TEMA 7 LA ELECTRICIDAD1ESO 15 16 VALCAT trad no revisada

L'ELECTRICITAT

1ESO

2

Índex

I.NATURALESA DE L'ELECTRICITAT

II.L'ENERGIA ELÈCTRICA

III.EL CIRCUIT ELÈCTRIC

IV. Connexió en sèrie I EN

PARAL·LEL

V.MAGNITUDS FONAMENTALS DE

L'ELECTRICITAT I LA LLEI DE

OHM

ELECTRICITAT ESTÀTICA

• Tot i que no se sabia què era, l'electricitat

es manifesta en fenòmens coneguts des

ACTIVITAT 1.1

: CONTESTA, Per què passen aquests

fenòmens?

electricitat estàtica

La matèria està formada per àtoms.

Els àtoms tenen un nucli amb càrregues positives i uns electrons amb càrregues negatives girant al voltant.

• Càrregues d'igual signe es repel·leixen.

• I càrregues de diferent signe s'atrauen. Normalment estan en equilibri i no passa res.

Si a causa d'altres energies i forces les partícules amb càrrega s'ordenen ... Acumulen energia elèctrica potencialment,

Bé de càrregues positives o bé de càrregues negatives.

Tanta, que en qualsevol moment pot saltar UNA ESPURNA formada per càrregues negatives saltant cap a les positives.

O fins i tot poden arribar a atreure un tros de matèria sencer (tros de paper, pèls ...)

+

-+

- -+ - - -+ - - -+ - -_- + - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - -_- + - - -+ + + + + + + + + + -+ - - -+ - - -+ - -_- + - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - -_- + - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -+ - - -atracció

Naturalesa de l'electricitat

• Doncs bé, a principis del segle XX (1900-2000) tothom sabia que a la matèria havia partícules amb càrrega positiva i partícules amb càrrega negativa, que es podien traslladar.

• _{També se sabia que la matèria estava formada per àtoms (Teoria} atòmica de Dalton).

• _{Per saber exactament què era l'electricitat, va haver d'esperar a} 1900, Quan JJ Thompson i el seu alumne Rutherford van demostrar en el Model atòmic de Rutherford que els àtoms estaven

constituïts per:

– 1 nucli central amb protons amb càrrega positiva i neutrons sense càrrega.

– i uns electrons amb càrrega negativa al voltant del nucli que podien passar d'uns àtoms als altres i moure.

L'àtom: el corrent d'electrons

Protons (+)

Neutrons (0)

NUCLI

Electrons (-)

Aquí tenim un material conductor (un metall com el coure). Està compost, és clar, per àtoms de coure, amb els seus protons (+, blau) i els seus electrons (-, Taronja)

Així, com està ara no passa

absolutament res !!

Què cal fer per arrencar uns quants electrons i posar-los en moviment ?:

CAL connectar-lo a UNA FONT DE "TENSIÓ ELÈCTRICA O VOLTATGE" (un generador).

Naturalesa de l'electricitat

Ara sí, els electrons es posen en moviment, si:

1-connectem el metall conductor a un generador de tensió elèctrica i 2-TANQUEM el circuit, connectant un extrem a l'+ i un altre a - de

la pila.

Ja tenim un CIRCUIT ELÈCTRIC

MATERIALS CONDUCTORS I NO CONDUCTORS

Tot i que els connectem a una pila i tanquem el circuit

elèctric, no tots els materials tenen àtoms que cedeixin els electrons.

• Cridem MATERIALS CONDUCTORS, A aquells els àtoms cedeixen fàcilment els electrons quan se'ls sotmet a tensió

elèctrica. Condueixen bé el corrent elèctric. – Exemple. METALLS, (com coure, alumini ...)

• _{Cridem MATERIALS AÏLLANTS o no conductors, a aquells els} àtoms no donen electrons fàcilment.

No condueixen el corrent elèctric. – Exemple: FUSTA, PLÀSTIC, PEDRA ...

• _{Cridem MATERIALS SEMICONDUCTORS a aquells els àtoms donen} electrons de manera limitada i controlada. Necessiten ser dopats amb petites quantitats d'altres àtoms.

– Exemple: Germani, Silici, dopats amb Arsenio o Gal·li.

MATERIALS CONDUCTORS I NO CONDUCTORS

Activitat 1.2: Digues quins d'aquests materials conduiran el corrent elèctric i quines no:

-un pot de refrescto -un llapis

-un boli bic

-una ploma antiga -una clau

-....

Activitat 1.3: Per què els cables elèctrics tenen una ànima de coure i una capa de plàstic per fora?

Activitat 1.4:

a) ¿Quines partícules de l'àtom formen el corrent elèctric?

b) ¿Surten els electrons de la pila o del cable conductor?

c) ¿Quin és el paper del generador?

d) ¿Com se les posa en moviment?

e) fes una comparació entre un circuit elèctric i un circuit d'aigua amb una bomba hidràulica.

NOTA: La pila no dóna electrons. Aporta la força per moure'ls: Aquí tens dues comparacions:

-Aire En conductes: Electrons: l'aire

Generador de tensió: el ventilador

14

ENERGIA ELÈCTRICA

• _{Les bombetes fan servir l'energia} elèctrica per produir llum. La llum és energia lluminosa.

• Els motors elèctrics utilitzen l'energia elèctrica per produir moviment. El moviment és energia cinètica.

• Les estufes elèctriques fan servir l'energia elèctrica per produir calor. La calor és energia tèrmica. L'energia és tot el que permet moure, escalfar, il·luminar o transmetre coses. L'electricitat és energia.

INTRODUCCIÓ: l'electricitat

QUÈ ÉS L'ENERGIA ELÈCTRICA?

• _{Recorda que l'electricitat és una energia secundària,} Obtinguda a partir de fonts d'energia primàries naturals,

– LLOC: Centrals elèctriques

– APARELL: Generador elèctric (Conjunt turbina-alternador)

– ENTRA: Energia de les fonts primàries – SURT: Energia elèctrica alterna.

ENERGIA

GENERADOR turbina-alternador

ENTRA: Font d'energia

T

transformador _SURT: Xarxa de transport energia

activitat 5.1

: Fes una llista de les teves activitats

diàries en les que facis servir energia elèctrica.

– Per escalfar coses.

– Per moure coses.

– Per il·luminar.

– Per telecomunicacions.

activitat 5.2

: Dibuixa l'esquema d'obtenció de

l'energia elétrica i descriu el procés amb les teves

paraules.

CONCEPTES FONAMENTALS

Per estudiar i treballar amb l'electricitat hem de conèixer els seus conceptes fonamentals:

• _{Electró: Partícula subatòmica amb càrrega negativa (-).}

• _{Corrent elèctric: flux d'electrons a través d'un material} conductor.

• _{Circuit elèctric: camí tancat pel qual circulen els} electrons. Està format bàsicament per:

– 1. El material conductor, Que cedeix els electrons.

– 2. generador elèctric, Que crea la tensió elèctrica necessària per posar en moviment als electrons.

– 3.Elements de maniobra, Que permeten regular el pas del corrent elèctric d'acord amb les nostres necessitats.

– 4.Aparatos receptors, Que usen l'energia dels electrons i la transformen en llum, calor o moviment.

CONCEPTES FONAMENTALS

ACTIVITAT 2.1: Què són ia quin tipus de component pertencene aquests objectes solts?

ACTIVITAT 2.2 Dibuixa un circuit elèctric amb aquests elements.

1-ELEMENTS CONDUCTORS

• DEF. Són els cables de materials metàl·lics que cedeixen els electrons, que van movent-se a través d'ells (van recoberts de plàstic aïllant)

– Estructura: – Símbol: ¿Fàcil no? Material aïllant perquè no es fugue el corrent

Material conductor que dóna els

electrons i pel qual circulen els mateixos

Materials aïllants:

-PVC

Materials conductors:

-coure, Alumini

2-GENERADORS

• DEF. Són els aparells que creen l'energia o tensió

elèctrica o voltatge (V) necessari perquè els electrons saltin dels àtoms i es posin a circular.

Símbols. PILA: Alternador: Bateria

• TIPUS, Ja els coneixes.

GENERADORS ELÈCTRICS GENERADORS QUÍMICS GENERADORS ELECTROMAGNÈTICS PILES ACUMULADORS

Pila de Cinc-Carboni

Pila de Mercuri

Bateria de Plom

Bateria de Níquel-Cadmi

Corrent CONTINUA

Corrent

Dinamo

Generadors QUÍMICS: LES PILES

• Els generadors químics creen electricitat a força d'ajuntar dos tipus de substàncies: Una que dóna electrons i una altra que els pren. Són les PILES I BATERIES (són recarregables).

• Pila de Cinc-Carbó. (Les piles normals i de petaca) • Pila de Cinc-Mercuri (les piles de botó)

• Bateria de Plom (bateries dels cotxes) • Bateria de Níquel-Cadmi.

• Bateria d'hidrógeno (bateries de loss cotxes futurs) • Bateria de níquel-metall Híbrid

• Bateria d'ió liti (bateries del mòbil)

Substància que dóna electrons Substància que pren electrons electrons Electròlit electrons

Si els ajuntem amb un cable

els electrons van pel cable i

els podem fer servir

Generador electromagnètic

• ACTIVITAT 2.3

: Anomena les parts d'aquest

alternador.

Estator, Rotor, Pols magnètics, espira, escombretes ...

24

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas /fisica/magnet/generador.html

3-ELEMENTS DE MANIOBRA

• DEF

. Són els elements que ens permeten decidir

si el corrent passa o no passa:

– PULSADOR: Element de maniobra que en ser premut

deixa passar el corrent i si es deixa de prémer

la curta.

– INTERRUPTOR: Element de maniobra el qual té dues

posicions: Quan està tancat deixa passar el

corrent i quan està obert no.

– COMMUTADOR: Element de maniobra amb dues

posicions: En una envia el corrent per un camí i

en l'altra posició l'envia per un altre camí

4-ELEMENTS RECEPTORS

• DEF. Són els elements que en ser travessats pel

corrent transformen l'energia elèctrica dels

electrons en un altre tipus d'energia:

– BOMBETES : Element receptor que transforma

l'energia elèctrica en llum (i calor).

– RESISTÈNCIES: Element receptor que transforma

l'energia elèctrica en calor.

– MOTOR ELÈCTRIC: Element receptor que transforma

l'energia elèctrica en energia cinètica

(moviment).

– BRUNZIDOR, TIMBRE: Element receptor que

transforma l'energia elèctrica en energia sonora.

Esquemes de símbols

• ACTIVITAT 2.5: Dibuixa usant els símbols adecuadoos els esquemes de circuits elèctrics formats per:

• _{a) Generador, polsador, 2 bombetes seguides.}

• _{b) 2 generadors en sèrie, 1 interruptor, 1 bombeta i 1} motor en sèrie.

• _{c) 1 generador, 1 commutador que porta a dues línies: una} línia amb 4 bombetes en sèrie, ia una altra línia amb un 1 motor i 2 brunzidors en sèrie.

• _{d) 2 generadors en sèrie, 1 polsador i 3 resistències en} paral·lel.

28

IV-CIRCUITS EN SÈRIE I

CIRCUITS

EN PARAL·LEL

• _{ACTIVITAT 3.1: Ara anem a dibuixar un circuit amb 2}

bombetes. Es poden connectar de dues formes, a veure si les endevines:

• Ho podem fer de dues maneres: – Posant les bombetes en sèrie

29

Connexió en sèrie

• El que segurament has fet ha estat posar les dues bombetes seguides. Això és posar dos receptors en sèrie.

• El mateix circuit amb el seu simbologia elèctrica queda així:

• _{En aquest cas les dues bombetes es reparteixen l'energia de} la pila, i brillen la meitat del que podrien.

Problemes de la connexió en sèrie

• 1) SI ES FUNDE UNA BOMBETA, totes les altres tampoc funcionaran.

• 2) LES BOMBETES ES REPARTEIXEN L'ENERGIA DE LA PILA, i brillen poc. Tant menys a més bombetes hi ha i s'han de repartir l'energia de la pila.

!

FUNDIDA¡_{No poden passar}

els electrons

Tot i que no està fosa TAMPOC FUNCIONA, perquè no li arriben els electrons. 12 volts 6 volts 6 volts

31

Connexió en paral·lel

• _{Però ho podem fer igual gastant menys cable i menys} interruptors:

• _{AQUEST circuit funciona com si forenses 2 circuits}

Avantatges de la connexió en

paral·lel

• 1) SI ES FON UNA BOMBETA les altres SÍ que poden seguir funcionant.

• 2) CADA BOMBETA PRESA TOTA L'ENERGIA DISPONIBLE DE LA PILA. Totes brilles al màxim.

La bombeta 2 sí que pot brillar encara

La 1 estigui fosa,

perquè sí li arriben els electrons per la seva proio camí.

¡FOSA!

12 volts

12 volts 12 volts

Esquemes de símbols

• ACTIVITAT 3.2: Dibuixa usant els símbols adequats els esquemes de circuits elèctrics formats per:

• _{a) Generador, polsador, 2 bombetes en sèrie.}

• _{b) Generador, interruptor i 2 bombetes en paral·lel.}

• c) Generador, interruptor i 1 bombeta i un motor en sèrie.

• _{d) Generador, interruptor i 1 bombeta i un motor en} paral·lel.

• _{e) Generador, interruptor i 1 bombeta i un motor en sèrie,} tots dos en paral·lel amb dues resistències en sèrie.

Esquemes de símbols

• ACTIVITAT 3.2: Dibuixa usant els símbols adequats els esquemes de circuits elèctrics formats per:

• _{a) Generador, polsador, 2 bombetes en sèrie.}

• _{b) Generador, interruptor i 2 bombetes en paral·lel.}

• c) Generador, interruptor i 1 bombeta i un motor en sèrie.

• _{d) Generador, interruptor i 1 bombeta i un motor en} paral·lel.

• _{e) Generador, interruptor i 1 bombeta i un motor en sèrie,} tots dos en paral·lel amb dues resistències en sèrie.

V-MAGNITUDS FONAMENTALS DE L'ELECTRICITAT

i LA LLEI D'OHM

Magnituds de L'ELECTRICITAT

Magnituds són coses mesurables.

Per exemple, la distància és una magnitud per mesurar l'espai. La seva unitat de mesura és el metre, amb els seus múltiples (Dm, hm, km) i submúltiples (dm, cm, mm).

• _{Per treballar amb electricitat ha algunes magnituds que hem} de conèixer:

– INTENSITAT DE CORRENT (I) – VOLTATGE (v)

– RESISTÈNCIA ELÈCTRICA (R)

• _{Les magnituds també tenen les seves} – definicions

– símbols

– unitats, múltiples i submúltiples. – Aparells de mesura

• Un cop les coneguem veurem que hi ha una relació matemàtica-física entre elles.

INTENSITAT DE CORRENT, Símbol: "I".

– Definició: Quantitat d'electrons que passen en un temps per un punt del circuit.

– Unitat: Ampere, símbol "A".

• Submúltiple més comú: miliamperio (mA) = 0,001 A.

Mesurem la INTENSITAT DE CORRENT

-+

Mesurem amb un amperímetre.

Cal posar-ho en sèrie, és a dir, intercalar al

circuit.

La mesura dóna per

exemple 3A d'intensitat. Això vol dir que estan succeint 3 coulombs

d'electrons per segon pel circuit.

1.5

A

VOLTATGE, Símbol: "V".

– Definició: Quantitat d'energia del generador per posar en moviment els electrons.

També es pot definir com la diferència d'energia

disponible que hi ha entre dos punts del circuit per moure els electrons.

– Unitat: Volt, símbol "V" (Sí, coincideix amb el de la magnitud).

• Múltiple més comú: quilovolt (KV) = 1.000 V.

• Submúltiple més comú: milivoltio (mV) = 0,001 V.

Mesurem el VOLTATGE.

-+

Mesurem amb un voltímetre. Cal posar-ho en paral·lel, és a dir, posar-lo com un camí alternatiu al circuit.

L'energia que hi ha entre els punts A i B és per exemple de 1,5 V.

Això vol dir que la direncia d'energia disponible per moure electrons entre A i B és de 1,5 V.

•Punt X •Punt I

D'altra banda, les piles fines tenen 1,5 V de energía.Las piles de petaca 4,5V. Hi ha piles de 9V. Les de botó són de

Les bateries de cotxe tenen 12 o 24 V.

1.5

V

Sense

RESISTÈNCIA, Símbol: "R".

– Definició: Oposició al pas del corrent.

• Els electrons en moviment xoquen contra els àtoms dels cables, els aparells etc. Com més xoquen mes resistència té.

• D'altra banda, recorda que els àtoms dels materials aïllants ni tan sols deixen anar els electrons.

Tenen per això molta més resistència al moviment dels electrons.

– Unitat:Ohm, símbol "Ω".

• Múltiple més comú: kiloohmio (KΩ) = 1000 Ω.

• Submúltiple més comú: miliohmio (mΩ) = 0,001 Ω.

mesurem la RESISTÈNCIA elèctrica

-

₊

Mesurem amb un ohmímetre:

Es fa amb el circuit desconnectat !.

La resistència que hi ha entre els punts A i B és per exemple de 5 Ω .

•Punt A •Punt B

CIRCUIT

DESCONNECTAT!

1.5

R

Mesures: el polímetre

Normalment els 3 aparells vénen junts en un aparell de mesura que es diu polímetre o multímetre.

Seleccionant el que volem mesurar i posant els cables de

mesura en el seu lloc adequat aquest aparell funciona com – amperímetre

o

– voltímetre o

• ACTIVITAT 4.1

: Completa el següent quadre.

Magnitud i símbol

Unitat de mesura i

símbol

Definició Aparell de mesura i

símbol

Instruccions per mesurar

Intensitat (I)

LA LLEI D'OHM

• Ja la saps, ara veuràs:

• _CONTESTA:

– ¿Si la pila té més energia, mourà més electrons o menys? És a dir, ¿a més voltatge hi ha més intensitat de

corrent o menys?

– ¿Si el circuit ofereix posa més problemes al pas dels electrons, hi haurà més electrons circulant o menys ?. És a dir, ¿a més resistència elèctrica hi ha més

LA LLEI D'OHM

• Efectivament:

– A més voltatge més intensitat.

• Això en matemàtiques s'anomena una relació

directament proporcional entre dues magnituds. És a dir, a més d'una cosa més de l'altra.

– A més resistència menys intensitat.

• Això en matemàtiques s'anomena una relació

inversament proporcional entre dues magnituds. És a dir, a més d'una menys de l'altra ia l'inrevés.

– Això s'expressa en una fórmula matemàtica que va descobrir George Simon Ohm:

V

I =

R

• ACTIVITAT 4.2:a) Calcula mitjançant la llei d'Ohm el valor de la intensitat de corrent en el següent circuit:

• b) Calcula la intensitat de corrent d'aquest circuit:

• c) Calcula la intensitat d'un circuit amb un generador de 4,5 V i una resistència total de 0,1 Ω

1,5 V

2Ω