Unitat 7: L’ELECTRICITAT I EL MAGNETISME

Professor: Josep Ramon i Serra

Curs: 2009 - 2010

COL·LEGI PARROQUIAL SANT FELIU

TECNOLOGIA 1r d’ESO

L’Electricitat és el moviment de les càrregues elèctriques

Què és una càrrega elèctrica? On es troben?1. La càrrega elèctrica més petita és l’electró.

2. Els electrons es troben dins del àtoms.

3. Els àtoms són els elements que formen els materials.

Tipus de materials1. Conductors (metalls) Facilitat per deixar passar els electrons.

2. Aïllants (plàstics, fusta) Molta dificultat per conduir electrons.

3. Semiconductors (silici) Condueixen segons condicions.

7.1. L’ELECTRICITAT

EL CORRENT i el CIRCUIT ELÈCTRIC

Corrent elèctric És la circulació de càrregues elèctriques dintre d’un circuit elèctric

Circuit elèctricÉs el conjunt d’elements on s’aplica el corrent elèctric i està format pels següents components mínims:

1. Generador o pila

2. Conductor o cable elèctric

3. Receptor o bombeta

4. Altres o elements de control

EL CORRENT I EL CIRCUIT ELÈCTRIC

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (1/7)

1. Pila o generador elèctric

És l’element del circuit elèctric que fa que els electrons o càrregues negatives surtin del terminal negatiu i arribin al terminal positiu

SEMBLANT A UNA BOMBA D’AIGUA

Simbologia

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (2/7)

2. Conductor o cable elèctric

És l’element del circuit elèctric per on circulen els electrons o càrregues negatives i ens connecta tots els altres elements del circuit.

Si el cable estigués tallat, el circuit estaria obert, sense circulació de càrregues.

SEMBLANT A UNA CANONADA D’AIGUA

Simbologia

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (3/7)

3. Receptors

Són tots els elements del circuit elèctric on nosaltres gaudim de l’energia elèctrica, per exemple:

• Màquines i electrodomèstics (alimentació d’un motor elèctric)

• Motors (transformació de moviment)

• Bombetes i resistències (il·luminació)

SEMBLANT A UNA NÒRIA d’un molí fariner D’AIGUA

Simbologia

BOMBETA BRUNZIDOR MOTOR CC

RESISTÈNCIA

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (4/7)

4. Altres elements (ELEMENTS DE CONTROL)

4.1. Polsador: Ens obre o ens tanca el circuit elèctric mentre pressionem el botó. N’hi ha de dos tipus; normalment tancat (NT) i normalment obert (NO).

Polsador NT a l’inici deixa passar el corrent, mentre polsem s’obre el circuit i tallem el pas del corrent elèctric.

Exemple: El polsador de les portes de cotxe o nevera és un polsador NT.

Polsador NO a l’inici no deixa passar el corrent, mentre polsem es tanca el circuit i es deixa passar el corrent elèctric. Al deixar de polsar, es torna a la situació inicial.

Exemple: El timbre de casa nostra és un polsador normalment obert.

Simbologia

POLSADOR (NO) POLSADOR (NT)

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (5/7)

4.2. Interruptor: Ens obre o ens tanca el circuit elèctric permanentment.

Interruptor NT l’accionem i ens obre el circuit, per tant talla el corrent elèctric.

Interruptor NO l’accionem i ens tanca el circuit, per tant passa el corrent elèctric.

Exemple: L’interruptor de casa nostra per encendre el llum és NO

Simbologia

Interruptor MonopolarInterruptor Monopolar

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (6/7)

4.3. Commutador: És un interruptor amb tres terminals (a, b i c), en lloc de dos, que ens permet desviar el corrent des d’a cap a b o des d’a cap a c.

Exemple: El commutador del dormitori d’una casa per encendre el llum des de dos llocs distanciats.

Simbologia

COMMUTADOR

COMPONENTS DEL CIRCUIT ELÈCTRIC (7/7)

4.4. Commutador de creuament: És un interruptor amb quatre terminals exteriors (a, b, c i d).

Interiorment, està composat de dos commutadors (sis terminals) que es mouen amb el mateix botó. • En la posició 1 posa en contacte el terminal a amb el terminal d, i per separat, el terminal c amb el terminal b. • En la posició 2 el terminal a fa contacte amb el terminal b, i per separat, el terminal c amb el terminal d.

Simbologia

COMMUTADOR DE CREUAMENT

Exemple: El commutador de creuament en el passadís d’una casa per encendre el llum

des de més de dos llocs distanciats. Els dels extrems seran commutadors, i els

d’entremig commutadors de creuament.

MAGNITUDS ELÈCTRIQUES (1/3)

Magnitud física:

3 magnituds bàsiques: INTENSITAT, TENSIÓ i RESISTÈNCIA

INTENSITAT DE CORRENT ELÈCTRIC

És tot allò que es pot mesurar

És la quantitat de càrregues elèctriques que travessen la secció d’un conductor en una unitat de temps. (També es pot dir que és el cabal de càrregues que hi circulen)

per valors petits: mil·liamper (mA) i microamper (mA).

Unitat de mesura en SI: Amper (A)

EL SENTIT DE LA INTENSITAT ÉS DEL (+) AL (-), CONTRARI A LA CIRCULACIÓ REAL DELS ELECTRONS.

Aparell de Mesura: Amperímetre

MAGNITUDS ELÈCTRIQUES (2/3)

TENSIÓ ELÈCTRICA O DIFERÈNCIA DE POTENCIAL

És el treball necessari per desplaçar les càrregues elèctriques d’un terminal a l’altre del generador. (Seria com la diferència d’alçada en un pla inclinat)

Volt (V)

Unitat SI:

EL TERMINAL (+) DE LA PILA TÉ MÉS TENSIÓ QUE EL (-). Si la tensió del (+) = a la tensió del (-), la pila està descarregada.

Aparell de Mesura:

Voltímetre

MAGNITUDS ELÈCTRIQUES (3/3)

RESISTÈNCIA

És la dificultat que ofereixen els materials al pas del corrent elèctric.

(En un circuit d’aigua la resistència seria un colze, un filtre, una canonada estreta…)

Ohm (Ω)

Unitat SI:

LA RESISTÈNCIA D’AQUEST CIRCUIT ÉS LA BOMBETA I EL CONDUCTOR. La pila es gasta perquè tenim la resistència.

Aparell de Mesura:

Ohmímetre

La resistència depèn de la naturalesa del material (coeficient de resistivitat) i de les seves dimensions (secció).

SlR .

Longitud (l en m)

Secció (S en mm2)

Resistivitat (ρ en mm2·Ω/m)

APLICACIÓ PRÀCTICA Resistència Conductor

SlR .

Calcula la resistència d’un fil de ferro (amb resistivitat ρ(Fe) = 0,1mm2Ω/m) de longitud 3 m y secció de 10 mm2.

Dades IncògnitaLongitud del cable = 3m ResistènciaResistivitat = 0,1mm2Ω/mSecció = 10 mm2

SlR .

22

22

103./0,1mm

103./0,1mm

mmmm

mmmm

03,0R

TIPUS DE CIRCUITS

Segons com es connecten els seus elements:

Circuit en sèrie Circuit en paral·lel Circuit mixt

• Igual intensitat per a cada receptor.

• La tensió total és la suma de la tensió a cada receptor.

• Si s’espatlla un receptor, la resta deixa de funcionar.

• Igual tensió a cada receptor.

• La intensitat és la suma de les intensitats que passen per cadascun dels receptors.

• Si s’espatlla un receptor, el circuit segueix funcionant.

Combinació d’un circuit en sèrie i un circuit en paral·lel.

CIRCUIT EN SÈRIECIRCUIT MIXT

LLEI D’OHM (1/3)

La LLEI D’OHM ens relaciona les 3 magnituds bàsiques:

Diferència de potencial o tensió (V)

A més V, més I (intensitat), així V i I són directament proporcionals (i a l’inrevés, també)

Resistència (R)

A més R, menys diferència de potencial, així R i V són inversament proporcionals

RVI Intensitat (I) Ampers (A)

Tensió (V) Volts (V)

Resistència (R) Ohms ()

IRV .

IVR

LLEI DE OHM - Problemes (2/3)

RVI Què intensitat de corrent circula per una làmpada

elèctrica de 400 Ω de resistència quan està connectada a una xarxa de 220 volts de tensió?

Dades IncognitaTensió = 220 volts IntensitatResistència = 400 Ω

AvoltsRV

I 55,0400220

La mateixa làmpada la connectem a 400 V de tensió.

Quina serà ara la intensitat que la travessarà? RVI

AI 1

Què intensitat de corrent circula per una làmpada elèctrica de 400 Ω de resistència quan està connectada a una xarxa de 220 volts de tensió?

Dades IncògnitaTensió = 220 volts IntensitatResistència = 400 Ω

Quina intensitat de corrent circula per una làmpada elèctrica de 400 Ω de resistència quan està connectada a una xarxa de 220 volts de tensió?

LLEI DE OHM – Problemes (3/3)

Quina resistència té una làmpada quan apliquem una intensitat d’1 A i està connectada a una xarxa de 220 volts de tensió?

Dades IncògnitaTensió = 220 volts ResistènciaIntensitat = 1 A

2201

220Avolts

I

VR

IVR

Quina caiguda de tensió ocasionarà una resistència de 200 si li fem passar una intensitat de 0,1 A?

IRV .Dades IncògnitaResistència = 200 TensióIntensitat = 0,1 A

VAIRV 201,0.200.

POTENCIA i ENERGIA ELÈCTRICA (1/3)

La potència elèctrica és la capacitat d’un receptor per transformar energia en un temps determinat.

IVP .RVP2

2.IRP

L’energia elèctrica és el producte de la potència pel temps de funcionament.

UNITATS en SI: mW (miliwatt) W (watt) kW (kilowatt)

tPE . UNITATS en SI: kWh (kilowatt per hora)

(tal com surt en el rebut de la llum)

EXERCICIS POTÈNCIA (2/3)

Una làmpada, dintre d’un circuit, té una caiguda de tensió de 4,5 V i per ella hi passa una intensitat de 0,5 W. Digues quina potència dissipa aquesta làmpada.

Determina la resistència d’una bombeta de 100 W de potència si la connectem a una tensió de 220 V?

IVP .Dades IncògnitaTensió = 4,5 volts PotènciaIntensitat = 0,5 Ampers

WAVIVP 25,25,0.5,4.

RVP2

Dades IncògnitaPotència = 100 W ResistènciaTensió = 220 V

484100

222022

PV

RRV

P

EXERCICIS ENERGIA ELÈCTRICA (3/3)

Calcula l’energia consumida per una làmpada de 2,25 W i que està funcionant durant 2 hores. tPE .Dades IncògnitaPotència = 2,25 W EnergiaTemps = 2 hores

kWhWhhWtPE 0045,05,42.25,2.

7.2. EL MAGNETISME

El MAGNETISME és la propietat d’un mineral (magnetita) que atreu el ferro. A aquest material se l’anomena imant i a la força que exerceix, magnetisme.

(Veure vídeo: http://dfists.ua.es/experiencias_de_fisica/index09.html)

Aplicació antiga: brúixoles senzilles per orientar-se.

Propietats dels imants

1.- Tenen dos pols: Sud (S) i Nord (N).

2.- Les línies de camp (o força) van de N a S. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/magneticlines/index.html

3.- Dos pols iguals es repel·len i dos pols diferents s’atrauen.

4.- Si partim un imant, ens en surten dos d’iguals.

5.- Exerceixen força a distància (força magnètica). (Travessen cossos)

ELECTROMAGNETISME

L’ELECTROMAGNETISME és la part de la física que estudia l’acció del corrent elèctric sobre els imants i la d’aquests sobre el corrent elèctric.

Creació d’un camp magnètic a partir d’un camp elèctric:Si fem circular un corrent continu a través d’un conductor, s’obté un camp magnètic.

Aplicació: 1.- Solenoide espires separades. radi<longitud2.- Bobina espires molt juntes. radi>longitud (ràdio)3.- Electroimant corrent elèctric circulant per una bobina. Es potencia el camp afegint un nucli de ferro a l’interior.

Elements que funcionen amb electroimants:

Panys automàtics, Brunzidors i Timbres, Altaveus i Auriculars, Contactors, Relés, Motors elèctrics.

Al fer circular un corrent per un fil conductor es crea un camp magnètic amb les línies de força circular.

ELECTROMAGNETISME

Si fem circular un corrent continu a través dels fils enrotllats, aconseguim que per l’interior de l’enrotllament es generi un camp magnètic, on un extrem serà el Nord(N) i l’altre el Sud (S).

Al modificar el sentit del corrent s’intercanvia el N pel S.

ELECTROMAGNETISME

Podem muntar un electroimant enrotllant un fil de coure esmaltat a un nucli de metall que contingui ferro i el connectem als extrems d’una pila.

ES POT FER UN IMANT AMB CORRENT ALTERN?

ELECTROMAGNETISME

ELECTROMAGNETISME

Creació d’un corrent elèctric a partir del desplaçament d’un camp magnèticTenim un solenoide i fem passar per dins un imant, així es crea un corrent (induït) que circula per les espires.

Vídeo interessant de magnetisme:

http://iesfgcza.educa.aragon.es/depart/fisicaquimica/fisicasegundo/videosmagnetismo.html

EL MOTOR ELÈCTRIC

El MOTOR és la màquina que transforma l’energia elèctrica en energia mecànica (de moviment).

Parts d’un MOTOR ELÈCTRIC: Estator, Rotor, Escombretes i Col·lector.