Introducció a l'electricitat, a les principales magnituds elèctriques fonamentals i a les lleis que les regeixen

1. P.Q.P.I. AUXI. MUNTATGE ORDINADORS - UNITAT 1 – CARLOS CARDELO – IES MVM
11/11/2010 Pàgina 1
INTRODUCCIÓ A L’ELECTRICITAT
QUÈ ÉS L’ELECTRICITAT?
LES FORCES ELÈCTRIQUES
Les forces elèctriques expliquen com flueix el
corrent en un circuit, estan presents en la
majoria de les nostres activitats diàries, des de
l'ús de la llum elèctrica per a il·luminar-nos o el
d'aparells com la rentadora o el frigorífic. A
més són responsables d'una gran quantitat de
fenòmens naturals. També els processos
químics com la formació d'enllaços o el
metabolisme del nostre propi cos són
governats per aquest tipus de forces.
Tots els cossos estan compostos per elements químics. La partícula més elemental d’un
cos és l’Àtom.
Cada àtom té un nucli, al voltant del qual giren els electrons en òrbites concèntriques i a
gran velocitat, com es veu a la figura.
El nombre d’electrons que té cada àtom varia en funció del tipus d’element, essent
aquest nombre el que defineix les propietats de l’element.
A cada àtom, el nombre de protons del nucli (càrrega +) és igual al nombre d’electrons
de l’escorça (càrrega -).
Els protons, per esser de carrega positiva, atrauen als
electrons, de càrrega negativa. La força en que els protons ( +
) atrauen als electrons ( - ) queda compensada per la força
centrífuga que es genera al girar aquests al voltant del nucli.
Aquest és el motiu pel qual els àtoms es mantenen en
equilibri.
Hi ha materials en els quals aquesta força d’enllaç és molt
feble, per la qual cosa, si fem que una força externa actuï
sobre l’element, podem fer que es trenqui l’equilibri i aquest
electrons es desplacin.
Als electrons que podem desplaçar d’aquesta manera els
anomenem electrons lliures.
La càrrega elèctrica d'un cos és produeix quan predominen els electrons (càrrega negativa) o
els protons (càrrega positiva).
L’electrització és el procés pel qual un cos adquireix càrrega elèctrica. Les càrregues del mateix
signe es repel·leixen i les de signe contrari s'atreuen.
El fenomen pel qual els electrons es desplacen ordenadament s’anomena CORRENT
ELÈCTRIC.

2. P.Q.P.I. AUXI. MUNTATGE ORDINADORS - UNITAT 1 – CARLOS CARDELO – IES MVM
11/11/2010 Pàgina 2
La TENSIÓ ELÈCTRICA és la que fa que els electrons es posin en moviment (la força externa
que fa que es belluguin).
Sabem que hi ha substàncies com els plàstics o els vidres que al fregar-los amb un drap de
cotó o de llana queden carregats d’electricitat i són capaces d'atreure objectes petits, com
trossos de paper o cabells; aquest fenomen s’anomena Electricitat Estàtica.
Per exemple: Si freguem un bolígraf de plàstic amb un drap de llana, els electrons del drap
passen al bolígraf. Ara el bolígraf està carregat negativament. A l'acostar el bolígraf als
paperets, els electrons d'aquest són atrets pels protons dels paperets. Per això el bolígraf atreu
als papers.
El fregament serà la força externa que fa que els
electrons s’alliberin.
En tot procés la càrrega elèctrica total roman constant.
La conservació de la càrrega elèctrica és un principi tan
important com el principi de conservació del moment
lineal o el de l'energia.
COM ES GENERA LA TENSIÓ ELÈCTRICA?
Per transformació química (piles i bateries)
Per inducció (generadors elèctrics)
Per escalfament (Termoparells)
Per acció de la llum ( Cèl·lules Fotoelèctriques)
Per fregament (Electricitat estàtica i alguna mena de llamps)
Amb Cristalls Piezoelèctrics (Rellotges dels Ordinadors fets amb cristalls de quars)
CONDUCTORS, SEMICONDUCTORS I AÏLLANTS
Conductors: Materials amb força d’enllaç feble i que, per tant, oposen poca resistència
al pas del corrent elèctric (metalls, carbó, àcids i solucions salines, els millors són la
Plata, el Coure i l’Alumini). Els materials conductors es fan servir en la creació dels
circuïts elèctrics.
Semiconductors: Són substàncies que, sense ser conductores, tenen una
conductivitat baixa, que, amés, augmenta amb la temperatura. Són els principals
materials emprats en electrònica (Silici, Germani, Seleni, etc.)
Aïllants: Són aquells materials que no condueixen l’electricitat i que no permeten el
pas del corrent elèctric. S’empren per tallar el pas al corrent elèctric. Com a
característiques, també acostumen a ser bons resistents a la calor i, de vegades, no
inflamables (Fusta, Plàstics, Paper, Vidre, etc.)
CURIOSITATS
Les molècules d’ADN, que constitueixen el
material genètic d'un individu, estan
formades per dues cadenes (doble hèlix)
que es mantenen unides per les forces
elèctriques dels ponts d'hidrogen.

3. P.Q.P.I. AUXI. MUNTATGE ORDINADORS - UNITAT 1 – CARLOS CARDELO – IES MVM
11/11/2010 Pàgina 3
La comprensió dels fenòmens electrostàtics ha permès el desenvolupament de
moltes aplicacions tecnològiques de gran utilitat, com la detenció de llamps en
les tempestes o el precipitador electrostàtic, que redueix de forma molt eficaç
les emissions de pols contaminants d'algunes indústries.
COM FRUEIX L’ELECTRICITAT EN UN CIRCUÏT?
Un generador és l’element del circuït que crea la “pressió” (tensió elèctrica) capaç de fer moure
els electrons. És un dispositiu que transforma algun tipus d`energia en energia elèctrica, per
exemple les piles i les bateries transformen energia química en elèctrica.
El generador a costa de consumir algun tipus d'energia separa les càrregues gràcies a la força
electromotriu (FEM) prenent electrons d'una placa i dipositant-los en una altra. La placa on són
arrencats els electrons queda, per tant, carregada positivament (defecte d'electrons), mentre
que la placa on es dipositen queda carregada negativament (excés d'electrons), formant-se el
pol positiu i negatiu del generador. Ara, entre aquests pols apareix una diferència de càrregues
o tensió elèctrica que fa que els electrons siguin fortament atrets pel pol positiu. A través del
generador, els electrons no poden fluir d'un pol a un altre atès que la força electromotriu és d'un
valor un poc més alt que la força provocada per la tensió. L'únic camí possible on els electrons
poden moure's des del pol negatiu al positiu és el conductor.
El generador és part fonamental en les instal·lacions elèctriques, així com l'equip de
mesurament, interruptors, el transformador, taulers, tauler general, centre de control de motors,
taulers de distribució o derivats, motors i equips accionats per motors, estacions o punts de
control, sortides per a enllumenat i contactes, plantes d'emergències, terra o neutre, etc.
És fonamental conèixer els conjunts d'elements i els processos per a portar a terme una bona
instal·lació elèctrica, els principis de funcionament de les instal·lacions elèctriques en general
així com les funcions que realitzen els conductors i aïlladors elèctrics, com també la importància
de les canalitzacions per a la cura dels conductors i així mateix evitar algun accident mitjançant
la protecció dels elements per a evitar fallades en la instal·lació i protegir la càrrega, d'aquesta
forma vam ajudar que la instal·lació tingui una llarga vida útil.
EL CIRCUIT ELÈCTRIC
Perquè s'estableixi un corrent elèctric, un circuit ha de tenir com a mínim els següents
paràmetres:
Generador: S'encarrega de generar una diferència de càrregues o de
potencial entre els seus pols.

4. P.Q.P.I. AUXI. MUNTATGE ORDINADORS - UNITAT 1 – CARLOS CARDELO – IES MVM
11/11/2010 Pàgina 4
Conductor: A través del conductor flueixen els electrons per una banda a altra
del circuit.
Receptor: Aprofitant el moviment d'electrons, transforma l'energia elèctrica en
energia lluminosa, calorífica, motriu ...
MAGNITUDS ELECTRIQUES
Intensitat del corrent elèctric i la seva mesura
La intensitat del corrent elèctric és la quantitat d'electrons que recorren el circuit per unitat de
temps. La unitat de mesura és l'amper (A).
1 A= 1C/1s
On C són Culombis (unitat de quantitat de càrrega elèctrica en el S.I.) i s segons.
Per a amidar la intensitat del corrent elèctric s'utilitza un aparell de mesura cridat Amperímetre.
S'ha d'intercalar en el conductor, és a dir, connectar-se “en sèrie”.
Tensió elèctrica i la seva mesura
La tensió elèctrica, diferència de potencial o voltatge és la diferència de càrregues entre dos
punts d'un circuit. La unitat de mesura és el volt (V).
La força necessària per a traslladar els electrons des del pol positiu al negatiu (sentit
convencional) i crear així la diferència de càrregues, se li denomina força electromotriu (f.e.m.).
Per a amidar la tensió elèctrica es precisa d'un voltímetre, que es connecten sempre entre els
dos punts entre els quals es vol amidar la tensió, és a dir, s'ha de connectar “en paral·lel”.
Resistència elèctrica i la seva mesura
La resistència elèctrica és la major o menor oposició que ofereix un material al pas del corrent
elèctric. Aquesta magnitud diferencia els bons dels dolents conductors.
La unitat de mesura és l'ohm, i es representa amb la lletra grega . L'aparell de mesura és el
òhmmetre i la seva connexió és “en paral·lel”.
LLEI D’OHM
Hem anomenat corrent elèctric al moviment d'electrons
per l'interior d'un conductor. Perquè es produeixi aquest
desplaçament ha d'existir una diferència de càrregues
entre els dos punts d'un conductor, que impulsi el
moviment dels electrons.
Aquest moviment d'electrons es porta a terme de manera
que els electrons es desplacen a zones amb un major
potencial. És a dir, el sentit real del corrent elèctric ho
estableixen els electrons, això és, des d'on hi ha excés de
càrrega negativa fins a on hi ha càrrega positiva.
Encara que realment els electrons es mouen del pol negatiu al positiu, antigament es creia el
contrari. Això ha provocat que avui se segueixi mantenint aquest criteri, sentit convencional del
corrent elèctric (des del pol positiu al pol negatiu).

5. P.Q.P.I. AUXILIAR MUNTATGE ORDINADORS – UNITAT 1 – CARLOS CARDELO –
IES MVM
11/11/2010 Pàgina 5
La llei de Ohm s'aplica a tots els circuits elèctrics, tant als de corrent continu (CC) com als de
corrent altern (CA), encara que per a l'anàlisi de circuits complexos i circuits de CA han
d'emprar-se principis addicionals que inclouen inductàncies i capacitàncies
Llei de Ohm: Fins a ara s'han estudiat les principals magnituds elèctriques que són intensitat
de corrent, diferència de potencial i resistència elèctrica, l'expressió que relaciona aquestes
magnituds elèctriques és la llei de Ohm.
La llei de Ohm, (llei bàsica del flux de corrent) s'expressa mitjançant la fórmula I = V/R, sent I la
intensitat de corrent en ampers, V la diferència de potencial o voltatge en volts i R la resistència
en ohms (Ω):
V = I R
on:
V és la diferència de potencial en els extrems de la resistència (V)
I és la intensitat de corrent que travessa l'element resistiu (A)
R és el valor de la resistència elèctrica (Ω)
Llei de Ohm en corrent alterna
La intensitat de corrent que circula per un circuit de C. A. és directament proporcional a la
tensió V aplicada, i inversament proporcional a la Impedància Z.
I = V / Z
La impedància Z és la dificultat que posa el circuit al pas del corrent altern a causa de elements
passius com: una resistència R, una bobina L o un condensador C. Per altra banda, existeixen
elements actius que també oposen dificultat al pas del corrent com: els motors, o els
transformadors.
POTÈNCIA ELÈCTRICA
La potència és la quantitat d'energia elèctrica consumida o generada per un dispositiu elèctric
per unitat de temps. La seva unitat de mesura és el vati o watt (W).
on:
P és la potència consumida o generada (W watts)
I és l'energia elèctrica consumida o generada (J jouls)
t és el temps (s)

6. P.Q.P.I. AUXILIAR MUNTATGE ORDINADORS – UNITAT 1 – CARLOS CARDELO –
IES MVM
11/11/2010 Pàgina 6
Aquesta magnitud pot relacionar-se amb les magnituds elèctriques d'un circuit de manera que
pot calcular-se també mitjançant l'expressió:
P = V · I
on:
P és la potència consumida o generada (W)
V és la diferència de potencial (V)
I és la intensitat de corrent (A)
Altra expressió per a la potència elèctrica és (substituint V = I R):
P = I2 · R
Que és la potència elèctrica consumida per un conductor, per l'efecte Joule.
Quan un corrent travessa un conductor, aquest experimenta un augment de temperatura.
Aquest efecte es denomina “efecte Joule”.
En corrent altern, la potència total, real o consumida per un circuit, és el producte del voltatge
aplicat i de la component en fase del corrent
P= V · I · cosØ
On cosØ és el factor de potència. Si es té en compte que la potència és la quantitat d'energia
que consumeix o genera un dispositiu per unitat de temps, tenint en compte el principi de
conservació de l'energia, la potència total generada ha de coincidir amb la potència total
consumida. A aquest teorema se li coneix com teorema de Boucherot.
Pgenerada = Pconsumida
LLEIS DE KIRCHHOFF
Si un circuit té un nombre de derivacions interconnectades, és necessari aplicar altres dues
lleis per a obtenir el flux de corrent que recorre les diferents derivacions. Aquestes lleis,
descobertes pel físic alemany Gustav Robert Kirchhoff, són conegudes com les lleis de
Kirchhoff:
La primera, la Llei dels Nusos, enuncia que en qualsevol unió en un circuit a
través del com flueix un corrent constant, la suma de les intensitats que arriben a un
nus és igual a la suma de les intensitats que surten del mateix.
Σ I = 0 (a la unió)
La segona llei, o Llei de les Malles diu que, començant per qualsevol punt d'una
xarxa i seguint qualsevol trajecte tancat de tornada a l'instant inicial, la suma neta dels
voltatges serà igual a la suma neta dels productes de les resistències trobades i de les
intensitats que fluïxen a través d'elles.

7. P.Q.P.I. AUXILIAR MUNTATGE ORDINADORS – UNITAT 1 – CARLOS CARDELO –
IES MVM
11/11/2010 Pàgina 7
Aquesta segona llei és senzillament una ampliació de la llei de Ohm.
Σ V - Σ I*R = 0
RELACIÓ ENTRE MAGNITUDS ELÈCTRIQUES:
INSTAL·LACIÓ ELÈCTRICA
S’anomena instal·lació elèctrica al conjunt d’elements que permeten transportar y distribuir
l’energia elèctrica d’un punt de subministrament fins als equips que la fan servir. Aquests
elements son taulers, interruptors, cables, transformadors, sensors, dispositius de control local
o remot, contactes, connexions, canalitzacions i suports, entre altres. Una instal·lació elèctrica
ha de distribuir l’energia als equips connectats d’una manera segura i eficient.
El disseny de qualsevol instal·lació elèctrica es fa dins d’un marc legal. Un projecte d’enginyeria
és una resposta tècnicament i econòmicament adient, que respecta les normes i codis
aplicables.