TECNOLOGIA 3er ESO - gva.esisabeldevillena.edu.gva.es/LLibre 3 ESO Tecnologia.pdf · El Projecte...
Transcript of TECNOLOGIA 3er ESO - gva.esisabeldevillena.edu.gva.es/LLibre 3 ESO Tecnologia.pdf · El Projecte...
UNITAT 1: MÈTODE DE PROJECTES I VISTES
Procés tecnològicEl procés tecnològic és un mètode de treball sistemàtic que facilita la realització de projectes. Aquest procés es composa d'un conjunt d'etapes seqüencials amb retroalimentacions que seguides sistemàticament faciliten l'obtenció de resultats i la seva adequació als requeriments inicials. Una primera aproximació al procés tecnològic seria la següent:
• Identificar, a partir de l'anàlisi, el problema i les seves necessitats. • Cercar la informació que ens ajudi a obtenir la millor solució. • Projectar i dissenyar les solucions a partir dels plànols i altres documents tècnics inclosos
al projecte tècnic. • Construcció d'un prototipus. • Avaluar tot el procés i rectificar els errors apareguts.
El Projecte tècnicLa fabricació dels objectes d'ús quotidià, els projectes d'enginyeria, les instal·lacions i la majoria dels processos que intervenen en la fabricació o creació de coses són el que s'anomena processos tecnològics. Per la creació dels processos tecnològics s'han de seguir unes etapes molt concretes que es descriuen en un conjunt de documents anomenats el projecte tècnic.
El projecte tècnic és un conjunt de documents tècnics que inclouen la informació indispensable per la construcció d'un objecte. Els documents tècnics que componen el projecte tècnic són quatre:
• La memòria tècnica. • Càlculs. • Estudi econòmic. • Estudi mediambiental. • Annexos. • Els plànols.
• El plec de condicions. • Plec de condicions tècniques. • Plec de condicions econòmiques. • Plec de condicions legals.
• El pressupost econòmic.
És molt important que aquests documents estiguin redactats en un llenguatge tècnic normalitzat, ja qued'aquesta manera a qualsevol persona li resultaran fàcil de comprendre. Per exemple, en aquesta imatge es mostra la descripció d'un concepte dins del pressupost. Fixeu-vos en el llenguatge que utilitza.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
13
1. Introducció
Per expressar com és un objecte, un edifici o una màquina, el més convenient és representar-lo
gràficament, és a dir, mitjançant un dibuix. El dibuix tècnic mostra com és un objecte de la forma més
precisa i clara possible. Per això comprén una sèrie de normes que permeten que aquests dibuixos siguen
comprensibles per a tots aquells que les coneguen.
2. Escales
Una escala indica la proporció entre les mides d'un objecte i el dibuix que el representa.
La manera més intuïtiva de dibuixar un objecte és fer-lo amb les dimensions que realment té. Quan es fa
així es diu que es dibuixa a escala natural. Tanmateix, sovint els objectes són massa grans per poder-los
representar en un paper amb la seua grandària real, com ocorreria si volguérem dibuixar un autobús, o
massa menuts per poder distingir les seues parts en un dibuix amb les mides reals, com seria el cas d'un
microxip. En eixos casos cal ampliar o reduir les mides amb les quals es dibuixa l'objecte. Per a mantindre
la proporcionalitat és necessari reduir o ampliar totes les mides d'un objecte en la mateixa proporció.
Aquesta proporció és diu escala.
Quan es dibuixa un plànol cal indicar l'escala que s'ha utilitzat. Això es pot fer de dues formes: amb una
escala gràfica o amb una escala numèrica. L'escala gràfica sol utilitzar-se en plànols geogràfics i mostra
un segment junt amb la mesura real equivalent.
L'escala numèrica és la més emprada en plànols de projectes i es representa amb dues xifres:
MIDA DEL DIBUIX: MIDA REAL EQUIVALENT
Per exemple, l'escala 1:5 és aquella en què 1 unitat del dibuix (1cm, 1mm, 1m) representa 5 unitats de
l'objecte real (5cm, 5mm, 5m respectivament).
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
14
Escales de reducció: són les escales utilitzades quan un objecte es representa amb un dibuix de
mides menors a les reals. Per exemple: un autobús.
(Exemples d'escales de reducció: 1:2 1:3 1:5 1:10 1/10 1:50 1:100)
Escales d'ampliació: són les utilitzades quan un objecte es representa amb un dibuix de mides
majors a les reals. Per exemple: un caragol.
(Exemples d'escales d'ampliació: 2:1 3:1 5:1 10:1 20:1 50:1)
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
15
Escala natural: és l'escala utilitzada quan es representa un objecte amb un dibuix amb les mides
reals i s'indica 1:1.
Activitat 1. De quina mida dibuixaries la planta d'un edifici de 20mx30m a E1:100?
Activitat 2. Dibuixa el teu llapis a E2:1.
Activitat 3. Tria l’opció correcta.
3. Representació amb vistes
Les vistes són la representació de les cares d'un objecte des de diferents punts de vista.
Les vistes que normalment es representen per a mostrar un objecte són:
ALÇAT: és la vista de front. Sol mostrar la cara més representativa de l'objecte.
PLANTA: és la vista des de dalt. Es dibuixa sota l'alçat i la seua orientació ha de tindre en
compte que la part baixa de l'alçat ha de quedar en la part de baix de la planta.
PERFIL: és la vista des d'un costat. Si es dibuixa el perfil dret aquest se situa a l'esquerra
de l'alçat mentre que si es representa el perfil esquerre es col·loca a la dreta d'aquest.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
16
És important tindre en compte que les mides de les vistes han de coincidir: un segment horitzontal ha de
ser igual de llarg quan es representa en l'alçat que quan es fa en la planta.
Activitat 4. Dibuixa a E 1:10 les vistes de l'armari de l'aula.
4. Perspectiva
Dibuixar en perspectiva vol dir representar un objecte tridimensional sobre una superfície plana.
Els dibuixos en perspectiva mostren en una sola figura les tres dimensions de l'objecte.
Quan dibuixem en perspectiva cal definir tres eixos (alçària, amplària i profunditat) . Segons els angles que
formen aquests eixos sobre el paper es distingeixen tres tipus de perspectiva:
PERSPECTIVA CAVALLERA: dos eixos formen 90º entre si (eix vertical per a l'alcària i l'eix
horitzontal per a l'amplària) i el tercer eix (per a la profunditat) forma 45º amb els altres. En l'eix
inclinat s'aplica un coeficient de reducció (normalment de 0,5).
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
17
PERSPECTIVA ISOMÈTRICA: els tres eixos formen 120º entre si. En aquesta perspectiva no
s’aplica cap coeficient de reducció.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
18
5. Acotació
Acotar significa indicar les mides d'un objecte real en un plànol o croquis.
Per a facilitar la comprensió de l'acotació en diferents llocs s'han adoptat una sèrie de normes. Respectant-
les, el plànol guanya claredat i universalitat.
Elements bàsics de l'acotació:
Línies auxiliars de cota: parteixen dels extrems del segment que es pretén acotar i sobreeixen
uns 2 mm de la línia de cota.
Línia de cota: a una distància d'1 cm aproximadament del segment que es vol acotar i paral·lel a
aquest.
Fletxes de cota: en els punts en què la línia de cota toca les línies auxiliars; són negres i agudes.
Xifra de cota: se situa centrada sobre la línia de cota si es tracta d'una acotació horitzontal i a
l'esquerra de la línia de cota si es tracta d'una acotació vertical. La xifra de cota indicarà la mida
real expressada en mm (excepte que s'indique una altra unitat de referència en el plànol), però no
anirà acompanyada del indicador “mm”.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
19
Normes bàsiques d'acotació:
No duplicar cotes: si una mida ja està indicada en una part del plànol no es tornarà a acotar.
Respectar la posició de la xifra de cota.
No creuar línies de cota amb línies auxiliars ni amb altres línies de cota.
No acotar dins de la figura dibuixada sempre que es puga evitar. Només si es guanya claredat es
pot acotar dins del dibuix.
Si les fletxes i la xifra de cota no caben entre les línies auxiliars aquestes es poden posar per fora
de l'espai entre les línies auxiliars.
Tecnologia Els plàstics
2
Cronologia dels plàstics Els plàstics són un materials molt nous. Els primers descobriments són de finals del segle XIX i els primers usos industrials i comercials de principis del segle XX. Els plàstics en pocs anys han substituït a altres materials com els metalls, la fusta, el vidre, fibres naturals com el cotó o la llana, etc.
1872 Adolf Bayer descobreix el primer material plàstic a partir del fenol i el formaldehid
1909 Leo Bakelan descobreix la bakelita 1924 polivinil 1928 descobriment del primer material plàstic transparent, el plexiglàs 1929 poliester 1933 polietilè 1934 clorur de polivinil (PVC) 1937 poliuretà 1946 tefló 1950 poliestirè 1953 polietilè
Definició dels plàstics Són uns materials d’origen orgànic (tenen carboni com a element constant), alguns dels quals es poden obtenir de materials naturals (cel·lulosa), però la majoria s’obtenen del petroli i són fàcilment emmotllables amb calor i pressió.
Estructura dels plàstics Estan formats per enormes cadenes que contenen milers de molècules senzilles anomenades monòmers fins a constituir macromolècules anomenades polímers. El procés d’obtenció de polímers s’anomena polimerització.
Tecnologia Els plàstics
3
Classificació dels plàstics segons el seu origen Els polímers poden ser:
• Naturals:són els que ja existeixen a la natura (cel·lulosa, cautxú, caseïna de la llet; ...)
• Artificials: obtenció industrial a partir de la transformació de polímers naturals (cel·luloide, fibra vulcanitzada, ...)
• Sintètics: obtenció industrial a partir de primeres matèries que provenen del petroli
Propietats dels plàstics Les propietats i les característiques tècniques més destacables dels plàstics són les següents:
• Lleugeresa: és deguda a la baixa densitat dels plàstics • Capacitat aïllant: tant tèrmica com elèctrica • Resistència química: els permet resistir sense alteració
els agents atmosfèrics i bona part de les substàncies químiques agressives
• Resistència mecànica: acceptable; encara que no assoleix la dels materials metàl·lics
• Versatilitat: possibilitat de modificar algunes propietats d’un tipus de plàstic, afegint-hi substàncies additives, per tal de millorar el seu ús
• Facilitat de fabricació: a causa de la seva facilitat per ser emmotllats i adoptar tot tipus de formes.
Tipus de plàstics Termoplàstics Són els plàstics més utilitzats. Es reblaneixen amb calor i adquireixen formes que es conserven en refredar-se. Es poden fondre i emmotllar diverses vegades.
Tecnologia Els plàstics
4
NOM CARACTERÍSTIQUES OBJECTES Polietilè (PELD, PEHD)
Poden ser de densitat baixa o alta
Bosses, embalatges, poals, recipients,...
Polièster saturat (PET)
Sol ser lluent i transparent
Envasos alimentaris, botelles,...
Polivinil (PVC) Presenta resistència química
Canalització,teixits,impermeables, antics discs música
Poliestirè (PS, EPS)
Es fabriquen rígids o expandits (“suro blanc”)
Vaixelles, protecció embalatges,...
D’Ú
S G
ENER
AL
Polipropilè (PP) Dur i flexible que emet un esclafit quan esclafa
Caixes i estoigs amb tapa, envasos d’aliments,...
Poliamida (PA) Conegut com a “niló” Peces maquinària, cordes, teixits impermeables,...
Policarbonats (PC)
Transparència i resistència als cops
Cds, casc de protecció, biberons
Metacrilat (PMMA)
Substitueixen el vidre. També es diuen “plexiglàs”
Parabrises i finestres, fars d’automòbils, mobles
D’A
LTES
PR
ESTA
-CIO
NS
Tefló (PTFE) Resistència química i resistència a les temperatures elevades
Recobriments de paelles, utensilis de laboratori
Termoestables Només es deformen per calor i pressió una sola vegada, i adquireixen una consistència interna que els impedeix deformar-se de nou.
Tecnologia Els plàstics
5
NOM CARACTERISTIQUES OBJECTES Fenols (PF) A aquest grup pertany
la “baquelita” Interruptors, endolls, mànecs destris de cuina
Amines (UF, MF) Són resines com ara la urea i la melamina
Estris de cuina, revestiment de mobles de cuina
Resines de poliester (UP)
Moltes vegades es reforcen en fibra de vidre
Dipòsits, embarcacions, piscines, mobles exteriors, teixits
TER
MO
ESTA
BLE
S
Resines epoxi (EP) Se solen reforçar amb fibra de vidre o carboni
Material esportiu, hèlix i ales d’avions, adhesius
Elastòmers
Tenen una gran elasticitat: arriben a deformar-se fins a diverses vegades la seva mida original.
NOM CARACTERISTIQUES OBJECTES
Cautxús Poden ser naturals o sintètics
Pneumàtics, mangueres, articles de goma
Neoprens Tenen una gran resistència química
Corretges, vestits de submarinisme
Poliuretans Es fabriquen amb una densitat i elasticitat molt variables
Goma escuma, recobriments de protecció
ELA
STÒ
MER
S
Silicones Molt estables i resistents a altes i baixes temperatures
Juntes, pròtesis, tubs d’ús médic
Elaboració de peces de plàstic La fabricació de peces de plàstic o resina sempre és en dues fases i normalment realitzada per indústries diferents.
• Primera fase: síntesi del polímer i additius
Actualment la majoria de polímers són sintètics (obtinguts del petroli). El procés d’obtenció rep el nom de polimerització i
Tecnologia Els plàstics
6
precisament el grau de polimerització (nombre de monòmers) en depèn la rigidesa del plàstic. En general: més de 70 monòmers → plàstic tou; més de 700 monòmers → plàstic rígid i resistent. Additius:
Substàncies que, afegides en petites proporcions, milloren les propietats dels plàstics i faciliten el procés de formació Càrregues: milloren la resistència mecànica i la tenacitat,
en ocasions redueixen el preu (fibra de vidre o de carboni, talc, serradures de fusta, cotó...)
Plastificants: redueixen la duresa i fragilitat, augmenten la tenacitat i la ductilitat (glicerina, parafina...)
Estabilitzants: milloren la resistència a les radiacions ultraviolades (sol)
Colorants: donen color ja que molts de plàstics són transparents
Ignífugs: retarden la inflamació i propagació de la flama Desemmotllants: faciliten la sortida de la peça.
• Segona fase: conformació de la peça acabada a partir de la matèria
primera de plàstic en forma de grànuls o pols.
FABRICACIÓ AMB TERMOPLÀSTICS
o Emmotllament per injecció: El plàstic, en forma de grànuls, es fon dins un cilindre. Un èmbol empeny la pasta resultant i s’injecta sobre un motlle que donarà la forma a les peces.
o Extrusió:
Un èmbol empeny la pasta de grànuls fosos i es fa passar per un capsal o matriu de sortida; la forma d’aquest darrer element donarà lloc a diferents perfils, tubs o planxes.
Tecnologia Els plàstics
7
o Bufatge: Partint d’un cilindre buit de plàstic calent s’introdueix aire a pressió fins que el material s’adapta a les parets del motlle corresponent. Quan el plàstic ja n’ha adquirit la forma, el motlle s’obre i es treu el producte. Aquest procediment s’utilitza per obtenir cossos buits, com ara diferents tipus de botelles i recipients.
o Emmotllament per buit: S’aplica sobre làmines primes de plàstic que, subjectades per les seves vores i reblanides per la calor, s’adaptaran a la forma d’un motlle en fer-se el buit per la succió de l’aire que queda entre el plàstic i el motlle. S’utilitza per fabricar els embalatges de plàstic.
Tecnologia Els plàstics
8
FABRICACIÓ AMB TERMOESTABLES
o Emmotllatment per compresió: Els grànuls de plàstic s’introdueixen en motlles en els quals s’escalfen i es comprimeixen; aleshores es produeix el tractament alhora que adquireixen la seva forma definitiva. s’obtenen objectes com ara interruptors, endolls, mànecs d’olla, coberts i taps de botelles.
Tecnologia Els plàstics
9
o Emmotllament per impregnació amb resines: Sobre un motlle obert s’estenen capes primes de resina líquida de polièster insaturat a les quals se solen afegir reforços de fibra de vidre o de carboni. Amb aquest procediment es fabriquen dipòsits,embarcacions..
o Plàstics escumats: Els plàstics termoestables (encara que també els termoplàstics i els elastòmers) es poden “escumar” amb aire o agents especials, amb la qual cosa es poden obtenir materials esponjosos i molt lleugers. Els plàstics escumats tenen moltes aplicacions, com ara material per a tapisseria, soles i interiors de calçat, protecció en embalatges, esponges artificials...
Els plàstics i el medi ambient El mateix que passa amb altres materials, els plàstics, una vegada utilitzats, passen a formar part dels residus sòlids urbans, els quals han de ser tractats de manera adequada per tal d’evitar-ne l’impacte mediambiental. Aquests residus provenen de sectors comercials, domèstics i de restes voluminosos (cotxes, embarcacions,...). Quina pot ser la destinació final dels plàstics rebutjats?:
• Dipositar-los en abocadors: encara que siguin materials inertes, romanen inalterats durant milers d’anys, alteren el paisatge, i creen capes impermeables que perjudiquen el sòl. Per tant aquesta opció no és gens aconsellable.
• Incinerar-los de manera controlada: encara que s’obté energia tèrmica aprofitable, alhora s’alliberen gasos a l’atmòsfera que poden ser nocius. L’inconvenient es pot reduir instal·lant filtres a la sortida de les ximeneies dels forns d’incineració, tot i que no es tracta d’una solució óptima.
• Reciclar-los: es poden reciclar tots els termoplàstics. Però abans els plàstics procedents dels residus sòlids urbans s’han de sotmetre prèviament a un “procés de selecció i de separació”. Desprès s’aplica un “reciclatge mecànic” a fi d’obtenir plàstic en forma de grànuls.
Tecnologia Els plàstics
10
Treball amb plàstics
Mesurar i traçar: flexòmetre, llapis, regles, escaires, compàs, punxó, ...
Plegament i doblegament (conformació): plegadora de plàstics, doblegadora de plàstics i altres com bufador de gas, eixugador, ...
Tallament: estisores, cúter, talladora de porexpan, i serradura: xerrac,
arc de serra, serra de vogir manual o elèctrica
Trepatge: barrina (manual) i trepant portàtil o de columna (elèctric)
Encolada (unions fixes): coles termofusibles amb pistola, adhesius instantanis (cianocrilat), adhesius per plàstics rígids (poliuretà) i adhesiu especial per a porexpan (neoprè)
Cargolament (unions desmuntables): perns, femelles i dinerets.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
23
TEMA 2 – MÀQUINES I MECANISMES
ÍNDEX
1. Introducció
2. Components d’una màquina
3. Mecanismes. Definició i classificació.
4. Mecanismes de transmissió.
4.1. Transmissió de moviment lineal.
4.2. Transmissió de moviment circular. Relació de transmissió.
5. Mecanismes de transformació.
5.1. De moviment circular a rectilini.
5.2. De moviment circular a lineal alternatiu.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
24
1. Introducció
Vivim envoltats de màquines i aparells: cotxes, rellotges, televisors, rentadores, telèfons mòbils,
etc. En totes elles, des de les més simples, com un obridor, fins a les més complexes, com un
robot, es produeix una transformació d’energia.
Les màquines són aparells que redueixen l’esforç i el temps necessari per a fer un treball.
Les màquines simples són les que desenvolupen el seu treball en un únic pas.
2. Components de les màquines
Les màquines poden arribar a ser molt complexes. No obstant això en la majoria d’elles podem
trobar els elements següents:
Estructura. Conjunt d'elements que protegeixen a la resta dels components i serveixen
de suport per a col·locar-los.
Motor. Dispositiu que s'encarrega de transformar qualsevol forma d'energia en energia
mecànica. Els més habituals són els elèctrics i els tèrmics.
Mecanismes. Són els elements que transmeten i transformen les forces i els moviments.
Circuits. Els components a través de què es transporta la matèria o l'energia d'un lloc a
un altre de la màquina
Actuadors. Són els elements que fan l’acció desitjada final.
Dispositius de comandament. Són els que permeten governar la màquina perquè
funcione correctament.
Algunes màquines no tenen algun d'estos elements i altres, les anomenades màquines
automàtiques, incorporen a més a més:
Automatismes. Són elements capaços d'executar alguna seqüència d'operacions sense cap
intervenció manual.
Sistema de control. És el dispositiu que regula el funcionament dels automatismes.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
25
Activitat 1. Completa l’esquema de funcionament d’una màquina
Treball
Activitat 2. Enumerar i identificar els elements que componen les següents màquines.
2. Mecanismes. Definició i classificació.
Si observem el nostre entorn, comprovarem que estem envoltats de màquines que es mouen,
bicicleta, balancí del parc, corriola, grua… Què fa possible el moviment d’aquests objectes?
En tots els exemples es necessita un element motriu o motor que origina el moviment. El
moviment produït pel motor es transforma o transmet a través dels mecanismes als elements
receptors o conduïts.
MOTOR RECEPTOR o ACTUADOR MECANISMES
INFORMACIÓ
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
26
Els mecanismes són elements destinats a transmetre i transformar forces i moviments
des d’un element motor a un element receptor. En esta transmissió és possible:
Augmentar o disminuir la velocitat, la qual cosa va associada amb una disminució o
augment de la força transmesa.
Variar l’angle de l’eix de gir.
Canviar de sentit.
Canviar el tipus de moviment (rectilini, circular, lineal alternatiu)
Activitat 3. Observa la màquina de guerra inventada per Leonardo de Vinci. Aprofitava per a
rebutjar els atacs enemics per una muralla. Contesta:
a) Augmenta o disminueix la velocitat?
b) Varia l’angle de l’eix de gir del mecanisme?
c) Canvia el sentit de gir?
d) Varia el tipus de moviment?
e) Cóm podries augmentar la velocitat de les pales?
Activitat 4. Identifica en les següents màquines l’element motor, l’element receptor i el tipus de
moviment de cadascú d’ells. Digues si hi ha canvi del tipus de moviment.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
27
Classificació dels mecanismes. Segons la funció que desenvolupen:
Mecanismes de transmissió
Transmeten el moviment, la força i la potència del motor al receptor. El receptor conserva el
mateix tipus de moviment que el motor. Poden variar el sentit i/o la velocitat (la potència
associada). Poden ser de dos tipus: de transmissió de moviment lineal i de moviment
circular.
Mecanismes de transformació de moviment.
Canvien el tipus de moviment del motor en altre que interessa en el receptor. Poden ser de
transformació de circular a lineal o de circular a lineal alternatiu.
3. Mecanismes de transmissió.
3.1. Transmissió de moviment lineal.
A partir del moviment rectilini del motor, produeixen el moviment rectilini en el receptor.
La palanca
La palanca és una barra rígida que oscil·la sobre un punt de recolzament o fulcre.
En totes les palanques es poden diferenciar els següents elements:
- Resistència (R): la càrrega o la força que s’ha de
vèncer.
- Potència (P): la força aplicada.
- Fulcre (F o ∆): punt de recolzament.
- Braç de la potència (BP): distància entre el fulcre
i el punt on s’aplica la força.
- Braç de la resistència (BR): la distància entre el fulcre i el lloc on es troba la resistència.
Una palanca es troba en equilibri quan es compleix:
Llei de la palanca: R x BR = P x BP
La força que s’ha d’aplicar per a vèncer una càrrega és: P = R x ( BR/BP )
Poden donar-se els següents casos:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
28
o BP = BR P = R no hi ha guany mecànic, necessitem per vèncer
la resistència la mateixa força que si no utilitzarem la palanca, però segur que serà més
còmode amb ella.
o BP < BR P > R hem de fer més força per moure la càrrega que
sense la palanca.
o BP > BR P < R hi ha guany mecànic, per tant amb una força
menuda podem moure una càrrega molt gran!
Les palanques es classifiquen, segons la posició relativa entre resistència, potència i fulcre, en
tres classes:
Palanques de primer gènere: el fulcre es troba
entre la potència i la resistència. Exemples:
tisores, alicates. Pot haver o no guany mecànic.
Palanques de segon gènere: la resistència es
troba entre el fulcre i la potència. Exemples: el
carretó de mà, el trencanous. En este tipus de
palanca sempre hi ha guany mecànic
Palanques de tercer gènere: la potència
es troba entre el fulcre i la resistència. Mai
proporcionen un guany mecànic.
S’utilitzen per a vèncer forces menudes.
Exemples: pinces, canya de pescar.
Activitat 5. Identifica el gènere de les següents palanques.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
29
Activitat 6. Indica cap a on s’inclina la balança o si està en equilibri. Raona la resposta
Activitat 7. Calcula la força que cal exercir per a alçar una càrrega de 48N amb aquest carretó.
De quin gènere és la palanca?
1.5 m 0.5m
La politja .
La politja o corriola és una màquina simple formada per
una roda que gira al voltant d’un eix accionada per una
corda o corretja. Pot ser de dos tipus:
o Politja fixa: la seua posició no varia mentre gira.
No genera cap avantatge en l’aplicació de les
forces (P = R) però sí que fa més còmode el fet
de moure càrregues perquè ens ajudem amb en
nostre pes.
o Politja mòbil: s’anomena així al conjunt format per
una politja fixa i una altra mòbil. Aquesta última es
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
30
pot desplaçar verticalment i sobre ella es col·loca
la càrrega que cal moure. Hi ha guany mecànic
(P =R/2).
S’anomena polispast a un nombre parell de
politges, la meitat fixes i l’altra meitat mòbils. Com
més politges mòbils tinga el polispast menor serà
la força requerida per a alçar una càrrega.
Activitat 8. Indica la força necessària per moure un pes de 100N
3.2. Transmissió de moviment circular.
Transmeten el moviment circular d’un motor a altres parts d’una màquina.
Manovella. És una barra colzada què,
accionada manualment, transmet
moviment de rotació a un eix i als
elements units solidàriament a ell.
Rodes de fregament. La roda motriu arrossega a la roda conduïda pel fregament entre elles que
s’aconsegueix al fer certa pressió una sobre l’altra.
Les rodes de fregament poden ser cilíndriques,
còniques o esfèriques. Si hi ha un nombre parell de
rodes s’inverteix el sentit de gir i si el nombre és no
parell es conserva.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
31
No transmeten grans potències, perquè poden lliscar una sobre l’altra i es desgasten amb
facilitat. Per això s’utilitzen per a transmetre potències menudes entre eixos que estan
relativament prop.
Activitat 9. Investiga de què material es fan les rodes de fregament. Per què?
Politges i corretges.
La transmissió es produeix entre dues politges què es troben sobre eixos separats una certa
distància i estan unides per una corretja tancada, de manera que quan gira una arrossega a
l’altra.
Corretja plana: conserva el sentit de gir Corretja creuada: inverteix el sentit de gir
La transmissió es produeix per fregament entre la politja i la corretja. Per això s’utilitza per
transmetre potències menudes ja que si no patinaria.
Transmeten moviment de gir entre eixos paral·lels o creuats.
Les corretges no s’han de muntar massa tenses (les corretges es desgasten ràpidament) ni
massa fluixes perquè patinen damunt les politges. Les corretges poden ser planes, rodones
trapezoïdals o dentades.
És el sistema de transmissió de moviment circular més fàcil i barat de fabricar, per això s’utilitza
sempre que és possible.
Engranatges
Són peces dentades que transmeten moviment circular entre eixos per l’embranzida de les dents
d’una peça sobre l’altra.
Classificació:
Segons la forma de l’engranatge:
o Cilíndrics transmeten moviment entre eixos paral·lels.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
32
o Cònics transmetent moviment de rotació entre eixos que es creuen formant un angle
entre 0º i180º
Segons la forma de les dents:
o Dents rectes
o Dents helicoïdals
o Dents en V
Segons on se situen les dents: externs i interns.
Un nombre parell d’engranatges inverteix el sentit de gir del motor i nombre no parell el conserva.
.........................................
........................................
.................................. ..........................
......
.......................... ...........................................
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
33
Cargol sense fi-corona
Transmet el moviment circular entre dos eixos que es creuen perpendicularment a l’espai.
o Cada volta del cargol sense fi fa
avançar una, dos o tres dents la corona,
depenent del nombre d’helicoïdals del
cargol.
o El caragol fa girar a la corona però mai
a l’inrevés.
o Permet obtenir moviment circular de
poca velocitat i molta força, muntant un
cargol sense fi en l’eix motor. És el
sistema més reductor.
Tots els engranatges transmeten sense patinar grans potències entre eixos relativament pròxims.
Pinyons i cadenes.
La transmissió per cadena es realitza
mitjançant un parell de rodes dentades
situades a certa distància i unides per una
cadena que encaixa en les dents de les
rodes, de manera que la roda motriu
arrossega la conduïda .
Transmet grans potències sense patinar.
Per evitar que la cadena se`n puga eixir de
les rodes dentades ha de mantenir-se
tensa.
Activitat 10. Indica amb una fletxa el sentit de gir dels diferents elements.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
34
Variació de velocitats en mecanismes de transmissió de moviment circular.
Els mecanismes de transmissió circular no soles s’encarreguen de transmetre el moviment i la
força, sinó també de canviar o regular la velocitat del moviment transmés.
Transmissió simple: el moviment es transmet directament entre dos eixos.
Relació de transmissió (i) : i = N1 /N2
Sent: N2 nº de voltes (rpm) de l’element conduït o receptor i N1 nº de voltes de l’element motor
(rpm)
La relació de transmissió pot ser:
- i > 1 (N1 > N2) l’element motor gira més ràpid que l’element receptor. El sistema
s’anomena reductor.
- i < 1 (N1 < N2) l’element receptor gira més ràpid que l’element motor. El sistema
s’anomena multiplicador:
- i = 1 (N1 = N2) el sistema no modifica la velocitat.
Per a rodes de fregament i politges amb corretges:
sent D2 diàmetre de l’element conduït i D1 diàmetre de l’ element motor.
Per a engranatges, pinyons i cadenes:
sent z2 nº de dents de l’element conduït i z1 nº de dents de l’element motor.
Transmissió composta: és la que es realitza entre més de dos eixos de transmissió.
Per a rodes de fregament, politges i corretges
sent Di diàmetre de la roda i.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
35
Per a engranatges i pinyons amb cadenes
sent zi nº de dents de la roda i.
Activitat 11. Si tenim un motor que gira a 1000 rpm amb una politja de 50 cm acoblada al seu
eix i unida, mitjançant una corretja, a una politja de 10 cm.
a) Quina és la relació de transmissió?
b) Què velocitat té la politja conduïda?
c) És un sistema multiplicador o reductor?
Activitat 12. Indica el sentit de gir, si la politja de l’esquerra girara en el sentit de les agulles del
rellotge. Indica també si són reductors o multiplicadors
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
36
Activitat 13. Un motor gira a 500rpm amb una politja de 20 cm de diàmetre acoblada al seu eix i
està unida, mitjançant una corretja, a una politja de 60cm de diàmetre.
a) Quina és la relació de transmissió?
b) Què velocitat té la politja conduïda?
c) És un sistema multiplicador o reductor?
Activitat14. En un engranatge la roda motriu gira a 40 rpm i la roda conduïda a 120 rpm. Calcula
la relació de transmissió i el nombre de dents de la roda motriu si la conduïda té 10. És
multiplicador?
Activitat 15. El motor d’un cotxe de joguina gira a 3000rpm. Sabries dir a què velocitat giraran
les rodes, tenint en compte que el mecanisme és el de la figura?
Activitat 16. Calcula la relació de transmissió i la velocitat de la corona del sistema
4. Mecanismes de transformació.
Transformen el moviment de rotació de l’element motor en el tipus de moviment que interessa
en l’element receptor.
4.1. Transformació de moviment circular a rectilini.
El sentit del moviment rectilini depén del sentit del moviment de gir.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
37
Caragol-Femella. Està format per un caragol i una femella. En
alguns casos el caragol al girar fa que es desplace
longitudinalment la femella, sempre i quan ésta no puga girar, com
per exemple en el pegament de barra o en el compàs. En altres
casos pot estar fixa la femella i és el caragol el que té un
moviment rectilini a la vegada que gira sobre si mateix, per
exemple en el caragol de banc i els tamborets del taller .
Pinyó-cremallera. Està format per una roda dentada (pinyó) que engrana amb una barra
dentada (cremallera). Es poden donar dos casos:
- El pinyó gira en una posició fixa i produeix un moviment rectilini en la cremallera.
Exemple: direcció d’un cotxe.
- La cremallera està fixa i el pinyó al girar es va desplaçant longitudinalment sobre
ella. Exemple: tren de cremallera.
4.2. De moviment circular a lineal alternatiu.
El sentit del moviment rectilini no depén del sentit del moviment de gir sinó que fa un moviment
de vaivé què es repeteix mentre l’altre element gira.
Sistema biela-manovella. Està format per un element que
gira anomenat manovella (pot ser una roda o una barra) i
per una biela, què és una barra rígida articulada en un
extrem amb la manovella i en l’altre amb un element (èmbol)
que ha d’estar guiat per descriure un moviment alternatiu. És
un mecanisme reversible. Exemples: la màquina de cosir i en
els trens antics.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
38
Cigonyal. Està format per diversos sistemes biela-manovella en un eix comú. És un mecanisme
reversible. Exemples: Motor d’explosió i cavallets de la fira.
Lleva. És un element què gira i què pot tenir qualsevol forma en funció de l’efecte que es vol
produir sobre el seguidor. Aquest és un element guiat que recolza sobre la lleva i fa un
moviment lineal alternatiu.
Excèntrica. És una roda que gira al voltant d’un eix que no
passa pel seu centre. Produeix un moviment alternatiu en el
seguidor.
Activitat 17. En la següent taula, indica el nom dels mecanismes i digues si són de transmissió o
de transformació.
Activitat 18. Realitza el test de mecanismes següent.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
41
Links:
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/html/adjuntos/2007/10/10/0021/index.html
http://ntic.educacion.es//w3/eos/MaterialesEducativos/mem2005/mecanica_basica/index.html
http://clic.xtec.cat/db/jclicApplet.jsp?project=http://clic.xtec.net/projects/mecanism/jclic/mecanism.j
clic.zip&lang=es&title=Los+mecanismos
http://www.aulatecnologia.com/ESO/SEGUNDO/teoria/mecanismos/mecanismos.htm
http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1123
http://www.technologystudent.com/cams/camdex.htm
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
42
TEMA 3- ELECTRICITAT
ÍNDEX
1. Introducció
2. Magnituds bàsiques de l’electricitat. Llei d’Ohm
3. Potència elèctrica
4. Energia elèctrica
5. Corrent continu i corrent altern
6. Aparells de mesura
7. Circuits en sèrie de receptors
8. Circuits en paral·lel de receptors
9. Circuits mixtos de receptors
10. Electromagnetisme. Electroimants. Aplicacions dels
electroimants
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
43
1. Introducció
L’electricitat és una de les formes d’energia més utilitzades per l’ésser humà.. Amb ella
il·luminem el nostre habitatge, fem funcionar els nostres electrodomèstics, mitjans de transport,
màquines, etc.
L’èxit de l’electricitat com a font d’energia es troba en la facilitat per a obtenir-la, transportar-la i
transformar-la en altres tipus d’energia (llum, moviment, so, calor).
La matèria està formada per àtoms, que posseeixen nucli i escorça. En el nucli es troben els
protons (partícules amb càrrega positiva) i els neutrons (partícules sense càrrega elèctrica). En
l’escorça es troben els electrons (partícules amb càrrega negativa) movent-se al voltant del
nucli.
El corrent elèctric és el moviment dels electrons al llarg d’un material conductor.
El camí per on es desplacen els electrons s’anomena circuit elèctric. Els elements d’un circuit
elèctric són els generadors, receptors, conductors, elements de control i elements de
protecció.
2. Magnituds bàsiques de l’electricitat. Llei d’Ohm
Les tres magnituds bàsiques de l’electricitat són el voltatge, la resistència i la intensitat de
corrent.
Voltatge (V) : També s’anomena tensió o diferència de potencial entre dos punts (ddp) d’un
circuit. El voltatge es mesura en volts (V).
-
- -
-
-
-
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
44
La tensió elèctrica és l’energia amb què un generador impulsa els electrons que circulen per un
circuit elèctric.
Els generadors elèctrics són els dispositius que mantenen la tensió entre els seus borns i tenen
com a funció subministrar corrent elèctric al circuit.
Resistència elèctrica (R): La resistència elèctrica es mesura en ohms (Ω)
La resistència elèctrica és l’oposició d’un material al pas del corrent elèctric.
La resistència d’un conductor depén de la resistivitat (ρ), longitud i secció del conductor.
On R es mesura en Ω, L en m., S en m2 i ρ en Ω·m
Intensitat del corrent elèctric (I): La intensitat de corrent elèctric es mesura en amperes (A)
La intensitat de corrent elèctric és la quantitat de càrrega elèctrica que circula per la secció d’un
conductor en un segon.
On I es mesura en amperes (A), Q en coulombs (C) i t en segons (s).
1 C = 6,25. 10 18 e-
Llei d’Ohm: La intensitat que travessa un conductor és directament proporcional a la diferència
de potencial entre els extrems i inversament proporcional a la resistència del conductor.
On R es mesura en ohms (Ω), I en amperes (A) i V en volts (V).
3. Potència elèctrica
La potència és l’energia que subministra un generador o consumeix un receptor en la unitat de
temps.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
45
On P es la potència elèctrica expressada en watts (W), E es l’energia expressada en Joules (J) i t
el temps en segons (s). V és la tensió expressada volts (V) i I la intensitat de corrent elèctric
expressada en amperes (A).
4. Energia elèctrica
L’energia elèctrica és la forma d’energia present en el corrent elèctric. Depén de la potència de
l’aparell i del temps que estiga en funcionament.
L’energia elèctrica és la potència consumida per la unitat de temps:
E = P· T = V·I ·t
On E s’expressa en Joules (J), P en watts (W), V en volts (V), I en amperes (A) i t en segons (s).
L’energia en el sistema internacional s’expressa en Joules (J), 1 J= 1 W·s
L’aparell que mesura l’energia elèctrica és el comptador elèctric. Generalment aquest aparell
mesura l’energia en kilowatt-hora (KWh).
5. Corrent continu i corrent altern
Segons el sentit del corrent en un circuit podem distingir dos tipus de corrent: corrent continu
(CC) o corrent altern (CA).
Corrent continu:
El corrent continu sempre va en el mateix sentit, el qual s’ha establert per conveni des del born
positiu al negatiu del generador de corrent continu (encara que el sentit real dels electrons és del
negatiu al positiu).
Sentit convencional
Sentit real
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
46
El voltatge en corrent continu és constant i, normalment, de pocs volts. La intensitat en corrent
continu també és constant.
Els generadors de corrent continu són les piles, bateries o dinamos.
Els aparells portàtils, com els reproductors de música, telèfons mòbils, ordinadors portàtils, eines
elèctriques, etc., funcionen amb corrent continu. Alguns aparells connectats a la xarxa elèctrica
també funcionen amb corrent continu i en eixe cas tenen una font d’alimentació interna que
transforma el corrent altern de la xarxa en continu. És el cas dels ordinadors, els halògens i altres
aparells.
Corrent altern:
El corrent altern no va sempre en el mateix sentit. Els electrons canvien de sentit de circulació un
nombre constant de vegades cada segon. A Europa, el corrent altern varia 50 vegades cada
segon per la qual cosa es diu que té una freqüència de 50 hertzs (Hz).
El voltatge en corrent altern no és constant i arriba a valors de centenars de volts. La intensitat
en corrent altern tampoc és constant. El voltatge i la intensitat en corrent altern varien amb forma
sinusoïdal com indica la següent gràfica:
t
t
V
I
t
V
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
47
S’anomena tensió eficaç d’un corrent altern el valor de la tensió que hauria de tenir un corrent
continu perquè ambdós produïren la mateixa energia. A Europa la tensió eficaç és de 230 V.
Els generadors de corrent altern s’anomenen alternadors.
Els aparells que funcionen amb corrent altern són els electrodomèstics (rentadora, nevera, etc.) i
circuits d’il·luminació.
6. Aparells de mesura
Aquests aparells es poden usar tant en corrent continu com altern.
Els aparells de mesura més comuns són:
Amperímetre: Serveix per a mesurar la intensitat. Es connecta en sèrie amb l’element en què
es vol mesurar la intensitat. Símbol:
Voltímetre: Serveix per a mesurar la tensió. Es connecta en paral·lel amb l’element en què es
vol mesurar la tensió. Símbol:
Ohmímetre: Serveix per a mesurar la resistència. Es posa en paral·lel amb l’element del què
es vol mesurar la resistència i sense tensió. Símbol:
El polímetre, també anomenat multímetre o tester, serveix per a mesurar la tensió, resistència i
intensitat de corrent.
L’aparell que mesura la potència elèctrica és el watímetre.
Tots els aparells de mesura poden ser analògics o digitals.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
48
7. Circuits en sèrie de receptors
Els receptors en un circuit en sèrie es connecten l’un a continuació de l’altre.
Característiques d’un circuit sèrie:
La intensitat de corrent és la mateixa en totes les resistències.
IT = I1 = I2 = I3 = VT / RT
El voltatge de la pila (VT) és igual a la suma dels voltatges de cada resistència.
VT = V1 + V2 + V3
La resistència total (RT) és igual a la suma de les resistències:
RT = R1 + R2 + R3
8. Circuits en paral·lel de receptors
Els receptors d’un circuit en paral·lel es connecten entre si per un extrem i per l’altre.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
49
Característiques d’un circuit paral·lel:
El voltatge és el mateix en totes les resistències i igual al de la pila.
VT = V1 = V2 = V3
La intensitat de corrent que ix de la pila és igual a la suma de les intensitats en cada
una de les resistències.
IT = I1 + I2 + I3 = VT / RT
La resistència total és igual a:
9. Circuits mixtos de receptors
El circuit mixt és una combinació de receptors en sèrie i paral·lel. La connexió més simple és:
Característiques d’un circuit mixt:
La resistència total del circuit és:
La intensitat que circula per la resistència R1 és igual a la intensitat total que ix de la
pila (IT).
La tensió en R1 és: V1 = R1 · I1
La tensió V2 ( tensió en R2) és igual a la tensió V3 (tensió en R3) i igual a:
V2 = V3 = VT – V1
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
50
La intensitat I2 (intensitat en R2) i la intensitat I3 (intensitat en R3) es calculen aplicant la
llei d’Ohm a cada resistència:
10. Electromagnetisme. Electroimants: aplicacions
ELECTROMAGNETISME:
Christian Oersted es va adonar que si apropava un cable elèctric a una brúixola, l’agulla
d’aquesta (què és un imant) es movia. Amb aquesta experiència es comprova que el corrent
elèctric que circula per un cable és capaç de crear un camp magnètic al seu voltant. Igualment,
un camp magnètic en moviment por induir un corrent elèctric en un conductor. Aquest fenomen
d’interacció entre electricitat i magnetisme s’anomena electromagnetisme.
ELECTROIMANTS:
Una de les aplicacions més freqüents del electromagnetisme són els electroimants. Un
electroimant és un component elèctric que es comporta com un imant quan pel seu interior
circula un corrent elèctric. Està format per una bobina de fil conductor (amb aïllant) enrotllada
al voltant d’un nucli de ferro o acer. Els electroimants tenen un pol Nord (N) i un pol Sud (S) com
els imants permanents, però se’n diferencien en que aquests pols només es manifesten quan
l’electroimant està connectat al corrent elèctric.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
51
Un dels avantatges dels electroimants és que es poden controlar variant el corrent que travessa
la bobina:
La polaritat d’un electroimant es pot invertir canviant el sentit de circulació del corrent per
la bobina.
La força del camp magnètic es pot intensificar augmentant la intensitat de corrent per la
bobina.
APLICACIONS DELS ELECTROIMANTS:
Els electroimants tenen molts avantatges respecte als imants permanents: es poden connectar
o desconnectar, es pot canviar la seua polaritat i poden ser més potents.
Les aplicacions més comuns són:
Relé: Serveix per a obrir i tancar els contactes d’un circuit
Motor de corrent continu: Transforma el corrent continu en un moviment de gir.
Dinamo: Transforma el moviment giratori en corrent continu
Motor de corrent altern: Transforma el corrent altern en un moviment de gir.
Alternador: Transforma el moviment giratori en corrent altern.
Timbre: Produeix un so en colpejar el martell en la campana atret per l’electroimant.
Transformador: Serveix per a elevar o reduir la tensió alterna.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
52
Activitat 1. Calcula la resistència d’un conductor de coure de longitud 2 m, secció 4 mm2. La
resistivitat del coure és de 1,7·10 -8 Ωm.
Activitat 2. Calcula la intensitat de corrent elèctric que circula per un conductor amb una càrrega
de 5C durant un temps de 10 s.
Activitat 3. Quina intensitat circula per una bombeta de resistència 6 Ω connectada a una pila
de 12 V?
Activitat 4. Calcula:
a) La potència d’un eixugacabells que funciona connectat a la xarxa (230V) i
amb una resistència de 100 Ω.
b) L’energia que consumeix en 30 min.
c) El cost en un mes si el preu de l'energia és 0,1€/kWh.
Activitat 5. Calcula la potència d’un radiador connectat a una tensió de 230 V pel qual circula
una intensitat de 2 A. Quina energia consumeix si el tinc connectat 2 hores?
Activitat 6. Explica la diferència entre corrent continu i corrent altern (amb les gràfiques).
Activitat 7. Indica tres aparells que produïsquen corrent continu i altres tres que hagen de ser
alimentats amb corrent continu.
Activitat 8. Assenyala tres electrodomèstics que s’hagen de connectar directament al corrent
altern.
Activitat 9. Calcula en cada circuit:
a) Resistència total
b) Intensitat total
c) Les tensions i intensitats en cadascuna de les resistències.
Activitat 10. Tenim tres bombetes. una de 100 Ω, una de 180 Ω i una de 240 Ω. En cadascun
dels següents casos dibuixa el circuit que formen connectades a una font d’alimentació de 6 V i
calcula la resistència total del circuit així com la intensitat de corrent que ix de la pila:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
53
a) Les tres bombetes es connecten en sèrie.
b) Les tres bombetes es connecten en paral·lel.
c) Les bombetes de 100 i 180 Ω es connecten en sèrie i en paral·lel amb la de 240 Ω.
Activitat 11. Explica les parts d’un electroimant i com funciona. Escriu tres exemples d’aplicació.
Activitat 12. Escriu els avantatges d’un electroimant respecte d’un imant permanent.
Activitat 13. Amb quins aparells es mesura la intensitat, tensió i resistència? Explica com i els
símbols.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
54
TEMA 4 : ELECTRÒNICA ANALÒGICA
ÍNDEX
1. Introducció
2. Components electrònics passius
2.1. Resistors
2.2. Bobines
2.3. Condensadors
3. Components electrònics actius
3.1 díodes
3.2 transistors
4. Relé
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
55
1. Introducció
L’electrònica s’encarrega de controlar la circulació d’electrons, deixant que passen en major o
menor quantitat amb els dispositius electrònics passius o actius.
La major part dels aparells elèctrics d’ús quotidià funcionen de forma automàtica o
semiautomàtica, controlats per circuits electrònics.
En tot sistema electrònic es poden trobar tres tipus d’elements:
Dispositius d’entrada: proporcionen la informació que necessita l’aparell per al seu
funcionament. Exemples: interruptors, resistors variables...
Dispositius de processament: regulen el funcionament de l’aparell a partir de la
informació d’entrada. Exemples: condensadors, díodes, transistors, xips...
Dispositius d’eixida: produeixen els efectes finals. Exemples: díodes LED,
electroimants, motors...
La majoria dels equips electrònics utilitzen per al seu funcionament corrent continu subministrat
per bateries o per fonts d’alimentació internes que converteixen el corrent altern de la xarxa
elèctrica en corrent continu.
2. Components electrònics passius
2.1 Resistors
Els resistors són components que ofereixen resistència al pas del corrent elèctric.
Es classifiquen en resistors fixos i resistors variables.
Resistors fixos:
Són components que ofereixen oposició al pas del corrent elèctric i s’utilitzen per
a regular la seua circulació, com a limitadors de corrent o per a protegir uns altres
components de corrents massa elevats.
Les característiques que defineixen una resistència són:
Valor nominal: mesurat en ohms
Tolerància : són els límits o desviacions establits pel fabricant per assegurar la
seua precisió.
Potència: és el valor màxim (W) al que pot treballar la resistència sense
cremar-se. P = V·I
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
56
El valor d’aquestes resistències és constant, la seua unitat de mesura és l’ohm (Ω) i
normalment s’identifiquen mitjançant un codi de colors.
Per a potències inferiors a 2 W solen ser de carbó o pel·lícula metàl·lica (el seu valor
s’indica a través d’anells de colors amb un codi) i per a potències majors són
bobinades (el seu valor s’indica directament sobre la resistència).
El símbol de la resistència és:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
57
Exemples d’ús de resistors fixos:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
58
Resistors variables:
Són aquells la resistència dels quals canvia quan varia algun paràmetre físic (llum,
temperatura,...), o bé es pot modificar a voluntat manualment (potenciòmetres).
Potenciòmetres o resistències ajustables: Permeten canviar el valor de la seua
resistència manualment entre zero i un valor màxim que s’indica en l’encapsulatge.
Quan es varia amb una ferramenta s’anomenen resistors ajustables i quan disposa
d’un cursor per a variar-la s’anomena potenciòmetre. S’utilitzen com a resistors
ajustables o com a reguladors de corrent i tensió. Normalment tenen tres terminals
(el central és el cursor i s’alterna amb un dels extrems) . El seu símbol és:
Resistors dependents: La seua resistència varia en funció del paràmetre de què
depenen. Tenim els següents tipus:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
59
Resistor depenent de la llum (LDR): La seua resistència disminueix en
augmentar la llum que reben. S’utilitzen com a detectors o sensors en els
sistemes de control (per exemple l’encesa automàtica d’un fanal). El seu
símbol és:
Exemple de LDR:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
60
Resistor depenent de la temperatura: També anomenats termistors. La
seua resistència varia amb la temperatura. S’utilitzen en els termòstats i
sensors de temperatura. Poden ser de dos tipus:
NTC (Resistor de coeficient de temperatura negatiu): La seua
resistència disminueix en augmentar la temperatura i viceversa. El seu
símbol és:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
61
PTC (Resistor de coeficient de temperatura positiu): La seua resistència
augmenta en augmentar la temperatura i viceversa. El seu símbol és:
Exemple de NTC:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
62
Resistor depenent del voltatge (VDR): També s’anomenen varistors. La
seua resistència disminueix en augmentar el voltatge. S’utilitzen com a
estabilitzadors o limitadors de tensió. El seu símbol és:
2.2. Bobines
És un component passiu que emmagatzema energia en forma de camp magnètic. El seu símbol
és:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
63
2.3. Condensadors
El condensador és un component format per dues plaques conductores, anomenades armadura,
separades per un material aïllant (aire, paper, plàstic, mica) anomenat dielèctric.
La funció del condensador és emmagatzemar càrrega elèctrica.
La característica principal d’un condensador és la capacitat (C), que indica la relació entre la
càrrega elèctrica emmagatzemada (Q) i la tensió aplicada (V): C = Q / V
En el SI la càrrega elèctrica Q es mesura en coulombs (C), la tensió en volts (V) i la capacitat
en farads (F), però és una unitat enorme, per la qual cosa se solen usar submúltiples:
Microfarad: F= 10-6 F
Nanofarad: nF= 10-9 F
Picofarad: pF= 10-12 F
Tipus de condensadors:
Condensadors fixos: Mantenen constant la seua polaritat i capacitat. S’utilitzen
com a filtres o com a temporitzadors. N’hi ha dos tipus:
Polaritzats o electrolítics: Presenten una polaritat que cal respectar. Són
de major capacitat.
No polaritzats: No tenen polaritat, dóna igual com es connecten. Són de
menor capacitat.
Condensadors variables: Estan formats per plaques que es desplacen en girar
un cursor per a canviar-ne la capacitat. S’utilitzen, entre altres coses, com a
sintonitzadors de ràdio.
Fixos no polaritzats Fixos polaritzats Variables
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
64
Càrrega i descàrrega d’un condensador:
Els condensadors són capaços d’acumular energia durant el procés de càrrega i alliberar-la
durant la descàrrega. La durada d’aquest procés vé determinada per la capacitat del
condensador i la resistència del circuit. Per això els condensadors poden actuar com a
temporitzadors (mantenir un llum encés durant un temps o limitar el temps de funcionament
d’un motor). Per entendre el funcionament d’un condensador com a temporitzador hem
d’estudiar la càrrega i descàrrega d’un condensador:
Càrrega d’un condensador: A partir del següent circuit anem a estudiar la càrrega
d’un condensador i el temps de càrrega:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
65
Quan tenim el commutador en la posició de la figura (connectat a la pila), el
condensador es carrega, mentre circula un corrent a través de la resistència R1.
Arribat el moment en què el condensador està totalment carregat (té el mateix
voltatge que la pila), aquest actua com a un interruptor obert i no deixa passar
corrent a través de R1. El temps de càrrega d’un condensador es calcula a partir de
la fórmula: t càrrega = 5·R1·C ( R s’expressa en Ω, C en F i el t càrrega en s.)
Descàrrega d’un condensador: En canviar la posició del commutador (connectat a
la resistència R2), com indica el següent circuit, el condensador es descarrega a
través de la resistència R2, mentre circula un corrent elèctric a través de R2. Quan el
condensador està totalment descarregat, actua com a un interruptor obert i no deixa
passar el corrent elèctric. El temps de descàrrega d’un condensador es calcula a
partir de la fórmula: t descàrrega = 5·R2·C ( R s’expressa en Ω, C en F i el t càrrega en
s.)
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
66
Activitat 1: Calcula el temps que tardarà en carregar-se un condensador de 4700 μF què
està en sèrie amb una resistència de 1000 Ω.
Activitat 2: Quant de temps lluirà una bombeta que es connecta al condensador de
l’exercici anterior una vegada carregat si la bombeta té una resistència de 200 Ω?
3. Components actius
Els components actius poden amplificar o atenuar els senyals. Estan fabricats amb
materials semiconductors (silici, germani o arsenur de gal·li). Els més importants són els
díodes i els transistors.
3.1. Díodes
Estan compostos per dos materials semiconductors, un del tipus N (amb un excés
d’electrons) i un altre del tipus P (amb un defecte d’electrons). La unió d’aquests dos
materials forma un díode. El terminal unit al material tipus N s’anomena càtode o terminal
negatiu (K) i el terminal unit al material tipus P s’anomena ànode o terminal positiu (A).
Els díodes són components actius que condueixen el corrent elèctric en un sentit i el
bloquegen en el contrari.
Tipus P Tipus N +
Ànode
_
Càtode
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
67
El símbol d’un díode és:
Els díodes poden treballar en polarització directa o polarització inversa:
En polarització directa el díode actua com un interruptor tancat i en polarització inversa
com un interruptor obert:
Tipus de díodes segons la seua funció:
Díodes ordinaris:
Es poden utilitzar com a rectificadors per convertir el corrent altern
en corrent continu. També per protegir components.
- cátodo
+ ánodo
Ànode
+
Càtode
_
El corrent únicament circularà quan
l’ànode estiga connectat al + de la
font d’energia i el càtode al -. En
aquest cas es diu que el díode està
connectat en polarització directa.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
68
Díodes LED (díode emissor de llum):
Emeten llum quan el corrent els travessa. S’utilitzen com a
indicadors visuals i en displays. Els LED funcionen normalment a 2 V i 10 mA. Per
obtenir la tensió correcta en aquest, en un circuit es connectarà una resistència en
sèrie amb ell.
Exemple:
Díodes zener:
És un díode que funciona polaritzat inversament.
S’utilitza com a estabilitzador de tensió per mantenir la tensió fixa en alguns
components.
3.2. Transistor
Calcula la resistència de limitació que hem de
posar en sèrie amb el LED per a protegir-lo,
sabent: VD = 2V ID = 10mA
RS = (Vcc – VD) / ID = (5 – 2) / 10.10 -3 = 300 Ω
Els transistors són components electrònics actius, de tres terminals, pensats per a
controlar la conducció entre dos d’ells a través de l’altre.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
69
Els transistors estan formats per tres terminals: emissor (E), base (B) i col·lector (C). Els
transistors bipolars són els més habituals i poden adoptar dues possibles configuracions: NPN,
PNP.
Funcionament d’un transistor:
Els transistors poden funcionar de tres formes diferents: en activa (com a amplificador), en tall
(quan per ell no passa corrent) i en saturació (quan per ell passa el corrent màxim).
En els circuits els transistors es poden comportar com a interruptors o com a amplificadors de
corrent.
Símbol dels transistors
NPN i PNP
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
70
Transistor com a interruptor:
Transistor com a amplificador:
Quan per la base del transistor circula un xicotet corrent elèctric, el corrent del col·lector a
l’emissor és molt major.
La relació entre el corrent de la base i el corrent del col·lector s’anomena guany o amplificació
(β): β = IC / IB
Exemples:
Quan en un transistor no existeix corrent en la
base, el transistor funciona en tall i es
comporta com un interruptor obert.
Quan arriba a la base una quantitat de corrent
suficient, el transistor funciona en saturació i
es comporta com un interruptor tancat. El
corrent entre el col·lector i l’emissor és el
màxim.
DETECTOR DE LLUM
Sense llum, la resistència de la LDR és
molt gran, no passa corrent per la base
del transistor, tampoc del col·lector a
l’emissor. El relé no s’activa i el motor no
funciona.
Amb llum, la resistència de la LDR és
molt xicoteta, passa corrent per la base
del transistor, passa un corrent major del
col·lector a l’emissor. El relé s’activa i el
motor funciona.
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
71
4. Relé
Els relés permeten obrir o tancar circuits elèctrics sense la intervenció humana.
El relé està format per :
Un electroimant el qual pot ser activat per un corrent quan s’alimenta amb un voltatge.
Uns contactes els quals es mouen controlats per l’electroimant. Segons el nombre de
contactes el relé funciona com a diferents elements de maniobra:
Símbol d’un relé de 2 contactes:
DETECTOR DE CALOR
Si la temperatura és alta, la resistència
del NTC és xicoteta. Per tant passa
corrent per la base del transistor i passa
un corrent major del col·lector a
l’emissor. El LED s’encén.
Si la temperatura és baixa, la resistència
del NTC és gran. Per tant no passa
corrent per la base del transistor i
tampoc del col·lector a l’emissor. El LED
no s’encén.
Un relé és un interruptor automàtic controlat per l’electricitat.
2 contactes: interruptor
3 contactes: commutador
simple
6 contactes: commutador doble
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
73
Els relés serveixen per a controlar altres circuits. En una instal·lació amb relé tenim dos circuits:
el circuit de control (amb l’electroimant del relé i la font d’alimentació) i el circuit a controlar o
de potència (amb els contactes).
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
74
Exemple d’un circuit amb relé: control d’una bombeta
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
75
Les aplicacions més importants dels relés són:
- Automatismes (porta automàtica, semàfor, ascensor)
- Control de motors elèctrics industrials
- Els primers ordinadors funcionaven amb relés.
Exemples d’aplicació:
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
76
Activitat 1. Identifica la resistència nominal i la tolerància dels resistors següents:
a) Roig, groc, taronja, or.
b) Marró, negre, marró, plata.
c) Verd, gris, negre, marró.
d) Blanc, blau, roig, or.
Activitat 2. Determina el codi de colors que correspondria als resistors següents:
a) 330 Ω ± 1% b) 16 KΩ ± 5%
c) 20 MΩ ± 10% d) 47 Ω ± 2%
Activitat 3. Dels condensadors següents: C1 = 330 μF ; C2 = 2 mF
a) Quin tarda més en carregar-se amb una resistència Rc= 500 Ω?.
b) Quina càrrega aconsegueixen amb una pila de 9 V?.
Activitat 4. Completa la taula de càrrega y descàrrega del condensador a partir de la gràfica:
0 1 2 3 4 5 6 t
9V
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
77
Temps Posició del commutador Condensador
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
Activitat 5. A partir del circuit amb condensador de la figura:
a) Calcula quant de temps tardarà en carregar-se i quina càrrega assolirà el
condensador.
b) Quina resistència caldrà posar perquè es carregue en 10 segons? Quina càrrega
aconseguirà?
Activitat 7. Els LED funcionen amb 2V i 10 mA. Calcula la resistència de protecció que cal
interposar per a encendre el LED de la figura:
R
IES LA MARXADELLA. DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA 3ESO. CURS 2013/14
78
Activitat 8. Indica quines bombetes s’encendran quan es tanque l’interruptor. Raona la resposta.
Activitat 9. Completa el text següent:
Un transistor pot treballar de tres formes:
1- Transistor en tall: El transistor treballa com un interruptor ……………..
2- Transistor en activa: El transistor treballa com un ……………………................... Quan
circula un xicotet corrent per la ………........………., circula un gran corrent pel
………...............………. i el ……………............……….
3- Transistor en saturació: El transistor treballa com un interruptor……........…………….
Activitat 10. Calcula la intensitat del col·lector d’un transistor de guany 200, quan per la base del
transistor circula una intensitat de 0,01 A.
Activitat 11. Explica el funcionament dels següents circuits i indica el nom dels components
electrònics de cadascun: