Tecnologia 2n ESO: Introducció a l'electricitat

ELECTRICITAT

QUÈ ÉS L'ELECTRICITAT?

L’electricitat és una forma d’energia que es manifesta pel moviment dels electrons de la capa externa dels àtoms que hi ha a la superfície d’un material conductor.

L’electricitat és un fenomen íntimament lligat a la matèria i a la vida. Tot el que veiem al nostre voltant -i també el que no veiem- està integrat per electrons, partícules que giren al voltant dels nuclis atòmics.
Per tant podem concloure que l'electricitat és una forma d'energia que no veiem però en canvi si notem els seus efectes.

Per estudir l'electricitat primer hem de saber....

L’àtom: és la part més petita que podem tenir d’un element, està constituït pel nucli i l’escorça.

· Nucli: es concentra la pràctica totalitat de la massa de l’àtom, està format de protons, partícules amb càrrega positiva i massa aproximada d’1 uma (unitat de massa atòmica), i de neutrons, partícules elèctricament neutres i amb una massa aproximada també d’1 uma.

· Escorça: és la part externa del nucli on hi ha els electrons, de massa insignificant en comparació als protons i neutrons, i de càrrega elèctrica igual a la del protó però negativa. Els electrons es troben distribuïts per capes o nivells energètics.

Un àtom quan perd electrons es converteix en un ió. Per tant poden tenir ions positius (catió) i ions negatius (anió).

http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/ele.yelectro/elec1.swf

Quan s'uneixen diferents àtoms d'un mateix element o de diferents elements, es formen les molècules, que constitueixen els compostos químics.

CÀRREGA ELÈCTRICA

Però què és realment càrrega elèctrica? Podem definir-la com la quantitat d'electrons que pot adquirir un cos.
La mesurem en Coulombs (C). La representem mitjançant la lletra q.

Podem saber el nombre d'electrons que cal tenir per obtenir un Coulomb de càrrega:

1 C = 6,25 · 10¹⁸electrons

1 electró = -1,602 · 10^-19C

LLEI DE COULOMB

La Llei de Coulomb va ser formulada per Charles-Augustin de Coulomb a partir de les mesures que va fer el 1785 amb una balança de torsió de la força d'atracció i repulsió entre càrregues elèctriques. La llei diu que la força electrostàtica que hi ha entre dues càrregues elèctriques puntuals és directament proporcional a la magnitud de les càrregues i inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa.

Si només ens interessa la magnitud de la força i no la seva direcció, es pot considerar una versió escalar simplificada de la llei de Coulomb:

$F = k_C \frac{|q_1| |q_2|}{r^2}$

on:

$F \$ és la magnitud de la força exercida,

$q_1 \$ és la càrrega a un cos,

$q_2 \$ és la càrrega a l'altre cos,

$r \$ és la distància entre els cossos,

$k_C = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \approx$ 9×10⁹ N m² C^-2 és la constant electrostàtica de proporcionalitat.

Enllaços d'interès

Biografia Charles-Augustin de Coulomb

Propiedades eléctricas de la materia

CAMP ELÈCTRIC. INTENSITAT DE CAMP

S'anomena camp elèctric creat que una càrrega, l'espai en el qual s'exerceixen forces d'atracció o de repulsió sobre altres càrregues.

La Intensitat de camp elèctric en un punt és la força exercida sobre la unitat de càrrega elèctrica

POTENCIAL ELÈCTRIC

El potencial elèctric és el treball que cal realitzar sobre una càrrega per moure-la des d'un punt de referència fins a un altre punt.

La unitat de mesura és el Volt [V].
El seu càlcul:

DIFERÈNCIA DE POTENCIAL

És el treball que cal realitzar per moure una càrrega entre dos punts.

La d.d.p. entre dos punts s'expressa Va-Vb. La podem calcular de la següents forma;

Mira aquesta animació

LA BATERIA ELÈCTRICA

CORRENT ELÈCTRIC

El corrent elèctric és el pas d'electrons per un conductor. Aquest conductor ha de tenir una diferència de càrregues elèctriques o de potencial.

INTENSITAT DEL CORRENT

La forma de saber quants electrons passen per un conductor seria comptar-los. Per això una forma eficaç de fer-ho és comptar els electrons en un temps determinat.

Quan fem això parlem d'intensitat del corrent. La intensitat la podríem definir com el pas d'electrons per un conductor en la unitat de temps.

On:

I = Intensitat, es mesura en Ampers [A]
q = Càrrega elèctrica, es mesura en Coulombs [C]
t = Temps, es mesura en segons [s]

RESISTÈNCIA ELÈCTRICA

La resistència elèctrica és la dificultat que ofereixen els materials al pas del corrent elèctric.

La resistència depèn de tres factors:

El material
La longitud del material
La secció del material

On:

R = Resistència, es mesura en Ohms [Ω].

ρ = Resistivitat, depèn del material.

L = Longitud, es mesura en metres [m].

s = Secció, es mesura en mm^2.

^{Amb aquesta animació entendràs millor el concepte de resistència elèctrica}

CIRCUIT ELÈCTRIC

Un circuit elèctric és un conjunt simple o complex de conductors i components elèctrics o electrònics recorregut per un corrent elèctric.

En aquets presentació pots veure quins són els elements bàsic que formen un circuit elèctric

LLEI D'OHM

La llei d'Ohm estableix que el corrent que travessa un circuit elèctric és directament proporcional a la diferència de potencial que hi ha entre els seus extrems i inversament proporcional a la resistència del circuit.
En termes matemàtics la llei s'expressa per mitjà de l'equació

$I= \frac{V}{R}$

on V és la caiguda de voltatge o diferència de potencial i I és el corrent. L'equació dóna com a resultat la constant de proporcionalitat R, que és la resistència elèctrica del circuit.
Per a components com les resistències la llei es compleix per un gran interval de valors de corrent i voltatge, però en depassar certs límits es perd la proporcionalitat directa per efecte de la temperatura dissipada pel circuit per efecte Joule
Al Sistema Internacional d'Unitats la unitat utilitzada pel corrent és l'ampere (simbolitzat com A), per la diferència de potencial és el volt (simbolitzat com V) i per a la resistència s'utilitza l'ohm (simbolitzat Ω).
Aquesta llei va rebre el seu nom en homenatge al seu descobridor, el físic alemany Georg Ohm, que el 1827 va publicar en un tractat les seves experiències i mesures resultants d'aplicar diferents voltatges i corrents a circuits simples amb diferents longituds de cable. L'equació que va presentar per explicar els seus resultats experimentals era més complexa que la que es presenta més amunt, que no va existir fins que el 1864^[1] es va definir una unitat per a la resistència elèctrica.

^{Mira aquesta Simulació}

^{Mira aquesta animació}

TREBALL ELÈCTRIC

Quan una càrrega elèctrica passa d'un potencial B a un altre més baix A, desenvolupa un treball.

Què volen dir? Dons que el treball elèctric es genera en moure càrregues elèctriques per un circuit.

Per calcular el treball elèctric utilitzem la següent fórmula:

W = (Vb-Va)·q

On:
W = treball elèctric, es mesura en Joules [J].
(Vb-Va) = Diferència de Potencial, es mesura en volts [V].
q = Càrrega elèctrica, es mesura en Coulombs [C].

POTÈNCIA ELÈCTRICA

La potència és la rapidessa amb la que es dur a terme un treball. Quan parlem de potència elèctrica fem referència a la quantitat de treball elèctric que es fa en la unitat de temps.