muncă.
c) Ce resurse sunt disponibile pentru producerea unui astfel de document ?
În majoritatea școlilor, este improbabil să existe resurse suplimentare semnificative care să-i permit școlii să mandateze elaborarea și tipărirea externe ale documentului. În orice caz, existența facilităților TIC și a unui computer în fiecare școală asigură producerea unui document bine realizat la nivelul școlii; realizarea lui poate fi chiar o idee/ temă de proiect pentru elevi.
d) Ce formă ar trebui să aibă documentul?
Într-o primă fază, se recomandă ca documentul să aibă o singură pagină, deși se pot folosi ambele fețe. Trebuie enumerate competențele obținute de elev. Dacă există spațiu, pot fi adăugate informații suplimentare privind contextul obținerii respectivelor rezultate. Este foarte important pentru elevi și pentru alți utilizatori ai documentului de înregistrare a rezultatelor ca acesta să fie autentificat de școală într-o formă în care să nu poată fi reprodus. Se recomandă să fie plastifiat pentru a avea o durată de viață cât mai mare posibil. Copii ale documentului trebuie păstrate în SIM (Sistemul Informațional de Management) al școlii.
Într-o etapă ulterioară, documentul în care sunt înregistrate rezultatele elevului se poate dezvolta prin:
• adăugarea de pagini suplimentare, dacă se dorește acest lucru;
• includerea tuturor realizărilor elevului din timpul perioadei de școală
• completarea datelor de către elev și autetificarea lor de către conducerea școlii
În Anexa 9 este prezentat un exemplu de document de înregistrare a rezultatelor elevului care poate fi folosit de licee ca punct de plecare în introducerea unor proceduri similare.
1.12 Aprobarea CDȘ
Când se finalizează o programă de CDȘ, aceasta trebuie aprobată oficial, înainte de a fi introdusă și utilizată în școală. Se recomandă ca noul curriculum să fie elaborat în formatul cerut de Ministerul Educației și Cercetării Științifice pentru ca cei care iau decizia de aprobare a noului curriculum să poată verifica cât mai ușor posibil îndeplinirea criteriilor ministerului.
Procesul oficial de avizare are două etape obligatorii:
1. Noul curriculum trebuie să fie avizat de Consiliul pentru curriculum din liceu. Teoretic, consiliul ar trebui să fie încântat să aprobe o programă inovativă care ar trebui să fie benefică pentru elevii școlii. În realitate, în majoritatea organizațiilor, există posibilitatea de a întâlni rezistență în fața schimbării.
Nu toți membrii personalului școlii primesc deschis schimbările pe care le aduce un nou curriculum. De exemplu, unele cadre didactice tradiționaliste pot fi de părere că locul disciplinei lor este oarecum amenințat de un nou curriculum. Profesorii care se bazează pe metodele tradiționale de predare pot să fie oarecum îngrijorați de abordarea unei învățării centrate pe elev încurajată de noua programă de CDȘ. În același timp, toate școlile sunt organizații în care lucrează oameni care au experiențe personale și, inevitabil,există rivalități care ies la lumină în cazul multor probleme legate de școală. Așadar nu se poate presupune că noul curriculum va primi automat aprobarea Consiliului școlar pentru curriculum.
Cea mai bună modalitate pentru a evita dificultățile acestei etape, este de a pregăti terenul cu mult timp înainte de întâlnirea propunătorului cu Consiliul Școlar pentru Curriculum. În secțiunea 3.1 s-a sugerat să se înființeze o echipă de autori pentru a produce noul curriculum, iar această echipă să includă reprezentanți din diferite departamente ale școlii. Această reprezentare largă le permite membrilor echipei să disemineze principalele caracteristici ale noului curriculum în fața colegilor lor, noul modul devenind mai familiar și mai puțin amenințător. O ideea bună ar fi aceea a unei scurte ședințe de informare a întregii școli, înainte ca noul curriculum să fie înaintat Consiliului. Evident este vital să se obțină cât mai mult sprijin posibil din partea echipei manageriale în special din partea directorului.
Următoarea etapă este pregătirea pentru întâlnirea cu Consiliul Școlar pentru Curriculum.
Mai întâi, trebuie selectată persoana care va prezenta clar și concis în cadrul întâlnirii cele mai importante beneficii ale noului curriculum pentru școală și elevi. Toți participanții la întâlnire trebuie să aibă copii ale curriculum-ului aflat în discuție. Este o bună practică pentru autorii de curriculum să încerce să anticipeze chestiunile care vor fi ridicate la întâlnire și să-și pregătească răspunsuri.
2. Etapa a doua a procesului de aprobare impune ca noul curriculum să fie înaintat inspectorului de specialitate de la Inspectoratul Școlar Județean. Propunerea va fi evaluată în funcție de criteriile publicate de Consiliul Național pentru Curriculum (pentru criterii vezi anexa 11). Aceste criterii trebuie să fie studiate înainte de a începe elaborarea programei de curriculum la decizia școlii și de adepune noul curriculum la Consiliul Școlar pentru Curriculum și la Inspectoratul Școlar Județean.
1.13 Managementul curriculum-ului la decizia școlii
Dacă va fi considerat un demers serios, introducerea CDȘ-ului va constitui o provocare semnificativă pentru managementul școlar – noi abordări față de curriculum, predare-învățare, evaluare etc. Fiecare școală este în mare măsură unică, în ceea ce privește comunitatea căreia îi furnizează servicii și tipurile diferite de expertiză de care dispune prin intermediul personalului său didactic. Astfel, flexibilitatea pe care o permite CDȘ-ul trebuie să încurajeze școlile să-și evalueze serviciile educaționale oferite elevilor, să construiască pe baza punctelor forte și, în același timp, sa-și remedieze punctele slabe. Dezvoltând un CDȘ de calitate, școlile vor întâmpina multor probleme. Unele dintre acestea sunt enumerate în continuare.
1.13.1 Formarea personalului
Curriculum-ul pe competențe, învățarea experiențială și centrată pe elev etc. conduc la schimbarea rolului unui cadru didactic. Aceste schimbări sunt rezumate mai jos:
Predare Învățare
Instrucție Consiliere
Dirijare Facilitare
Manual Resurse de învățare proprii
Cadrele didactice trebuie să fie pregătite pentru aceste roluri și va fi necesar să identifice surse de formare care le pot oferi expertiza necesară. Școlile se pot orienta înspre furnizorii tradiționali, cum ar fi Casele Corpului Didactic și universitățile, dar ar trebui să ia în considerare și alte școli care au deja o
experiență practică în introducerea noilor abordări. Autorii de curriculum trebuie sprijiniți pentru a evalua noul curriculum în etapele timpurii ale implementării sale.
1.13.3 Opțiunea elevului
Un potențial al CDȘ-ul este sprijinul pe care acesta îl poate oferi elevilor, pe măsură ce se îndreaptă înspre viața de adult și spre cea din câmpul muncii. Pentru elevi, perioada de după absolvirea liceului va fi una caracterizată de o serie de alegeri semnificative. Dacă merg la facultate, ce voi studia? Dacă voi munci, ce loc de muncă să caut? Vreau să mă căsătoresc? Vreau să-mi fac o familie? Ca parte a pregătirii pentru astfel de alegeri, CDȘ-ul le oferă școlilor posibilitatea de a-i încuraja pe elevi să joace un rol activ în luarea deciziei privind ceea ce vor să studieze în cadrul modulului de CDȘ.
În acest sens: școala poate organiza o întâlnire cu unii dintre elevii care tocmai au absolvit școala pentru a-i întreba ce ar fi dorit să fie capabili să studieze în plus pe lângă curriculum-ul obligatoriu. Un exercițiu similar poate fi efectuat și cu elevii mai mici. În acest caz, nu este vorba de a lăsa elevilor deplinălibertate de alegere.În cadrul întâlnirii care este facilitată de un cadru didactic, se explică că resursele de care dispune școala sunt limitate și că profesorii au o anumită expertiză care poate fi folosită. Elevii invitați să contribuie la conturarea curriculum-ului lor pot să ofere o perspectivă surprinzător de matură asupra educației de care au nevoie.
Odată ce școala a elaborat unele module sau a accesat module din alte surse, va fi posibil să le ofere elevilor posibilitatea de a alege ce modul doresc să studieze. Alegerile trebuie exprimate suficient de timpuriu pentru a putea planifica CDȘ-ul pentru următorul an școlar. Avantajul unui curriculum modular este acela că ocolește linearitatea, incluzând o mai mare flexibilitate de furnizare a conținuturilor.
1.13.4 Resurse
Introducerea unui CDȘ nu aduce după sine resurse suplimentare, după cum nici cadrele didactice din școală nu vor avea în mod necesar expertiza necesară pentru a acoperi întreg curriculum-ul pe care școala ar dori să-l introducă. Școlile vor trebui să fie creative în ceea ce privește identificarea resurselor pentru noul curriculum. Acestea pot include:
• folosirea voluntarilor din afara școlii. Unii angajatori sunt dornici să vorbească cu grupurile de elevi din școală. Organizațiile caritabile și cele nonguvernamentale pot să dea, de asemenea, o mână de ajutor;
• folosirea expertizei disponibile la nivelul consiliul de administrație al școlii (oportunități de practică la locul de muncă, vizite, supraveghere specializată);
• internetul;
• colaborarea cu alte școli, prin împărtășirea expertizei și a altor resurse.
1.13.4 Monitorizarea, evaluarea și revizuirea
CDȘ-ul reprezintă o schimbare semnificativă față de curriculum-ul tradițional și față de practica tradițională de predare. În primii ani de implementare va trebui monitorizat și evaluat atent pentru a verifica dacă satisface obiectivele stabilite. În școală, acesta ar fi rolul oficial al consiliului pentru curriculum. Dar, în spiritul implicării elevilor în luarea deciziilor, evaluarea trebuie să includă și opinia acestora în ceea ce privește eficiența și eficacitatea noului curriculum.
CAPITOLUL II
CURENTUL ELECTRIC CONTINUU SI ALTERNATIV. GENERATOARE ELECTRICE.
2.1 Curentul electric
În metale, electronii de valență sunt atât de slabi legați încât pot fi considerați liberi. Ionii pozitivi sunt așezați ordonat în spațiu, formând rețeaua cristalină. Electronii se mișcă permanent și foarte des ciocnesc ionii pozitivi, schimbându-și deseori direcția de mișcare, ceea ce fce ca mișcarea lor să fie dezordonată. Dacă metalul se află în câmp electric, electronii liberi se mișcă în sens contrar câmpului, toți pe aceeași direcție și în acelați sens.
Electronii înghesuiți la borna negativă nu se vor simți niciodată comfortabil în această situație și de aceea vor tinde mereu să se întoarcă la borna pozitivă pentru a reechilibra situația. Atât timp cât câmpul electric este menținut activ este clar că electronii exilați nu se pot întoarce acasă pe același drum pe care au venit ci doar pe un altul, ocolitor.
În momentul în care se conectează un consumator electric intre bornele generatorului, practic se oferă electronilor exilați un drum prin care se pot întoarce acasă. Altfel spus, curentul electric este călatoria electronilor din locul în care au fost trimiși de câmpul electric (borna negativă) înapoi în locul din care au fost luați (borna pozitivă).
Fig.2.1 – Cmp electric Fig.2.2 – Rețeaua cristalina a siliciului
Definiție: Se numește curent electric orice mișcare ordonată de sarcini electrice.
Definiție: Curentul electric staționar este acel curent în care viteza purtătorilor de sarcină este constantă în timp.
Fig.2 3 – Mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină
După natura mediului prin care circulă purtătorii de sarcină, curentul electric poate fi: de conducție, de deplasare, de convecție și curentul Röntgen teoretic.
a.) Curentul de conducție. Mediile, cum ar fi metalele și cărbunii, care conțin sarcini libere în stare naturală și care nu sunt însoțite de transformări chimice când sunt parcurse de curenți electrici, se numesc conductoare de speța I-a.
Circulația curentului prin metale este însoțită întotdeauna de degajare de căldură. Trecerea curentului prin electroliți, pe lângă degajarea de căldură, este însoțită și de fenomene chimice. Asemenea medii se numesc conductoare de speța a-II-a.
Circulația purtătorilor de sarcină prin mediile conductoare formează curentul de conducție.
b.) Curentul de deplasare apare prin materialele dielectrice când acestea sunt plasate în câmpuri electrice.
c) Curentul de convecție și curentul Röntgen teoretic apare numai în conductoare parcurse de curenți de conducție și aflate în mișcare.
Deoarece importanța în practică a curenților de deplasare și a curenților de convecție și Röntgen teoretic este redusă, în cele ce urmează se va face referire numai la curentul electric de conducție.
Observație: întotdeauna starea electrocinetică este însoțită de câmp magnetic. Electronii liberi dintr-un conductor metalic și/sau ionii unui electrolit sunt în permanență într-o mișcare continuă dezordonată.
Cantitatea de electricitate care străbate orice secțiune transversală a conductorului în condiții normale, este în medie, egală cu zero. Dacă însă asupra acestor electroni liberi acționează forțe într-un anumit sens (de exemplu forțele unui câmp electric), la viteza lor se adaugă componenta vitezei orientată în sensul forței de acțiune. În acest caz în orice secțiune transversală a conductorului trece o cantitate determinată de electricitate, adică, în conductor ia naștere un curent electric, numit curent de conducție.
2.2 Intensitatea curentului.
2.2.1 Definiție. Relație matematică
Pentru caracterizarea deplasării dirijate a particulelor de sarcină electrică se utilizează noțiunea de intensitatea a curentului, care este egală cu cantitatea de electricitate care trece printr-o secțiune transversală a conductorului în timp de o secundă.
Dacă într-un interval de timp oarecare, intensitatea curentului nu își schimbă valoarea și nici sensul, curentul se numește continuu. În acest caz se poate scrie relația:
I =q/t (2.1)
q reprezintă cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a conductorului în timpul t.
Dacă considerăm un element de suprafață ds prin care trece cantitatea de electricitate dq în timpul dt, atunci:
i=dq/dt (2.2)
Curentul electric este o mărime scalara.
2.2.2 Densitate de current
Fie, ds, un element de suprafață dintr-o suprafață oarecare, S, a unui mediu conductor, prin care circulă un current electric. Se poate presupune ca direcția curentului, adică direcția mișcării sarcinilor electrice este aceeași în toate punctele elementului. Raportul dintre curentul elementar di, ce trece prin elementul de suprafață ds (perpendicular pe direcția curentului) și aria acestui element se numește densitate de curent, J, și se exprimă cu relația:
J=di/ds (2.3)
Densitatea de curent este o mărime vectorială a cărei direcție coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor electrice pozitive în punctul respectiv.
Dacă vectorul J și normala pozitivă la suprafață formează unghiul α , atunci:
J=di/ds cosα sau, di=Jdscosα = J ds
Integrând, vom obține valoarea curentului ce trece prin întreaga suprafață S, adică:
i = Jds (2.4)
s
Dacă densitatea de curent are aceeași valoare în toate punctele suprafeței și formează cu normala la suprafață pretutindeni același unghi, se poate scrie:
i = J cosα∫ds = J ⋅ S ⋅ cosα
S
Dacă unghiul α = 0 , adică direcția curentului este perpendicular pe suprafață, vom avea:
i = J ⋅ (2.5)
Relația (1.7) este valabilă pentru un curent constant în timp și în cazul conductoarelor liniare, care au dimensiunile transversale mici în raport cu lungimea lor.
În sistemul internațional, unitatea de măsură pentru intensitatea curentului electric este amperul, iar pentru densitatea de current amperul/mp (A/m2).
2.3. Circuitul electric
Pentru a menține într-un fir conductor un curent electric staționar, este necesar să se mențină în el un câmp electric constant, adică să se mențină la capetele firului o diferență de potențial constantă. Acest rol îl îndeplinește un dispozitiv numit generator electric sau sursă de tensiune electromotoare.
Definiție: Se numește circuit electric ansamblul format din generatorul electric, conductorii de legătură și unul sau mai mulți consumatori.
Un circuit electric se poate reprezenta schematic folosind simboluri:
Fig. 2.4 Exemplu de circuit electric
http://www.rasfoiesc.com/inginerie/electronica
2.4. Tensiunea electrică
2.4.1 Definiție. Unitate de măsură
Dacă în mod normal densitatea de electroni dintr-un corp este constantă, în momentul în care apare un câmp electric, electronii vor fi dirijati către una din extremele corpului, creând un deficit de electroni în cealaltă extremă.
Tensiunea electrică este unitatea de măsura care exprimă dezechilibrul de electroni care apare între cele două extreme ale corpului.
În cazul unui generator electric, cele două zone extreme se numesc borne și prin convenție zona cu surplus de electroni se numește „borna negativă” iar zona cu deficit de electroni se numește „borna pozitivă”. Fiecare din acești electroni au o anumită sarcină electrică și deci, cu cât mai mulți electroni sunt exilați de la borna pozitivă la borna negativă cu atât mai mare va fi tensiunea electrică dintre cele două borne. Sensul tensiunii electrice este dictat de orientarea câmpului electric.
Definiție:
Tensiunea electrica reprezintă mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre lucrul total efectuat de câmpul electric pentru a transporta sarcina electrică pe întregul circuit și mărimea sarcinii electrice.
(2.6)
unde:
U – tensiune electromotoare;
L – lucrul forței electrice;
Q – sarcina electrică.
Unitatea de măsură a tensiunii electrice în SI este voltul.
1 V este tensiunea electrica dintre doua buncte ale unui circuit prin care la transportarea sarcinii de 1 C se efectueaza un lucru de 1 J.
V= = = m2 kg / s3 A ( 2. 7)
Fig. 2.5
Tensiunea electrică se măsoara în volți [V]. Echivalentul ei în sistemele mecanice este presiunea (sau mai corect spus diferența de presiune).
2.4.2 Tensiunea electromotoare (notată prescurtat t.e.m.)
Generatorul electric este sursa de energie care efectuează lucrul mecanic necesar pentru mișcarea cu viteză constantă a purtătorilor de sarcină. Generatorul nu generează energie! El transformă o formă de energie în energie electrică. După forma de energie transformată, generatoarele pot fi: -ln
elemente galvanice (transformă energia chimică în energie electrică)
dinamuri și alternatoare (transformă energia mecanică în energie electrică)
– elemente fotovoltaice (transformă energia solară în energie electrică).
Definiție: Se numește tensiune electromotoare mărimea fizică numeric egală cu lucrul mecanic efectuat de sursă pentru a deplasa unitatea de sarcină pozitivă de-a lungul întregului circuit:
E L/q (2.8)
unde:
– E este tensiunea electromotoare, ESI = 1V (Volt)
– L este lucrul mecanic efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q prin întreg circuitul, LSI 1J (Joule)
– q este sarcina transportată prin întreg circuitul, qSI 1C (Coulomb)
Lucrul mecanic L efectuat de sursă pentru a deplasa sarcina q pe întreg circuitul se consumă pe două porțiuni distincte: Lext efectuat la deplasarea sarcinii q de-a lungul circuitului exterior și Lint efectuat la deplasarea sarcinii q prin sursă, L Lext Lint . Raportul L/q reprezintă t.e.m. E a sursei.
Definiție: Căderea de tensiune U pe circuitul exterior sursei sau tensiunea la borne este numeric egală cu lucrul mecanic efectuat la transportul unității de sarcină prin circuitul exterior sursei: U = Lext /q
Definiție: Căderea de tensiune u în interiorul sursei sau tensiunea internă este numeric egală cu lucrul mecanic efectuat la transportul unității de sarcină prin interiorul sursei: u = Lint /q.
Între cele trei tensiuni există relația:
E U u (2.9)
Relația exprimă bilanțul tensiunilor într-un circuit electric simplu (format dintr-un generator, conductori de legătură și un consumator)
2.4.3. Sensul curentului electric
Prin convenție sensul curentului electric s-a stabilit a fi sensul de mișcare a purtătorilor pozitivi sau contrar sensului de mișcare a purtătorilor pozitivi. În conductori metalici, curentul electric este format din electroni (particule negative) care circulă de la borna negativă a generatorului către borna pozitivă și de aceea sensul curentului electric este:
– de la borna + la borna – , prin exteriorul generatorului
– de la borna – la borna +, prin interiorul sursei.
2.5. Câmpuri electrice imprimate
Experimental s-a constatat că la un sistem de corpuri metalice, electroliți sau gaze ionizate, legate între ele prin medii conductoare și conectate la o sursă de energie electrică, apare o circulație a purtătorilor de sarcini electrice (electroni liberi în metale, ioni în electroliți și gaze), numită curent electric.
Deplasarea purtătorilor de sarcini electrice este întotdeauna însoțită de dezvoltarea unei energii în mediile prin care circulă. Spre deosebire de regimul electrostatic al câmpului electromagnetic, energia dezvoltată se poate transforma în alte forme de energie. Prezența curentului electric este însoțită de căldură, energie mecanică, chimică, magnetică, etc.
În regim electrocinetic conductoarele nu sunt în echilibru electric, întrucât în interiorul conductorului câmpul electric este diferit de zero.
Starea electrocinetică a câmpului electromagnetic poate fi menținută numai dacă se cheltuiește o anumită cantitate de energie, de altă natură decât electrică. Câmpul electric obținut prin consumul unei energii de altă natură decât cea electrică (câmp care imprimă purtătorilor de sarcină electrică o mișcare ordonată), se numește câmp electric imprimat.
Câmpul electric imprimat are două aspecte:
câmp electric imprimat propriu-zis care generează current electric constant în timp;
câmp electric solenoidal care generează curent electric variabil în timp .
Câmpul electric imprimat se definește prin relația:
Ei =Fi/q (2.10)
Unde, Fi este forța imprimată purtătorului de sarcină q.
Spre deosebire de câmpul electrostatic, circulația câmpului electric
imprimat pe o curbă Γ închisă aste diferită de zero. Această circulație se
numește tensiune electromotoare a sursei de energie electrică:
=e (2.11)
Γ
unde: e – este tensiunea electromotoare (t.e.m).
Câmpurile imprimate se pot obține prin diverse procedee:
a.) Reacții electrochimice între metale și soluții, principiu ce stă la baza construirii pilelor electrochimice și a acumulatorilor.
Aceste câmpuri imprimate se mai numesc și câmpuri galvanice.
b.) Prin încălzirea contactului dintre două metale diferite
(termocuplul). Pe acest principiu se obțin câmpuri imprimate termoelectrice.
c.) Prin iradierea unei joncțiuni semiconductor-metal. Pe acest
principiu se obțin câmpuri imprimate fotoelectrice.
Ecuația de continuitate
Un curent electric este dat de o mișcare orientată a unor particule încărcate
cu sarcină electrică. De exemplu, într-un fir conductor există electroni liberi, care în prezența unei tensiuni electrice aplicate la capetele sale formează un curent electric în lungul firului. Cu alte cuvinte, electronii au pe lângă mișcarea termică
dezordonată și o mișcare ordonată, orientată în lungul axei firului. În această mișcare ordonată, numită și mișcare de drift (sau de antrenare în câmp electric) electronii au o viteză medie vm care diferă de viteza de mișcare termică dezordonată uT și în modul este mult mai mică decât uT .
De exemplu, într-un fir conductor cu secțiunea transversală de 10 -6m2 parcurs de un curent de 1A, la temperatura camerei avem vm ≈ 6 x10 -4m/ s și uT ≈10 5m/ s , adică,vm<<uT .
Electronii în mișcarea ordonată sau dezordonată din mediul conductor se ciocnesc cu atomii rețelei cristaline și la fiecare ciocnire cedează atomilor întreaga lor energie cinetică achiziționată de la câmpul electric și ca urmare, imediat după ciocnire electronii capătă viteza zero.
După parcurgerea drumului liber mijlociu, λ, dintre doi atomi succesivi, electronul ajunge la viteza v . Deci viteza medie este:
vm = =
Mărimea curentului electric într-un mediu este dată de mărimea densității decurent:
j = (2.12)
Fig.2.6 : Secțiunea transversală a
unui fir conductor cu aria An cu
densitatea de curent j în punctul M
unde elementul de arie este dAn
– dQ este sarcina electrică pe care o transportă purtătorii de sarcină în intervalul de timp dt prin elementul de arie, dAn , așezat perpendicular pe direcția de propagare a curentului (vezi figura 3.1).
Dacă în ecuația (3.1) înmulțim și la numărător și la numitor cu o deplasare dx mică în direcția curentului și avem în vedere că dAn dx = dV este elementul de volum, iar dt/dx =vm este o viteză orientată medie a electronilor purtători de curent, rezultă:
j = = vm (2.13)
Știind că dQ/dV=ρ reprezintă densitatea de sarcină din punctul M, ecuația (2.12) se rescrie sub forma:
j = ρvm (2.14)
Dacă notăm cu n densitatea purtătorilor de curent (sau numărul de electroni din unitatea de volum care participă la formarea curentului) și cu q sarcina unui astfel de purtător, ecuația (2.14) devine:
j = qnvm (2.15)
Deoarece la formarea curentului avem o mișcare ordonată în direcția vitezei vm putem spune că vectorul densitate de curent are expresia:
j = qnvm (2.16)
Adică j este orientat în direcția lui vm, dar are sens contrar lui vm când q este negativ (cazul electronilor) și are sensul lui vm când q este pozitiv (cazul ionilor pozitivi sau golurilor).
Dacă avem în vedere atât caracterul vectorial al lui j cât și al ariei dAn relația (2.12) poate fi scrisă și astfel:
j dA = dQ/dt (2.17)
dA = dAn cosα este relația dintre elementul de arie dA dintr-o suprafață oarecare S și proiecția sa pe direcția normală la j (vezi figura 3.2).
Fig. 2.7: Proiecția ariei dA pe o direcție normală
Fluxul densității de current prin aria dA și îl notăm:
dI = j dA (2.18)
Acest flux al densității de curent mai poartă numele de intensitatea curentului prin aria dA .
Printr-o suprafață oarecare S , intensitatea curentului este:
I = (2.19)
S
Se observă că intensitatea curentului este o mărime scalară care depinde de mărimea densității de curent j, de orientarea acestuia în raport cu elementul de arie dA și de suprafața S prin care trece. Adică I are caracteristici asemănătoare cu cele ale fluxului intensității câmpului electric. Dacă suprafața S prin care trece curentul I este o suprafață închisă, atunci, putem scrie:
= – Qs (2.20)
−Qs reprezintă sarcina electrică care se scurge în afara volumului V , închis de suprafața S , pentru a forma curentul cu intensitatea dată de membrul stâng a lui (2.20).
Dar sarcina electrică dintr-un volum V se scrie și sub forma (unde ρ este densitatea de sarcină din volumul V ):
Qs=ʃʃʃρdV (2.21)
v
Din teorema lui Gauss care transformă integrala pe o suprafață închisă în integrala de volum rezultă
=ʃʃʃ divjdV (2.22)
Pe baza ecuațiile (2.20), (2.21) și (2.22) obținem
ʃʃʃ divjdV =ʃ dV (2.23)
Derivata dt /d în raport cu timpul am introdus-o sub integrală sub forma de derivată parțială deoarece cantitatea de sub integrală (densitatea de sarcină) depinde atât de coordonatele spațiale independente de t , cât și de timp. Deoarece raționamentul care a condus la ecuația (2.12) este valabil pentru orice volum V , atunci putem scrie:
divj + = 0 (2.24)
Această ecuație este cunoscută sub numele de ecuația de continuitate și este o ecuație de bază a electromagnetismului, care leagă densitatea de sarcină ρ dintr-un punct al spațiului de densitatea de curent j din acel punct. Ea presupune că sarcinile nu pot fi create sau distruse; adică sarcina electrică se conservă.
În cazul particular al situației staționare când = 0 din ecuația de continuitate (2.24) rezultă:
constant în timp (2.25)
iar din (2.8), dacă este și uniform (adică nu depinde de coordonate), rezultă
I = j ⋅A (2.26)
Deci, ecuațiile (2.14) și (2.15) sunt caracteristice curentului electric staționar care este cunoscut și sub numele de curent continuu.
Raționamentul pentru deducerea ecuației de continuitate (2.24) a fost făcut pe baza existenței unui curent de conducție datorat mișcării electronilor liberi. În realitate densitatea de curent este suma vectorială a densității curentului de conducție jc și a densității curentului de polarizare jp produs de mișcarea sarcinilor legate.
În mod analog, densitatea de sarcină ρ este suma algebrică dintre densitatea sarcinilor libere ρc și densitatea sarcinilor de polarizare electrică ρp .
În cazul general al regimului variabil în timp (nestaționar) apare și un alt tip de densitate de curent numită densitatea curentului de deplasare dj
Legea lui Ohm. Legea lui Joule.
Cum toate legile electromagnetismului au forme locale și globale și legea lui Ohm are formă locală și globală. Pentru justificarrea calitativă a formei locale a legii lui Ohm, se va analiza un conductor (metal) în care electronii liberi se mișcă prin rețeaua atomică a metalului. În absența unui camp electric fiecare electron are o mișcare haotică, de agitație termică. Se notează cu uT viteza medie pătratică de mișcare haotică a electronilor printre nodurile rețelei metalice. Dacă distanța dintre nodurile rețelei metalice se va nota cu lr , atunci timpul mediu între două ciocniri succesive ale electronului cu atomii rețelei metalice este
τ = (2.27)
Acest interval de timp este foarte mic. De exemplu, pentru lr ≈ 10 -10 m și
uT =105m rezultă τ ≈ 2 x10-5 secunde .
La fiecare ciocnire electronul cedează atomului toată energia sa cinetică și în următoarea ciocnire pleacă cu viteza zero. În prezența unui câmp electric cu intensitatea E electronul capătă, între cele două ciocniri succesive, o accelerație
a = q/m E (2.28)
în direcția lui E, unde q este sarcina electronului și m masa sa.
Cu alte cuvinte, după intervalul de timp τ , electronul a căpătat o viteză de drift (orientată în direcția lui E): v = aτ
Având în vedere că electronul pleacă din repaus, rezultă că viteza medie de drift pe un interval dintre două ciocniri succesive este:
vm = = (2.29)
Aceasta poate fi evaluată ca mărime din relațiile (2.5) și (2.26)
vm = = (2.30)
De exemplu, pentru un curent de intensitate I =1A și o arie A =10 -6m 2 (1mm×1mm) , cunoscând q =1,6⋅10 -19C , sarcina unui electron, și n =10 28m -3 densitatea electronică definită ca fiind aproximativ egală cu densitatea atomilor, dacă presupunem că fiecare atom contribuie cu un electron la formarea
curentului, din (2.30) rezultă: vm =6 x 10 -4m/s
Dacă comparăm această valoare cu viteza medie de agitație termică, uT , care se obține din relația
3/2 kT =1/2 muT2 (2.31)
în care k este constanta lui Boltzmann ≈10 -23 JK și T = 300K este temperature absolută rezultă
uT ≈ 105 m/s >> vm ≈ 6 x 10 -4 m/s (2.32)
Cu alte cuvinte, viteza de drift este mult mai mică decât cea de agitație termică și putem spune că apariția curentului nu perturbă semnificativ mișcarea haotică a electronilor. Ca urmare relația (2.16) rămâne valabilă și în prezența câmpului E
Prin combinarea relațiilor (2.19) și (2.18) se obține
j = qn (2.33)
sau, din ecuațiile (2.27) și (2.28)
j = qn E (2.34)
Dacă se notează
qn =σc (2.35)
Relația (2.34) devine
j = σc E (2.36)
Aceasta este forma locală a legii lui Ohm, în care σc se numește conductivitatea electrică a materialului. Inversa sa,1/σc = ρc se numește rezistivitate electrică și forma locală a legii lui Ohm poate fi scrisă și astfel
E = ρc j (2.37)
Din (2.36) se observă că factorul de proporționalitate dintre E și j depinde de structura atomică a materialului, de temperatură T și de densitatea sa, de puritate etc. Aceste dependențe apar la scară macroscopică prin intermediul mărimilor n,lr ,uT . Pentru anumite materiale σc este un scalar constant și atunci spunem că materialul este omogen și izotrop. Pentru alte materiale σc este un tensor și atunci spunem că materialul este anizotrop în care σc are valori diferite în direcții diferite.
De asemenea, relația lui Ohm liniară este valabilă numai într-un anumit domeniu al valorilor lui E . Dacă E este destul de mare nu se mai păstrează proporționalitatea lui j cu E și atunci materialul este un material neliniar din punct de vedere al curentului electric. De exemplu, dispozitivele semiconductoare sunt neliniare.
Aceste comportări neliniare sunt explicate pe baza unei teorii microscopice cuantice.
Forma globală a legii lui Ohm se deducem din forma locală (2.37).
Se consideră o porțiune dintr-un circuit de lungime mică dl care are aplicată la capetele sale o diferență de potențial (sau tensiune) dU .
(vezi figura 3.3).
Fig. 2.8
Fiind vorba de o porțiune foarte mică relația dintre diferența de potențial și câmp poate fi scrisă
dU = Edl (2.38)
și astfel se obține
dU = ρc jdl (2.39)
Dacă se notează cu A aria secțiunii transversale a firului conductor și amplificăm ecuația (2.39) cu A, se obține:
dU=ρc jA (2.40)
Deoarece s-a presupus că ρ este constant pe porțiunea mică analizată se poate utiliza relația (2.26) iar ecuația (2.40) se scrie
dU = IdR (2.41)
unde dR = ρc (2.42)
Ecuația (2.41) reprezintă legea lui Ohm (globală) pentru o porțiune mică de circuit cu rezistența electrică dR dată de relația (2.42). Adică rezistența electrică depinde de rezistivitatea ρc , de lungimea conductorului dl și de aria secțiunii transversale A. Ea se măsoară în Ohm, iar ρc în Ωm în SI;
Conductivitatea σe se măsoară în (Ωm)-1.
Dacă porțiunea de circuit are o lungime oarecare l atunci integrăm (2.41) pe această lungime si obținem
U = IR (2.43)
Unde,
R= ρc
Ecuația (2.43) este legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit care are rezistența R dată de (2.34) și care la aplicarea unei tensiuni U între capetele sale duce la formarea unui curent cu intensitatea I .
În mod analog, dacă se integrează (2.41) pe un întreg circuit închis, se obține
εs = IRt (2.45)
legea lui Ohm pentru un circuit închis, în care εs este tensiunea electromotoare a
sursei din circuit, care este egală cu suma căderilor de tensiune (εs = ∫ du) din
întreg circuitul, iar Rt este rezistența totală a circuitului formată dintr-o rezistență
exterioară sursei R și alta internă sursei r .
I = (2.46)
cunoscută sub numele de legea lui Ohm pentru un circuit închis prezentat schematic în figura 3.4.
În concluzie, legea lui Ohm sub formă locală este dată de ecuația (2.36) sau (2.37), iar sub formă globală este dată de ecuațiile (2.41), (2.43) și (2.46) pentru o porțiune mică de circuit cu rezistența dR , pentru o porțiune finită de rezistență R și respectiv, pentru un circuit închis cu rezistența totală Rt = R + r .
Figura 2.9: Circuitul închis de
curent continuu la care se aplică
ecuația (2.46)
Teoremele lui Kirchhoff
2.7.1. Rețele electrice. Elementele rețelei.
Ținând cont de faptul că centralele care produc energia electrică sunt într-un număr mai redus în raport cu cel al centrelor de consum și mai ales, cu cel al consumatorilor, a apărut necesitatea realizării unor instalații electrice capabile să transmită puterea și energia electrică produsă în centrale tuturor consumatorilor, indiferent de mărimea sau amplasamentul lor.
Aceste instalații alcătuite dintr-un ansamblu de linii electrice aeriene și subterane, precum și din stații și posturi de transformare constituie rețelele electrice. În funcție de poziția reciprocă a centralelor electrice și a centrelor de consum, de mărimea puterilor produse și de distanțele dintre surse și consumatori, rezultă necesitatea realizării unor linii electrice de diferite tensiuni nominale, care din punct de vedere al rolului pe care îl au, pot fi împărțite în două categorii
: – liniile electrice de transport – tensiuni nominale de 400 kV, 220 kV, 110 kV – transmit puteri mari, de ordinul zecilor sau sutelor de MW, de la centrale sau din zonele excedentare spre zone sau centre de consum situate la distanțe mari (zeci..sute de km)
– liniile electrice de distribuție – cu tensiuni nominale de 0,4 kV, 6 kV, 10 kV, 20 kV, 110 kV – preiau puterile de pe partea secundară a stațiilor sau posturilor de transformare și le distribuie receptorilor de energie electrică.
Legile lui Kirchhoff exprimă modul de conservare a energiei electrice într-un circuit electric. Au fost enunțate și dezvoltate de fizicianul german Gustav Robert Kirchhoff. Aceste teoreme se aplică în cazul rețelelor (circuitelor) electrice în curent continuu.
O rețea electrică (circuit electric) e compusă din: ramuri de rețea (circuit), noduri de rețea (circuit) și ochiuri de rețea (circuit).
Nod de rețea: reprezintă locul unde se întâlnesc cel puțin 3 conductoare ramuri (laturi) de rețea.
ramură de rețea reprezintă o distanță unilaterală conductoare dintre 2 noduri succesive.
Ochi de rețea: reprezintă un traseu închis, incluzând cel puțin două noduri, format de laturi de rețea pornind dintr-un nod și întorcându-se în același nod.
2.7.2 Legile lui Kirchhoff
Prima lege a lui Kirchhoff (sau „legea nodurilor”) este o expresie a conservării sarcinii electrice într-un nod al unei rețele electrice. Conform acestei legi, suma intensităților curenților (continui) care intră într-un nod de rețea este egală cu suma intensităților curenților care ies din același nod.
Este evident că sarcina electrică totală ce intră într-un nod de rețea trebuie să fie egală cu sarcina electrică ce iese din acel nod:
(2.47)
Mișcarea sarcinilor electrice (ce intră și ies) efectuându-se în același timp (simultan), se poate scrie:
, (2.48)
adică: suma intensităților curenților care intră într-un nod de rețea este egală cu suma intensităților curenților (de curent continuu) care ies din același nod.
sau, altfel spus:
(2.49)
adică: suma algebrică a intensităților curenților electrici care se întâlnesc într-un nod de rețea este egală cu zero.
(2.50)
Fig. 2.10 Prima lege a lui Kirchhoff (nodul de rețea)
A doua lege a lui Kirchhoff se referă la ochiuri de rețea și afirmă:
De-a lungul conturului unui ochi de rețea, suma algebrica a tensiunilor electromotoare ale surselor este egală cu suma algebrică a produselor dintre intensitatea curenților și rezistența totală de pe fiecare latură.
(2.51)
sau
(2.52)
adică: suma algebrică a tensiunilor de-a lungul oricărui ochi de circuit este nulă.
(2.53)
Fig. 2.11 A doua lege a lui Kirchhoff
Etape de lucru cu cele doua legi (a intensitatilor si a tensiunilor).
Se consideră un circuitul simplu din imaginea de mai jos, format din 3 rezistente cu valori diferite interconectate si 2 surse de tensiune, de asemenea cu valori diferite.
Fig. 2.12 Exemplu de rezolvare a unui circuit simplu, folosind legile lui Kirchhoff
Etape de lucru:
1. Se alege un sens de plecare si respectiv de intoarcere a curentului de la / inapoi la bornele surselor de tensiune existente în circuit. Se stabilește ca și convenție pentru întreg circuitul că de pe borna pozitivă pleacă din sursă curent în circuit iar pe borna negativă se întoarce curentul din circuit înapoi la sursă.
2. Se stabileste prin fiecare ochi al retelei un sens aleator al curentului prin ochi. Acolo unde sunt ochiuri cu o sursă de tensiune pe ele, este recomandabil să se aleagă sensul de parcurgere al ochiului același cu sensul convenit pentru toate sursele al plecarii curentului din sursă în circuit (de pe borna "+") si intoarcerii curentului din circuit înapoi la sursă (pe borna "-"). Respectand această regulă se asigură o cădere de tensiune pozitivă la bornele sursei (deoarece sensul curentului prin sursă, de la "-" la "+", concordă cu sensul curentului prin ochi, de la borna "+" a sursei către borna "-" a aceleiași surse).
3. Se identifică, curenții prin laturile circuitului și se alege sensul în care aceștia curg prin fiecare latuă.
4. Se scrie legea lui Kirchhoff pentru fiecare nod in care sunt curenti diferiti care intra si ies din nod: suma intensitatii curentilor care intra intr-un nod este egala cu suma intensitatii curentilor care ies din nod.
5. Se scrie legea lui Kirchoff pentru fiecare ochi de rețea: suma algebrică a căderilor de tensiune de pe toate elementele unui ochi de rețea este egală cu suma algebrică a tensiunilor surselor. În această ecuație o tensiune la sursă sau o cădere de tensiune pe o piesă de circuit vor fi considerate negative (și introduse în ecuație cu semnul minus) dacă se opun sensului de parcurgere a ochiului de către curent (desemnat aleator la punctul 2). Mai exact, conform convenției făcute, o tensiune la sursă va fi considerată cu "-" dacă sensul desemnat de parcurgere a ochiului este contradictoriu sensului ales al curentului prin sursă (ceea ce inseamnă că intră în sursă prin borna pozitivă și iese din sursă prin borna negativă). O cădere de tensiune pe o piesă de circuit va fi considerată cu "-" dacă sensul desemnat de parcurgere a ochiului se opune sensului ales al curentului electric (I) prin latura de circuit aferentă piesei.
Fig.2.13 Rezolvarea circuitului
Prima lege a lui Kirchhoff
In nodul A : I1 + I2 = I3
In nodul B : I3 = I1 + I2
A doua lege a lui Kirchhoff
Pe bucla 1: V1= R1 x I1 + R3 x I3
Pe bucla 2: V2 = R2 x I2 + R3 x I3
Pe bucla 3: V1- V2 = R1 x I1 – R2 x I2
Circuite RLC ( serie si paralel)
Curentul alternativ
Curentul alternativ stă la baza funcționării majorității aparatelor electrice. El se produce, se transmite și se utilizează în condiții mult mai avantajoase decât curentul continuu.
2.8.1 Producerea curentului alternativ
Una din cele mai importante aplicații ale fenomenului de inducție electromagnetică este producerea curentului alternativ de către generatoarele de curent alternativ (alternatoare).
T.e.m. alternativă se obține prin:
– rotirea uniformă a unei spire într-un câmp magnetic uniform;
– rotirea uniformă a unui magnet în fața unei bobine fixe (câmp magnetic variabil).
Considerăm o spiră dreptunghiulară care se rotește cu viteza unghiulară constantă în jurul axei în câmp magnetic uniform, de inducție magnetică , produs de un magnet permanent.
Fig. 2.14 Spiră dreptunghiulară
– polii unui magnet
– inducția magnetică
Orice câmp magnetic este caracterizat prin linii de câmp care ies din polul și intră în polul .
Dacă liniile de câmp magnetic sunt paralele câmpul respectiv este uniform, iar inducția magnetică are aceeași valoare în orice punct al câmpului.
Acul unui miliampermetru care închide circuitul exterior oscilează de o parte și de alta a poziției zero, indicând apariția unui curent alternativ.
Explicația este că, prin rotirea uniformă a unei spire în câmp magnetic cu viteza unghiulară , fluxul magnetic prin suprafața spirei variază în timp conform relației:
(2.54)
unde este unghiul dintre și .
Fluxul magnetic este maxim când : (2.55)
Rezultă (2.56)
Din cauza variației fluxului magnetic prin spiră se produce fenomenul de inducție electromagnetică și conform legii inducției electromagnetice , se poate demonstra că: (2.57)
Notând: – valoarea maximă a t.e.m. induse, relația anterioară devine: (2.58)
unde:
– este pulsația t.e.m. induse
– este faza
– este valoarea instantanee a t.e.m. induse
Obs. Variația t.e.m. induse este sinusoidală. In acest caz curentul alternativ obținut se numește curent alternativ sinusoidal.
(2.59)
unde:
se numește valoarea instantanee a intensității curentului alternativ
este valoarea maximă (amplitudinea) a intensității curentului alternativ sinusoidal
este rezistența interioară a generatorului
T.e.m. indusă și intensitatea curentului alternativ variază sinusoidal în raport cu timpul. Ele trec prin aceleași valori și în același sens la intervale egale de timp numite perioade; curentul alternativ este deci periodic.
Prin rotirea unui magnet în fața unei bobine se induce în bobină un curent alternativ sinusoidal.
La rotația unui cadru conductor într-un câmp magnetic apare la bornele acestuia o tensiune electrică alternativă având expresia și un curent alternativ de intensitate .
– valoarea instantanee a tensiunii electrice alternative
– valoarea maximă a tensiunii electrice alternative
Din cauza proprietăților de inerție ale circuitului electric, curentul alternativ monofazat este defazat cu un unghi în urma t.e.m. , numit unghi de defazaj.
(2.60)
Curentul alternativ (în engleză Alternating Current, AC) este un curent electric a cărui direcție se schimbă periodic, spre deosebire de curentul continuu (Direct Current, DC), al cărui sens este unidirecțional. Forma de undă uzuală a curentului alternativ este sinusoidală.
Curentul alternativ apare ca urmare a aplicării unei tensiuni electrice alternative în cadrul unui circuit electric. Forma alternativă (sinusoidală) a tensiunii/curentului este modul uzual de producere, transport și distribuție a energiei electrice.
2.8.2 Valoarea efectivă a intensității curentului și tensiunii alternative
Intensitatea și tensiunea curentului alternativ sunt caracterizate de trei valori:
instantanee , maximă și efectivă .
sau (2.61)
– este valoarea maximă a intensității curentului alternativ
– reprezintă valoarea efectivă a intensității curentului alternativ
Valoarea efectivă a intensității curentului alternativ este egală cu intensitatea unui curent continuu, care dezvoltă aceeași căldură prin efect Joule, ca și curentul alternativ trecând prin același rezistor în același interval de timp.
Tensiunea efectivă a curentului alternativ se definește prin relația: sau . (2.62)
Valorile instantanee ale curentului alternativ și tensiunii alternative se scriu:
(2.63)
(2.64)
Obs. În țara noastră în cazul consumului casnic și industrial tensiunea de la priză reprezintă tensiunea efectivă , iar valoarea maximă a tensiunii este:
2.8.3 Mărimi caracteristice curentului alternativ
La orice mărime sinusoidală se disting: amplitudinea, faza, faza inițială, valorea efectivă, pulsația, perioada și frecvența.
Dacă valoarea instantanee a curentului alternativ monofazat este atunci:
amplitudinea este:
faza este:
faza inițială este:
valoarea efectivă este:
pulsația este:
perioada este:
frecvența este:
Definirea mărimilor caracteristice curentului alternativ
Curentul alternativ fiind un fenomen periodic este caracterizat de mărimile:
Perioada reprezintă intervalul de timp după care intensitatea și tensiunea curentului alternativ trec prin aceleași valori, în același sens, adică efectuează o oscilație (sinusoidală) completă. Unitatea de măsură a perioadei în S.I. este:
Frecvența reprezintă numărul de oscilații complete efectuate în unitatea de timp. Frecvența este inversul perioadei:
(2.65)
Unitatea de măsură a frecvenței în S.I.:
Un hertz este frecvența unui curent alternativ cu perioada de o secundă.
Frecvența curentului alternativ industrial în țările din Europa este , iar în America și Australia .
Amplitudinea este valoarea maximă pe care o au în timpul unei perioade, tensiunea sau intensitatea curentului alternativ ().
Valoarea instantanee este valoarea pe care o au tensiunea sau intensitatea curentului alternativ la un moment oarecare de timp ().
Pulsația reprezintă numărul de perioade în unități de timp.
(2.66)
Unitatea de măsură a pulsației în S.I. este:
Faza a intensității și tensiunii alternative este reprezentată de argumentul sinusului din expresia intensității, respectiv tensiunii.
(2.67)
se numește diferență de fază sau defazaj
2.8.4 Reprezentarea mărimilor curentului alternativ
Pentru a cunoaște elementele caracteristice sau pentru a opera cu mărimile alternative armonice, se folosesc reprezentări convenționale ale acestora.
a) Reprezentarea analitică
Simpla scriere a mărimii respective în funcție de mărimile variabile (timp, fază etc.) poate furniza informații privind: valoarea instantanee, valoarea maximă, pulsația, perioada, faza inițială a mărimii reprezentate, de exemplu:
(2.68)
-valoarea instantanee se obține dând variabilei timp t diverse valori.
b) Reprezentarea grafică
Prin reprezentarea grafică a unei mărimi alternative în funcție de un parametru variabil care poate fi timpul t sau faza , se obțin informații despre perioadă, faza inițială, valoarea maximă, valoarea instantanee.
Fig.2.15
c) Reprezentarea fazorială
La reprezentarea mărimilor alternative armonice se poate utiliza un vector numit fazor, care are lungimea proporțională cu valoarea maximă a mărimii, unghiul pe care îl face cu abscisa să fie egal cu faza inițială 0, proiecția lui pe ordonată egală cu valoarea mărimii la momentul inițial sau la alt moment, vectorul se consideră rotitor cu o perioadă egală cu cea a mărimii alternative.
Fig. 2.16
Altfel spus, tensiunea și intensitatea curentului alternativ sinusoidal pot fi reprezentate:
analitic – formulele ce exprimă valorile instantanee ale tensiunii și intensității curentului alternativ și
grafic –sinusoidele și
fazorial (diagramele Fresnel). Fiecărei mărimi fizice cu variație sinusoidală în funcție de timp îi asociem un vector rotitor (fazor) care satisface următoarele condiții:
are modulul egal cu amplitudinea mărimii fizice pe care o reprezintă;
unghiul pe care îl face cu axa Ox este egal cu faza mărimii fizice la momentul respectiv și este pozitiv pentru sensul trigonometric.
Fig. 2.17
în complex: fiecărei mărimi alternative îi este asociat un număr complex cu modulul egal cu valoarea efectivă a mărimii alternative și cu argumentul egal cu faza acesteia.
2.8.5 Osciloscopul catodic
Osciloscopul catodic este folosit pentru a vizualiza unele mărimi caracteristice curentului alternativ.
Părțile componente ale unui osciloscop:
Tubul unui osciloscop este o incintă de sticlă vidată care conține trei părti:
tunul electronic – este un dispozitiv complex care permite obținerea unui fascicul îngust de electroni;
plăcile de deviație. Fasciculul de electroni străbate două perechi de plăci metalice, orizontale, verticale;
ecranul fluorescent. Fața interioară a tubului este acoperită de o substanță fluorescentă. Impactul fasciculului de electroni pe această suprafață produce o pată luminoasă numită spot.
2.8.6 Rezistor în curent alternativ
Fig. 2.18
Căderea de tensiune produsă la trecerea curentului alternativ printr-un rezistor este, conform legii lui Ohm,
Aceasta înseamnă că valorile instantanee și trec simultan prin valori maxime și minime, adică sunt în concordanță de fază.
Un rezistor în curent alternativ nu introduce niciun defazaj între intensitatea curentului și tensiunea electrică.
In figura următoare este reprezentată diagrama fazorială a intensității și tensiunii pentru circuitul exterior cu rezistor în curent alternativ.
Fig. 2.19
Variația tensiunii și intensității în curent alternativ poate fi urmărită pe ecranul unui osciloscop introdus în circuit.
Scrisă pentru valori efective, legea lui Ohm pentru circuitul de rezistor este: ( 2.69)
Un rezistor se comportă identic în c.c și în c.a.. El transformă, prin efect Joule, energia electrică în căldură. Rezistența unui rezistor în curent alternativ este numită rezistență activă.
2.8.7 Bobină în curent alternativ
Fig. 2.20
Bobina este formată dintr-un fir conductor înfășurat. Numim bobină ideală bobina la care se anulează rezitstența firului din care este formată.
Orice bobină este caracterizată de o anumită inductanță .
(2.70)
O bobină aflată într-un circuit de curent alternativ introduce o rezistență aparentă numită reactanță inductivă .
(2.71)
(2.72)
Unitatea de măsură a reactanței inductive în S.I. este:
O bobină ideală aflată într-un circuit de curent alternativ introduce o rezistență aparentă și defazează intensitatea curentului în urma tensiunii cu .Deci, tensiunea și intensitatea sunt defazate, defazajul dintre tensiune și intensitate este ( este dafazată înainte față de ).
Legea lui Ohm pentru un circuit cu bobină ideală în curent alternativ pantru valori efective este: (2.73)
Defazajul între intensitatea curentului și tensiune poate fi vizualizat pe ecranul unui osciloscop introdus în circuit.
2.8.8 Condensator în curent alternativ
Fig.2.21
Condensatorul este un element de circuit caracterizat de capacitatea electrică și care legat la o sursă de tensiune acumulează a anumită sarcină electrică.
După cum se cunoaște, între armăturile unui condensator este un strat izolator numit dielectric, ce nu permite trecerea curentului electric prin el. Într-un circuit de curent alternativ, condensatorul are o comportare diferită, deoarece el se încarcă și se descarcă electric periodic, determinând prezența unui curent electric prin circuitul exterior lui. Dacă tensiunea aplicată condensatorului are expresia următoare:
u=Umsint (2.74)
atunci, curentul de încărcare și descărcare al condensatorului este:
(2.75)
unde q este sarcina electrică variabilă de pe armăturile condensatorului.
Ținând cont că sarcina este: q=Cu, rezultă q=CUmsint, iar intensitatea este i=CUmcost sau:
(2.76)
Se face notația: , (2.77)
numită reactanță capacitivă.
Se constată că intensitatea curentului electric printr-un circuit cu condensator este defazată cu /2 înaintea tensiunii sau că tensiunea la bornele condensatorului este în urma curentului cu /2.
Din cele prezentate mai sus, rezultă că atât bobina cât și condensatorul se comportă, în curent alternativ, ca și rezistorul, numai că ele introduc defazaje între tensiune și intensitate cu +/2 respectiv -/2 .
2.8.9 Circuit RLC în curent alternativ
Fig. 2.22
Folosind metoda fazorială, din figură se observă că – fazorul tensiunii de la bornele circuitului este dat, conform teoremei lui Pitagora, de relația:
(2.78)
Înlocuind tensiunile în funcție de intensitatea curentului din circuit, rezultă:
(2.79)
Defazajul dintre tensiunea de la bornele circuitului și intensitatea curentului din circuit este:
(2.80)
Între valorile maxime (și efective) ale intensității și tensiunii există relația:
(2.81)
Pentru circuitul serie dependența dintre valorile efective ale tensiunii și intensității sugerează existența unei opoziții manifestate de circuit la trecerea curentului electric. Mărimea fizică ce constituie măsura acestei proprietăți se numește impedanța circuitului serie RLC și este definită de relația:
, (2.82)
unde:
– tensiunea efectivă aplicată circuitului,
– intensitatea efectivă ce parcurge circuitul.
Dar impedanța unui circuit serie RLC este dată de relația sau (2.83)
2.8.10 Circuit RLC paralel în curent alternativ
Este un circuit alcatuit dintr-un rezistor, o bobină și un conductor legate în paralel.Tensiunea instantanee a curentului este aceeasi pe toate componentele. u(t) = Umaxsin(ωt + ϕou ) consideram ϕou = 0 (referinta) scriind KI avem: i(t) = iR(t) + iL(t) + iC(t) i = R max max max L C UU U sin t sin( t ) sin( t ) R X 2X 2Fazorial vom scrie: I = U U j CU R jL + +ω ω I = [ 1 1 j( C ) R L +ω− ω ]U = Y U Y = 1 1 j( C ) R L +ω− ω – admitanta circuitului Factorul de calitate al circuitului rezonant (supratensiune) Qp = LI I = CI I => IL = IC QP = 0 0 0 R RR RC R L ZZ = ω= = ω ; Z0 = impedanta caracteristica In functie de frecventa ν a oscilatiei avem: • pentru frecventa ν > ν0 avem ϕ < 0 => circuit capacitiv • pentru frecventa ν < ν0 avem 0 ϕ > => circuit inductiv • la frecventa ν = ν0 avem 0 ϕ = => circuit rezitiv (rezonanta) ϕ = arctg 2 0 R [1 ( ) ]
Generatoare de curent electric
Capitolul III
Energia alternativă
3.1 Definiție. Clasificare.
3.1.1 Definiție
„Energie din surse regenerabile” înseamnă energie din surse regenerabile nefosile, respectiv eoliană, solară, aerotermală, geotermală, hidrotermală și energia oceanelor, energia hidroelectrică, biomasă, gaz de fermentare a deșeurilor, gaz provenit din instalațiile de epurare a apelor uzate și biogaz;
Energiile regenerabile sunt considerate în practică, energiile care provin din surse care fie că regenerează de la sine în scurt timp, fie sunt surse practic inepuizabile. Termenul de energie regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice și a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee.
3.1.2 Clasificare
Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:
energia eoliană
energia solară
energia apei
energia hidraulică, energia apelor curgătoare
energia mareelor, energia flux/refluxului mărilor și oceanelor
energie potențială osmotică
energia geotermică, energie câștigată din căldura de adâncime a Pământului
energie de biomasă: biodiesel, bioetanol, biogaz
Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la suprafața planetei noastre.
Această încălzire variabilă a straturilor de aer produce zone de aer de densități diferite, fapt care creează diferite mișcări ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine eoliene sunt capabile de a produce până la 5 MW de energie electrică, deși acestea necesită o viteză constantă a vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 kilometri pe oră. În puține zone ale Pământului există vânturi având viteze constante de această valoare, deși vânturi mai puternice se pot găsi la altitudine mai mare și în zonele oceanice.
"Energie solară" se referă la energia care este direct produsă prin transferul energiei luminoase radiată de Soare. Aceasta poate fi folosită ca să genereze energie electrică sau să încălzească aerul din interiorul unor clădiri. Deși energia solară este reînnoibilă și ușor de produs, problema principală este că soarele nu oferă energie constantă în nici un loc de pe Pământ. În plus, datorită rotației Pământului în jurul axei sale, și deci a alternanței zi-noapte, lumina solară nu poate fi folosită la generarea electricității decât pentru un timp limitat în fiecare zi. O altă limitare a folosirii acestui tip de energie o reprezintă existența zilelor noroase, când potențialul de captare al energiei solare scade sensibil datorită ecranării Soarelui, limitând aplicațiile acestei forme de energie reînnoibilă. Nu există nici un dezavantaj deoarece instalațiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere. Panourile solare produc energie electrică 9h/zi (calculul se face pe minim; iarna ziua are 9 ore) Ziua timp de 9 ore aceste panouri solare produc energie electrică și în același timp înmagazinează energie în baterii pentru a fi folosită noaptea. Instalațiile solare sunt de 2 tipuri: termice și fotovoltaice. Cele fotovoltaice produc energie electrică gratis. Cele termice ajută la economisirea gazului în proporție de 75% pe an. O casă care are la dispoziție ambele instalații solare (cu panouri fotovoltaice și termice în vid) este considerată "FARA FACTURI" deoarece energia acumulată ziua în baterii este trimisă în rețea).Instalațiile solare funcționează chiar și atunci când cerul este înnorat. De asemenea sunt rezistente la grindină (în cazul celor mai bune panouri).
Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apă) de a efectua un lucru mecanic la trecerea dintr-o poziție dată în altă poziție (curgere). Datorită circuitului apei în natură, întreținut automat de energia Soarelui, energia hidraulică este o formă de energie regenerabilă. Energia hidraulică este o energie mecanică formată din energia potențială a apei dată de diferența de nivel între lacul de acumulare și centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mișcare. Exploatarea acestei energii se face actualmente în hidrocentrale, care transformă energia potențială a apei în energie cinetică. Aceasta e apoi captată cu ajutorul unor turbine hidraulice care acționează generatoare electricecare în final o transformă în energie electrică. Energia hidraulică a fost folosită încă din antichitate În India se foloseau roțile hidraulice la morile de apă. În Imperiul Roman morile acționate de apă produceau fâină și erau folosite de asemenea la acționarea gaterelor pentru tăierea lemnului și a pietrei. Puterea unui torent de apă eliberată dintr-un rezervor a fost folosită la extracția minereurilor, metodă descrisă încă de Pliniu cel Bătrân. Metoda a fost folosită pe larg înevul mediu în Marea Britanie și chiar mai târziu la extracția minereurilor de plumb și staniu. Metoda a evoluat în mineritul hidraulic, folosită în perioada goanei după aur din California. În China și în extremul orient, roți hidraulice cu cupe erau folosite la irigarea culturilor. În anii 1830, în perioada de vârf a canalelor, energia hidraulică era folosită la tractarea barjelor în sus și în josul pantelor pronunțate. Energia mecanică necesară diverselor industrii a determinat amplasarea acestora lângă căderile de apă. În zilele de azi utilizarea curentă a energiei hidraulice se face pentru producerea curentului electric, care este produs în acest caz cu costuri relativ reduse, iar energia produsă poate fi utilizată relativ departe de surse.
Energia geotermică este o formă de energie regenerabilă obținută din căldura aflată în interiorul Pamântului. Apa fierbinte și aburii, captați în zonele cu activitate vulcanică și tectonică, sunt utilizați pentru încălzirea locuințelor și pentru producerea electricității. Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite la această dată pe glob pentru transformarea puterii apei geotermale în electricitate: uscat, flash și binar, depinzând dupa starea fluidului: vapori sau lichid, sau după temperatura acestuia.
centralele uscate au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizează abur din izvorul geotermal.
centralele flash sunt cele mai răspândite centrale de azi. Ele folosesc apa la temperaturi de 182 °C (364 °F) , injectând-o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață.
centralele cu ciclu binar diferă față de primele două, prin faptul că apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina, respectiv generatorul electric. Apa folosită atinge temperaturi de până la 200 °C (400 °F).
Biomasa este, în conformitate cu definiția dată de Directiva 2009/28/CE, “fracțiunea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor de origine biologică din agricultură (inclusiv substanțe vegetale și animale), silvicultură și industriile conexe, inclusiv pescuitul și acvacultură, precum și fracțiunea biodegradabilă a deșeurilor industriale și municipale” . Aceasta înseamnă că, în condițiile unei procesări industriale adecvate, biomasa proaspăt recoltată poate fi convertită în produse similare cu gazul natural sau cu combustibilii lichizi sau solizi. Prin aplicarea unor variate procese de transformare, cum ar fi arderea, gazeificarea sau piroliza, biomasa poate fi transformată în “bio-combustibili” pentru transport, “bio-căldură” sau “bio-electricitat Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care însă, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere (transformare chimică în prezența oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic).Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură, inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și partea biodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane. (Definiție cuprinsă în Hotărârea nr. 1844 din 2005 privind promovarea utilizării biocarburanților și a altor carburanți regenerabili pentru transport). Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului. Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanți):
Arderea directă cu generare de energie termică.
Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2).
Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazul fermentării produșilor zaharați; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă.
Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool și generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) și glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel.
Degradarea enzimatică a biomasei cu obținere de etanol sau biodiesel. Celuloza poate fi degradată enzimatic la monomerii săi, derivați glucidici, care pot fi ulterior fermentați la etanol.
3.2. Politici guvernamentale
3.2.1 Aspecte generale
Preocuparea pentru mediu a apărut pe agenda europeană la începutul anilor 1970. Politica de mediu a Uniunii Europene (UE) a fost creată prin Tratatul Comunității Europene și are ca scop asigurarea sustenabilității măsurilor de protecție a mediului. Prin Tratatul de la Maastricht, protecția mediului devine o prioritate cheie a Uniunii Europene, unde este semnalată necesitatea integrării și implementării politicii de mediu în cadrul unor politici sectoriale precum agricultura, energia, industria, transportul. Principalul pilon al politicii de mediu este conceptul de dezvoltare durabilă, care constituie o politică transversală ce înglobează toate celelalte politici comunitare, subliniind nevoia de a integra cerințele de protecție a mediului în definirea și implementarea tuturor politicilor europene.
3.2.2 Momente cheie în evoluția politicilor de mediu
Primii pași către conturarea unei politici de mediu pentru spațiul comunitar au fost făcuți în anul 1972, ca urmare a Conferinței Organizației Națiunilor Unite cu privire la mediu, care a avut loc în același an, și care atrăgea atenția asupra „limitelor dezvoltării” societății. Acesta a fost punctul de pornire al politicii de mediu pentru actuala Uniune Europeană, Comisia luând încă din 1973 primele măsuri în direcția inițierii unei politici de mediu coerente pentru Comunitățile Europene. Astfel, Uniunea Europeană a creat un cadru de lucru pentru politica de mediu prin intermediul celor 6 Programe de Acțiune pentru Mediu (PAM) adoptate în decursul timpului (vezi Tabelul 1). O privire mai atentă asupra celor 6 PAM ne arată că în dezvoltarea politicii de mediu au existat mai mult elemente de continuitate decât de schimbare radicală în decursul celor 30 de ani de elaborare a Programelor de Acțiune pentru Mediu, după cum observă cercetătorii în domeniu . În anul 1973 a fost înființat Directoratul General al Comisiei Europene pentru Mediu (DG Environment) care are scopul de a asigura protecția și îmbunătățirea mediului pentru generațiile actuale și viitoare. DG Mediu elaborează politicile de mediu și inițiază acte legislative în domeniu. Politica de mediu capătă un caracter complex fiind corelată cu alte politici comunitare. Anul 1986 se distinge prin adoptarea Actului Unic European (European Single Act) care intră în vigoare în 1987, prin care s-a adăugat un nou capitol cu privire la protecția mediului în Tratatul fondator al Comunității Europene. Anul 1987 este văzut ca un punct de cotitură în politica de mediului deoarece protecția mediului dobândește bază legală . În anul 1990 este creată Agenția Europeană de Mediu și Rețeaua Europeană de Informare și Observare a Mediului (Eionet). Anul 1992 este un an memorabil pentru istoria Uniunii Europene, dat fiind faptul că a fost semnat Tratatul Uniunii Europene la Maastricht (TUE), care a intrat în vigoare în 1993. În ceea ce privește mediul, TUE acordă Parlamentului European un rol mai important, fiind introdusă procedura codeciziei. Reglementările privind protecția mediului trebuie să fie integrate în politicile comunitare, aceasta fiind o condiție sine qua non în ceea ce privește dezvoltarea durabilă a mediului3 . Prin Tratatul de la Amsterdam, semnat în 1997, (intrat în vigoare în 1999) conceptul de dezvoltare durabilă devine un principiu și obiectiv important al Comunității. Totodată, politica de mediu devine politică orizontală a Uniunii Europene, tratatul consolidând principiul integrării dimensiunii mediului în celelalte politici comunitare . Convenția Aarhus privind accesul la informație, participarea publică în luarea deciziilor și accesul la justiție în problemele de mediu, elaborată în 1998 are ca fundament, după cum relevă și titlul, trei piloni: accesul la informație, participarea publică și accesul la justiție. Convenția este o „piatră de temelie” pentru democratizarea procesului de protecție a mediului, accentuarea transparenței și participarea publică în procesul de luare a deciziilor în domeniul mediului. Acest instrument internațional stabilește o legătură clară între protecția mediului, sănătate, drepturile omului și democrație . Conferința de la Gothenburg are loc în 2001. În urma acesteia dezvoltarea durabilă devine o Strategie europeană pe termen lung. Este adoptată Strategia Europeană de Dezvoltare Durabilă (SEDD) (EU Sustainable Development Strategy), cele 15 SM angajându-se să adopte politici economice, de mediu și sociale, și acțiuni care „satisfac nevoile generațiilor prezente fără a compromite posibilitatea generaților viitoare de a-și satisface nevoile lor în Uniunea Europeană și în alte părți” SEDD a fost revizuită în 2006 . În februarie 2005, Protocolul de la Kyoto intră în vigoare. În 2009, odată cu semnarea Tratatului de la Lisabona, combaterea schimbării climatice devine unul dintre obiectivele de fond la nivel european. Protecția mediului continuă să reprezinte o sferă de competență împărțită între Uniune și statele membre. Intervenția Uniunii în acest domeniu trebuie să urmărească obiective clare: conservarea, protecția și îmbunătățirea calității mediului, protecția sănătății, promovarea utilizării raționale a resurselor și promovarea măsurilor pentru combaterea problemelor de mediu . Acordul Copenhaga cu privire la problema schimbărilor climatice prezentat în ședința plenară a Summitului ONU din Copenhaga (COP15) în 2009, relevă o stagnare a progreselor internaționale în domeniul mediului. Probleme precum schimbările climatice și pericolul creșterii temperaturii globale cu peste 2° C au fost doar “recunoscute”, însă nu au fost stabilite limite concrete pentru reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Anul 2010 este marcat de două momente cheie și anume Strategia Europa 2020 și Summitul ONU de la Cancun. În ceea ce privește Strategia Europa 2020 – O strategie europeană pentru o creștere inteligentă, ecologică și favorabilă incluziunii, aceasta se axează pe creșterea durabilă bazată pe protecția mediului, protejarea bio-diveristății, „tehnologii verzi” și stabilirea obiectivelor care se pot subscrie afirmației lui José Manuel Barroso: “Pentru 2020, Comisia propune Uniunii Europene cinci obiective măsurabile care vor ghida acest proces și vor fi transpuse în obiective naționale: ocuparea forței de muncă, cercetarea și inovarea, schimbările climatice și energia, educația și combaterea sărăciei. Acestea vor imprima direcția în care ar trebui să ne îndreptăm și vor reprezenta mijloacele de măsurare a succesului nostru.” . Summitul de la Cancun din Mexic în anul 2010 reprezintă un alt moment cheie pentru politica de mediu. Câteva din punctele stabilite sunt: menținerea încălzirii globale sub 2° C, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, realizarea Fondului „Green Climate” pentru sprijinul țărilor în curs de dezvoltare.
TABELUL 1. Planurile de Acțiune pentru Mediu (PAM)
3.2.3 Legislație
Din punct de vedere legal, la baza politicii de mediu a Uniunii Europene stau Articolele 174-176 ale Tratatului Comunității Europene (TCE) și Articolele 2, 6 și 95. Astfel, Articolul 174 trasează obiectivele cu privire la mediu stipulând că: “Politica comunitară în domeniul mediului va contribui la urmărirea următoarelor obiective: conservarea, protecția și îmbunătățirea calității mediului; protecția sănătății umane; utilizarea rațională și prudentă a resurselor naturale; promovarea de măsuri la nivel internațional care să se adreseze problemelor de mediu din lume”. Sub Articolul 174 (fostul Art. 130r Paragraful 2 din TCE) protecția mediului în spațiul comunitar se bazează pe principiile precauției, prevenirii, „poluatorul plătește” și cel al reducerii poluării. În Articolul 175 se stabilește procesul decizional cu privire la politica de mediu și se clarifică atribuțiile fiecărei instituții europene care abordează probleme legate de protecția mediului. Articolul 176 prevede ca statele membre să adopte „măsuri de protecție mai stringente”, însă cu condiția ca acestea să fie compatibile cu textul Tratatului și Comisia să fie avizată cu privire la acestea. Articolul 6, paragraful 3c al Tratatului menționează explicit nevoia integrării protecției mediului în definirea și implementarea tuturor celorlalte politici comunitare. Articolul 2 din TCE este de multe ori postulat ca un model de dezvoltare europeană, acesta susținând „dezvoltarea durabilă și non-inflaționistă, un mare grad de competitivitate și convergența performanțelor economice, un nivel mare de protecție și îmbunătățire a calității mediului”. În ceea ce privește cadrul legal al politicii de mediu este important să reamintim Actul Unic European (AUE) care în 1987 introduce un nou capitol “Mediul”(Titlul VII) în Tratatul Comunității Europene. Pentru prima dată, odată cu AUE se face referire la principiul subsidiarității, de asemenea introducându-se Cooperarea Consiliului cu Parlamentul European în ceea ce privește deciziile legate de mediu. Tratatul de la Amsterdam din 1997 consolidează politica de mediu a UE. Schimbările din Preambul și Articolul 2 (fostul Articol B al TUE) întăresc principiul dezvoltării durabile. În ceea ce privește Tratatul de la Lisabona din 2009, acesta acordă forță legală Cartei Drepturilor Fundamentale a Uniunii Europene. Carta recunoaște drepturi, libertăți și principii care se aplică Instituțiilor Europene și Statelor Membre când implementează legislația europeană. În domeniul mediului, Carta include Articolul 37 cu privire la Protecția Mediului care susține că „Politicile Uniunii trebuie să prevadă un nivel ridicat de protecție a mediului și de îmbunătățire a calității acestuia, care să fie asigurat în conformitate cu principiul dezvoltării durabile”. Tratatul de la Lisabona amendează Articolul 174 al TUE cu privire la mediu, fără însă a-l înlocui. Tratatul de la Lisabona face referire și la schimbările climatice (Articolul 191 al TFEU), fără a acorda Uniunii noi competențe în acea arie. Acestor reglementări legislative li se adaugă și deciziile, regulamentele sau directivele în domeniul mediului care reprezintă legislația sectorială și cea orizontală. Din anul 1972, Uniunea Europeană a adoptat numeroase acte legislative care se concentrează asupra limitării poluării prin introducerea de standarde, cu precădere pentru gestionarea deșeurilor, poluarea apelor și poluare atmosferică. În ceea ce privește legislația orizontală, aceasta nu reprezintă simple acte legislative cu rol doar de a reglementa o anumită arie specifică, ci ele sunt acte legislative procedurale. Ele furnizează metodele și mecanismele prin care se poate îmbunătății sistemul decizional dar și procesele de elaborare și implementare a legislației în domeniu. Legislația orizontală cuprinde reglementările care asigură transparența și circulația informației, accesul public la informație, facilitarea procesului decizional, dar și impulsionează procesul de evaluare strategică a protecției mediului. Câteva exemple în acest sens: Directiva 2003/4/EC a Parlamentului European și a Consiliului din 28 Ianuarie 2003 cu privire la accesul publicului la informațiile cu privire la mediu abrogând Directiva Consiliului 90/313/EEC, Directiva 2001/42/ EC a Parlamentului European și a Consiliului din 27 Iunie 2001 cu privire la evaluarea efectelor anumitor planuri și programe privind mediul. În același timp, politica de mediu este împărțită în mai multe sectoare care fac obiectul legislației verticale (sectoriale). Reglementările pe sectoarele de mediu variază, astfel, putem spune că există mai multe politici în domeniul mediului: poluarea atmosferică, biotehnologie, substanțe chimice, economia mediului, industrie și tehnologie, probleme internaționale legate de mediu, exploatarea si conservarea solului, conservarea naturii și biodiversității, poluare fonică, dezvoltare durabilă, gestionarea deșeurilor, poluarea apelor și a mediului marin. Pentru fiecare dintre aceste sectoare sunt dezvoltate strategii și planuri de acțiune care au ca scop generic îmbunătățirea calității mediului și a vieții prin crearea de comunități durabile capabile de a gestiona și de a folosi resursele în mod eficient .
3.2.4 Energia solară
Pământul primește, în permanență, mai multă energie de la Soare în doar o oră decât folosește populația lumii într-un an. Fluxul total de energie solară interceptată de pe pământ într-o zi este de 4,2 X 1018 Wh sau 1,5 x 1022 jouli (sau 6.26 X 1020 jouli / oră). Aceasta ar fi echivalentă cu arderea a 360 miliarde de tone de petrol pe zi sau 15 miliarde de tone pe oră.
De fapt, consumul mondial de energie totală a tuturor formelor în anul 2000 a fost de numai 4.24 X 1020 Jouli.
3.2.4.1Radiația solară
Lumina solară ajunge pe Pământ într-un spectru larg, divers, combinând fotoni cu un nivel redus de energie fotoni din spectrul infraroșu (1.1 eV), cu fotoni de mare energie din spectrul ultravioletelor (3.5 eV) și cu fotonii ce formează lumina vizibilă.
Graficul de mai jos ne prezintă spectrul de energie solară captată pe un plan, în incidență directă față de soare, aflat în afara atmosferei Pământului la o distanță medie de la Pământ la Soare.
Aria de sub curbă reprezintă totalul de energie cu întreg spectrul de frecvențe. Cunoscut sub numele de "constant solară" – notată G0, și are o valoare egală cu 1.367 W pe metru pătrat (W / mp).
Fig. 1 Spectrul solar la nivel extraterestru (extra-atmosferic)
(http://www.echipot.ro/istrumente-meteo/radiatia-solara/soarele-atmosfera-si-pamantul-210.html)
Energia radiantă care se încadrează în spectrul vizibil reprezintăaproximativ 43% din total, aproximativ 52% reprezintă spectrul infraroșu și 5% razele ultraviolete.
Graficul de mai jos prezintă nivelul de energie și spectrul la nivelul mării.
A fost numită “energie directă” energia primită direct de la soare.
A fost numită “energie globală” cantitate totală de energie – energia directă,
energia difuză, energia împrăștiată sau reflectată de nori și energia re-radiată
(reflectată) de pământ.
Fig. 2 Spectrul solar la nivelul mării
(http://www.echipot.ro/istrumente-meteo/radiatia-solara/soarele-atmosfera-si-pamantul-210.html)
Cantitatea de energie primită de nivelul mării este de aproximativ 1 kW / mp
la ora amiezii, la ecuator
3.2.4.2 Iradiere și insolație
Iradierea (solară totală) este definită ca fiind cantitatea de energie radiant emisă de Soare în toate lungimile de undă – nu doar lumina vizibilă care se încadrează pe un plan perpendicular cu suprafața de un metru pătrat, în afara atmosferei terestre, la o anumită distanță față de Soare. Aceasta este aproximativ constantă, cu un caracter fluctuant de numai câteva părți la mie de la
o zi la alta. Pe suprafața exterioară a atmosferei Pământului iradierea este cunoscută
sub numele de “constanta solară” și după cum de altfel a mai fost menționat,
este egală cu aproximativ 1.367 W / mp.
Cantitatea de energie solară, care traversează atmosfera și ajunge pe o anumită zonă de pe Pământ într-o anumită oră variază în funcție de latitudine și de anotimp, precum și de condițiile meteorologice și este cunoscută sub numele de “expunere la soare” (radiație solară incidentă).
Când Soarele este se află desupra unei zone de expunere, valoarea energiei incidente care ajunge pe o suprafață de pe sol, perpendiculară față de razele Soarelui, este de aproximativ 1000 wați pe metru pătrat. Acest lucru se datorează absorbției energiei Soarelui prin atmosfera Pământului, din care se disipă aproximativ 25% – 30% din energie.
Expunere la soare crește cu altitudinea.
În practică, termenii “iradiere” și “expunere la soare” sunt adesea folosiți alternativ, însemnând același lucru.
3.2.4.3 Energia solară disponibilă
Deoarece zona transversală a Pământului este 127,400,000 km², puterea totală a Soarelui interceptată de către Pământ este 1.740 × 10 17 W, dar cum planeta se rotește, în timpul nopții nu primește energie. Energia Soarelui este distribuită pe întreaga suprafață a Pământului ca “insolație medie” fiind doar un sfert din constanta solară sau aproximativ 342 W/mp. Ținând cont și de sezoane și de condițiile climatice, puterea reală ajunge la sol, în general, la o medie de
aproximativ 200 W / mp. Astfel, puterea medie interceptată în orice moment de suprafața pământului este în jurul valorii de 127.4 X 106X 106X 200 = 25.4 X 1015 W sau 25.400 TW.
Raportând această putere asupra unui an, totalul de energie solară primită de pământ va fi:
TW 25400 X 24 X 365 = 222,504,000 TWh
Pentru a pune acest lucru în perspective utilizării, energia electrică totală anuală (nu energia totală), consumată în lume, din toate sursele, în 2004 a fost de 16,600 TWh. Astfel, energia solară disponibilă este de peste 13.000 de ori mai mare decât consumul mondial.
Energia solară trebuie să fie convertită în energie electrică, dar chiar și cu o eficiență de transformare de doar 8%, energia disponibilă va fi de 17.800.000 TWh sau de peste o mie de ori mai mare decât consumul. Folosind aceeași eficiență scăzută de conversie, necesarul de energie electrică în întreaga lume ar putea fi soluționat de la un panou solar de 118.000 kmp. Teoretic, acest necesar ar putea fi furnizat de șase centrale solare de 20.000 kmp fiecare, poziționate în
de_erturile toride, continentale, în Australia, China, Orientul Mijlociu, Africa de Nord, America de Sud și Statele Unite ale Americii sau o mare centrală solară care să acopere 1% din deșertul Sahara.
Din păcate, “cadoul” oferit de Soare poate fi recoltat doar în timpul zilei, iar energia ar trebui să fie depozitată pentru a fi utilizată în timpul orelor de noapte, la care se adaugă și cerința de a distribui energia pe distanțe mari acolo unde este nevoie – toate acestea fac o astfel de propunere imposibilă. Exemplu servește doar pentru a ilustra abundența de energie a soarelui.
Ceea ce însă se poate realiza practic – pornind de la cele de mai sus, este să se construiască centrale solare de putere mai mică, mai eficiente, pentru a servi cererile de comunităților locale care utilizează energia solară gratuită atunci când acesta este disponibilă, în combinație cu alte surse de energie sau cu variante de stocare a energiei la nivel local – acolo unde este posibil. În ciuda acestui fapt, mai puțin de 0,1% din cererea mondială de energie primară este furnizată de energia solară.
3.2.4.4 Ora echivalentă de soare plin (EHS)
Datorită variației în intensitate a radiațiilor Soarelui în timpul zilei și, de asemenea, variație ca durată a unei zile, este dificil să facem comparații asupra energiei Soarelui care ajunge pe Pământ în diferite locații.
Graficul de mai jos prezintă un exemplu asupra modului cum variază insolația (1000 W / mp) peste zi. O expunere la soare de 1000 W / mp este cunoscut sub numele de “soare plin”. De cele mai multe ori energia incident este sub această valoare, deoarece ea depinde de unghiul de incidență al razelor Soarelui cu solul, crescând în timpul zilei de la o valoare foarte scăzută în
zori când Soarele se “ridică pe cer” către un vârf, la prânz și care scade din nou pe măsură ce soarele apune. (A se vedea și unghiul de incidență prezentat mai jos). În mod similar, expunerea la soare va fi redusă la latitudini mai mari, datorită efectului de “masă de aer” – (a se vedea mai jos)
.Graficul prezintă, de asemenea, faptul că, energia totală primită pentru peste 10 ore de lumină (pe parcursul zilei) va fi de 3,5 kWh.
Fig. 3 Variația radiației solare pe parcursul unei zile
Dacă expunerea la soare ar fi fost constantă de 1000 W / mp aceeași cantitate de energie ar fi fost primită de 3,5 ore. EHS – ora echivalentă de soare plin este o măsură de expunere medie la soare în diferite locații. În acest caz, EHS este de 3,5 ore.
Energia solară exprimată în ore echivalente de soare plin (EHS) depinde de asemenea, de condițiile atmosferice și de poluare. A se vedea energia disponibilă – sisteme practice de mai jos.
Conceptul de EHS este util pentru compararea potențialului unor sisteme solare atunci când sunt instalate în locații geografice diferite.
3.2.4.5 Captarea energiei solare
Energia solară poate fi captată în două forme – sub formă de căldură sau de energie electrică.
Sisteme termice
Sistemele termice permit captare a energiei Soarelui în formă de căldură (radiațiile infra roșu) prin intermediul unui “colector solar” și utilizarea acesteia în cea mai mare parte pentru a furniza apă caldă sau pentru încălzirea spațiilor, dar căldura poate, de asemenea, fi folosită pentru a genera energie electrică – prin încălzirea unui fluid de lucru într-un motor pe bază de căldură care la rândul său, acționează un generator.
Sisteme fotovoltaice
Sisteme fotovoltaice de captare a radiației soarelui cu o frecvență mai mare (vizibil și ultra violet), într-o matrice de semiconductoare, celule fotovoltaice, care convertesc energia radiantă direct în energie electrică.
Radiația de energie solară ce ajunge la un colector solar sau matrice de semiconductoare depinde de poziția acestuia pe Pământ, orientarea acesteia și de asemenea variază în mod continuu, cu timpul, precum și condițiile meteorologice.
Cantitatea de energie captată este direct proporțională cu suprafața de expunere față de energia Soarelui interceptată de către colector.
Efectul fotoelectric extern
3.2.1 .Definiție. Scurt istoric.
Efectul fotoelectric extern consta în emisia de electroni în exterior de către unele metale, sub acțiunea unui flux de radiații electromagnetice.
Fig. Emisia de electroni de către metal sub actiunea radiației electromagnetice http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
Există și efect fotoelectric intern, care constă în generarea unor noi purtători de sarcină liberi în interiorul unui semiconductor sub acțiunea radiațiilor electromagnetice.
Efectul fotoelectric a fost descoperit de H. Hertz în 1887, prin producerea descărcării electrice între două sfere de zinc, la iluminarea unei dintre ele cu radiații ultraviolet.
În anul 1888, fizicianul englez W. Hallwachs constată că sub acțiunea radiațiilor ultraviolete o placă de zinc conectată la un electroscop se descarcă dacă a fost inițial încărcată negativ, se încarcă poitiv dacă inițial a fost neutră și rămâne încărcată pozitiv dacă inițial a fost încărcată pozitiv însă, foițele electroscopului se depărtează mai mult.
Fig. …Experimentul lui Hallwchs
http://www.slideshare.net/Vytamin/efectul-fotoelectric-extern
În anul 1899, J.J. Thomson a demonstrat că particulele emise prin efect fotoelectric au caracteristici identice cu electronii. Natura particulelor emise în cazul efectului fotoelectric au fost determinate cu ajutorul experiențelor de deviație în câmpuri electrice și magnetice de către Ph. Lenard și A.F. Ioffe, iar legile acestui efect au fost stabilite experimental.
Efectul fotoelectric a fost studiat experimental de Phillip Lenard în 1902 cu ajutorul următorului dispozitiv:
Fenomenul este explicat abia în 1904 de către A. Einstein pe baza teoriei corpusculare a luminii, conform căreia lumina este emisă, se propagă și este absorbită în mod discontinuu sub formă de fotoni.
3.2.3 Legile efectului fotoelectric extern
Legile experimentale ale efectului fotoelectric extern, enunțate după 1890, pot fi verificate cu o celulă fotoelectrică, conectată intr-un montaj potențiometric căruia I se măsoară intensitatea curentului anodic Ia pentru diferite tensiuni între A (anod) și C (catod) după care se realizează o diagramă de current de forma Ia = f(UAC)
Celula fotoelectrică este un balon de sticlă vidat, acoperit pe oporțiune interioară cu un strat metallic ce constitue catodul ( C ). Anodul ( A ) este un fir metalic ( circular sau liniar), așezat în fața catodului.
Fig. Celulă fotoelectrică
http://www.slideshare.net/Vytamin/efectul-fotoelectric-extern
Acești electrozi sunt conectați prin două fire metalice care trec prin peretele de sticlă în circuitul exterior care conține microampermetru, voltmetru și generator de tensiune variabilă. Electronii obținuți prin efect fotoelectric extern, sunt accelerați ( dacă UAC > 0 ) sau frânați ( dacă UAC < 0) în câmpul electric dintre anod și catod.
Curentul de saturație reprezintă valoarea maximă a intensității care se obține începând cu o anumită valoare a tensiunii dintre anod și catod, când toți electronii obținuți prin efect fotoelectric ( numiti și fotoelectroni) la un anumit flux luminous constant, sunt colectați de anod .
Forța electrică efectuează asupra electronilor lucrul mechanic L = qUAC, egal cu variația energiei cinetice ( L = ΔWc) deci,
qUAC = ( mva 2 – mvc2 )/2
La o anumită tensiune inversă U0 = U΄AC < 0 (anodul negativ față de catod), electronii sunt frânați și nu mai ajung la anod.
Ec max = – eU0 = m0,e v2 max / 2 = e|U0|, unde q = e = 1,6 x 10-19 C
Prima lege a efectului fotoelectric.
Se trimite pe catod, pe rând,fascicule de radiații de aceeași frecvență și fluxuri Φ1, Φ2, Φ3 , apoi se construiește caracteristica curent – tensiune
Intensitatea curentului fotoelectric de saturație este direct proporțională cu fluxul radiațiilor electromagnetice incidente, când frecvența este constantă
Fig.
http://www.efectfotoelectric.catinegura.home.ro/legi.htm
A doua lege a efectului fotoelectric
Se modifică frecvența radiațiilor incidente schimbând filtrul , se măsoară pentru fiecare frecvență, tensiunea de stopare US și se calculează energia cinetică maximă pentru orice valoare a fluxului incident.
Energia cinetica a fotoelectronilor emisi creste liniari cu frecventa radiatiilor electromagnetice si nu depinde de fluxul acestora.
Fig.
http://www.efectfotoelectric.catinegura.home.ro/legi.htm
A treia lege a efectului fotoelectric extern
Se repetă experimentul pentru catozi din materiale diferite
Ecmax
: K Na Zn W
v
V01 V02 V03 V04
Efectul fotoelectric extern se poate produce numai dacă frecvența radiației incidente este mai mare sau cel puțin egală cu o valoare specifică fiecărei substanțe, numită frecvență de prag
A patra lege a efectului fotoelectric extern
Efectul fotoelectric extern se produce practic instantaneu
3.2.4 Ipotezele lui Planck și Einștein. Ecuația lui Einștein.
Se știe deja că pentru a putea formula legile radiației termice, Planck a fost nevoit să admită ipoteza că energia oscilatorilor atomici nu variază continuu, ci discret , într-un fel de “porții” (cărora le-a spus cuante). Aceasta ipoteza nu are analogii în lumea macroscopică. Modelul neclasic (fotonic) preia ipoteza Planck și o extinde asupra naturii luminii. Celebrul postulat formulat de către Einstein în anul 1905 afirmă că : “Lumina este formată din fotoni” .
Einstein consideră că efectul fotoelectric apare în urma unei interacțiuni individuale între foton și electron, interacțiune pentru care se respectă legea conservării energiei.
“Fiecare cuantă de lumină care lovește metalul și se ciocnește cu unul din electronii lui, transmite toată energia sa electronului respectiv, scoțându-l astfel din metal. Totuși, înainte de a ieși din metal, electronul pierde din această energie o parte egală cu lucrul mecanic necesar pentru extracția sa din metal. Numărul de electroni emiși este proporțional cu numărul de cuante incidente, iar acesta este dat de intensitatea luminii care cade pe metal.” (Max Born, “Fizica Atomica”, Ed. Stiințifică, București, 1973)
Conform teoriei cuantelor (1900) a lui Max Planck, radiașiile electromagnetice sunt emise și absorbite discontinuu, prin cuante de energie = hν. Prin urmare, fotonul transport o cuantă de energie , unde hν este energia fotonului radiației de frecvență ν, iar h=6,62 x 10 -34 Js ( constanta lui Planck)
În anul 1905, în revista științifică germană ”Annalen der Physik”, A. Einștein explică efectul fotoelectric extern pe baza teoriei cuantelor a lui Planck. Presupune astfel, ca lumina este formata din particule ( numite ulterior fotoni) care se deplasează în vid cu viteza c și consideră că efectul fotoelectric extern ca un schimb de energie la nivel microscopic, între fotonul incident de energie hν și electronul care este extras din rețeaua cristalină și părăsește metalul cu o anumită energie cinetică
.hν = Lextracție + Ecin. electron
1.Dacă se folosesc notațiile,
= hν=h , energia fotonului incident ,
We = 0 = h , energia de extracție a electronului din metal ;
Wc = , energia cinetică a electronului emis, atunci prima formă a ecuației lui Einstein este (în cazul metalelor)
Ecuația lui Einstein răspunde complet tuturor observațiilor experimentale :
hν = We + Wc
• Apare evident faptul că efectul fotoelectric extern nu se poate produce decât atunci când :
(=h ) ≥ We( = h ) =>λ( foton, deci lumină) ≤λ0(prag) , ceea ce corespunde primei concluzii experimentale (1).
• Atunci când energia fotonilor incidenți este relativ mică :
=> v = )
ceea ce justifică – la nivel teoretic – ce-a de-a doua concluzie experimentală (2), inclusiv influența modificării lungimii de undă a radiației luminoase incidente asupra vitezei electronilor extrași.
• Intensitatea luminoasă este I = Nf ⋅ε , unde Nf este numărul de fotoni care au trecut în unitatea de timp prin unitatea de suprafață, iar ε este energia unui singur foton . Intrucât nu este obligatoriu ca toți fotonii să interacționeze cu electroni, se poate considera că fenomenul este condiționat de o anumită probabilitate : Nelectroni ∝ Nfotoni ⇒ Nelectroni emisi ∝ I (a treia constatare experimentală).
• Intrucât absorbția fotonului are loc instantaneu, observația (4) este complet justificată
Precum se vede, modelul neclasic (fotonic / cuantic) dă o explicație foarte simplă acestui efect. Ecuația lui Einstein a fost reconfirmată prin experiențele efectuate de Millikan (1916). Menținând iluminarea constantă și modificând tensiunea sursei, el a obținut caracteristica curentului fotoelectric în forma indicată în figura 1.11. Se observă că pentru o anumită tensiune acceleratoare curentul ajunge la saturație (valoare maximă care nu mai poate fi depășită), iar pentru o anumită tensiune negativă, curentul scade la zero. Desigur că tensiunea (invers aplicată) necesară pentru frânarea electronilor cei mai rapizi este dependentă de frecvența luminii incidente. Millikan a constatat o dependență riguros liniară între U0 și ν pentru câteva metale.
Observație : Si în cazul tensiunii necesare pentru frânarea tuturor electronilor, se folosesc mai multe notații echivalente (care desemnează același lucru) : U0 (Uoprire) = Ust (Ustopare) = Uf (Ufrânare), uneori folosindu-se noțiunea de potențial și scrierea : Vo = Vf = Vst . Prin definiție, tensiunea este egală cu diferența de potențial dintre două puncte ; prin urmare, potențialul se confundă cu tensiunea numai atunci când valoarea acestuia în punctul de referință este considerată nulă (masă / pământ).
II. Intrucât – în timp – s-a observat că efectul fotoelectric poate avea mai multe forme de manifestare, vom recurge la o definiție mai completă.
Efectul fotoelectric constă în eliberarea de electroni de către o substanță, atunci când aceasta este iluminată cu radiații electromagnetice de frecvență convenabilă.
Prima observație pe care o impune definiția de mai sus este legată de natura / frecvența radiațiilor electromagnetice care pot genera un astfel de efect. Astfel, efectul fotoelectric poate fi produs nu numai de către radiații luminoase (domeniul vizibil) ci și de către radiații infraroșii, raze X sau raze γ. O a doua observație se referă la faptul că acest efect se poate produce atât în corpuri solide, cât și în corpuri lichide sau gazoase. O a treia observație este legată de consecințele posibile ale unei interacții individuale de tip foton – electron. Din acest punct de vedere, putem avea : a) Efect fotoelectric extern, care constă în emisia de electroni în afara unui material expus unei radiații electromagnetice. b) Efect fotoelectric intern (descoperit în 1930), caz în care absorbția luminii conduce la mărirea numărului de electroni “liberi” (în banda de conducție) în interiorul corpului iradiat, fără ca aceștia să părăsească corpul. Drept urmare a acestui fenomen, rezistivitatea scade, respectiv conductibilitatea electrică a materialului crește. Efectul fotoelectric intern se mai numește și fotoconductibilitate și se manifestă, de regulă, la nemetale (izolatori, semiconductori). c) Efect fotovoltaic sau fotogalvanic, care constă în apariția unei tensiuni electromotoare la contactul dintre un semiconductor și un metal, sau la contactul dintre doi semiconductori, dacă asupra zonei de contact se trimite un fascicul luminos.
Interpretarea legilor efectului fotoelectric extern
Pornind de la ipoteza că energia unei cuante reprezintă energia unei particule de lumină, numită foton, conform teoriei relativității, se atribuie acestor fotoni o masă de mișcare mf și energia unei cuante Ɛ=hν=mfc2 (mf = hν/c2) și impulsul pf = mf c
Radiația electromagnetică este emisă, se propagă și este absorbită sub formă de cuante. Un fascicule de lumină trebuie acceptat ca un flux de fotoni de energie Ɛ și impuls
Pf = mfc = hν/c = h/λ
Einștein a considerat ca efectul fotoelectric extern constă îninteracțiunea dintre un foton și un electron. Energia fotonului absorbit de un electron din metal, trebuie sa fie cel puțin egala cu energia h
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Curriculum la Decizia Scolii. Energia Alternativa (ID: 159037)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.