Page 1

Unitat 1. Circuits elèctrics

Sessions 1-X Tecnologies 2on E.S.O. Santiago Jiménez Ramos


Activitat Inicial

Sessió 1

Vídeo Introductori Portal: www.edu3.cat Video 1: L’electricitat. http://www.edu3.cat/Edu3tv/Fitxa?p_id=19212&p_ex= electricitat&p_niv=2221 Video 2: Els Imants. http://www.edu3.cat/Edu3tv/Fitxa?p_id=19207&p_ex=electricitat&p_niv=2221

Debat Electricitat Quins materials son conductors elèctrics? Quins aparells de classe necessiten electricitat? Quin és el que més consum elèctric té? Magnetisme què fa un iman? Què passa quan aquest es parteix? Algú coneix la relació entre l’electricitat i el magnetisme?


Mapa Conceptual

Sessi贸 1


L’Electricitat i la matèria

Sessió 1

La matèria està constituïda per àtoms, que s’uneixen entre si per formar cristalls i molècules.

Estructura de la matèria

Estrucuta de la molècula de ??????

Els àtoms estan constituïts per partícules més petites anomenades: Protons: Càrrega positiva - Electrons: Càrrega negativa - Neutrons: neutre.


L’Electricitat i la matèria

Sessió 1

Tipus d’àtoms que podem tenir: Àtoms amb càrrega neutre

Cations o ions positius

Anions o ions negatius

Nº de protons = Nº d’electrons

Més protons que electrons

Més electrons que protons


L’Electricitat i la matèria

Sessió 1

Comportament de les càrregues

REPULSIÓ

ATRACCIÓ

•Les càrregues del mateix signe es repel·leixen. •Les càrregues de diferents signe s’atrauen.


L’Electricitat i la matèria

Sessió 1

Tipus de Materials Els electrons poden “saltar” d’un àtom a l’altre per diverses causes. Aquest moviment d’electrons és el que anomenem ELECTRICITAT o CORRENT ELÈCTRIC.

Els materials, segons els seu comportament els podrem classificar com: Conductors: Els seus àtoms tenen electrons en les òrbites més externes que necessiten poca energia per poder sortir d’elles. Els conductors per tant són aquells materials que permeten de forma senzilla el pas del corrent elèctric. Aïllants: Els seus àtoms tenen electrons fortament lligats a les seves òrbites, i per tant es pràcticament impossible treure’ls d’ella. Els aïllants per tant són tots aquells materials que no permeten el pas del corrent elèctric.


L’Electricitat i la matèria

Sessió 1

Tipus de Materials

En quin cas s’encendrà la bombeta?

Animació d’un material conductor!


El circuit Elèctric

Sessió 2

Circuit elèctric s’entén com el camí tancat, format per un conjunt d’elements enllaçats, pel qual circulen les càrregues elèctriques. La circulació d’aquestes càrregues és el que anomenem corrent elèctric. Components mínims d’un Circuit elèctric Generador: Pila Conductor: Fil de Coure (per exemple). Receptor: Bombeta, es qui rep l’energia elèctrica. *També es poden afegir altes components, com un Interruptor que es pot definir com un element de Control. Representació gràfica d’un circuit elèctric


Símbols elèctrics

Generadors d’energia

Controladors

Sessió 2

Actuadors


Tipus de circuits

Sessió 2

En un mateix circuit, es poden connectar diversos receptors de maneres diferents. •

Connexió en sèrie:

• •

El corrent elèctric que circula per cada receptor és el mateix. La tensió d’alimentació del circuit es reparteix entre els diferents receptors. Si s’espatlla un receptor o el desconnectem, la resta deixen de funcionar.

Connexió en paral·lel:

• •

Cada receptor rep la mateixa tensió. Si s’espatlla un receptor o el desconnectem, els altres continuen funcionant. El corrent elèctric total del circuit és la suma dels corrents de cada receptor.

a) Connexió mixta: • Es combinen receptor en sèrie i paral·lel.


Magnituds elèctriques bàsiques

Sessió 3

La Intensitat elèctrica Es defineix com la quantitat de càrregues elèctriques que travessen la secció d’un conductor en una unitat de temps. Una forma més simple de definir-la seria com el cabal de càrregues elèctriques que circula per un conductor. Símil:

Conductor elèctric Càrregues

Molta Intensitat

Carretera Cotxes

Poca Intensitat

Unitat de mesura: Amper (A). Quan les unitats són molt petites, s’utilitzen els: Mil·liamper: 1mA= 1A / 1.000 = 0,001A = 10-3A Microamper: 1µA = 1A/1.000.000 = 0,000001 = 10-6A

Exercici 2


Magnituds elèctriques bàsiques

Sessió 3

La tensió elèctrica És el treball necessari per desplaçar les càrregues elèctriques d’un terminal del generador a un altre. La tensió elèctrica fa que les càrregues es desplacin a traves dels conductors. Si no hi ha tensió, no hi ha circulació de càrregues. Símil:

Conductor elèctric Càrregues

Carretera Cotxes

Si deixem caure cotxes per una rampa, com més alçària tingui, més fàcil els serà lliscar, i per tant, més cotxes hi podran baixar; de la mateixa manera, com més tensió tingui un circuit, més càrregues elèctriques hi circularan. Unitat de mesura: Volt (V). *A part de Tensió elèctrica, també es sol dir Voltatge o diferència de potencial


Magnituds elèctriques bàsiques

Sessió 3

La Resistència elèctrica És la dificultat que ofereixen els diferents materials al pas del corrent elèctric. Símil:

Conductor elèctric Càrregues

Carretera Cotxes

Molta Dificultat Poca Dificultat Com més resistència elèctrica tingui un cos, menys intensitat de corrent hi circularà Unitat de mesura: Ohm (Ω) Quan les unitats són grans, s’utilitzen els: Quiloohm: 1KΩ = 1.000Ω = 10-3Ω Megaohm: 1MΩ = 1.000.000 MΩ = 10-6Ω


Mesura de les Magnituds

Sessió 5

Multímetre: Aparell que permet mesurar intensitat, tensió i resistència elèctrica, a més d’altres magnituds.

Analògic Mesura de corrent (Amperímetre). L’instrument es connecta en sèrie amb els components del circuit, d’aquesta manera el corrent elèctric passarà a través seu.

Mesura de Tensió (Voltímetre). L’instrument es connecta en paral·lel amb els components del circuit.

Digital


Llei d’Ohm

Sessió 3

Al s. XIX el físic alemany Georg Simon Ohm estudia la relació entre les magnituds elèctriques bàsiques. Fruit d’aquest estudi, enuncia el que ara coneixem com a llei d’Ohm: La intensitat del corrent elèctric que circula per un circuit és directament proporcional a la tensió aplicada i inversament proporcional a la resistència del circuit. I=V / R

Exemple Del circuit de la figura, determina la intensitat que circula quan l’interruptor està tancat.

I=

V 4.5V = = 0,25 A R 18Ω


Associació de Piles

Sessió 4

Associació Sèrie de piles

Vtotal=V1 + V2 + V3 + V4

Vtotal=V1 - V2 + V3 - V4

Calcula la tensió que proporcionen les piles en els 2 següents esquemes:

V1=

V2=


Associació de resistències

Sessió 4

Associació Sèrie

Rtotal=RH1+RH2+RH3

Rtotal=18Ω+15Ω+21Ω=54Ω

Intensitat total?

I=V / R = 5 V / 54 Ω = 0,092 A


Associació de resistències

Sessió 4

Associació paral·lela

Rtotal =

Rtotal =

Rtotal =

1 1 1 1 + + R1 R2 R3

1 1 1 1 + + 10Ω 5Ω 5Ω

1 1 = = 2Ω 0.1 + 0.2 + 0.2 0.5

Intensitat total? I=V / R = 5 V / 2 Ω = 2,5 A


Associació de resistències Associació Sèrie-Paral·lel 1er Resoldre els Paral·lels i després resoldre el sèrie!!!! Exemple:

Sessió 5


Potència Elèctrica

Sessió 7

La potència elèctrica és la capacitat que té un receptor per transformar energia en un temps determinat. La seva unitat de mesura és el watt (W), encara que, també s’utilitza el quilowatt (KW), que equival a 1000W. La potència elèctrica d’un determinat component s’obté multiplicant la tensió en borns per la intensitat del corrent que el travessa. P=V x I

1 watt (W) = 1 volt (V) x 1 amper (A)

A més a més, si recordem la llei d’Ohm: I=V/R

P = V x I = V x V / R = V2 / R

V=RxI

P = V x I = R x I x I = I2 x R

Exemple En el següent circuit, si l’amperímetre indica 0,5A i el voltímetre 4.5v, determina els valors de la potència i de la resistència de la làmpada. P = V x I = 4.5V x 0.5A = 2.25W R = V / I = 4.5V / 0,5A = 9Ω


Energia Elèctrica

Sessió 7

L’energia elèctrica es defineix com el producte de la potència d’un aparell pel temps que stà en funcionament. E=P x t

1 watt (W) x hora(h) = 1 watt (W) x 1 hora (h) La unitat de mesura es el watt hora (Wh), però a la pràctica s’utilitza normalment el quilowatt hora (KWh), que equival a 1000Wh. Quant més temps estigui connectada una làmpada, major serà el seu consum d’energia, i per tant més haurem de pagar a l’empresa que subministra l’energia elèctrica. Exemple Calcula l’energia consumida per la làmpada, si fa llum durant 2 hores, tenint en compte que el seu consum de potència es de 2.25W. E = P x t = 2,25W x 2h = 4.5Wh = 0,0045KWh


Potencia i Energia Elèctrica

Sessió 7

Ex. 1 És molt habitual que a l’hora de parlar de potència no es faci referència als Watts sinó de KiloWatts. En aquest cas 1 KW = 1000 W. Per tant: 15KW = 3300W =

W KW

1,5KW= 45000W=

W KW


Potencia i Energia Elèctrica

Sessió 7

L’Òscar fa un parell de mesos que es va comprar una furgoneta de segona mà model Wolkswagen California. La setmana passada va decidir fer una excursió pels parc natural del Cadí-Moixeró. La planificació va ser la següent: •El divendres arriba a les 10 de la nit (22h) i es posa a dormir fins a les 6 del matí del dissabte. •El dissabte passeig pel parc natural fent uns 15km, i després retorn a Barcelona el mateix dissabte a les 8 de la tarda (20h).

Però, com l’Òscar és una persona molt despistada, es va deixar TOTS els llums de la furgoneta encesos tota la nit i per tant va estar consumint l’energia de la bateria, per això es probable que no pugui engegar el cotxe al matí ja que es pot haver consumit la bateria elèctrica. El circuit elèctric de l’enllumenat de la bateria és el següent:


Potencia i Energia Elèctrica

Sessió 7

1. Calcula la resistència total del circuit de l’enllumenat d’un cotxe. (2P) 1. Calcula la intensitat total del circuit. (0.5P) 1. Calcula la potència elèctrica necessària per encendre els llums. (0.5P) 1. Quina seran les bombetes que més llum faran? (0.5p) 1. Comprova si el cotxe podrà arrencar o si per el contrari la bateria s’ha fos. Tingues en compte que l’energia de la bateria es de 3.6 KWxH, o el que és el mateix 3600WxH. (1.5P)


Caigudes parcials de tensió CIRCUIT SÈRIE

CIRCUIT PARAL·LEL

Rtotal =

Rtotal = R1 + R2 I total = I R1 = I R 2

Sessió 7

Vtotal = Rtotal

Vtotal = VR1 + VR 2 VR1 = I1·R1 = I total ·R1 VR 2 = I R 2 ·R2 = I total ·R2

1 1 1 + R1 R2

I total = I R1 + I R 2 Vtotal = VR1 +VR 2 I R1

VH 1 Vtotal = = R1 R1

I R2 =

VR 2 Vtotal = R2 R2


Caigudes parcials de tensió

Sessió 7

CIRCUIT MIXT

CALCULAR LES TENSIONS I LES INTENSITATS DE TOTES LES BOMBETES DEL CIRCUIT!!! 1. Calcular la resistència total del circuit.

Rp =

1 1 1 + R1 R2

=

1 1 1 + 8Ω 5Ω

= 3,07Ω

Rtotal = RP + R1 + R2 = 3,07Ω + 5Ω + 8Ω = 16,07Ω


Caigudes parcials de tensió CIRCUIT MIXT

2. Calcular la intensitat total del circuit.

I total =

Vtotal 5v = = 0,311A Rtotal 16,07Ω

Sessió 7


Caigudes parcials de tensió CIRCUIT MIXT

3. Calcular les tensions del circuit.

VR1 = I R1 ⋅ R1 = I Total ⋅ R1 = 0,311A ⋅ 5Ω = 1,555v VR 2 = I R 2 ⋅ R2 = I Total ⋅ R2 = 0,311A ⋅ 8Ω = 2,488v VRP = I RP ⋅ R p = I Total ⋅ R p = 0,311A ⋅ 3,07Ω = 0,955v

Sessió 7


Caigudes parcials de tensi贸

Sessi贸 7

CIRCUIT MIXT

VRP = VR 3 = VR 4


Caigudes parcials de tensió CIRCUIT MIXT

4. Calcular les intensitats del circuit.

I total = I R1 = I R 2 = 0,311A VR 3 0,955v = = 0,191A R3 5Ω V 0,955v = R4 = = 0,119 A I R4 8Ω

I R3 = I R4

Sessió 7


Caigudes parcials de tensió

Sessió 7

CIRCUIT MIXT

PR1 = VR1 ⋅ I R1 = 1,555v ⋅ 0,311A = 0,483w

PR 3 = VR 3 ⋅ I R 3 = 0,955v ⋅ 0,191A = 0,182 w

PR 2 = VR 2 ⋅ I R 2 = 2,488v ⋅ 0,311A = 0,774w

PR 4 = VR 4 ⋅ I R 4 = 0,955v ⋅ 0,119 A = 0,113w

P total = PR1 + PR 2 + PR 3 + PR 4 = 0,483w + 0,774 w + 0,182 w + 0,113w = 1,552 w

Ptotal = Vtotal ⋅ I total = 5v ⋅ 0,311A = 1,555w

1. Electricitat  

Unitat didàtica d'electricitat