Electricitat i magnetisme

4,125 views
3,813 views

Published on

Published in: Education, Technology, Travel
0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,125
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
511
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Electricitat i magnetisme

  1. 1. Electricitat i Magnetisme 2n curs ESO
  2. 2. • És el camí tancat format per un conjunt d’elements enllaçats, pel qual circulen les càrregues elèctriques. Aquesta circulació és el que anomenem corrent elèctric. El circuit elèctric • A més, es poden trobar elements de control i elements de protecció • Els elements d’un circuit elèctric són: el generador, els conductors i el/els receptor/receptors. Conductors Generador Element de control Receptor
  3. 3. Representació gràfica d’un circuit elèctric • Per facilitar la representació gràfica d’un circuit, es fan servir els esquemes, en que cada un dels seus components té assignat un símbol Circuit elèctric Esquema elèctric Símbols
  4. 4. Representació gràfica d’un circuit elèctric • Exemples de components elèctrics i el seu símbol corresponent
  5. 5. Magnituds elèctriques fonamentals • Entenem per magnitud tot el que es pot mesurar. • Les magnituds fonamentals que caracteritzen el corrent elèctric són • la intensitat • la tensió • la resistència • la potència • l’energia elèctrica
  6. 6. Intensitat elèctrica La intensitat elèctrica és el nombre de càrregues elèctriques que travessa la secció d’un conductor en una unitat de temps. • La intensitat elèctrica, que també rep el nom de corrent elèctric, es mesura en amperes (A), en honor del científic francès André-Marie Ampère. Electró (càrrega elèctrica) conductor intensitat alta intensitat baixa
  7. 7. • En un circuit elèctric hi circula un corrent d’intensitat 1 A quan és travessat per 3,6 trilions d’electrons cada segon. La unitat de càrrega elèctrica és el coulomb (C), que equival a la càrrega de 3,6 trilions d’electrons. • Per tant: 1A = 1C / 1s Intensitat elèctrica Quan els valors de la intensitat són petits, s’utilitzen el mil·liamper (mA) i el microamper (uA)
  8. 8. El corrent elèctric que circula a través dels receptors d’un circuit pot ser de dos tipus: • Corrent continu (CC): les càrregues elèctriques sempre circulen en el mateix sentit. És el cas de les piles o bateries. • Corrent altern (CA): la circulació de les càrregues elèctriques canvia de sentit 50 vegades en un segon (a Europa). Aquest es el tipus de corrent que tenim a casa nostra. Intensitat elèctrica
  9. 9. Tensió elèctrica La tensió elèctrica és el treball (energia) necessari per desplaçar les càrregues elèctriques d’un terminal del generador a un altre. La tensió elèctrica fa que les càrregues es desplacin a través dels conductors. Si no hi ha tensió, no hi ha circulació de càrregues (intensitat) • La tensió, que també rep els noms de voltatge i força electromotriu (f.e.m), es mesura en volts (V) en honor del físic italià Alessandro Volta. tensió alta tensió baixa càrrega elèctricaconductor
  10. 10. Tensió elèctrica • Del símil emprat, és pot deduir que quan major sigui la tensió aplicada, major serà el nombre de càrregues elèctriques en circulació i per tant major serà el valor de la intensitat elèctrica del circuit • (Recordem que la intensitat elèctrica es el nombre de càrregues que passen per un punt de la secció del conductor i per unitat de temps) Intensitat alta Tensió alta Intensitat baixa Tensió baixa
  11. 11. Resistència elèctrica Si els valors de resistència són elevats, s’utilitzen com unitats el quilo-ohm (k Ω) i el mega-ohm (M Ω) La resistència elèctrica és la dificultat que ofereixen els materials al pas del corrent elèctric. La unitat de resistència és l’ohm (Ω), en honor del científic alemany Georges Simon Ohm. Tots els elements d’un circuit tenen resistència, però normalment l’aparell receptor és el que en té més. Els cables i el generador han de tenir una resistència baixa, que, a efectes pràctics, es considera nul·la.
  12. 12. Resistència elèctrica La resistència elèctrica que tenen els materials depèn de la naturalesa i de les dimensions de l’objecte. • Així doncs, la resistència d’un conductor elèctric serà directament proporcional a la seva longitud i al seu coeficient de resistivitat ρ (rho) i inversament proporcional a la seva secció • Tot això s’expressa mitjançant la següent formula • Essent ρ la resistivitat expressada en Ω mm2 /m, l la longitud en m, s la secció en mm2 i R la resistència en Ω
  13. 13. Resistència elèctrica • El coeficient de resistivitat ρ (rho) depèn del tipus de material i de la temperatura a la que es trobi. Aquest valor és característic per cada material en concret . • Així doncs, de la següent taula és dedueix que la plata és el material millor conductor i que el PVC (plàstic) és el pitjor de tots.
  14. 14. Llei d’Ohm • En un circuit elèctric, les tres magnituds bàsiques (tensió, intensitat i resistència) estan íntimament relacionades entre si. Aquesta relació es coneix com la llei d’Ohm, en honor de Georges Simon Ohm, que va ser qui la va enunciar, i diu així: La intensitat del corrent elèctric que circula per un circuit és directament proporcional a la tensió que hi apliquem i inversament proporcional a la resistència que ofereix. • Matemàticament, la llei d’Ohm s’expressa de la manera següent: I = V / R on I és la intensitat expressada en amperes (A); V, la tensió en volts (V), i R, la resistència en ohms (Ω).
  15. 15. Potència elèctrica La potència és la capacitat que té un receptor de realitzar la seva funció més intensament i/o amb més rapidesa, i es mesura en watts. La potència és igual al producte de la tensió (V) per la intensitat (I) Una de les característiques més importants dels receptors és la seva potència. La potència indica la capacitat d’una màquina per realitzar la seva funció amb més o menys rapidesa. Per exemple, un motor més potent que un altre vol dir que gira més ràpid o que pot suportar esforços més grans. Totes les làmpades transformen l’energia elèctrica en lumínica, però n’hi ha que fan més llum. Així, doncs, la rapidesa i/o la intensitat amb què el receptor transforma l’energia depèn de la seva potència.
  16. 16. L’energia elèctrica • No és el mateix que un receptor elèctric estigui connectat uns quants segons o que ho faci durant hores. Es evident que quant més temps estigui connectat, més diners haurem de pagar a l’empresa que ens subministra energia elèctrica L’energia elèctrica és el producte de la potencia d’un aparell pel temps que està en funcionament, és a dir: E=P x t La unitat de mesura es el watt hora (Wh), però en la pràctica se utilitza el quilowatt hora (kWh). 1kWh = 1000 Wh • L’aparell que mesura l’energia elèctrica consumida es el comptador elèctric
  17. 17. Formules derivades • De les formules de la llei d’Ohm i de la potència elèctrica, es deriven les següents expressions R = V / I I = V / R V = I x R P = V x ( V / R) = V2 / R P = V x I V I P = ( I x R ) x I = I2 x R
  18. 18. L’electromagnetisme: els electroimants Sabem que tot conductor recorregut per un corrent elèctric crea un camp magnètic. Aquest camp és el que va fer moure la brúixola en l’experiment d’Oersted, en interaccionar els dos camps magnètics, tal com succeeix en acostar dos imants. Es pot comprovar pràcticament que el pas del corrent elèctric per un conductor genera un camp magnètic que té les mateixes propietats que el camp magnètic dels imants naturals. L’electromagnetisme és la ciència que estudia la relació entre el corrent elèctric i els camps magnètics.
  19. 19. L’electromagnetisme: els electroimants • Si enrotllem un conductor elèctric formant una volta o espira al costat d’una altra, haurem construït una bobina. • En connectar els seus extrems a una pila, els camps magnètics creats per cada espira se sumen a l’interior de la bobina. • El resultat és un camp magnètic similar al d’un imant rectangular, amb un pol nord en un extrem i un pol sud a l’altre. • Si s’inverteix la polaritat de l’alimentació, els pols canvien de posició. • El camp magnètic creat per la bobina es reforça considerablement en col·locar- hi un nucli de material ferromagnètic. Un electroimant és un imant artificial temporal, ja que només actua com a imant quan hi circula el corrent elèctric. Està format per una bobina de coure i un nucli de ferro.
  20. 20. Màquines electromagnètiques Les màquines electromagnètiques més importants són els generadors i els motors. Generadors electromagnètics Un generador electromagnètic és una màquina motriu que transforma l’energia mecànica en energia elèctrica. Els generadors electromagnètics es basen en el fenomen conegut com inducció electromagnètica. La inducció electromagnètica és el fenomen pel qual, en moure un imant dins d’una bobina de fil conductor o a l’inrevés, es genera (indueix) un corrent elèctric a la bobina.
  21. 21. Motors elèctrics Un motor elèctric és una màquina motriu que transforma l’energia elèctrica en energia mecànica. Quan per un conductor elèctric circula un corrent és genera un camp magnètic. Si aquest conductor és troba al seu entorn dins d’un altre camp magnètic diferent, tindrem dos camps magnètics en un mateix espai. Com passa amb dos imants, s’originaran dues forces que tendiran a produir un moviment.
  22. 22. Parts d’un motor elèctric • La part fitxa del motor és l’estator. Té forma de cilindre buit i en l’interior disposa d’imants o electroimants (bobines inductores) que generen un camp magnètic • La part mòbil que gira al tombà del seu eix és el rotor. És un cilindre que té unes ranures en les quals s’enrotllen fils de coure que formen les bobines del induït. • Les escombretes són peces de grafit que llisquen sobre un col·lector format per unes làmines de coure. Aquest sistema permet el pas del corrent elèctric encara que el eix giri a gran velocitat. Les tres parts principals d’un motor elèctric són: l’estator, el rotor i les escombretes i col·lector
  23. 23. Tipus de circuits elèctrics A vegades, necessitem acoblar en un mateix circuit diferents receptors. La manera de connectar aquests receptors és molt important ja que determina el funcionament d’aquestos . Es poden connectar els receptors de tres maneres diferents: • Connexió en sèrie • Connexió en paral·lel • Connexió mixta
  24. 24. Connexió en sèrie Quan en un circuit els diferents elements estan connectats un darrere l’altre de manera que hi circula el mateix corrent elèctric, diem que estan connectats en sèrie. La pila, l’interruptor i la làmpada estan connectats en sèrie. Seguint el recorregut del corrent en els esquemes, podem deduir que les característiques de funcionament dels receptors connectats en sèrie són les següents: - La intensitat que circula per cada receptor és la mateixa. - Per tant, si es desconnecta un receptor per qualsevol causa, el circuit queda obert, s’interromp el corrent i deixen de funcionar tots els receptors. - La tensió del generador es reparteix entre els receptors de manera directament proporcional a la seva resistència.
  25. 25. Connexió en paral·lel o derivació La instal·lació elèctrica d’un edifici (per exemple, la de la teva escola) està formada per diferents circuits que han de funcionar independentment, és a dir, connectats en paral·lel. En un circuit que alimenta dos o més receptors, aquests receptors estan connectats en paral·lel si el corrent es reparteix entre tots ells, de manera que es pot tancar el circuit per cadascun dels receptors. Observant els esquemes de circuits amb receptors en paral·lel, podem concretar el següent: -Quan per qualsevol anomalia deixa de funcionar un dels receptors, els altres continuen funcionant. - Cada receptor rep la mateixa tensió, que és la del generador. Per tant, perquè el funcionament dels receptors connectats en paral·lel sigui el correcte, només han de tenir la mateixa tensió, que la del generador que alimenta el circuit.
  26. 26. Connexió mixta (sèrie – paral·lel) En l’esquema següent, les làmpades 2 i 3 estan connectades en paral·lel i la làmpada 1 està en sèrie amb elles; aquest tipus de connexió s’anomena connexió mixta. Suposant que les característiques de les tres bombetes siguin les mateixes, la làmpada 1 lluirà molt més que les altres dues degut a que és recorreguda per tot el corrent del circuit.
  27. 27. Connexió de piles Connexió de piles en sèrie Per connectar piles en sèrie es connecten una darrere l’altra, tenint en compte la polaritat, de manera que el pol negatiu d’una pila es connecta al positiu de la següent, i així successivament. Al final, queden dos pols lliures, als quals es connecten els borns del circuit que cal alimentar. En un circuit alimentat per piles en sèrie, com que el corrent ha de passar per cada pila, rebrà l’energia de cada una d’elles i, en conseqüència, la tensió subministrada al circuit serà la suma de cadascuna de les piles. Per tant, podem concloure que la connexió de piles en sèrie es fa servir per augmentar la tensió que cal subministrar a un circuit.
  28. 28. Connexió de piles Connexió de piles en paral·lel Si connectem dues o més piles de manera que unim tots els pols positius per una banda i tots els pols negatius per l’altra, les haurem connectat en paral·lel. La tensió d’alimentació del circuit serà la d’una pila (recorda que per fer agrupacions, les piles han de ser de les mateixes característiques), però el corrent que consumeix el circuit el subministren entre totes. En un circuit alimentat per una associació de piles en paral·lel, augmenta l’autonomia de les piles, ja que l’energia consumida pel circuit la subministren entre totes a parts iguals.
  29. 29. Mesura de magnituds elèctriques Quan facis els muntatges dels circuits elèctrics, és probable que, per alimentar-los, utilitzis una font d’alimentació igual que la de la fotografia o semblant. Aquesta font porta incorporats dos aparells de mesura, un per saber la tensió, i l’altre per saber la intensitat que subministra la font al circuit. Hi ha aparells de mesura per a qualsevol de les magnituds del circuit elèctric: voltímetres per saber la tensió, amperímetres per mesurar la intensitat, ohmímetres per a la resistència, wattímetres per a la potència…
  30. 30. Mesura de la tensió Voltímetre Per mesurar la tensió s’utilitzen els voltímetres. El voltímetre és un aparell que té dues pinces o terminals que s’han de posar en contacte entre els dos punts del circuit. Aquesta manera de connectar el voltímetre s’anomena connexió en paral·lel o derivació. Cal tenir present que el valor màxim de la tensió que es pot mesurar amb un voltímetre és el que assenyala el final de la seva escala graduada, anomenat valor del fons d’escala. Hi ha voltímetres per a CC i voltímetres per a CA. Com s’utilitza el voltímetre? 1. D’acord amb el corrent del circuit, s’elegeix el mode de mesura de CC o de CA. 2. Hem d’estar segurs que la tensió que volem mesurar és inferior a la del fons d’escala que tenim seleccionat al voltímetre. 3. Es connecta en paral·lel entre els punts del circuit del qual volem mesurar la tensió, tenint present que si el circuit és de CC la polaritat del circuit ha de coincidir amb la de l’aparell (normalment, la pinça del positiu és de color vermell i la del negatiu, de color negre). 4. Es llegeix el valor de la tensió, en volts (V).
  31. 31. Mesura del corrent Amperímetre Per mesurar la intensitat que travessa un circuit es fa servir l’amperímetre. Aquest aparell s’intercala enmig del circuit, connectat en sèrie, i s’efectua la mesura quan el circuit està tancat o en funcionament. Com s’utilitza l’amperímetre? 1. D’acord amb el tipus de corrent del circuit, se selecciona el mode de mesura de CC o de CA. 2. Hem d’estar segurs que la intensitat que volem mesurar és inferior al valor del fons d’escala que tenim seleccionat a l’amperímetre. 3. Es connecta en sèrie amb el circuit (precaució: si el connectéssim en paral·lel o derivació es podria malmetre). Si el circuit és de CC, la polaritat del circuit ha de coincidir amb la de l’amperímetre. 4. Es llegeix el valor de la intensitat, en amperes (A).
  32. 32. Mesura de la resistència Ohmímetre S’utilitza per mesurar la resistència elèctrica d’un circuit, d’un receptor o d’un resistor. Per mesurar la resistència no cal desconnectar-la. Però no pot haver-hi tensió 1. El valor de R és el mateix per a un circuit CA que CC. 2. Cal assegurar-se que al circuit o a la resistència no hi hagi tensió, ja que això pot provocar el deteriorament de l’aparell, i la mesura realitzada no seria correcta. 3. Es connecta entre els dos punts del component o circuit del qual volem mesurar la resistència; en aquest cas no hem de tenir en compte la polaritat, ja que hem desconnectat anteriorment qualsevol generador del circuit. 4. Es llegeix el valor de la resistència, en ohms (Ω).
  33. 33. Multímetre o polímetre Per mesurar tensions i intensitats, els tècnics elèctrics empren el multímetre o polímetre, també conegut amb el nom de tèster, ja que és un aparell que porta integrades aquestes dues funcions, junt amb altres com, per exemple, la mesura de resistències, capacitats i altres mesures compostes. Els multímetres solen tenir diverses escales per a cadascuna de les magnituds que es volen mesurar, i poden utilitzar-se tant en circuits de CC com de CA. N’hi ha d’analògics i de digitals. Els multímetres no tenen un símbol específic, sinó que en els circuits es representa la funció que fan, com per exemple la de voltímetre, amperímetre, etc. S’han de configurar per executar les diferents funcions, per això tenen els elements següents: • Un interruptor general amb les posicions ON/OFF (connectat, desconnectat). • Un commutador amb les posicions CA/CC per seleccionar el tipus de corrent que es vol mesurar. De vegades aquesta funció es troba en el mateix selector. • Un selector giratori que permet seleccionar la magnitud que es vol mesurar (tensió, intensitat, etc.) i el seu fons d’escala. • Uns borns i dos cables terminals per a la connexió de l’aparell al circuit.
  34. 34. Efectes del corrent elèctric En un circuit no podem veure el pas del corrent elèctric, però el podem detectar per la presència dels seus efectes tèrmics, lluminosos, magnètics, acústics, dinàmics, etc. Segurament deus haver notat que una bombeta o qualsevol aparell, si estan molt de temps funcionant, s’escalfen, i més quan augmenta la intensitat del corrent. Aquest fenomen és el que s’anomena efecte Joule. En els circuits elèctrics el pas del corrent sempre provoca un despreniment de calor, que augmentarà com més elevat sigui el corrent elèctric que hi circula i més estona duri la connexió. Molts aparells elèctrics es fonamenten en l’efecte Joule: estufes, torradores de pa, forns elèctrics, etc. La seva funció és transformar l’energia elèctrica en calor. Dues aplicacions particulars de l’efecte Joule són les làmpades d’incandescència i els fusibles.
  35. 35. Làmpades d’incandescència L’enllumenat artificial amb corrent elèctric s’inicia a partir de l’any 1879, en què Thomas Alva Edison, inventor americà, construeix una làmpada d’incandescència amb filament de carbó i es dedica a fabricar-la en sèrie. Actualment, les làmpades incandescents consten d’una ampolla de vidre d’alta puresa dins de la qual hi ha un filament de tungstè (també conegut amb el nom de wolframi), que és un metall amb un punt de fusió elevat (3400ºC) i una alta resistència elèctrica. En passar-hi el corrent elèctric, el filament s’escalfa fins a temperatures entre 2000 i 3000ºC, i es produeix el fenomen de la incandescència, segons el qual el filament emet radiacions lluminoses intenses com a conseqüència de l’alta temperatura a què es troba. Per tal que el filament no es malmeti, dins l’ampolla de vidre hi ha una barreja de gasos com l’argó i el nitrogen. L’ampolla es tanca amb un casquet que, a més de la rosca per a la fixació de la làmpada, porta els contactes elèctrics que donen el corrent al filament.
  36. 36. Els fusibles Una de les conseqüències del despreniment de calor en els circuits elèctrics són els curtcircuits. El curtcircuit es produeix quan el corrent elèctric va d’un pol del generador a l’altre sense passar per cap receptor. Com ja hem comentat, els receptors són els dispositius que tenen més resistència. Per tant, si no n’hi ha cap, el corrent elèctric no troba a penes resistència i circula amb molta facilitat, fet que comporta un gran despreniment d’energia calorífica que pot arribar a cremar tot el circuit. Per això, els curtcircuits poden provocar incendis i malmetre aparells i instal·lacions. Els curtcircuits són els accidents més perillosos que es produeixen en els circuits elèctrics, ja que la gran quantitat de calor despresa amb la presència, la majoria de vegades, de guspires és la causa de molts incendis. Per evitar els efectes destructius dels curtcircuits, s’utilitzen els fusibles. Els fusibles són els elements de protecció més antics utilitzats en els circuits elèctrics. Es fonamenten en l’efecte Joule. Construïts amb un material conductor de baix punt de fusió, es col·loquen al inici de la instal·lació i al costat de l’aparell o circuit que es vol protegir; si es produeix un curtcircuit, els fusibles detecten l’augment de temperatura i es fonen, de manera que el circuit queda obert, cessa el corrent i s’eviten altres conseqüències.

×