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.

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.

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.

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).

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)

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.

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.