Circuit elèctric: llei d'Ohm
L’electricitat
L’electricitat és una forma d’energia d’ús habitual a les societats desenvolupades, que es pot transformar en altres formes d’energia, com per exemple la lluminosa, la calorífica, la mecànica, etc.
Recordeu que tota la matèria està formada per àtoms i els àtoms estan formats per diferents partícules (protons, neutrons i electrons).
Els electrons tenen càrrega elèctrica i quan aquests es mouen en una mateixa direcció es produeix un corrent elèctric.
Efectes del corrent elèctric
El corrent elèctric passa pels cossos i és capaç de produir diferents efectes. Entre aquests trobem la producció de llum, calor, moviment i magnetisme.
El corrent elèctric produeix diversos efectes al seu pas pels elements d’un circuit. Això és a causa de la facilitat que presenta l’electricitat per transformar-se en altres tipus d’energia que es poden aprofitar, principalment, en forma de: llum, calor, moviment i so.
El circuit elèctric
Un circuit és el recorregut per on circula alguna cosa i cal que estigui tancat sobre ell mateix i saber on comença i on acaba. Si el que hi circula són electrons, es tracta d’un circuit elèctric.
Un circuit elèctric és un conjunt d’elements connectats entre ells de manera que el corrent elèctric hi pot circular a través. Els elements que formen part d’un circuit elèctric es poden agrupar segons la seva finalitat en:
- generadors
- receptors
- conductors
- elements de control
- elements de protecció.
Per representar els circuits elèctrics s’utilitzen els esquemes on cada component té assignat un símbol. Els components que formen els circuits es poden unir de maneres diferents:
- Connexió en sèrie.
- Connexió en paral·lel.
- Connexió mixta.
Quan en un circuit els receptors estan un a continuació de l’altre (on acaba un comença l’altre) es diu que estan connectats en sèrie. Un interruptor sempre ha d’estar connectat en sèrie amb una pila. En canvi, si els dos extrems dels receptors estan en contacte ( comencen i acaben alhora) es diu que estan connectats en paral·lel.
Magnituds elèctriques
Diferència de potencial
De la mateixa manera que l’aigua baixa de les muntanyes fins al mar perquè hi ha una diferència d’alçada, els electrons es mouen quan hi ha una diferència de potencial. La diferència de potencial en el Sistema Internacional (SI) es mesura en volts en honor al físic Italia Alessandro Volta i s’indica amb la lletra V.
Si la diferència de potencial és molt gran (la muntanya seria alta), els electrons es mouran ràpidament. En canvi, si hi ha poca (la muntanya seria baixa) aniran més a poc a poc.
La diferència de potencial també rep els noms de voltatge i tensió. És l’energia amb la qual un generador és capaç d’impulsar els electrons a través d’un circuit.
L’aparell per mesurar el voltatge és el voltímetre que mesura la diferència energètica entre els dos pols d’un generador, el pol positiu i el pol negatiu.
Intensitat elèctrica
La intensitat és la càrrega, quantitat d’electrons, que circula a través d’un conductor en un temps determinat. La intensitat elèctrica que també rep el nom de corrent elèctric es representa amb una I i es mesura en amperes, representats amb una A. Un ampere indica la quantitat d’electrons que passa, cada segon, per la secció d’un conductor. El seu valor es mesura mitjançant un aparell anomenat amperímetre.
Resistència elèctrica
Quan els electrons avancen, xoquen amb obstacles i es frenen, es diu que es troben una “resistència”. La resistència elèctrica és la dificultat que ofereixen els materials al pas del corrent elèctric. La unitat de la resistència és l’ohm en honor al científic Alemany Georges Simon Ohm i s’indica amb la lletra grega omega Ω .
Tots els elements d’un circuit tenen resistència, però normalment, l’aparell receptor és el que en té més. Els cables i el generador han de tenir una resistència baixa, que, a efectes pràctics, es considera nul·la.
La resistència depèn del tipus de material, la llargada i la secció del conductor. Això permet determinar la resistivitat elèctrica d’un material com la resistència que aquest oposa al pas de l’electricitat per un conductor d’ 1 m de llargada i 1 mm2 de secció.
Llei d’Ohm
En un circuit elèctric, les tres magnituds bàsiques (voltatge, intensitat i resistència) estan íntimament relacionades entre si. Aquesta relació es coneix com la llei d’Ohm.
El físic alemany Georges Simon Ohm va estudiar la relació que hi ha entre la tensió (volts) aplicada a un circuit, la intensitat (amperes) que hi circula, i la resistència (ohms) que oposa el circuit segons els materials que el componen.
La Llei d’Ohm diu:
La intensitat del corrent elèctric que circula en un circuit és directament proporcional a la tensió que hi apliquem i inversament proporcional a la resistència que ofereix.
Vol dir que a tensions altes es genera molta intensitat però, d’altra banda, les resistències altes redueixen la intensitat.
Triangle de la llei d'Ohm per resoldre problemes.
Disseny d’un circuit elèctric
Per dissenyar un circuit elèctric que funcioni i faci allò que volem, s’ha de tenir en compte que:
- Sigui tancat ( que els electrons puguin circular des del generador fins al generador).
- Tingui un interruptor en sèrie amb la pila o generador.
- Per aprofitar el corrent elèctric, cal veure quins receptors són els que fan el que volem i els que, per tant, posarem al circuit.
- Un cop sabem quins són, cal subministrar la intensitat i la diferència de potencial necessàries per superar les resistències que hi hem col·locat. Caldrà, per tant, utilitzar la llei d’Ohm.
- Si finalment, un circuit ha de consumir el mínim possible: caldrà, per tant, utilitzar la llei de la potència. P= I · V