UD 1 ELECTRICITAT 3ESO VAL 15 16 trad no revisada

Texto completo

(1)ELECTRICITAT. Luis García Molina. I.E.S. Serra Perenxisa (Torrent). 1.

(2) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. INTRODUCCIÓ. 2.

(3) CONDUCTIVITAT ELÈCTRICA I ÀTOMS La matèria està formada per àtoms (feta de nucli i electrons) El corrent elèctric s'està movent electrons. Els electrons en l'àtom estan disposats en capes. Per ser un corrent elèctric els electrons de la capa de valència han de saltar a la capa de la conductora, des d'on poden saltar a altres àtoms. En saltar, deixen buits en la capa de valència que pot rebre nous electrons entrants. ELS Materials conductors tenen molts electrons de conducció adequats i forats, així que pot haver corrent elèctric. ELS Amateriales aïllants no tenen capa de conducció d'electrons a causa de que la capa de valència està plena, sense buits i així que no hi ha moviment dels electrons. Els Materials semiconductors tenen electrons i buits comptats. Aquests materials es dopen amb altres àtoms que afegeixen electrons o forats. El resultat és que podem generar un corrent elèctric "a la carta".. ELECTRONS CAPA DE CONDUCCIÓ. Capa de valència. NUCLI. 3.

(4) GENERADORS DE QUÍMICS PILES •. Els generadors químics generen corrent elèctric a partir de posa er en contacte dos compostos químics diferents: el que dóna els elecrons i el que els rep. Són les piles i bateries. Algunes poden recarregar enchufandose al corrent. • Bateries de zinc-carboni. (Bateria normal) • Bateries de zinc-mercuri (piles de botó) • Bateria d'òxid de plom-Sulfat de plom (bateries de cotxe) • La bateria de níquel-cadmi. • Bateria d'hidrogen • Bateria de ions de liti (Li-ió) • Bateria de níquel-metall híbrid (NiMH) electrons. Electròlit. Una substància que dóna. Una 4 substància que té.

(5) motor. II.2 BATERIA ELÈCTRICA DESCÀRREGA En aquestes cèl·lules, l'element d'ànode (XH) es separa de la següent manera: XH X + H+ + I • Els electrons (e-) s'utilitzen per moure el motor • El ió positiu (H +) migra cap al càtode a través d'una membrana intermèdia (electròlit) En el càtode, els ions positius i electrons estan s'acoblen amb un element (I) per formar IH. I+H+i IH. e-. eH +. procés. descàrrega. H +. XH. I X. IH. XH. IH. X. I. H +. H +. procés Càrrega. eRECÀRREGA. Amb el voltatge d'un generador d'electricitat el procés ànode s'inverteix i la bateria està a (XH) punt per ser utilitzada de nou TIPUS: •Bateria de ions de liti (Li-Ion) •Bateria de níquel i hidrur metàl·lic (NiMH). ecàtode + (I) 19.

(6) Generadors electromagnètics: alternador •. Interacció entre l'electricitat i el magnetisme: Si movem un cable de metall conductor entre dos imants, els elecrones del metall es posen en moviment, generant un corrent elèctric.. N Cable elèctric. N Cable elèctric. electrons electrons IMANT. S •. S. Tot el que hem de fer és aconseguir alguna cosa que fa girar el filferro. ACT 4: Com podem fer girar el filferro per generar electricitat?. 5.

(7) La llei d'Ohm Per entendre la llei d'Ohm hem de revisar les 3 magnituds físiques fonamentals de l'electricitat ... • ACTIVITAT 0.1:Completi el següent quadre. Magnitud i símbols. Definició. Unitat de mesura i el símbol. Instrument de mesura i el símbol. Les instruccions per a mesurar. Intensitat (I) Voltatge (V) Resistència (R). •. Recordeu que la llei d'Ohm: – Més tensió més intensitiy. – Més RESISTÈNCIA menor intensitat. – Tot això s'expressa en una fórmula físic-matemàtica que George Simon Ohm va descobrir:. V I = R. 7.

(8) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. D'I.1-Llei d'Ohm: FÓRMULES CIRCUITS EN SÈRIE. 8.

(9) connexió en sèrie •. La connexió en sèrie és posar els receptors en una fila. És a dir, la sortida de la primera està connectada a l'entrada de la següent. intensitat. ½ Vtotal. ½ Vtotal. Vtotal. > Intensitat: La I a través de les làmpades és la mateixa i és igual que la intensitat total del circuit.. ITotal = I1 = I2. > Resistència: La R total de les dues llums alhora és la suma de les resistències de cada bombeta separat.. RTotal R =1 + R2. > Voltatge: l'energia de la bateria es comparteix entre els bombetes, depenent de cada valor de resistència. Com més resistència, utilitza més energia.. vTotal = V1 + V2. Imatges: clips Cocodrile.

(10) LA LLEI D'OHM POT SER APLICADA A CADA ELEMENT DEL CIRCUIT PER SEPARAT O EN TOT EL CIRCUIT ALHORA.. Bombeta 1. Bombeta 2. -Si Apliquem la llei a la bombeta 1:. Vbomb1 Ibombilla1 = Rbomb1. -Si Apliquem la llei a la bombeta 2:. Vbomb2 Ibombilla2 = Rbomb2. -Si Apliquem la llei a EL CIRCUIT TOTAL:. Vtotal Itotal = Rtotal 11. Imatges: clips Cocodrile.

(11) •. ACTIVITATS 1.1:a) Calcular, utilitzant la llei d'Ohm, el valor de la tensió total de la bateria en el següent circuit: Mentre parlem voltatge total per al circuit de fer-ho tots hem de calcular el valor de la resistència del total de tot el circuit (de les dues bombetes alhora). 100 Ω. •. 200 Ω. Itotal = 0,03 A b) Ara calcula la tensió amb cada bombeta per separat. Mentre parlem ara de la tensió de cada bombeta EN PARTICULAR, hem de calcular la resistència de Cada bombeta.. • C) Verifica que la suma de la tensió de cada bombeta és igual a total. ACTIVITAT 1.2: Realitza els mateixos càlculs que el problema anterior per a un circuit de 3 BOMBETES EN SÈRIE, 1200 Ω, 3400 Ω i 10.800 Ω resistència respectivament. La intensitat total és la mateixa, 0,03 A.. 12.

(12) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. D'I.2-Llei d'Ohm: FÓRMULES CIRCUIT PARAL·LEL. 13.

(13) connexió en paral·lel ½ I total JOtotal. JOtotal ½ I total. Vtotal Vtotal. •. •. •. intensitat es divideix entre els dos camins. Com més gran és la resistència de cada bombeta, menor intensitat passa al seu través. Resistència: ELA R total es calcula utilitzant aquesta estranya fórmula. Ha de ser menor que la més petita de les resistències. El voltatge de cada bombeta és el mateix que el total del circuit.. Imatges: clips Cocodrile. ITotal = I1 + I2+ ... + In 1 RTotal. = 1 + 1 + .. + 1 R 1 R 2 Rn. vTotal= V1 = V2= ... = Vn.

(14) LA LLEI D'OHM POT SER APLICADA A CADA ELEMENT DEL CIRCUIT PER SEPARAT O EN TOT EL CIRCUIT ALHORA. Bombeta 1. Bombeta 2. -Si Apliquem la llei a la bombeta 1:. Vbomb1 Ibombilla1 = Rbomb1. -Si Apliquem la llei a la bombeta 2:. Vbomb2 Ibombilla2 = Rbomb2. -Si Apliquem la llei a EL CIRCUIT TOTAL:. Vtotal Itotal = Rtotal 11. Imatges: clips Cocodrile.

(15) •. ACTIVITAT 1.3 : Utilitzarem la llei d'Ohm per a un circuit connectat en paral·lel: – Calcula utilitzant la llei d'Ohm del corrent que flueix a través de la bombeta 1. – Calcula la intensitat de la bombeta 2. – Calcular els voltatges de les llums 1 i 2. – Calcula ara el corrent total en el circuit.. 100 Ω 200 Ω. •. ACTIVITAT 1.4 : Feu els mateixos càlculs que l'anterior però per a un circuit CAS similar però amb 3 BOMBETES EN PARAL·LEL, resistències 1000 Ω, 2500 i 7250 Ω Ω arespectivamente.. Imatges: clips Cocodrile. 18.

(16) Connexió mixta Per resoldre els circuits mixtes que hem de mirar a la distribució global de les resistències. • Si l'estructura general està en sèrie primer calcular el valor de les resistències equivalents de les resistències en paralallel. A continuació, realitzi els càlculs finals en sèrie. 1.5 Activitat a) Calculeu el valor de la resistència total del circuit b) Quin és el pas total de corrent a través del circuit?. •. Si l'estructura general està en paral·lel primer calcular el valor de Resistències equivalents de resistències en sèrie a cada branca. A continuació, realitzi els càlculs finals en paral·lel. 1.6 Activitat a) Calculeu el valor de la resistència total del circuit b) Quin és el pas total de corrent a través del circuit?. Imatges: clips Cocodrile.

(17) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. II-ENERGIA ELÈCTRICA. 20.

(18) ELECTRICITAT •. •. Les bombetes utilitzen l'electricitat per a produir llum. La llum és energia de la llum.. Els motors elèctrics utilitzen l'energia elèctrica per produir el moviment. El moviment és energia cinètica.. •. Estufes elèctriques utilitzen l'electricitat per a produir calor. La calor és energia tèrmica. 21. Imatges: clips Cocodrile.

(19) CONSUM D'ENERGIA •. En quines unitats es mesura l'energia elèctrica?. •. Podem veure a la nostra factura de la llum a casa. Al final del mes que vam passar a casa nostra una certa quantitat d'energia. – (Aquesta despesa és independent de si s'ha fet en un sol dia o durant tot el mes). •. L'ENERGIA ELÈCTRICA ES MESURA EN Quilowatts-hora (kW x h) – Altres unitats d'energia: calories (calç), juliol (J). E = P x t E: Energia (kW x h) P: potència elèctrica (KW) t: Temps (hores). I = V x I x T E: Energia (Juliol) V: voltatge (V) I: intensitat (A) T: Temps (seg). E = R x I 2x t E: Energia (Juliol) R: Resistència (ohms) I: intensitat (A) T: Temps (seg) 22.

(20) CONSUM D'ENERGIA. ACTIVITAT 2.1: Calcula la potència consumida per un circuit format per una bateria de 9 V i 4 resistències en sèrie, 120, 240, 300 i 1230 ohms respectivament. ACTIVITAT 2.2: Calcula la quantitat d'electricitat de la llar ha consumit aquest mes: – Una gamma de 150 W ha estat en 5 hores. – La nevera (300 W) ha estat en 90 hores. – La televisió (70 W) ha estat en 20 hores. – 7 bombetes (100 W) han estat 70 hores cadascun. ACTIVITAT 2.3: Pregunta a casa teva per la factura elèctrica. Analitza. Quants quilowatts hora d'energia x vostè ha consumit? Quant costa cada Kw x h? Quant va pagar en total? D'on prové la diferència? 23.

(21) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. III-ENERGIA ELÈCTRICA. 24.

(22) Diferència entre l'energia i la potència •. Una estufa "A" gasta 1000 calories d'energia tèrmica (calor) durant 6 hores. L'estufa "B" gasta aquestes mateixes 1.000 calories en només 1 hora. • A) Quina de les dues estufes ha gastat més energia eléctica? • B) Quina de les dues estufes té més potència? – Efectivament, el que normalment interessa conèixer no és la quantitat d'energia elèctrica que gasta una estufa o una bombeta, sinó la seva potència, és a dir quanta energia gasta en la unitat de temps.. • Per tant: – Potència elèctrica és la quantitat d'energia gastada aparell elèctric en una unitat de temps.. I(Energia) P =. Unitat: watts (W). t(Temps). 25.

(23) Potència elèctrica: FÓRMULES • La fórmula per calcular la potència elèctrica és:. P = V x I • Com vam fer amb la llei d'Ohm es poden fer dos comentaris: – 1) La fórmula serveix igualment bé per tot un circuit per a un dispositiu en particular. • Si és el circuit sencer posarem els valors de V, I totals • Si és per a un aparell posem els valors de V i I de l'aparell. – 2) Hi ha una altra manera d'escriure la mateixa fórmula.. P = R x I2. (Això és perquè com V = R x I substituint aquest valor en la primera fórmula V, és P = (R x R) x R, que és igual a P = R x I2) 26.

(24) Energia Electrica ACTIVITAT 3.1: En el següent circuit elèctric format per dues bombetes en sèrie, que tenen una resistència de 100Ω cadascuna: – – – – –. a) Calcula la potència de la bombilla1 amb la primera fórmula b) Calcula la potència de la bombilla2 amb la segona fórmula c) Calcula la potència del circuit. I = 0,045 A. ACTIVITAT 3.2: En el següent circuit elèctric format per dues bombetes en paral·lel, que tenen una resistència de 100Ω cadascuna: – – –. a) Calcula la potència de la bombilla1 amb la primera fórmula b) Calcula la potència de la bombilla2 amb la segona fórmula c) Calcula la potència del circuit. I = 0,09 A. I = 0,09 A. 27.

(25) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. IV-ACTUAL I CORRENT ALTERN. 28.

(26) Generadors Corrent continu Les piles i les dinamos són generadors d'un tipus de corrent elèctric anomenada corrent continu. – Aquests generadors mantenen un voltatge constant, tota l'estona igual. – Com que la força que mou els electrons és tota l'estona igual, els electrons es mouen sempre a la mateixa velocitat i en el mateix sentit.. electrons. 29 Imatges: clips Cocodrile.

(27) Generadors Corrent altern El conjunt turbina-alternador són generadors d'un tipus de corrent elèctric anomenada corrent altern. – Aquests generadors mantenen un voltatge variable. La seva energia canvia amb el temps. Primer creix cap positiu, després decreix cap a el mateix però en sentit invers. – Com que la força canvia així, els electrons van accelerant cap a un costat, paren i acceleren cap a l'altre costat.. electrons. 30 Imatges: clips Cocodrile.

(28) •. ACTIVITAT 4.1: Mira aquests dos diagrames que representen la variació de tensió (eix I) amb el temps (eix X) i dir que li dóna corrent continu i corrent altern que.. V. V. t. t. 31.

(29) coses del corrent altern 1. Les centrals elèctriques i les nostres cases generen i utilitzen alterna en comptes de contínua. Per què? – Perquè el transport de llargues distàncies és més barat i eficaç perquè es fa a voltatges elevadíssims. (Fins a 400.000 V !!) - Per reduir les pèrdues de potència pel camí: pèrdues de potència = R x I2 convé baixar I per dismuir les pèrdues. - Per reduir les caigudes de tensió pel camí: pèrdues de tensió = R x I convé baixar la I per baixar les caigudes. Així, per baixar la intensitat, mantenint la potència ... em convé pujar molt V !!. PER PUJAR V, NOMÉS ES POT FER AMB TRANSFORMADORS USANT CORRENT ALTERN. p I = V 32.

(30) coses del corrent altern – 2. GENERACIÓ I TRANSPORT DEL CORRENT CONTÍNUA. –. – –. El corrent elèctric altern es genera en els alternadors de les diferents centrals elèctriques. El generador consta bàsicament d'una turbina que mou el generador electromagnetic o alternador. La diferència entre els centrals Elèctriques (eòlica, solar, nuclear, tèrmica etc.) És el Tipus de font d'energia natural que mou la turbina. El Corrent elèctric altern és transporta des de la central elèctrica Fins a Les nostres cases a través de la xarxa de transport. AQUESTA Xarxa és divideix en tres trams: alta tensió (200.000-400.000 V), mitja tensió (10.000 V) i baixa tensió (220 V).. La xarxa de mitja tensió. BAIXA TENSIÓ Xarxa. Transformador 2. transformador d'1. T. Xarxa de transport ALT VOLTATGE. turbina alternador. T. T. transformador de 3. 33.

(31) coses del corrent altern – 3. TRANSFORMACIÓ DEL VOLTATGE DE LA CORRENT ALTERN – Els transformadors són els aparells que eleven la tensió i baixen la tensió o voltatge. • Els que estan a la xarxa de transport, al costat de les torres de gran tensió són molt grans. • Els que estan dins d'un electrodomèstic o aparell electrònic per baixar la tensió de 220 V al que necessiti l'aparell (5V) són petits. 34.

(32) coses del corrent altern 4. RECTIFICACIÓ DE LA CORRENT ALTERN A CONTINUA Els aparells electrònics fan servir corrent continu ia uns 5 V. Alguns l'obtenen de la seva pila o bateria. Però molts es connecten a l'endoll domèstic, que com saps és de corrent altern ia uns 220V. Ja sabem que el voltatge es baixa amb un transformador. Necessitem uns aparells que passin el corrent altern a continu. ELS RECTIFICADORS. Els rectificadors estan compostos per un pont de díodes i un condensador. Aquí tens l'esquema d'un rectificador.. A fora, en contínua. Pont de díodes. alternador. condensador. 35 Imatges: clips Cocodrile.

(33) coses del corrent altern • S'utilitza corrent altern indústria de fase 5.El. – Si en comptes de posar això:. Imatges: clips Cocodrile. M. M. M. – Posem això:. Ens estalviem un munt de cables (més barat voltant) i funciona igual de bé. Es diu, ja que utilitza tres fases o 3 cables de fase.. 36.

(34) coses del corrent altern • 6.Vocabulario diagrama de corrent altern sinusoïdal:. V. 1 cicle. 1 cicle. Amplitud. t Període. – Freqüència: El nombre de cicles que tenen lloc en 1 segon. És f = 50 Hz és de 50 cicles per segon que! 37.

(35) • • • • • • • •. ACTIVITAT 4. 2: Respostes A) Quina és la sortida? B) Quins avantatges ha d'explicar per què usar? C) Quins dispositius utilitzen corrent continu? D) Quins dispositius utilitzen corrent altern? E) Quina és el corrent altern trifàsic? F) Quins són els avantatges? g) Indiqueu en el diagrama del que és l'amplitud, període, cicle i la freqüència?. V. t 38.

(36) I. LLEI D'OHM: fórmules sèrie i paral·lel. -II. ENERGIA ELÈCTRICA -III CORRENT CONTÍNUA I CORRENT ALTERN. -IV.-ELECTROMAGNETISME. VI-ELECTROMAGNETISME. 39.

(37) EL MAGNETISME •. El MAGNETISME és la propietat que tenen alguns materials d'atreure materials fèrrics i atreure-repel·lir altres imants. PER QUÈ HI HA MAGNETISME? El magnetisme es produeix per UNA ORDENACIÓ DE LES CÀRREGUES ELÈCTRIQUES DELS ÀTOMS del material.. Material normal. + Material magnètic. +. + + -. -. S. + -. Com pots intuir, electriciad i magnetisme estan provocades pel moviment dels electrons. Per això: ELECTRICITAT I MAGNETISME ESTAN RELACIONADES. La unió d'ambdues es diu ELECTRO-MAGNETISME. 37. HI HA 3 RELACIONS-INTERACCIONS ENTRE ELECTRICITAT I MAGNETISME. N.

(38) INTERACCIÓ 1 Interacció 1 entre electricitat i magnetisme: Un conductor amb corrent elèctric es comporta com un imant. electrons. +. -. =. S. N. Aprofitant aquest efecte es construeixen ELECTROIMANTS: imants amb cables elèctrics en forma de bobina (augmenten el poder magnètic). +. =. S. N 38.

(39) INTERACCIÓ 2 Interacció 2 entre electricitat i magnetisme: En moure un cable elèctric sense corrent en el camp d'influència d'un imant, es genera (indueix) un corrent elèctric en el cable.. S. electrons. •. N. S. N =. Com el cable no es mou no passa res. Com el cable si es mou els electrons es posen en moviment. Per això es construeixen Generadors electromagnètics de corrent elèctric amb cables elèctrics i imants (que solen ser electroimants). 39.

(40) INTERACCIÓ 3 Interacció 3 entre electricitat i magnetisme: Un imant (o electroimant) pot moure a un altre.. S. N. S. Els oposats s'atrauen. Per això es construeixen. S. Pols iguals es repel·leixen. MOTORS ELÈCTRICS. Combinant rotor d'imant té un torn. amb electroimants. eix. raspall +. col·lector. rotor estator +. 43.

(41) • • • • •. ACTIVITAT 5. 1: Contesta A) Explica la interacció gener entre electricitat i magnetisme B) Com funciona un electroimant? C) Explica la interacció 2 entre electricitat i magnetisme D) Com funciona un generador electromagnètic? I) Explica la interacció març entre electricitat i magnetisme F) Com funciona un motor elèctric?. 41.

(42) Finalitzat 45.

(43)