UNA MICA DE TEORIA PER COMENÇAR
L’electricitat és la forma d’energia més utilitzada en l'actualitat. Es tracta del moviment d’electrons entre àtoms. Una llarga línia d’electrons xoca entre si, creant un flux elèctric.
Els àtoms són els blocs de construcció de l’univers (tot el que hi ha a l’univers està fet d’àtoms) i cada un mesura una dècima de milionèsima de mil·límetre d’amplada (0,0000001 mm). Per fer-se una idea, s’estima que el cap d’una agulla està formada per cinc milions d’àtoms.
Dins de cada àtom hi ha un nucli, que està format per protons i neutrons orbitats per electrons. Aquests electrons es mantenen en el seu lloc mitjançant una força elèctrica i s’allotgen en diverses capes, anomenades capes interna i externa. Es creu que hi ha la mateixa quantitat de protons i electrons a l’univers.
Els protons tenen càrrega positiva (+) i els electrons, càrrega negativa (-), signes que estem acostumats a veure a les bateries. Els protons i els electrons tenen càrrega elèctrica, i aquesta càrrega és la mateixa per ambdós. Se senten atrets l’un per l’altre. Va ser Benjamin Franklin qui va descobrir la càrrega elèctrica i va anomenar les càrregues positiva i negativa.
Els electrons es mouen a una distància constant del nucli, mantinguts a l’òrbita de la seva capa per una força elèctrica. En aquest estat, un àtom està en equilibri. Els electrons de la capa interna són fortament atrets pels protons, però els electrons de la capa externa poden moure’s. Si s’aplica una força suficient a un electró de la capa exterior, pot ser empès cap a un altre àtom. Aquests electrons canviants són els que creen l’electricitat.
Aprofitem aquest moviment de partícules carregades (la càrrega elèctrica), a través de conductors com fil de coure, que envia corrent elèctric des d’una font d’energia a alguna cosa que volem alimentar. Els electrons no viatgen al llarg del cable, sinó que xoquen entre si, transmetent la càrrega elèctrica i l’electricitat flueix quan fem un circuit elèctric complet. Aquest procés és el que ens proporciona el corrent elèctric per alimentar els nostres electrodomèstics...
Electricitat estàtica
L’electricitat estàtica sorgeix quan Benjamin Franklin va fer volar un estel durant una tempesta per captar energia elèctrica i un llamp va colpejar l’estel i va tornar a la Terra. Afortunadament, Franklin estava ben aïllat i va deduir que l’electricitat estàtica del cel es va convertir en corrent durant el seu experiment.
L’electricitat estàtica és un desequilibri de les càrregues elèctriques en un material.
Partim de dos objectes conductors: A i B. Si el material A i el material B estan molt propers els electrons poden saltar d'un material a un altre. Per exemple de A a B. El material A perd electrons i B els guanya. El resultat d'aquesta transferència d'electrons és que el material A tindrà més protons que electrons. És a dir, tindrà una càrrega positiva. El material B, amb més electrons, tindrà un excés de càrrega negativa.
Els materials que tinguin una càrrega diferent (positiu, negatiu) s'atrauen. Els que tenen la mateixa càrrega es repel·leixen. La càrrega roman fins que pugui allunyar-se per mitjà d'un corrent elèctric o descàrrega elèctrica.
Un exemple d’electricitat estàtica seria quan freguem un globus amb els cabells sembla que els cabells prenen vida pròpia.
Corrent continu i corrent altern
Hi ha dos tipus principals de corrent elèctric: continu (CC) i altern (CA).
- El corrent continu flueix en una sola direcció constant, com la proporcionada per una bateria o una placa fotovoltaica.
- El corrent altern, en canvi, canvia de direcció periòdicament a una freqüència específica, generalment 50 o 60 vegades per segon. Aquest tipus de corrent és la forma dominant d'electricitat en la majoria de les xarxes de subministrament elèctric i s'utilitza en la majoria dels dispositius electrònics que usem en les nostres vides diàries.
Com es produeix l'electricitat i de què està feta?
Quan movem electrons obtenim energia elèctrica. Electricitat en si és el nom que li donem al tipus d’energia que prové d’aquesta energia elèctrica.
En general, l’electricitat es produeix a centrals elèctriques i, més recentment, en formes renovables com turbines elèctriques, panels solars i energia hidroelèctrica. Independentment de les fonts d’energia, s’utilitza el mateix sistema per generar electricitat mitjançant generadors elèctrics:
Imants + fil de coure + moviment giratori = corrent elèctric.
Les centrals elèctriques contenen turbines enormes de vapor, que fan girar imants molt grans molt ràpidament dins de bobines de fil de coure, anomenades generadors.
S’utilitza fil de coure, ja que té una gran capacitat per conduir bé l’electricitat.
Tornant a la central elèctrica, els imants que giren ràpidament, empenyen els electrons, creant un camp magnètic i un flux d’electrons que baixen pel cable de coure. El corrent passa a les línies de transmissió de la xarxa elèctrica i a les subestacions elèctriques i llavors a les nostres llars. Aquest flux d’electrons és el que s’anomena electricitat.
Com es mesura l'electricitat?
Mesurem l’electricitat i les unitats elèctriques utilitzant diversos sistemes que estan interconnectats. Una analogia útil és pensar en un circuit elèctric com un circuit tancat de canonades d’aigua.
La primera mesura a considerar és l’ampere (A). Aquesta unitat mesura un corrent elèctric segons el sistema internacional d'unitats (SI). L’ampere és el corrent constant o la quantitat d’electrons que flueixen a través d’un circuit.
Un ohm (Ω) és la forma en què mesurem la resistència elèctrica. El fil de coure és un bon conductor i té una resistència escassa, això permet un flux fàcil d’electrons. Té una lectura d’ohms baixa (0,0000017).
Totes aquestes unitats estan interconnectades. Un ampere equival a la quantitat de corrent produït per una força d’un volt que actua a través de la resistència d’un ohm.
Un watt (W) és una mesura de potència, la velocitat a la qual es fa la feina i porta el nom de l’inventor escocès James Watt. Els solem veure a les bombetes. Una bombeta més brillant requereix més potència.
Materials conductors i materials aïllants
Els àtoms poden guanyar o perdre electrons per fregament. Segons el material de què es tracti, aquests electrons podran moure’s més o menys fàcilment per l’interior del cos on es troben. D’aquesta manera podem parlar de tres tipus de materials:
Els materials conductors ofereixen poca resistència al pas del corrent elèctric. La majoria dels metalls són bons conductors de l’electricitat, però alguns ho són més que els altres. El coure és un molt bon conductor del corrent elèctric.
Els materials semiconductors són bons conductors en condicions normals, però s’hi poden convertir només amb un petit augment de la temperatura. Els semiconductors són la base de l’electrònica i el més utilitzat és el silici.
Els materials aïllants són aquells que dificulten enormement el pas del corrent elèctric. En són exemples, entre altres, la mica, el vidre, la fusta, el plàstic i les fibres tèxtils. Fixeu-vos que els fils de coure es recobreixen de plàstic i que els comandaments dels circuits de les llars (polsador, interruptors, commutadors, caixes de connexió) també són de plàstic.
Lectura facilitada
Què és l'electricitat i com funciona?
Electricitat:
- Forma d’energia més utilitzada actualment.
- Es crea pel moviment d’electrons entre àtoms.
- Els àtoms són les unitats més petites de la matèria.
Àtoms:
- Compostos per un nucli amb protons (càrrega positiva) i neutrons, envoltats per electrons (càrrega negativa).
- Els electrons poden moure’s entre àtoms, creant electricitat.
Generació d’electricitat:
- Es produeix a centrals elèctriques i fonts renovables (energia solar, eòlica, hidroelèctrica).
- Un generador conté imants i fil de coure que, en girar, generen un corrent elèctric.
Electricitat estàtica:
- Causada pel desequilibri de càrregues elèctriques.
- Quan dos materials es freguen, els electrons poden saltar d’un a l’altre, creant càrregues positives i negatives.
Tipus de corrent:
- Corrent continu (CC): Flueix en una sola direcció, com el de les bateries.
- Corrent altern (CA): Canvia de direcció periòdicament, com el de les xarxes elèctriques domèstiques.
Mesura de l’electricitat:
- Ampere (A): Mesura el corrent elèctric.
- Ohm (Ω): Mesura la resistència elèctrica.
- Watt (W): Mesura la potència.
Materials conductors i aïllants:
- Conductors: Permeten el pas del corrent elèctric (ex. coure).
- Semiconductors: Conducció variable segons la temperatura (ex. silici).
- Aïllants: Dificulten el pas del corrent (ex. plàstic, vidre).
Així, l’electricitat és essencial per la vida moderna i s'utilitza en gairebé tot el que fem.
