El corrent elèctric. Els circuits eléctrics.

El corrent elèctric

Corrent altern i corrent continu

Hi ha dos tipus de corrent elèctric: el corrent continu (CC)i el corrent altern (CA).

El corrent continu, els electrons circulen sempre en el mateix sentit, de negatiu a positiu, encara que convencionalment es diu que va de positiu a negatiu. No canvia de polaritat.

El corrent altern és aquell que canvia contínuament de sentit. Inverteix alternativament la polaritat a raó de cinquanta vegades per segon. És el corrent utilitzat a totes les instal·lacions (llar, indústries) de manera general. Tots els aparells elèctrics que connectem a la xarxa elèctrica s'alimenten amb corrent altern.

CIRCUIT ELÈCTRIC

Un circuit elèctric és un conjunt d’elements units de tal forma que permeten el pas del corrent elèctric, generalment amb la finalitat de fer algun treball útil.

En un circuit pots trobar altres elements com els següents:

• Aparells de comandament o maniobra: permeten engegar, aturar o manipular el funcionament d’un circuit. Són els interruptors, polsadors, interruptors de commutació i interruptors d' encreuament

• Aparells de protecció: Protegeixen els circuits de sobrecàrregues i curtcircuits, o als usuaris de possibles avaries. Són els fusibles, magnetotèrmics i el relé diferencial.

• Aparells de connexió: serveixen per connectar diferents aparells al circuit o per connectar els conductors entre si. Són els endolls, portalàmpades, regletes i borns de connexió

Al fet d'enllaçar els diferents elements d'un circuit elèctric, s'anomena connexió. Per això alguns elements com ara els portabombetes duen uns terminals o borns de connexió que permetran connectar-hi els cables que els enllaçaran a la resta d'elements del circuït.

Per representar gràficament els circuits, ho fem a partir d'esquemes en els quals hi ha uns símbols que representen els diferents elements del circuit.

A continuació es poden veure alguns dels símbols normalitzats utilitzats en electricitat.

Veamos cual será el esquema normalizado de los circuitos anteriores.

El funcionament d'un circuit elèctric simple és bastant senzill. Basta "enllaçar" el generador o font disponible amb el receptor per un camí per on puguin arribar els electrons. D'aquesta manera, els electrons "carregats d'energia" per la font podran "descarregar-se" en el receptor mentre realitzen la funció corresponent: fer llum, moure un CD, produir sorolls, ...

El camí de connexió està fet pels cables elèctrics, ja que els electrons s'hi poden moure sense perdre gaire energia. Per al correcte funcionament del circuit és IMPRESCINDIBLE que hi hagi un cable per anar del generador al receptor i un altre per tornar al generador.

Hem de tenir en compte que a la majoria de cases no hi ha generadors propis. L'energia elèctrica es produeix en gran quantitat en les centrals elèctriques, per vener-la a les persones i empreses interessades. Però per estudiar les instal·lacions elèctriques considerarem que els endolls i els cables que ens arriben al quadre general de casa) són fonts elèctriques. Així doncs, el circuit més simple és connectar una bombeta (col·locada en un porta-làmpades) amb dos cables fins un endoll (generador)

.

Fins ara hem considerat els circuits amb un sol receptor, però la veritat és que és més comuna trobar diversos receptors en el mateix circuit.

Quan s'instal·len diversos receptors, aquests poden ser muntats de diferents maneres:

1.-En sèrie

2.- En paral·lel

3.-Mixts

1-Circuits en sèrie

Diem que un circuit elèctric està en sèrie quan els seus elements es troben connectats un a continuació de l'altre.

Si realitzem aquest tipus de connexió amb generadors, unint el pol positiu d'un amb el negatiu del següent, les seves tensions s'acumulen.

En aquest tipus de circuits si es desconnecta qualsevol dels seus elements s'interromp el pas del corrent elèctric per tots els altres.

A més quants més receptors siguin connectats en sèrie aquests funcionaran amb menys energia, en el cas de bombetes lluiran menys.

2-Circuit en paral·lel

Diem que un circuit elèctric està en paral·lel quan tots els seus elements es troben connectats entre el pol positiu i el negatiu del generador.

Si realitzem aquest tipus de connexió amb generadors, unint tots els seus pols positius entre si igual que els negatius, ens proporcionaran un valor de tensió igual al de cadascun d'ells que han de ser iguals.

En aquest tipus de circuits si es desconnecta qualsevol dels seus elements no s'interromp el pas del corrent elèctric per tots els altres.

A més encara que es connectin més receptors en paral·lel aquests funcionaran amb la mateixa menys energia.

3.- circuit mixt

És un circuit on trobem connectats elements en sèrie i en paral·lel

Caiguda de tensió en un receptorApareix un concepte nou lligat a la tensió. Quan tenim més d'un receptor connectat en sèrie en un circuit, si mesurem els volts en els extrems de cadascun dels receptors podem veure que la mesura no és la mateixa si aquells tenen resistències diferents. La mesura dels volts en els extrems de cada receptor la cridem caiguda de tensió.El corrent en els circuits serie i paral·lel

La principal diferència entre aquests dos circuits és que en un circuit en sèrie cada bombeta que connectem llueix amb menys intensitat, en canvi en un circuit en paral·lel com que totes les bombetes estan connectades directament als pols del generador aquestes llueixen totes amb la mateixa intensitat. On és el truc? Doncs que la pila que fa de generador s’esgotarà molt abans en els circuits en paral·lel que en els circuits en sèrie.

Efectes tèrmics del corrent elèctric.

En tot circuit és comú el despreniment de calor més o menys gran degut a la circulació del corrent elèctric, aquest fenomen es coneix com efecte Joule. L’escalfor que es desprèn depèn, bàsicament de tres factors, de la intensitat, de la resistència i del temps de funcionament del circuit. L’electe Joule pot ser perjudicial per alguns circuits, però de vegades també s’aprofita per alguns aparells com ara l’estufa elèctrica.

L'efecte Joule ens explica que la quantitat d'energia calorífica (Q) produïda per un corrent elèctric és directament proporcional al quadrat de la intensitat del corrent (I²), a la resistència que oposa el conductor al pas del corrent (R) i al temps que el corrent circula per aquest conductor (t):

Q = I² · R · t

Desavantatges de l'efecte Joule:

La gran majoria dels circuits integrats, per no dir tots, perden part del seu nivell de rendiment quan s'escalfen degut a l'efecte Joule. Per això, hem de mantenir aquests circuits ben airejats, encara que per a que el seu rendiment disminuegi han de trobar-se en un nivell de temperatura molt alt. Per exemple el cas dels microprocessadors. Als micropocessadors s'encapsula una gran quantitat de connexions en un espai molt reduït a on els principals sistema de ventilació són el disipador de calor, el ventilador de la caixa (ordinador) i el ventilador del processador. El ventilador de la caixa remou l'aire de dins per refrescar tots els circuits. Al processador s'utilitza el disipador que és una placa de coure que absorveix el calor cedit pel processador i el ventilador que es troba situat just damunt refreda el disipador.

la sobrecàrrega elèctrica i el curtcircuit.

Una sobrecàrrega elèctrica té lloc quan es connecten molts receptors a una font d'alimentació. Aleshores circula molt corrent pel circuit (sobreintensitat), la qual cosa pot produir un escalfament dels conductors elèctrics i originar un incendi o un mal funcionament dels elements del circuit. Per evitar les sobrecàrregues, s'utilitzen elements de protecció basats en fenòmens tèrmics, que detecten l'increment de temperatura, i en fenòmens magnètics, que detecten l'increment d'intensitat.

Una sobrecàrrega no es produeix per un defecte del circuit sinó per un excès de receptors connectats; en canvi en un curtcircuit si que hi ha un defecte de l'aïllament del circuit o una operació incorrecta.

En un curtcircuit augmenta molt el corrent del circuit com a conseqüència d'haver-se connectat accidentalment dos punts del circuit reduint-se de forma brusca la resistència. Aleshores la intensitat que circula pel circuit és molt elevada i es produeix una gran quantitat de calor que pot produir un incendi. Per a la protecció contra els curtcircuits s'utilitzen els fusibles, els quals se situen a l'entrada dels receptors o a la instal·lació elèctrica.

Per protegir ambdós fenòmens alhora, sobrecàrrega i circuit, habitualment s'utilitzen interruptors magnetotèrmics.

ELEMENTS DE PROTECCIÓ D'UN CIRCUIT: ICP; ID, PIA; FUSIBLES; ….

Com ja sabem, entre el fil neutre i el fase d’un endoll hi ha una tensió de 220 V. Si, sense voler, toquem el fil neutre amb les mans no hi ha perill que ens electrocutem; ja que gairebé no hi ha tensió entre el fil neutre que tenim a les mans i el terra on tenim els peus.

Però, si toquem el fil fase, s’estableix una tensió de 220 V entre les nostres mans, on tenim el fil, i els nostres peus que toquen a terra, i aleshores, pel nostre cos passa un corrent elèctric que ens pot electrocutar. Passa el mateix si toquem el fil fase i el fil neutre a la vegada.

La resistència que el cos humà ofereix al pas del corrent elèctric es redueix molt si està humit o mullat, especialment amb aigua salada o amb sabó. És per això que és molt perillós manipular fils elèctrics d’aparells electrodomèstics si no estem ben secs.

Els elements de protecció en una casa es troben ubicats dins d’una caixa que es situa a una alçada de terra compresa entre els 1,15 i 1,80 metres. La finalitat d’aquests elements que formen la caixa és la de protecció i seguretat de les persones de la instal.lació.

· L’interruptor diferencial (ID): és un element de protecció contra descàrregues elèctriques i curtcircuits. Els diferencials interrompen el pas del corrent en cas que la intensitat augmenti de manera brusca, per exemple en el cas d’un curtcircuit, o bé, en el cas que es produeixi una fuita o corrent de defecte en un electrodomèstic.

S’anomenen així perquè a cada moment controlen el corrent i eviten que es produeixi una diferència entre la intensitat de corrent que entra a l’habitatge i la que en surt; però quan es produeix aquesta diferència entre la intensitat del corrent d’entrada i de sortida; aleshores, l’interruptor diferencial s’activa i salta tallant el corrent.

· L’interruptor de control de potència (ICP): és un element de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits: Aquest aparells és precintat per la companyia subministradora. També es conegut per limitador de potència o magneto tèrmic.

Si connectem massa aparells elèctrics alhora, es produeix una sobrecàrrega en la instal·lació que pòdria ser molt perillosa i provocar fins i tot un incendi, aleshores l’interruptor de control de potència s’activa i salta tallant el corrent.

· Petits interruptors automàtics (PIA): tenen la missió de protegir contra sobrecàrregues i curtcircuits cadascun dels circuits interiors que conformen la instal·lació de l’habitatge.

Amb un sol interruptor magneto tèrmic no n’hi ha prou per protegir una instal·lació elèctrica; ja que només protegeix el conjunt de la instal·lació i no cada sector. Pot admetre el pas d’una intensitat elevada sense interrompre el circuit, mentre s’escalfa extraordinàriament algun cable o connexió d’algun sector. Per aquest motiu, de l’ICP i de l’ID surten diverses línies independents, cada una protegida amb un petit magneto tèrmic o PIA. Segons els aparells connectats a aquesta línia, el PIA serà de 6 A, 10 A, 15 A o 20 A

Per exemple, la línia que va cap a la cuina, on hi ha la nevera, la rentadora, el forn, etc, es protegeix amb un petit magneto tèrmic de 15 A o 20 A; i la línia destinada a l’enllumenat de les habitacions, n’hi ha prou amb un de 6 A o 10 A.

· La presa de terra: és un cable conductor que ens protegeix de descàrregues. Avui dia, tots els edificis moderns. Tenen a la seva instal·lació elèctrica, a més del fase i del neutre, una presa de terra que es troba connectada a una gran planxa de ferro situada als fonaments de l’edifici. Així, per exemple, tots els electrodomèstics tenen cables i clavilles amb presa de terra que els protegirà en cas de sobretensió.

També existeixen altres elements de protecció, cada cop menys utilitzats a les instal·lacions dels habitatges però que cal conèixer, són els fusibles.

· Els fusibles: són elements que ens protegeixen de sobretensions i estan formats per un fil conductor que es fon quan la intensitat que el travessa supera un valor determinat. Es construeixen amb filferro de gruix variable segons la intensitat que han de limitar. Es connecten en sèrie amb el circuit de la instal·lació, de manera que circuli per ells tota la intensitat.

ACTIVITATS

1) Quina diferència hi ha entre el sentit convencional i el real del corrent elèctric en un circuit? A que es deu aquesta diferència?

3) Què és el corrent elèctric?

3) Què és un circuit elèctric?

4) Nomena els elements d’un circuit elèctric.

5) Què són els generadors? Com es representa en un circuit? Digues el nom de dos generadors

6) Què són els receptors? Com es representa en un circuit? Digues el nom de dos generadors

7) Dibuixa els símbols de tres receptors.

8) Què són els elements de protecció?

9) Quin és l’element de protecció més senzill utilitzat en els circuits elèctrics? És necessari usar-lo en un circuit que funcione amb piles? Per què?

10) De la llista d’elements següents que pot haver -hi en un circuit, assenyala els que consumeixen energia elèctrica: b1mbeta, bateria, interr uptor, motor elèctric, resistència elèctrica i polsador.

11) Representa els esquemes de tres circuits amb bombetes amb els quals mostres la diferència entre un circuit en sèrie, un circuit paral·lel i un circuit mixt.

12) Dibuixa un circuit amb una pila, una bombeta, un fusible i un polsador.

13)Representa amb símbols els següent circuit elèctric, indica si les bombetes estan en sèrie o en paral·lel:

14) Quines diferències hi ha entre els dos circuits?

15) Què és el efecte Joule?

16) Quin element produeix calor quan es travessat per corrent elèctric? Posa exemples d’electrodomèstics on aparegui.

18) Quina diferència hi ha entre un pulsador i un interruptor?

19) Per què s'utilitza un commutador?

20) quines són les diferències i inconvenients entre un circuit en sèrie i un circuit en paral·lel?