L’electricitat

Nom .............................................................

Curs .............................................................

Data .............................................................

Índex

1

Fenòmens naturals

Càrregues elèctriques

La inducció electromagnètica

L’electromagnetisme

Els generadors elèctrics

Generadors dinamoelèctrics (Dinamos i alternadors). Generadors químics, fotoelèctrics, termoelèctrics i piezoelèctrics.

El corrent elèctric

El circuit elèctric

Circuit en sèrie i en paral·lel

Elements de protecció

Interruptor de control de potencia, Interruptor diferencial i Petits interruptors automàtics

Les magnituds elèctriques fonamentals

Voltatge, intensitat, potència i resistència

El tester

La llei d’Ohm

Els electrodomèstics

La Il·luminació, el microones i el frigorífic.

La xarxa de distribució de l’energia elèctrica

Els transformadors. La factura elèctrica. Precaucions a tenir amb l’electricitat.

2

1.- Fenòmens naturals

El grec Thales de Milet, cap a l’any 600 a.C. era coneixedor de que l’ambre (Una mena de resina fossilitzada amb la que es fan joies) si es frega amb una pell o un teixit de llana es capaç d’atreure petits bocins d’herba seca, i fins i tot, deixa anar petites guspires. Com que l’ambre en idioma grec es diu elektron amb el temps a aquesta mena de fenòmens se’ls ha anomenat elèctrics.

Les forces de la natura sempre han causat admiració a qui les havia de patir, o només observar. La caiguda de llamps en dies de tempesta comporta molts perills. Entre els molts casos registrats destaca el del llamp caigut al juliol de 1819 a l’església del poble francès de Chateauneuf-de-Moustiers, amb el resultat de 9 persones mortes i 82 ferides. A Espanya des de 1941 fins a 1979 va haver-hi uns 2.000 morts produïts pels llamps, amb una mitjana de 50 morts per any. Al planeta es produeixen unes 44.000 tempestes diàries amb uns 8.000.000 de llamps. Els llamps poden ser negatius (Descendents, un 80% dels llamps) o positius (Ascendents, un 10% dels llamps).

Un llamp transporta un corrent elèctric d’uns 30.000 ampers i 15.000.000 de volts amb una durada d’unes milionèsimes de segon. Pot escalfar l’aire fins a una temperatura de 8.000 ºC i la seva energia podria encendre 100 milions de bombetes d’incandescència (http://waste.ideal.es/pararrayos-1.htm).

Benjamí Franklin va enlairar un dia de tempesta de l’any 1752 un estel, amb estructura metàl·lica, lligat a terra amb un fil de seda. A l’extrem d’aquest fil va posar una clau de ferro amb la que va aconseguir guspires elèctriques. D’aquesta manera va comprovar que els núvols estan carregats d’electricitat i que els llamps són descàrregues elèctriques.

3

El metge i professor d’anatomia de l’universitat de Bolonia (Italia) Luigi Galvani, estava treballant al seu laboratori una tarda de 1780. Estudiava amb alguns amics el sistema nerviós dels animals. Casualment a sobre de la taula tenia un generador d’electricitat i algunes granotes per fer un brou. Distretament va apropar la punta d’un petit ganivet als nervis crurals interns d’una de les granotes mortes, provocant una convulsió violenta dels músculs de les seves potes, a la vegada que es desprenia una guspira elèctrica. Amb el temps va aconseguir que una granota morta fes salts igual que els faria una granota viva, només aplicant-li descàrregues elèctriques.

Galvani havia llegit els llibres de Benjamí Franklin a on exposava la teoria de que tots els fenòmens elèctrics estaven provocats per un mateix fluid, allò que ara anomenaríem electricitat. Basant-se en les seves experiències Galvani va imaginar que el fluid nerviós i el fluid elèctric eren la mateixa cosa.

A partir dels experiments de Galvani es van continuar fent demostracions en conferències de caire científic, adreçades a tots els públics. A una d’aquestes xerrades, feta a l’universitat de Glasgow (Regne Unit) l’any 1818, el metge Andrew Ure va aconseguir tot tipus de ganyotes i somriures, aplicant diferents voltatges de corrent elèctric al cos sense vida d’un assassí ajusticiat a la forca.

Dos anys abans, l’escriptora anglesa Mary Shelley, havia escrit la novel·la ”Frankenstein o el modern Prometeu”. A ella l’estudiant de medicina suïs Víctor Frankenstein munta un cos humà a partir de trossos de diferents cadàvers. A aquest cos li proporciona la vida amb una descàrrega elèctrica.

Tota la matèria està formada per àtoms i tots els àtoms estan formats per electrons, protons i neutrons. L’electró va ser descobert experimentalment l’any 1897 per Joseph John Thomson. Anys més tard, el 1911, el físic neozelandès Ernest Rutherford va arribar a la conclusió de que al mig dels àtoms ha d’haver-hi un nucli molt més compacte que la zona exterior a on es troben els electrons, i al 1918 va descobrir l’existència del protó. El neutró va haver d’esperar fins l’any 1932 a que el físic anglès James Chadwick el descobrís.

4

L’electró està carregat negativament i no té una massa apreciable, si la comparem amb la del protó. El protó té una càrrega positiva igual a la de l’electró i una massa molt semblant a la del neutró. El neutró no té càrrega elèctrica, però si té massa. Els àtoms en tenen la mateixa quantitat d’electrons que de protons.

De fet els àtoms estan més aviat buits, és molt poc l’espai ocupat per les seves partícules subatòmiques. Quan dues boles de billar xoquen no ho fan en realitat. De fet abans que arribin a topar les càrregues negatives dels electrons de totes dues boles no les deixen apropar-se més, ja que les càrregues del mateix signe es repel·leixen. Si les partícules subatòmiques no estiguessin carregades elèctricament una de les boles travessaria l’altra sense fer-se res, sense que res no s’ho impedís.

El model de l’àtom amb el seu nucli format per protons i neutrons i un núvol d’electrons girant al voltant, com si es tractés d’un petit Sistema Solar, va ser proposat l’any 1904 pel físic japonès Hantaro Nagaoka.

1.1- Exercicis

1.- Ordena els següents noms i indica quina va ser la seva contribució al coneixement de les càrregues elèctriques i de l’electricitat: Thales de Milet, Hantaro Nagaoka, Luigi Galvani, Benjamí Franklin, James Chadwick, Joseph John Thomson i Ernest Rutherford.2.- Indica quines són les diferents partícules subatòmiques i quines són les seves característiques.3.- Explica en que va consistir l’experiment de Benjamí Franklin.4.- Descriu la manera en que Luigi Galvani va arribar a la conclusió de que pel sistema nerviós dels animals circulen corrents elèctrics.5.- Dibuixa un esquema que representi el model atòmic de Hantaro Nagaoka i posa nom als seus elements.6.- Què sembla ser que passa, de fet, quan dues boles de billar xoquen?7.- De quins dos tipus poden ser els llamps?8.- Thales de Milet va néixer l’any 624 a.C. Quants anys fa d’aquest naixement?9.- Suposant que la velocitat de l’electricitat a l’atmosfera és de 100.000 Km/h; Quin espai recorre un llamp que dura 3 mil·lèsimes de segon?10.- Quantes bombetes es podrien encendre amb 8 llamps de mida mitjana?

5

2.- Càrregues elèctriques

L’electricitat, del llatí electricus, és el conjunt de fenòmens físics relacionats amb les càrregues elèctriques i el seu moviment.

Un objecte està carregat negativament quan el conjunt dels seus àtoms en té més electrons dels que caldrien. Diguem que aquest objecte té un excés d’electrons. Per contra, un objecte està carregat positivament quan el conjunt dels seus àtoms no disposa de suficients electrons, li manquen uns quants. Les càrregues són més grans mentre més electrons, de més o de menys, tingui l’objecte.

La unitat de càrrega elèctrica al Sistema Internacional es diu Coulomb i equival a 6,24 × 1018 electrons. El coulomb es defineix com la quantitat de càrrega elèctrica que passa per una secció transversal d’un conductor pel qual circula un corrent elèctric d’un ampere (A) d’intensitat durant un segon.

El vidre fregat amb un teixit de llana es carrega positivament i l’ambre, i els plàstics, fregats amb llana o pell es carreguen negativament.

Els objectes carregats amb càrregues del mateix signe es repel·leixen i els que tenen càrregues de signe contrari s’atreuen.

6

Els cossos es poden carregar de diferents formes: per contacte, per fregament, per inducció, amb l’efecte fotoelèctric, per electròlisi (Química) i per l’efecte termoelèctric.

3.- La inducció electromagnètica

La inducció electromagnètica és la producció d’una diferència de potencial (Voltatge) a un conductor situat dins d’un camp magnètic variable. Aquest fenomen físic permet produir i distribuir, a gran escala, l’energia elèctrica, mitjançant generadors dinamo-elèctrics i transformadors. Per variar el camp magnètic es poden utilitzar electroimants pels quals fem passar un corrent elèctric variable (Transformadors) o moure el conductor per dins del camp magnètic (Generadors dinamo-elèctrics).

L’estudi de la inducció electromagnètica el va començar l’any 1830 l’anglès Michael Faraday. Faraday va descobrir que la força electromotriu (FEM) produïda en un circuit tancat és proporcional a la variació del flux magnètic que travessa aquest circuit.

4.- L’electromagnetisme

Els fenòmens electromagnètics relacionen l’electricitat i el magnetisme. Al igual que un imant pot induir un corrent elèctric sobre un conductor, un corrent elèctric també pot produir un camp magnètic.

Un electroimant és un tipus d'imant en el que el camp magnètic és produït pel corrent elèctric. Aquest camp magnètic desapareix quan deixa de passar el corrent elèctric. El físic anglès William Sturgeon va construir el primer electroimant l’any 1825. Es tractava d’una peça de ferro en forma de ferradura envoltada per un bobinat de fil de coure. Amb aquest electroimant va poder aixecar un pes de 4 kg, fent passar el corrent d’una pila.

A cadascuna de les voltes d’una bobina li diem espira. Per construir una bobina es fa servir fil de coure esmaltat, per tal de que no es produeixin curtcircuits entre les diferents espires. La intensitat del camp magnètic produït per un electroimant depèn de la quantitat d’espires, de la intensitat del corrent que circula per elles i de les característiques del nucli magnètic que s’utilitza,

7

que sempre augmenta la intensitat del camp magnètic. Si s’inverteix el sentit del corrent (Invertint la polaritat a les seves connexions) també canviem de lloc els pols magnètics.

Per fora del solenoide (Electroimant) les línies del camp magnètic van del pol Nord al pol Sud i per dins del nucli magnètic del Sud al Nord. Aplicant la regla de la mà esquerra es pot saber a on estan els pols Nord i Sud d’un electroimant. El dits corbats de la mà indiquen el sentit del corrent i el dit gros indica cap a on queda el pol Nord del electroimant.

4.1- Exercicis

1.- Què és l’electricitat?2.- Quan es considera que està carregat un objecte? De quins tipus pot ser una càrrega elèctrica?3.- Què és un Coulomb?4.- De quines formes es poden carregar elèctricament els objectes?5.- Què és la inducció electromagnètica? Dibuixa l’esquema que explica com es produeix el fenomen físic de la inducció.6.- Què és i com està fabricat un electroimant? Dibuixa el circuit de l’electroimant i posa nom als seus elements.7.- La força magnetomotriu produïda per un electroimant es pot calcular mitjançant la fórmula F = N x I, a on F és la força en ampers-volta, N és el

8

número d’espires i I és la intensitat del corrent en ampers. Quina força magnetomotriu tindrà un solenoide que té 500 espires i pel que fem circular un corrent de 10 ampers. 8.- Fes el dibuix i explica quina és la regla de la mà esquerra.9.- A l’edifici d’un hotel hi ha 22 portes amb obertura automàtica amb electroimant. Una avaria al quadre de comandament elèctric fa malbé la meitat dels solenoides i s’han de canviar. El preu de cadascun d’aquests electroimants és de 34 €. Quant costarà la reparació de les portes?10.- Fes un esquema que representi el comportament entre les càrregues elèctriques positives i negatives.

5.- Els generadors elèctrics

Un generador elèctric és un dispositiu capaç de produir una diferència de potencial (Voltatge) entre dos dels seus punts anomenats pols, terminals o borns. Hi ha generadors elèctrics de diferents tipus: dinamo-elèctrics (electromagnètics), químics (Piles), fotoelèctrics, termoelèctrics i piezoelèctrics.

La força electromotriu (FEM) és una característica de tot generador elèctric. Es defineix com el treball que el generador realitza per fer passar pel seu interior la unitat de càrrega negativa, del pol positiu al pol negatiu, dividit pel valor d’aquesta càrrega en coulombs. En el Sistema Internacional la FEM es mesura en volts, igual que la diferència de potencial (Voltatge).

5.1- Generadors dinamo-elèctrics

Un generador dinamo-elèctric és un aparell que transforma l’energia mecànica en electricitat. Aquestes màquines disposen d’una part fixa (Estator) i una part giratòria (Rotor). Hi han dos tipus de generadors dinamo-elèctrics: la dinamo, que genera corrent continu, i l’alternador que es fa servir per a produir corrent altern. La immensa majoria de les centrals que alimenten la xarxa elèctrica

9

produeixen, fent servir alternadors, corrent altern trifàsic que pot ser transportat a llargues distancies.

Les dinamos i els alternadors estan formats per un conjunt de bobines i imants o electroimants que roden uns dins dels altres. Un sistema de contactes especials, format per col·lectors i escombretes, recull el corrent generat als fils de la bobina i el duu als receptors a través dels conductors. La disposició del col·lector i les escombretes determina que el corrent que surt del generador sigui continu o altern.

5.2- La dinamo

La dinamo pot ser un generador molt simple format per un imant en forma de ferradura, una bobina i uns elements de contacte mòbil (Commutador), els col·lectors i les escombretes, que prenen el corrent que es genera a la bobina. Si la bobina dóna voltes sobre un eix, dins el camp magnètic del imant, es genera corrent.

Les línies del camp magnètic sempre van en la mateixa direcció (de pol nord a pol sud); quan els electrons les tallen es mouen en un sentit determinat. Així, quan les espires passen per un dels pols, els electrons es veuen forçats a moure’s en un sentit; mentre que quan les mateixes espires han girat 180 graus i, per tant, passen per l’altre pol, els electrons van en sentit invers, i el mateix passa en acabar la volta (360 graus), de manera que cada vegada que fan una volta han canviat dues vegades de sentit. El corrent generat d’aquesta manera és, per tant, altern.

Les dinamos produeixen corrent continu fent servir un col·lector format per una peça cilíndrica situada a l’extrem de l’eix del motor. El cilindre està integrat per uns segments longitudinals metàl·lics, anomenats delgues, aïllats entre si. A les delgues s’uneixen els extrems dels conductors de les bobines que indueixen el corrent.

Les escombretes estan fetes de grafit barrejat amb coure per aconseguir un material conductor molt resistent al fregament i unides al cos del generador, fan contacte amb les delgues i en recullen el corrent que prové dels fils de les bobines. Cada escombreta recull d’aquesta manera corrent del mateix signe. Els generadors disposen de moltes bobines que recullen el corrent mitjançant

10

les corresponents delgues, d’aquesta manera el corrent resultant és molt regular.

5.3- L’alternador

Els alternadors produeixen corrent altern fent servir un sistema diferent de col·lectors que els de les dinamos. Els col·lectors dels alternadors consisteixen en dues anelles de material conductor situades l’una al costat de l’altra, a l’extrem de l’eix del generador, que recullen el corrent generat a les bobines. Quan les escombretes freguen aquestes anelles recullen el corrent que es genera a les bobines quan aquestes giren. El corrent que en surt és altern, ja que cada 180 graus de volta de les bobines se n’inverteix el signe.

Els alternadors de gran potencia disposen de moltes bobines, unes serveixen per a generar el corrent, i les altres són els electroimants, ja que no es fan imants permanents de mida tan gran. Per aquesta raó, a part de generar el corrent per distribuir per la xarxa, també n’han de produir per a fer funcionar els seus electroimants, per això disposen d’una dinamo auxiliar anomenada dinamo excitatriu, que es munta sobre el mateix eix.

Aquests alternadors estan formats per una carcassa exterior que suporta les bobines del estator i una part mòbil, muntada sobre un eix, que rep el nom de rotor.

11

Tant l’estator com el rotor tenen les bobines corresponents. Quan aquestes bobines corresponen als electroimants s’anomenen inductors, mentre que quan serveixen per a generar el corrent es diuen induïts. Al dibuix anterior l’inductor és a l’estator i l’induït al rotor, però és més habitual que sigui a l’inrevés. D’aquesta manera la connexió entre l’excitatriu i l’induït queda feta amb uns conductors fixats a l’eix i per treure el corrent produït cap a la xarxa no calen col·lectors d’anells i escombretes, ja que es treu directament del estator.

5.4- Exercicis

1.- Què és un generador elèctric? Enumera els diferents tipus de generadors elèctrics.2.- Dibuixa un generador dinamo-elèctric i posa nom als seus elements. Descriu aquests elements.3.- Dibuixa una dinamo i explica quin és el seu funcionament.4.- Com s’aconsegueix a una dinamo transformar el corrent altern, que es genera a la bobina del rotor, en corrent continu?5.- De quin material estan fetes les escombretes? Quines propietats té aquest material?6.- Què és una dinamo excitatriu?7.- Una dinamo gira a 1.500 r.p.m. i proporciona una força electromotriu de 50 V. Si continua funcionant al llarg de 50 hores; Quina serà al final la seva força electromotriu? 8.- Una central tèrmica, que disposa d’un alternador de 30 Mw, crema 10 tones de carbó per hora. Quantes tones necessita per funcionar el cap de setmana?9.- Un alternador té 12 bobines inductores i altres 12 bobines induïdes. Cada bobina esta feta amb 120 metres de fil de coure. Guants kilòmetres de fil de coure s’han fet servir per fabricar l’alternador?10.- Cada un dels 10 alternadors d’una central tèrmica pesen 3.780 Kg. Per transportar-los per ferrocarril s’utilitzen vagons amb una capacitat de càrrega útil de 10 tones. Quants vagons es necessiten per transportar-los tots?

5.5- Els generadors químics - les piles

12

Les piles són uns dispositius que generen energia elèctrica mitjançant un procediment electroquímic. S’ha de distingir entre bateries recarregables (acumuladors) i piles d’un sol ús. La diferència fonamental entre ambdós tipus és que les bateries recarregables permeten revertir la reacció química en la qual està basat el seu funcionament, mentre que les d’un sol ús no. La primera pila la va construir Alessandro Volta l’any 1800. Estava formada per molts discos de coure i zenc apilats i separats per paper mullat en àcid, i d’aquí el seu nom.

Les primeres piles comercials tenien com a pol positiu (Càtode) una barra de coure i com a pol negatiu (Ànode) una barra de zenc, a més, feien servir àcid sulfúric diluït amb aigua.

El fet d’haver de treballar amb líquids corrosius que es podien vesar va fer que s’investigués per fer altres dissenys. A l’actualitat, i des de 1834 (Va ser dissenyada per Leclanché), s’utilitzen piles de zenc-carbó. Aquestes piles fan servir com a pol negatiu una làmina de zenc i com a pol positiu una barra de grafit. L’electròlit és clorur d’amoni i també es fa servir òxid de manganès perquè el seu funcionament sigui més estable. La coberta de zenc està protegida amb una capa de plàstic. La seva FEM és de 1,5 volts i va disminuint a mesura que es gasta. Si es connecten en sèrie més d’una pila les seves forces electromotrius (Voltatges) es sumen.

A les piles alcalines el pol negatiu està fet de pols de zenc i el pol positiu de diòxid de manganès. Com a electròlit es fa servir hidròxid de potassi (Que és un metall alcalí). Es tracta de piles que poden produir una gran quantitat d’electricitat. En format AA es pot arribar a 3.000 mAh (Miliampers hora).

Les piles de Níquel-Cadmi son recarregables i proporcionen un voltatge de 1,2 volts. Les bateries de Liti-Ió utilitzen com a electròlit una sal de liti i proporcionen un voltatge de 3,6 a 4 volts. Les bateries de Liti-Ió es fan servir als telèfons mòbils, càmeres digitals, ordinadors portàtils i altres petits aparells electrònics.

La bateria de plom-àcid inventada el 1859 pel físic francès Gaston Planté és el tipus més antic de bateria recarregable. S’utilitza als cotxes, per proporcionar

13

l'elevat corrent necessari per al motor d’arrencada. També s’utilitzen en toros mecànics, centrals telefòniques, instal·lacions fotovoltaiques i submarins. Cada vas (Cel·la) proporciona un voltatge de dos volts, però connectant més d’un (Fent una bateria) en sèrie es poden sumar els voltatges. Com a la resta de piles i bateries la seva capacitat es mesura en Ampers hora.

Formats de les piles

Tipus de pila Forma Longitud (mm) Secció (mm)

AAAA Cilíndrica 42,5 8,3

AAA Cilíndrica 44,5 10,5

AA Cilíndrica 50,5 14,5

A Cilíndrica 50 17

C Cilíndrica 50 26,2

D Cilíndrica 61,5 34,2

F Cilíndrica 87 32

G Cilíndrica 105 32

J Rectangular 48,5 33,5 x 9,2

N Cilíndrica 29,3 11,9

14

PP3 (9 Volts) Rectangular 48,5 26,5 x 17,5

PP9 (9Volts) Rectangular 80,2 65,1 x 51,6

Petaca 3R12 (4,5 volts) Rectangular 67 62 x 22

Llanterna 996 (6 Volts) Rectangular 115 68 x 68

5.6- Els generadors fotoelèctrics

L’efecte fotoelèctric consisteix en el fet que la llum alliberi electrons de la superfície d’un material. Aquest material pot ser un metall o un material semiconductor. La primera cèl·lula solar que convertia la llum en electricitat la va construir Charles Fritts en 1884 i estava feta de seleni recobert d’una fina pel·lícula d’or. A l’actualitat les cèl·lules fotoelèctriques, o fotovoltaiques, estan fetes de dos tipus de material semiconductor, el silici tipus N i el silici tipus P, recoberts amb una fina capa de metall per connectar-les elèctricament. Aquests generadors produeixen corrent continu a baix voltatge (0,5 Volts). Per aconseguir voltatges més elevats es connecten varies cèl·lules en sèrie formant un panell fotovoltaic, amb un voltatge típic de 12 volts.

5.7- Els generadors termoelèctrics

L’efecte termoelèctric, descobert pel físic alemany Thomas Johann Seebeck el 1821, produeix un corrent elèctric quan s’escalfa la zona en que estan soldats dos metalls diferents. Aquest efecte s’utilitza per mesurar temperatures, mitjançant termoparells, i també per produir electricitat.

Aquest efecte també es produeix a la inversa, com va descobrir l’any 1834 el físic francès Jean Peltier. Segons això quan es fa passar un corrent elèctric per la unió de dos metalls diferents apareix una diferència de temperatura, per una banda es refreda i per l’altra s’escalfa. L’efecte Peltier s’utilitza per fabricar alguns refrigeradors.

15

A alguns satèl·lits artificials i instal·lacions de comunicacions aïllades s’utilitzen generadors d’electricitat termoelèctrics alimentats amb l’escalfor produïda per la descomposició de materials radioactius.

5.8- Els generadors piezoelèctrics

La piezoelectricitat és la capacitat de certs cristalls, com la turmalina, el quars i el topazi, de generar una diferència de potencial quan se’ls sotmet a una deformació mecànica. Aquest efecte s’utilitza per produir les guspires que encenen el gas als encenedors i als escalfadors d’aigua.

5.9- Un circuit elèctric amb diversos generadorsDe vegades, cal connectar diversos generadors a un mateix circuit. Es poden connectar en sèrie o en paral·lel.

16

Connexió de generadors en sèrie: Dos o més generadors estan connectats en sèrie quan el born positiu d’un està connectat amb el born negatiu de l’altre, i així successivament. El resultat és que se sumen els voltatges de tots els generadors que s’han connectat. La intensitat, però, és la mateixa en tot el circuit i és la mateixa que si hi hagués un sol generador.

Connexió de generadors en paral·lel: Dos o més generadors estan connectats en paral·lel quan tots els borns positius estan connectats a un mateix punt i tots els borns negatius estan connectats en un altre punt. En aquest cas, el voltatge resultant és el mateix que el d’un sol generador, mentre que la intensitat final és la suma de les intensitats que proporciona cadascun dels generadors individualment.La connexió en paral·lel es pot aplicar tant a les piles com als generadors de les grans centrals elèctriques.

5.10- Exercicis

1.- Què és una pila elèctrica? Quants tipus de piles elèctriques hi ha?2.- Dibuixa una pila de zenc-carbó i posa nom als seus elements?3.- De quins tipus pot ser una bateria recarregable.4.- Dibuixa una bateria de plom-àcid i posa nom als seus components.5.- Quantes piles del tipus AA i de 1.500 miliampers hora es necessiten per aconseguir una capacitat de 5 ampers hora?6.- Dibuixa aquests conjunts de piles i indica quin és el voltatge total proporcionat per elles.

7.- Què són una cèl·lula i un panell fotovoltaic?8.- Dibuixa un generador termoelèctric i posa nom als seus elements.9.- Quines aplicacions pràctiques té la piezoelectricitat?

17

10.- La barra de combustible radioactiu d’un generador termoelèctric pesa 28 Kg. Es descompon a un ritme de 18 grams diaris. Quant de temps estarà funcionant?

6.- El corrent elèctric

El corrent elèctric és el moviment dels electrons al llarg d’un conductor elèctric, gracies a la diferencia de potencial (Voltatge) produïda per un generador elèctric. Hi han dos tipus de corrent elèctric: el corrent continu i el corrent altern.

El corrent continu és el que es produeix a causa del desplaçament d’electrons al llarg d’un conductor sempre en el mateix sentit, del pol negatiu (-) del generador cap al positiu (+). Aquest tipus de corrent elèctric es pot obtenir amb diferents tipus de generadors: piles, dinamos, cèl·lules fotovoltaiques i termoparells. Els generadors d’aquest tipus de corrent tenen dos pols ben determinats: el positiu (+) i el negatiu (-). Aquest tipus de corrent és simbolitza amb les lletres CC tot i que és habitual trobar l’equivalent anglès DC (Direct Current).

El corrent altern és el que es produeix a causa del desplaçament d’electrons al llarg d’un conductor en sentit alternatiu (Produïts pels canvis de polaritat en el generador) amb una freqüència determinada. La quantitat de canvis de polaritat per segon s’anomena freqüència. El valor del voltatge és positiu la meitat del temps i negatiu l’altre meitat. Això significa que la meitat del temps el corrent circula en un sentit, i circula en sentit invers l’altre meitat de temps. A Europa, la freqüència és de 50 Hz, és a dir, que canvia de sentit cinquanta vegades per segon. Aquest tipus de corrent elèctric s’obté mitjançant els alternadors.

7.- El circuit elèctric

Perquè les càrregues elèctriques es puguin desplaçar, és necessari disposar d’un circuit elèctric, és a dir, d’un conjunt de components units entre si que permetin el pas del corrent elèctric o electricitat.

18

Els elements principals de què ha de disposar un circuit elèctric són aquests:

Generador: És l’element que permet la transformació de l’energia tèrmica, mecànica, química o lumínica en energia elèctrica. Els generadors poden generar corrent elèctric continu o altern.

Conductors: Són els elements que uneixen els diferents components del circuit elèctric i que permeten el pas del corrent elèctric. Un conductor ha de permetre el recorregut dels electrons per tot el circuit i el seu retorn al generador. El material més utilitzat pels conductors és el coure, que es recobreix amb un material aïllant (plàstic, generalment).

Receptors: Són tots aquells elements que tenen com a finalitat fonamental transformar l’energia elèctrica en qualsevol altre tipus d’energia. En són exemples una làmpada, l’ordinador, una planxa o la televisió.

Elements de control: També anomenats elements de maniobra, són els elements que permeten controlar el pas del corrent elèctric a través del circuit. Perquè funcioni un circuit elèctric, és necessari que el corrent elèctric circuli sense interrupció entre el generador i el receptor. Si entre el generador i el receptor es produeix un tall al circuit, el corrent elèctric no circula, el circuit queda obert i, per tant, el receptor no funciona. El receptor funcionarà quan el circuit quedi tancat i permeti activar o desactivar els diferents elements receptors. L’element de control més important i utilitzat és d’interruptor, que controla el pas de l’electricitat.

Elements de protecció: Protegeixen el circuit de sobrecàrregues, escalfament o curtcircuits. També serveixen de protecció a l’usuari. Els fusibles o els interruptors automàtics del quadre elèctric (quadre general de protecció o CGP) que hi ha a totes les instal·lacions serveixen per protegir el circuit, mentre que altres elements d’aquest quadre, com l’anomena’t interruptor diferencial o el mateix revestiment dels cables, protegeixen l’usuari.

7.1- Circuits en sèrie i en paral·lel

A un circuit, quan el corrent elèctric només pot fer un recorregut, diem que és un circuit en sèrie. Tots els elements del circuit hi són un rere l’altre. Quan pressionem a sobre l’interruptor es tanca el circuit i totes les bombetes s’encenen a la vegada.

19

Si el circuit està ramificat i el corrent pot fer més d’un recorregut diem que es tracta d’un circuit en paral·lel. Als edificis les instal·lacions elèctriques estan fetes amb circuits en paral·lel. D’aquesta manera tots els aparells poden funcionar amb el mateix voltatge. Les diferents bombetes es poden encendre de forma individual.

7.2- Materials conductors i aïllants

Un conductor elèctric és un material que deixa passar el corrent elèctric a través seu. En cas contrari en tenim un aïllant elèctric. El terme aïllant elèctric té el mateix significat que el terme dielèctric.

Els conductors són generalment metalls capaços de transportar l’electricitat. Hi ha conductors més bons i més dolents depenent de la seva resistència elèctrica. A més resistència més mal conductor. Pel transport de l’energia elèctrica el material fet servir usualment és el coure, en forma de cables d’un o més fils. En general si no són línies elèctriques d’alta tensió aèries se li posa un aïllant elèctric. També es pot fer servir l’alumini, que té una conductivitat elèctrica de l’ordre del 60% de la del coure però que és un material molt mes lleuger.

Els cables elèctrics d’interior estan fets de coure per dins i porten un aïllant plàstic per fora que pot ser de colors diversos: Negre (Fase), Marró (Fase), Gris (Fase), Blau (Neutre) i el verd i groc junts per la presa de terra.

8.- Elements de protecció

El quadre privat de comandament i protecció (QPCP) és format pels aparells que serveixen per a protegir, connectar i desconnectar la instal·lació interior d’un habitatge.

20

Segons el Reglament electrotècnic de baixa tensió és obligatori instal·lar-lo a l’origen de la línia, dins d’una caixa de material aïllant i fixat sobre una guia normalitzada. Els aparells que cal instal·lar en ordre de col·locació són l'interruptor de control de potència, l'interruptor diferencial i els petits interruptors automàtics (PIA).

8.1- Interruptor de control de potència (ICP)

És el primer dispositiu de comandament i protecció que s’instal·la a l’arribada de la línia dins d’un habitatge. Es munta individualment en una caixa, que ha de quedar precintada un cop col·locat l'interruptor. Té com a finalitats adequar la potència contractada a la potència consumida i protegir la instal·lació en cas que es produeixin curtcircuits o sobrecàrregues. Actua automàticament com un interruptor i talla el corrent quan hi ha un escalfament en la instal·lació pel fet de consumir-se més potència de la que es té contractada. La reactivació es fa manualment un cop solucionada l’avaria.

21

Interior i esquema d’un interruptor magnetotèrmic (ICP i PIA).

8.2- Interruptor diferencial (ID)

S’instal·la immediatament després de l'ICP i la seva funció bàsica és la de protegir contra els efectes del pas de corrents perillosos per a les persones. Limita a potències molt baixes les fuites de corrent que es puguin produir a causa d’avaries, sobrecàrregues, defectes d’aïllament o altres motius.

Aquest interruptor talla el pas del corrent elèctric quan la diferència de corrent entre conductors és igual o superior a 30 mA. En una instal·lació sense fuites, aquesta diferència és sempre igual a zero. El tall de subministrament de corrent a tota la instal·lació minimitza el perill d’electrocució i incendi i impedeix que la instal·lació i els aparells que hi ha connectats es facin malbé. Periòdicament s’ha de prémer el botó de prova i si es detecten deficiències en el seu funcionament cal avisar un tècnic qualificat perquè repari l'interruptor.

8.3- Petits interruptors automàtics (PIA)

S’instal·len després de l'interruptor diferencial i serveixen per a protegir cada una de les diferents línies que componen la instal·lació. La normativa actual obliga a instal·lar diferents línies segons el nombre d’aparells i la seva potència. A cada una de les línies es connecta un nombre determinat d’aparells. Amb aquest sistema cada PIA controla una línia i si es produeix un curtcircuit o una sobrecàrrega en una línia es desconnecta només l'interruptor automàtic de la línia afectada. L’activació de l'interruptor es fa manualment un cop s’ha solucionat l’avaria.

22

El tipus de PIA que cal instal·lar depèn de la secció del fil conductor i de la potència màxima que pot suportar una línia. Així doncs, cal tenir, per exemple, un PIA per a l’enllumenat de la casa, un altre per a la cuina i el forn, un altre per a l’escalfador, el rentaplats i la rentadora, un altre per als endolls, un altre per a la calefacció, etc.

8.4- Exercicis

1.- Quins són els elements de protecció del quadre privat de comandament i protecció?2.- Descriu com funciona l’interruptor de control de potència.3.- Com ens pot protegir l’interruptor diferencial?4.- Per quina raó s’utilitzen més d’un PIAs?5.- Dibuixa un interruptor magnetotèrmic i posa nom als seus elements.6.- A un edifici hi ha un quadre de comandament amb un ICP, un ID y deu PIAs. Cada PIA permet el pas de 2 Ampers. De quina intensitat ha de ser el ICP?

9.- Les magnituds elèctriques fonamentals

El coneixement de l’electricitat, els seus efectes i les seves aplicacions ha creat la necessitat de mesurar i, per tant, d’establir unes magnituds elèctriques amb les unitats corresponents.

9.1- El voltatge Un generador elèctric quan funciona manté un determinat nivell de càrrega elèctrica (Positiva o negativa) als seus pols. Mentre més gran sigui aquesta càrrega més gran serà el potencial elèctric a cadascun dels pols. El voltatge, tensió o diferència de potencial ens indica com de diferents són els potencials elèctrics dels dos pols d’un generador o de dos punts qualsevol d’un circuit elèctric. Hi ha diferencia de potencial entre dos punts carregats amb càrregues de diferent signe, o entre un punt carregat i un altre punt neutre, o entre dos punts carregats amb càrregues del mateix signe, però de diferent potencial. La unitat per mesurar el voltatge és el volt (V) i l’aparell per fer-ho és el voltímetre.

El voltímetre és l’aparell que ens permet mesurar el voltatge, és a dir, la diferència de potencial entre els dos pols d’un generador. Els dos terminals del voltímetre s’han de connectar en paral·lel, és a dir, cada un d’aquests

23

terminals s’ha de connectar, tenint en compte la polaritat, a cada un dels borns de la pila o generador.

9.2- La intensitatLa intensitat es pot definir com la quantitat d’electricitat que passa per un conductor a la unitat de temps. La unitat per mesurar la intensitat elèctrica és l’ampere (A). Un ampere equival al pas d’un coulomb per segon. El seu valor es mesura mitjançant un aparell anomenat amperímetre.

L’amperímetre és l’aparell que ens permet mesurar la intensitat del corrent elèctric. Els dos terminals de l’amperímetre, s’han de connectar en sèrie, és a dir, han d'intercalar-se en el circuit.

9.3- La potènciaL’energia elèctrica, com qualsevol altre tipus d’energia, no es destrueix, sinó que es transforma en llum, calor, so, moviment, etc. La potència elèctrica d’un aparell es defineix com la quantitat d’energia que, cada segon, consumeix l’aparell receptor per fer el treball per al qual ha estat dissenyat. La unitat de mesura de la potència és el watt (W). Com que de vegades aquesta unitat pot resultar petita, també s’utilitzen els seus múltiples, com el quilowatt (1 kW = 1.000 W) i el megawatt (1 MW = 1.000.000 W).

Per calcular la potencia elèctrica necessària per alimentar un aparell elèctric s’ha de multiplicar el voltatge per la intensitat.

Potencia elèctrica = Voltatge x Intensitat

Per exemple, si per fer funcionar un televisor fem servir un corrent altern amb voltatge de 220 volts i quan el connectem hi circula un corrent de 1,5 ampers, fent la multiplicació podem calcular que la potencia de l’aparell és de 330 watts.

L’energia consumida per un aparell es calcula multiplicant la seva potencia pel temps que està funcionant.

Energia consumida = Potencia x Temps

Al cas anterior, si tenim el televisor funcionant al llarg de 3 hores l’energia elèctrica consumida serà el producte de la potencia de l’aparell pel temps, es a dir, 990 watts hora, o el que és el mateix, 0,99 kilowatts hora.

9.4- La resistència

24

La resistència elèctrica és la dificultat que oposa qualsevol material, fins i tot els conductors, al pas del corrent elèctric. La resistència es mesura en ohms (Ω). Un ohm és la resistència que hi ha entre els extrems d’un conductor quan aplicant-li una tensió constant d’un volt es pot aconseguir una intensitat elèctrica d’un ampere.

La resistència depèn del tipus de material (De la seva resistivitat), la llargada i la secció del conductor. La resistivitat elèctrica d’un material és la resistència que oposa al pas de l’electricitat un conductor fet amb aquest material, d’un metre de llargada i un mm2 de secció.

Resistivitat (Ω.m)Material ResistivitatArgent 1,59 × 10 −8

Coure 1,67 × 10 −8

Alumini 2,82 × 10 −8

Tungstè 5,60 × 10 −8

Níquel 6,99 × 10 −8

Ferro 1,0 × 10 −7

Grafit 3,5 × 10 −5

Silici 6,40 × 10 2

Vidre 10 12

PET 10 20

10.- El tester

El polímetre o tester és un aparell que permet mesurar diverses magnituds (voltatge de corrent altern o continu, intensitat de corrent altern o continu, resistència, capacitat i altres). Per mesurar una magnitud elèctrica determinada amb el tester s’ha de seleccionar amb el commutador giratori que hi ha al mig del instrument. La lectura de les mesures es pot fer de manera analògica o de manera digital.

11.- La Llei d'Ohm

25

El físic alemany Georg Simón 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. Aquest estudi li va permetre determinar la llei que du el seu nom, la llei d'Ohm, que diu:

La intensitat elèctrica (I) és la relació que hi ha entre la tensió (V) o voltatge que s’aplica a un circuit elèctric i la resistència (R) que els conductors i els receptors del circuit ofereixen al pas del corrent elèctric.

Si a un circuit elèctric la diferència de potencial o voltatge és de 1,158 V i la intensitat de 80,2 mA (0,08 A) la resistència del circuit és de 0,09 Ω.

Aquesta llei de proporcionalitat tan simple entre el voltatge, la intensitat del corrent elèctric i la resistència del conductor és la base per a molts càlculs dels circuits elèctrics.

11.1- Exercicis

1.- Què és el corrent elèctric? Descriu com és el corrent continu i el corrent altern.2.- Fes un dibuix d’un circuit elèctric i posa nom als seus elements.3.- Descriu els diferents elements d’un circuit elèctric.4.- En què es diferencien els materials conductors dels aïllants?5.- Dibuixa un esquema d’un circuit amb generadors en sèrie i en paral·lel i explica quin és el seu comportament.6.- Descriu les 4 magnituds elèctriques fonamentals.7.- Dibuixa l’esquema d’un circuit amb un voltímetre i una amperímetre. Quina diferencia hi ha entre l’un i l’altre?8.- Per fer una instal·lació elèctrica necessitem 620 metres de cable de tres fils (Fase, neutre i terra). El metre de cable val 50 cèntims d’euro. Quant val tota la instal·lació?9.- Posa en ordre aquests materials segons la seva resistivitat: ferro, coure, silici, vidre, argent, alumini, PET.10.- A casa disposem de 10 bombetes de 60 watts, una rentadora de 1.300 watts, una nevera de 600 watts i una televisió de 360 watts. Quina és la potència total dels aparells de casa meva?11.- Què indica la Llei d’Ohm?12.- Quina intensitat elèctrica hi ha en un circuit pel que circula un corrent amb un voltatge de 220 volts i que té una resistència de 100 Ohms?13.- Una bombeta de 220 volts té una resistència de 42 Ohms quan està connectada. Quina intensitat tindrà el corrent que circula per ella?14.- La rentadora quan funciona a 220 volts deixa passar un corrent de 5 Ampers. Quina és la seva resistència interna?

12.- Els electrodomèstics

26

Els electrodomèstics són aquells aparells i estris que fan servir l’electricitat i serveixen per cobrir les necessitats domèstiques. Alguns proporcionen llum, altres calefacció i refrigeració, entreteniment, ajut a la cuina per preparar i conservar els aliments, etc.

12.1- Il·luminació

Moltes són les làmpades utilitzades per produir llum a la llar. Entre d’altres es fan servir les d’incandescència, les fluorescents i les halògenes.

12.1 (a) Bombetes d’incandescència

Una bombeta d’incandescència és un llum elèctric format per una ampolla de vidre a l'interior del qual hi ha un filament metàl·lic, generalment de tungstè, que produeix llum per incandescència en circular-hi corrent elèctric. El 1878 va ser patentada per Thomas Alva Edison qui, desprès d’experimentar amb més de mil materials diferents, va aconseguir produir-la industrialment amb filament de bambú carbonitzat. El 90% de l’electricitat consumida per una bombeta es transforma en calor.

1. Ampolla de vidre 2. Gas inert 3. Filament de tungstè 4. Fil de connexió amb la base 5. Fil de connexió amb el casquet 6. Fils de suport del filament 7. Suport de vidre 8. Soldadura 9. Casquet metàl·lic 10. Aïllament 11. Base del casquet

12.1 (b) Llums fluorescents

Un llum fluorescent, també anomenat làmpada de descàrrega, està format per un tub de vidre fi revestit interiorment amb un recobriment que conté fòsfor i altres elements que emeten llum al rebre una radiació ultraviolada. El tub conté una petita quantitat de vapor de mercuri i un gas inert, habitualment argó tot això a una pressió lleugerament inferior a l’ambient. Així mateix, en els extrems del tub existeixen dos filaments de tungstè.

L’any 1891 l’inventor nord-americà Daniel McFarlane Moore va començar a fer experiments amb tubs de descàrrega gasosa, creant el 1894 la Làmpada Moore. Aquests llums contenien nitrogen i diòxid de carboni i emetien llum blanca i rosada, respectivament. Es van instal·lar per primera vegada el 1904 a

27

uns magatzems de la ciutat nord-americana de Newark, però no van tenir gaire èxit, ja que es feien malbé amb facilitat.

A més del tub de descàrrega, per posar en marxa una làmpada fluorescent calen dos elements, l’encebador i la reactància inductiva. L’encebador està format per una ampolla de vidre plena de neó i amb una làmina bimetàl·lica a dins, que pot tancar o obrir uns contactes. En paral·lel amb aquest contacte es posa un condensador. La reactància està formada per una bobina de fil conductor muntada sobre un nucli magnètic.

Al accionar l’interruptor el neó que hi ha a dins l’encebador s’ionitza i s’escalfa, fent que la làmina bimetàl·lica tanqui el circuit. A partir d’aquest moment els filaments dels extrems del tub de vidre es posen incandescents i emeten electrons que acaben formant un corrent de plasma al gas interior que excita el vapor de mercuri i el fa produir llum ultraviolada. La reactància ajuda a mantenir la descàrrega al interior del tub, produint un alt voltatge entre els extrems dels filaments de tungstè.

12.1 (c) Instal·lació d’un punt de llum commutat

De vegades s’ha de poder encendre i apagar un llum des de dos o més punts indistintament. Si es tracta de dos punts només la instal·lació es pot resoldre

28

fent servir un parell de commutadors. Si es tracta de tres punts, o més, s’han de fer servir dos commutadors i un, o més encreuaments.

Estant la làmpada encesa, o apagada, només accionant un dels elements de control la làmpada canvia d’estat.

12.2- El forn microones

El forn microones és un forn elèctric, que transforma l’energia elèctrica en ones d’alta freqüència: les microones. Aquestes ones penetren fins a 2,5 cm i provoquen la vibració de les molècules d’aigua, produint calor, la part no aquosa del contingut s’escalfa per contacte.

Els principals components que hi ha a un forn microones són el magnetró, el dispersador d’ones, la cavitat de cocció, el plat giratori, la porta del forn amb el seu vidre protector i els sistemes de control, protecció i temporització.

29

El magnetró està format per un càtode, un ànode i un imant que rodeja el conjunt. És l’encarregat de generar les microones. La cavitat de cocció és una caixa metàl·lica on es col·loca l’aliment per cuinar. Les parets són metàl·liques perquè les microones rebotin cap a l’aliment quan el magnetró les genera. El dispersador d’ones és un element metàl·lic semblant a un ventilador que proporciona una distribució millor de les ones.

12.3- El frigorífic

Una nevera o frigorífic és un electrodomèstic que serveix per conservar productes a una temperatura propera al punt de congelació, normalment cap als 4ºC.

El funcionament d’un frigorífic es basa en els fenòmens d’evaporació i condensació d’una substància volàtil. Un líquid anomenat refrigerant circula per un serpentí que hi ha a l'interior del frigorífic. Al evaporar-se, el líquid absorbeix calor dels aliments de l'interior del frigorífic. El vapor que s’ha format circula pels petits tubs fins a un compressor, que funciona mitjançant un motor elèctric, comprimeix el vapor, que es refreda i es liqua passant pel radiador que està en l’exterior del frigorífic, i és en aquest procés que es desprèn a l’exterior la calor que havia adquirit aquest líquid, que torna a començar el procés.

12.4- Exercicis

1.- Què entenem per electrodomèstics? Fes una llista de tots els electrodomèstics que tinguis a casa teva i classifica’ls.2.- Quins són els tres sistemes que fem servir a casa nostra per il·luminar?

30

3.- Dibuixa una bombeta i posa nom als seus elements.4.- Com funciona un llum fluorescent?5.- Dibuixa una instal·lació d’un llum fluorescent i posa nom als seus elements.6.- Dibuixa la instal·lació d’un llum commutat amb dos commutadors i un encreuament.7.- Dibuixa un forn microones i descriu els seus elements més importants.8.- Com funciona un frigorífic de compressor?9.- El compressor d’un frigorífic està mogut per un motor elèctric que gira a 1.500 r.p.m. A cada volta del motor el compressor comprimeix 10 centímetres cúbics de fluid refrigerant. Quants litres comprimeix en un dia si està funcionant 1 hora cada dia? Quina quantitat d’electricitat haurà gastat el frigorífic si la potencia del seu motor és de 300 watts?10.- Per il·luminar un espai fem servir 15 làmpades fluorescents de 40 watts de potencia. Quina intensitat elèctrica passarà pels cables si l’alimentació dels fluorescents és de 220 volts? Quina quantitat d’energia es gastarà en 6 hores de funcionament?

13.- Xarxa de transport d’energia elèctrica

La xarxa de transport d’energia elèctrica es la part del sistema de subministrament elèctric constituïda pels elements necessaris per portar fins als punts de consum, i a través de grans distàncies, l’energia generada a les centrals elèctriques.

Per això, l’energia elèctrica produïda s’ha de transformar, pujant el seu voltatge. Això s’ha de fer ja que per un determinat nivell de potència a transmetre, al fer pujar el voltatge es redueix la intensitat del corrent que hi circula, fent-se més petites les pèrdues per l’efecte Joule. Amb aquest fi es fan servir subestacions elèctriques a les que aquesta modificació del voltatge es fa utilitzant equips elèctrics anomenats transformadors.

A una xarxa de transmissió d’electricitat es fan servir normalment voltatges de l’ordre de 220 kV i superiors, anomenats d’alta tensió (Fins a 440 kV).

La part fonamental de la xarxa de transport d’energia elèctrica són les línees de transport.

31

Una línea de transport d’energia elèctrica (Línea d’alta tensió) és bàsicament el mitjà físic mitjançant el qual es realitza la transmissió de l’energia elèctrica a grans distàncies. Està constituïda tant pels elements conductors, normalment cables de coure o alumini, com pels seus elements de suport (Torres d’alta tensió).

El voltatge i la potència de la línea de transmissió determinen la mida de les torres d’alta tensió. A les petites línies de transmissió de fins a 46 kilovolts es fan servir com a suports posts de fusta tractada per poder suportar l’intempèrie. Es fan servir estructures amb posts de formigó, per les línees de 69 a 231 kV. Per les línees de 161 kV o més es fan servir estructures d’acer.

Aquestes estructures estan fetes de barres metàl·liques de secció angular unides amb cargols i entre elles i els cables hi ha uns aïlladors fets amb discos de vidre o porcellana perquè no passi el corrent dels cables al terra. Es possible fer línees de transmissió de fins a 1.000 kV.

Les subestacions elèctriques que es troben a prop de les centrals de producció d’electricitat s’encarreguen d’elevar el voltatge del corrent produït pels seus generadors. A Espanya els voltatges normalitzats són de 15, 20, 66, 132, 220 y 400 kV. D’aquests els dos últims corresponen a la xarxa de transport (Gestionada i operada per RED ELÉCTRICA) i la resta són de la xarxa de distribució situada més a prop dels llocs de consum.

32

A prop de les poblacions i dels consumidors es troben les subestacions elèctriques reductores, que redueixen el valor del voltatge del corrent perquè ho puguin utilitzar els mitjans consumidors (fàbriques, centres comercials, hospitals, etc). Aquesta primera reducció es fa entre els voltatges de transport (400 o 220 kV) i els voltatges de distribució. Distribuïts al interior de les ciutats existeixen centres de transformació (CT) que baixen la tensió a 400 V en trifàsica (Tres fases i neutre), la qual és apropiada per a la seva distribució a petits consumidors, entre els que es troba el consum domèstic. Per aquest tipus de consum s’utilitza a dins de cada vivenda una fase i el neutre, amb un voltatge de 230 V.

13.1- Transformadors

S’anomena transformador a una màquina elèctrica que permet augmentar o disminuir el voltatge o tensió a un circuit elèctric de corrent altern, mantenint constant la freqüència. La potència elèctrica que entra a dins del transformador torna a sortir, encara que amb unes petites pèrdues degudes a l’escalfament de les seves bobines.

Els transformadors són dispositius basats en el fenomen de la inducció electromagnètica i estan constituïts per dues bobines debanades sobre un nucli tancat de ferro dolç o acer amb silici. Les bobines o debanats s’anomenen primari i secundari segons corresponguin a l’entrada o sortida del corrent elèctric.

33

13.2- La factura de l’electricitat

Al següent rebut del consum elèctric d’una llar de la companyia FECSA-ENDESA per una part trobem les dades del client i la potència contractada.

A continuació tenim les dades de consum al període que es detalla (Del 11 de febrer de 2008 al 9 d’abril de 2008). La companyia ens cobra uns diners fixos per subministrar-nos electricitat. Li paguem 1,752513 € per cada kW de potència contractada, encara que no haguem consumit electricitat en aquest període. Com que l’instal·lació disposa de dos comptadors per tarifa nocturna, estan ressenyats dos consums (LLANO – VALLE). En total l’energia elèctrica consumida és de 479 kWh. El preu del kWh nocturn i diürn és diferent. Aquest valor és de 0,102279 € per kWh diürn i de 0,046381 € per kWh.

34

Sobre la suma del que hem de pagar per la potència contractada i pels consums s’aplica primer l’impost sobre l’electricitat, que grava el consum elèctric des de l’any 1997. Aquests 3,17 € es fan servir per compensar el cost de producció d’algunes fonts energètiques. Amb això es paguen els ajuts a la producció de carbó nacional, les primes a la producció d’electricitat amb fonts renovables, la moratòria nuclear i la gestió dels seus residus.

Pel lloguer del comptador li paguem a la companyia 4,04 € cada dos mesos.

Si a la suma de tots els conceptes anteriors li apliquem el 16% d’IVA en tindrem el total a pagar. En aquest cas el kWh ens ha sortit a 0,167661 €.

A la factura també hi ha una gràfica que mostra l’evolució del consum d’aquest habitatge al llarg d’un any.

13.3- Precaucions a tenir amb l’electricitat

El corrent elèctric és l’origen de molts accidents a la llar i al lloc de treball. L’electricitat pot produir incendis als edificis i, quan descarrega a través de nosaltres, ens pot provocar cremades i, fins i tot, una aturada cardíaca. El mal que pugui produir el corren elèctric depèn del seu voltatge, del tipus de corrent i d’altres circumstancies. La barreja d’electricitat i humitat sempre és perillosa.

En termes generals mirarem de tenir en compte aquestes precaucions:

NO connecta a l’electricitat aparells que estiguin mullats.NO agafar aparells elèctrics amb les mans mullades, ni sense sabates.Abans de fer qualsevol reparació a l’instal·lació elèctrica s’ha de DESCONNECTAR l’Interruptor de control de potencia.S’han de mantenir en BON ESTAT els endolls dels diferents aparells elèctrics.NO s’han de desmuntar els aparells elèctrics, per fer-hi reparacions, sense desconnectar-los de la xarxa elèctrica.

35

Si accidentalment algú pateix una electrocució s’han de tenir en compte unes normes de seguretat per poder auxiliar-lo:

Abans de tocar a la víctima s’ha de DESCONNECTAR l’Interruptor de control de potencia.Si no es pot desconnectar s’haurà de separar a la víctima de l’element que produeix la descàrrega amb alguna cosa AÏLLANT (Cadira de fusta...).Les CREMADES produïdes per l’electricitat les ha de veure un metge, és probable que els teixits situats a sota la pell també estiguin danyats.Si la víctima ha perdut el coneixement se l’haurà de reanimar fent servir els coneixements de primers auxilis i els mitjans mèdics més URGENTS (061).

13.4- Exercicis

1.- Per quina raó s’ha de transportar el corrent elèctric a un voltatge molt alt?2.- Dibuixa la xarxa de distribució d’electricitat, posa nom als seus elements i indica els voltatges existents als seus diferents sectors.3.- Dibuixa un transformador, explica com està fet i quina és la seva utilitat.4.- Amb les dades de la factura que es reprodueix al dossier; Quina és l’època de l’any a la que hi ha un consum més gran d’electricitat?5.- Calcula l’import total de la factura de l’electricitat d’una vivenda que té contractada una potència de 7 kW i ha fet un consum de 250 kWh diürns i 145 kWh nocturns.6.- Quines precaucions s’han de prendre al treballar amb electricitat?7.- Dibuixa una senyal que mostri el perill d’electrocució a una instal·lació d’alt voltatge.8.- Quines precaucions s’han de prendre a l’hora de proporcionar auxili a una persona accidentada a causa d’una descàrrega elèctrica?9.- Quant de temps es triga a portar a l’hospital a una persona accidentada si en arribar l’ambulància passen dos minuts i la distancia a l’hospital és de 8 kilòmetres, que recorre el vehicle a una velocitat mitjana de 70 km/h?10.- Per poder mantenir correctament l’instal·lació elèctrica de casa meva he de canviar 12 endolls. El preu de cada endoll és de 1,25 €. Si per canviar un endoll trigo 3 minuts; Quant de temps necessito en total i quants diners em faran falta?

36