Magnituds elèctriques II. Resistència. Potencial.

RESISTÈNCIA ELÈCTRICA.

És la magnitud que ens informa de la dificultat que ofereix un material al pas del corrent elèctric. Com més alta sigui la resistència d'un material, més difícil serà que circulin les càrregues elèctriques per aquest material; i per tant, més petit serà el corrent elèctric, perquè hi circularan menys Coulombs cada segon.

La resistència elèctrica es mesura en Ohms

Existeixen uns components dels circuits, que s'anomenen resistències, que serveixen per a frenar el pas del corrent elèctric per un cable.

POTENCIAL ELÈCTRIC

Ens podem fixar en un punt d'un cable elèctric. Per exemple el punt A del següent circuït:

El Potencial Elèctric del punt A és l'energia potencial elèctrica que tindria el punt A si en ell hi hagués una càrrega elèctrica que valgués 1 C . Si fa no fa, el Potencial elèctric d'un punt ens dóna una idea de l'estat energètic d'aquest punt. És possible que ara per ara et costi fer-te una imatge física del que és el potencial elèctric; però quan hagis fet alguns exercicis lògics comprendràs millor el seu sentit.

Per a començar a comprendre millor el potencial elèctric tingues en compte els següents punts:

El potencial elèctric es mesura en Volts.

Donat un cable conductor pel qual circula un corrent elèctric, considerarem que dos punts d'aquest cable conductor tindran el mateix potencial elèctric si entre tots dos punts només hi ha cable; és a dir si enmig d'aquests dos punts no hi ha cap element diferent al cable (ni una resistència, ni aire, ni espai buit).

Ara el professor dibuixarà unes imatges a la pissarra. Dibuixa-les a la teva llibreta seguint les seves indicacions.

***

Si pel cable no hi circula un corrent, tots els punts del cable tenen el mateix potencial, tant si entre ells hi ha només cable, com si entre ells hi ha algun element connectat.

De nou, el professor dibuixarà unes imatges a la pissarra. Dibuixa-les a la teva llibreta seguint les seves indicacions.

***

En molts circuits hi surt algun punt que anomenem terra i que sempre té un potencial elèctric que val zero.

Fixa't en les imatges:

El corrent elèctric positiu. És a dir el nombre de Coulombs que es mouen cada segon per un cable, sempre viatgen des d'un punt de potencial més alt, fins a un punt de potencial més baix.

De nou, el professor dibuixarà unes imatges a la pissarra. Dibuixa-les a la teva llibreta seguint les seves indicacions.

***

Magnituds. Càrrega elèctrica. Corrent elèctric.

Què és una magnitud? És tot allò que es pot mesurar. En el nostre cas serien totes aquelles propietats elèctriques que podem mesurar o calcular.

De primeres ens fixarem en les següents: Càrrega elèctrica i Corrent elèctric

La càrrega elèctrica ja l'hem estudiada. Es mesura en Coulombs (C).

El corrent elèctric és el moviment de les càrregues elèctriques per un material conductor. En el nostre cas, és el moviment dels electrons al llarg d'un cable, que normalment està fet de coure, i que recobrim de plàstic (que és aïllant) per seguretat.

Podem pensar en el corrent elèctric com el moviment dels electrons (càrregues negatives) pel cable. (Sentit real)

O podem pensar en el corrent elèctric com el moviment de les càrregues elèctriques positives (C) pel cable. (Sentit convencional).

El sentit real del corrent és el contrari del sentit convencional. Però en tots dos casos els efectes són idèntics. És el mateix dir que les càrregues positives van en un sentit, que dir que les càrregues negatives van en el sentit contrari. És el mateix dir que les càrregues positives van endavant, que dir que les càrregues negatives van endarrere. Pensa-hi, i assegura't que ho entens.

D'ara endavant parlarem del corrent elèctric com el moviment de les càrregues positives (C) per un cable conductor.

Per mesurar la importància del corrent elèctric fem servir una magnitud que es diu Intensitat del corrent elèctric I, i que és el nombre de Coulombs que passen per un punt d'un conductor en un segon. La I es mesura en Ampers (A)

I=(Nombre de Coulombs) / (Nombre de segons)

1 Amper és el valor de la Intensitat d'aquell corrent elèctric en el qual pel cable hi passa 1 Coulomb cada segon:

1A = 1C/1s

Resol els següents exercicis a la llibreta i copiant els enunciats.

1.- Per un cable conductor hi passen 65 Coulombs en 5 segons. Quan val la intensitat de corrent?

2.- Per un cable conductor hi passen 300 Coulombs en 1 minut. Quan val la intensitat de corrent?
3.- Per un cable conductor hi passen 39 Coulombs en 13 segons. Quan val la intensitat de corrent?

4.- En un cable conductor tenim una intensitat de 6 Ampers. ¿Quants Coulombs hi passaran en 2 segons?

5.- En un cable conductor tenim una intensitat de 2 Ampers. ¿Quants Coulombs hi passaran en 12 segons?

6.- En un cable conductor tenim una intensitat de 180 Ampers. ¿Quants Coulombs hi passaran en 1 minut?

7.- En un cable conductor hi ha una intensitat de 24 Ampers. Quan temps necessitem perquè per un punt d'un conductor hi circulin 480 Coulombs?

8.- En un cable conductor hi ha una intensitat de 2 Ampers. Quan temps necessitem perquè per un punt d'un conductor hi circulin 4 Coulombs?

9.- En un cable conductor hi ha una intensitat de 4 Ampers. Quan temps necessitem perquè per un punt d'un conductor hi circulin 12 Coulombs?

.

.

Naturalesa de l'electricitat (II)

La càrrega elèctrica és una propietat que tenen algunes partícules de l'àtom, i es mesura en Coulombs, que se simbolitza amb una “C”.

Càrregues elèctriques del mateix signe, es repel·leixen.

Càrregues elèctriques de diferent signe, s'atrauen.

Hem vist que les principals partícules que composen l'àtom són:

l'electró, que té una càrrega elèctrica de -1,602 x 10 (elevat a -19) C (Coulombs)

el protó, que té una càrrega elèctrica de +1,602x 10(elevat a-19 C) (Coulombs)

el neutró, que no té càrrega elèctrica.

Saps quin nombre és el nombre 1,602x (10 elevat a -19)?

Un àtom que té el mateix nombre de protons que d'electrons és un àtom que té una càrrega elèctrica nul·la; és a dir, la seva càrrega elèctrica global val zero.

 Un àtom que té més protons que electrons és un àtom que té una càrrega elèctrica global positiva.

Un àtom que té més electrons que protons és un àtom que té una càrrega elèctrica global negativa.

 Boletes vermelles (protons)

Boletes blaves (neutrons)

Boletes Verdes (electrons)

Per aconseguir de donar a un cos una càrrega elèctrica de +1 C (1 coulomb) necessitaríem robar-li al cos un nombre de 6,24 x 10 (elevat a +18) electrons. ¿Per què creus que li hauríem de robar els electrons en comptes de donar-los-li?

Què hauríem de fer per aconseguir donar a un cos una càrrega elèctrica de -1C?

ESTRUCTURA ATÒMICA DELS METALLS

Tot i que com qualsevol altre material, els metalls estan formats per àtoms; el cert és que tenen una estructura atòmica un xic especial. 

És a dir, la manera com s'organitzen i s'uneixen entre sí els àtoms dels metalls, és una mica diferent a la manera com ho fan la resta d'elements. Aquesta manera d'organitzar-se els atorga unes propietats especials que després comentarem.

Els àtoms metàl·lics, com és obvi, tenen un nucli format per protons i neutrons. També tenen electrons girant al voltant del nucli. El que passa és que tenen bastants electrons: alguns estan bastant a prop del nucli, i força “atrapats” a ell, i uns altres estan més allunyats del nucli, i, pel fet d'estar més lluny, estan atrets pel nucli amb una força més feble.

Observa el següent dibuix:

Les boles representes el següent: "els nuclis dels àtoms del metall, més els electrons més propers al nucli"

I els puntets de color rosa que estan entre les boles representen: "els electrons més allunyats del nucli, i per tant atrets amb menys força"

Aquests electrons més allunyats s'anomenen “electrons lliures”. Els electrons lliures, es podria imaginar que en comptes de quedar-se al seu àtom, són compartits per la totalitat dels àtoms de la xarxa metàl·lica, formant com una mena de boira electrònica entre les “boles” del dibuix de més amunt. Això fa que, davant d'un petit estímul d'energia, aquests electrons es puguin moure amb facilitat, passant d'un àtom a un altre. El moviment dels electrons és el corrent elèctric. Gràcies al fet que els electrons lliures són compartits alhora per tots els àtoms de la xarxa, i al fet que són atrets de manera feble pels nuclis dels àtoms, els electrons lliures es poden moure amb facilitat si se'ls dóna energia. És a dir, els metalls, gràcies a tenir aquesta estructura, condueixen l'electricitat amb facilitat. 

Diem que els metalls condueixen l'electricitat perquè a través dels metalls pot circular el corrent elèctric. I el corrent elèctric hi pot circular gràcies a l'estructura que acabem d'explicar, que permet el moviment dels electrons lliures.

En canvi els materials no metàl·lics (els aïllants) tenen tots els seus electrons atrapats amb molta força pel nucli de l'atom; és a dir no tenen “electrons lliures” (això passa amb els plàstics o la fusta) i per tant no condueixen l'electricitat encara que els donis energia elèctrica. 

Naturalesa de l'electricitat (I)

Començarem fent una petita i senzilla explicació que ens ajudi a comprendre l'origen natural de la força elèctrica que fem servir.

Viatjarem amb la imaginació des d'un tros de substància relativament grossa, fins al món de les partícules més i més petites de la natura.

Si agaféssim una substància (un material), i la poguéssim anar partint en trossos cada vegada més petits, arribaria un moment en què el tros que tindríem seria tan petit que, cas de partir-lo, ja no seria la mateixa substància que havíem començat a partir.

Si la substància era una barreja d'elements químics, aquest tros tan petit s'anomena mol·lècula.

A la imatge superior pots veure la part més petita de l'aigua. Si anéssim partint una gota d'aigua en trossos cada vegada més petits, ens trobaríem aquesta molècula d'aigua, que com pots veure està formada per tres partícules encara més petites que s'anomenen àtoms. En el cas de l'aigua, la molècula està formada per dos àtoms d'hidrògen i un d'oxígen.

Normalment, les molècules estan formades per àtoms de diferents elements.

Si partíssim la molècula, obtindríem els àtoms individuals.

Els àtoms són els elements materials més petits en què es pot dividir una substància.

Els àtoms estan formats per partícules encara més petites; aquestes partícules encara més petites poden tenir una qualitat que s'anomena càrrega elèctrica i que és la causa de la força elèctrica que fem servir a la tecnologia elèctrica. 

ACTIVITATS

Respon a la llibreta les següents qüestions:

1.- Escriu el nom de les principals partícules que formen l'àtom.

2.- Esbrina quina càrrega elèctrica tenen les partícules que formen l'àtom.

3.- Esbrina com són de grosses les partícules que formen l'àtom. Compara-les entre elles.  ¿Les podríem veure amb algun microscopi? ¿Creus que els dibuixos que surten en aquest espai són proporcionals a les dimensions reals de les partícules.

Has de copiar l'enunciat.

Totes les línies que facis s'han de fer amb regle.

Fes bona lletra.

Respon generosament, que es noti que ho vols fer bé.

Primera sessió: Debat i avaluació inicial.

De primeres ens coneixerem.
Cadascú de vosaltres respondrà oralment les següents preguntes:

Com em dic?
A quin curs vaig?
Què m'interessa de l'electricitat?
Per què estic fent aquesta optativa?
Què m'agradaria fer en aquesta optativa?
Què no m'agradaria fer en aquesta optativa?



Ara vull saber què saps sobre l'electricitat:

Tot seguit us demano que respongueu de manera individual el següent qüestionari. Responeu-lo en “paper” a l'apartat que a la vostra llibreta heu decidit dedicar a l'optativa d'Introducció a l'electricitat:

1.- Qui és el senyor de la fotografia?
2.- Què és això assenyalat? De què està fet? Per què serveix?

3.- Què és el corrent elèctric?

4.- Què és i com és un electró?
5.- Què és la càrrega elèctrica i en què es mesura?

6.- Què és un àtom?

7.- Què té d'especial un àtom carregat elèctricament? Quan és neutre un àtom?
8.- En quina direcció es mouen les càrregues elèctriques positives en el corrent elèctric?
9.- Què és el potencial elèctric i en quines unitats es mesura?

10.- Què és la diferència de potencial?
11.- Quina diferència hi ha entre corrent altern i corrent continu?
12.- Sabries dir quina diferència de potencial eficaç hi ha entre els dos forats d'un endoll?

13.- A quin any, aproximadament, es van començar a fer servir aparells elèctrics?

14.- Sabries dir per què és famós Thomas Alva Edison?

15.- Sabries explicar-me la manera correcta d'empalmar dos cables elèctrics?
16.- Saps quants anys fa que l'ésser humà fa servir energia elèctrica? Saps quants anys fa que existeix la nostra espècie aproximadament? En quin percentatge, del temps que ha viscut la nostra espècie, ha pogut gaudir de l'energia elèctrica?