2. El circuit elèctric

Quan la càrrega elèctrica està en moviment, genera un corrent elèctric i parlem d'electricitat dinàmica.

El corrent elèctric, correspon a la circulació d'electrons des d'una font d'energia a través d'un conductor elèctric fins a diferents objectes o elements que utilitzaren aquest potencial elèctric per fer algún tipus d'acció.

- Les fonts d'energia poden ser químiques (bateries), electromecàniques (per exemple, generadors hidràulics), fotovoltaiques (energia solar)...
- Els conductors més coneguts són els cables elèctrics de fil de coure, però hi ha molts altres elements conductors. Aquests poden ser sòlids, líquids o gasosos, sempre que permetin el moviment d'electrons a través seu. Nosaltres som conductors.

Un circuit elèctric és la interconnexió de diferents elements o components elèctrics en la forma concreta per tal d'aconseguir un objectiu final com ara il·luminar un espai, posar en marxa el motor d'un aparell...

Un circuit elèctric és un camí tancat de fil conductor, a través del qual el corrent elèctric (els electrons) pot fluir des de la font d'energia fins a un element del circuit i després de nou cap a un altre, per tornar a la font. D'aquesta manera el flux d'electrons és continu, sense començar ni acabar, però, quan els electrons arriben a un dispositiu (una bombeta, un motor...) aquest comença a funcionar.

Elements d'un circuit elèctric

Generadors: Són la font d'energia. Subministren l'electricitat al circuit i es tracta principalment de generadors i bateries elèctriques. Són els elements que s'encarreguen produir l'electricitat que farà servir el circuit. Són les piles, les bateries i els generadors.

PILA

Per poder crear un circuit necessitarem una font d’energia elèctrica. La pila és un generador electroquímic de corrent elèctric que alimenta el circuit proporcionant la tensió (la força que empeny electrons a través d’un conductor - mesurat en volts) i el corrent (la velocitat de flux d’electrons - mesurada en ampers) necessaris per activar els diferents elements connectats al circuit.

Una font d’alimentació de tensió proporciona un nivell de tensió constant al circuit. Exemples de fonts d’energia de tensió són les bateries, com les de l’ordinador portàtil o del cotxe, l’energia dels panells solars del sostre, l’alternador del cotxe o l’energia que prové de la vostra central elèctrica o presa hidroelèctrica local.

Conductors o connectors: És el camí de fil conductor que permet transportar el corrent elèctric (electrons) d'un punt a un altre del circuit i es tracta principalment de cables de fil de coure.

Connectors Són aquells elements, la funció dels quals és conduir l'electricitat d'un element a un altre del circuit oferint la mínima resistència. Són els cables, principalment. Es representen mitjançant línies.

CABLE o CONDUCTOR

El cable o conductor és un fil elèctric de coure (altament conductor) recobert de plàstic (altament aïllant) que ens permet interconnectar totes les altres parts del circuit. L'energia elèctrica flueix dins del cable o conductor com l'aigua a través d'una canonada o una mànega. El gruix del fil conductor del circuit determina la quantitat d’energia que pot transportar. Conductor del corrent elèctric entre elements de consum

Els cables són conductors del corrent elèctric que enllacen entre ells els diversos elements que formen el circuit, per tal de posar en contacte el generador amb el receptor.

Connectors

Són aquells elements, la funció dels quals és conduir l'electricitat d'un element a un altre del circuit oferint la mínima resistència. Són els cables, principalment. Es representen mitjançant línies.

Exemples de cables són els fils de la llum que tenim a les nostres cases i que comuniquen els interruptors amb les làmpades i endolls per als aparells elèctrics (televisor, batedora...)

Elements actius: són els elements de consum que defineixen la utilitat i funcionalitat del circuit elèctric: bombetes, motors, brunzidors...

Receptors

Són els elements que transformen l'energia elèctrica en altres tipus d'energia permetent així aprofitar-nos dels seus efectes.

BOMBETA

Element de consum que produeix energia lluminosa

Bombetes: són elements dissenyats per produir energia lumínica. Les bombetes tradicionals tenen un filament molt prim que, tot hi permetre el pas del corrent, no el deixa passar amb suficient llibertat de manera que escalfa el filament produint llum. Les bombetes de baix consum funcionen gracies a la ionització d'un gas inert en entrar en contacte amb el corrent elèctric.

DIODE LED

Dispositiu semiconductor (díode) emissor de llum que produeix energia lluminosa

Diodes: és tracta d'elements que permeten el pas del corrent només en un sentit. El més conegut és el LED (light emiting diode).

MOTOR

Element de consum que produeix energia mecànica

Motors: són elements capaços de produir energia mecànica a partir de l'electricitat. Quan l'electricitat passa a través d'una bobina de fil de coure es produeix un camp magnètic que en interactuar amb els imants que el composen es generen unes forces de repulsió que produeixen moviment.

BRUNZIDOR

Element de consum que produeix energia sonora

Timbre: és un elements dissenyats per transformar la corrent elèctrica en impulsos elèctrics controlats, amplificats, de manera que es produeix so.

Dispositius de control: Permeten actuar sobre el circuit per controlar el flux l’electricitat segons ens calgui. Existeixen una gran varietat d'elements de control com els interruptors de paret, commutadors i creuaments, polsadors, commutadors de claus i molts altres dispositius.

Elements de control

Són els elements encarregats de controlar el pas del corrent elèctric tancat o obrint el pas del corrent. Són els interruptors, els polsadors, els commutadors i els fusibles.

INTERRUPTOR

L’interruptor és l'element de control que tanca (continua) o obre (trenca) el flux d’energia elèctrica en un circuit. Un interruptor de llum manté el circuit en un estat que permet un flux d’energia constant a diferència del polsador. Aparell de comandament que obre i tanca el circuit elèctric

Interruptors: Controla el pas del corrent elèctric de manera que quan l'actives el corrent passa fins que el desactives.

POLSADOR

Un polsador és un altre element de control que, a diferència de l'interruptor, només fa un contacte momentani i proporciona un flux d’energia al circuit mentre s’està pressionant. Quan es deixa anar el botó, el circuit torna a obrir-se i es talla el flux elèctric. Aparell de comandament que obre i tanca el circuit mentre està accionat

Polsadors: Controla el pas del corrent elèctric de manera que l'has de mantenir activat per a que el corrent passi.

Dispositius de protecció: Són molt importants quan parlem de circuits complexos i de funcionament de grans màquines i motors per tal de protegir el circuit de condicions anormals. Els més importants són els fusibles.

FUSIBLE

Dispositiu elèctric de protecció del circuit contra sobrecàrregues

Fusible: és capaç de controlar la quantitat d'energia elèctrica que circula per un circuit de manera que evita que els receptors es facin malbé si hi ha un excés de corrent.

Propietats d'un circuit elèctric

- Un circuit sempre és un camí tancat.
- Un circuit sempre conté almenys una font d’energia que actua com a font d’electrons.
- Els elements elèctrics inclouen una font d’energia incontrolada i controlada, resistències, condensadors, inductors, etc.
- En un circuit elèctric, el flux d'electrons té lloc des del terminal negatiu fins al terminal positiu.
- La direcció del flux del corrent convencional és de terminal positiu a negatiu.
- El flux de corrent comporta una caiguda potencial entre els diversos elements.

Segons aquestes propietats tenim tres tipus diferents de circuits elèctrics:

Circuit obert

Si es deu a la desconnexió d'alguna part d'un circuit elèctric si no hi ha un flux de corrent pel circuit, es diu que és un circuit obert.

Circuit tancat

Si no hi ha discontinuïtat en el circuit i el corrent pot fluir d’una part a una altra part del circuit, es diu que és circuit tancat.

Curtcircuit

Si dues o més fases, una o més fases i terra o neutre del sistema de CA o cables positius i negatius o cables positius o negatius i terra del sistema de corrent continu es toquen junts directament o connectats entre si per una ruta d’impedància zero, es diu que el circuit és curtcircuitat.

Tipus de connexions en un circuit elèctric

Els circuits elèctrics es poden classificar segons com es connectin els diferents elements que el formen en:

- - Circuits en sèrie
  - Circuits en paral·lel
  - Circuits combinats sèrie-paral·lels

Circuit en sèrie

Els elements del circuit es diu que estan connectats en sèrie quan tots ells estan connectats un darrera de l’altre creant una única ruta de corrent per la qual circulen els electrons des del pol positiu de la bateria i fins a arribar al pol negatiu. La seqüència de connexió entre els elements serà doncs: positiu(+) - negatiu(-) - positiu(+) - negatiu(-) i així successivament.

Circuit en paral·lel

Els elements d'un circuit també es poden connectar creant diferents branques o rutes alternatives per les quals circula el corrent. En aquest cas direm que es tracta d'un circuit en paral·lel. Això es fa per aconseguir que tots els elements del circuit tinguin la mateixa tensió, tot i que el corrent que circuli per cada component serà diferent. El corrent total serà la suma de corrents que circulen per cada element.

La seqüència de connexió entre els elements serà ben diferent en aquest cas ja que farem: positiu(+) amb positiu(+) i negatiu(-) amb negatiu(-). Si n'hi ha més de 2 connectarem tots els positius entre ells i després tots els negatius entre ells.

Un exemple de circuit paral·lel és el sistema de cablejat d’una casa. Si una de les làmpades elèctriques s’encén, el corrent encara pot fluir per la resta de llums i aparells permetent que puguin funcionar adequadament.

Circuits combinats Sèrie-Paral·lel

Un circuit elèctric en què alguns dels elements estan connectats en sèrie i alguns dels elements estan connectats en paral·lel s’anomena circuit sèrie-paral·lel. En realitat, la majoria dels circuits pràctics són circuits sèrie-paral·lels que permeten connectar tots els elements de la manera més òptima per al seu bon funcionament.

Circuit en sèrie

Tots els elements estan un a continuació de l'altre.

Circuit en paral·lel

Les bombetes estan connectades en paral·lel, tots els positius per una banda i els negatius per l'altra.

Circuit combinat sèrie-paral·lel

Les bombetes estan connectades en paral·lel mentre que l'interruptor està en sèrie.

Curiositats animals i programari

Els connectors de cable que acabem d'utilitzar també s'anomenen cocodrils. Això es deu a la semblança entre les pinces dels connectors i les boques d'aquests rèptils.

Foto: Alamy Stock Photo

De fet, el programa educatiu de simulació de circuits elèctrics i electrònics s'anomena Crocodile Clips. En el següent enllaç us podeu descarregar la versió del Crocodile Clips 3 portable [descarrega] i provar de dibuixar alguns dels circuits que construïu amb aquest programa informàtic.

Indicacions: Si voleu treballar amb la versió Elementary trieu l'opció Pictures, si voleu treballar amb la versió ampliada trieu Symbols.