Electricitat
Corrent elèctric

Electricitat

Electricitat

Tenim dues definicions d'electricitat depenent de si ns referim a fenòmens físics a una escala macroscòpica o a una escala microscòpia.

Amb el terme electricitat ens referim genèricament a tots els fenòmens físics en una escala macroscòpica que involucra una de les interaccions fonamentals, la força electromagnètica, amb particular referència a l'electrostàtica. A nivell microscòpic, aquests fenòmens es deuen a la interacció entre partícules carregades a escala molecular: els protons en el nucli d'àtoms o molècules ionitzades i els electrons. Els efectes macroscòpics típics de tals interaccions són els corrents elèctrics i l'atracció o repulsió dels cossos elèctrics o càrregues.

L'electricitat és la forma d'energia que produeix efectes lluminosos, mecànics, calorífics, químics, etc., i que es deu a la separació o moviment dels electrons que formen els àtoms.

L'electricitat és responsable de fenòmens físics ben coneguts, com l'alleugeriment o l'electrització, i és l'element essencial d'algunes aplicacions industrials, com l'electrònica i l'enginyeria elèctrica a través de senyals elèctrics. Alhora, l'electricitat s'ha convertit en el mitjà de transport més estès per a l'energia en xarxes elèctriques i un dels mitjans de transport més difosos per la informació en telecomunicacions (comunicacions elèctriques). L'electricitat s'ha convertit en el símbol del món modern: il·luminació habitatge, fa que les fàbriques funcionin i fa que les persones distants es tanquin.

L'objectiu final de l'energia solar fotovoltaica és generar electricitat mitjançant els panells solars fotovoltaics. Aquests panells estan compostos de cèl·lules fotovoltaiques que mitjançant l'efecte fotovoltaic aconsegueixen generar un petit corrent elèctric i, per tant, electricitat.

Càrrega elèctrica

La càrrega elèctrica és una d'aquestes entitats que poden ser mesures i utilitzades, però no es pot definir en termes fàcilment comprensibles, ja que, com l'espai, el temps i la massa, no és fàcil donar una definició exhaustiva. Potser la millor manera de definir-ho és observar els seus efectes.

Un objecte equipat amb una càrrega elèctrica exerceix una força a certa distància sobre un altre objecte que té una càrrega elèctrica. A diferència de la gravetat, que fa que un objecte atregui a un altre, els objectes amb càrrega elèctrica poden atreure i repel·lir-se entre si. A més, la gravetat està directament relacionada amb la massa dels objectes en qüestió, mentre que la càrrega elèctrica i la massa no estan en relació quan els objectes estan immòbils.

Els experiments mostren que hi ha dos tipus diferents de càrrega elèctrica. El primer d'aquests es diu càrrega positiva o càrrega +, i està associat amb els nuclis d'àtoms de tots els elements químics. El segon és la càrrega negativa o -, i és pròpia de tots els electrons que envolten el nucli de l'àtom. En general, la càrrega positiva del nucli és exactament igual a la suma de les càrregues negatives dels electrons que l'envolten.

La direcció de les forces, que actuen entre objectes que tenen una càrrega elèctrica, depèn del tipus de càrrega en aquests objectes. Per exemple, si dos objectes tenen el mateix tipus de càrrega, tots dos són positius o tots dos negatius, repel·leixen entre si. Quan els dos objectes tenen càrrega oposada, s'atrauen entre si. Aquesta força d'atracció elèctrica, entre els nuclis positius i els electrons negatius, uneix a aquests últims al nucli.

La quantitat total de càrregues elèctriques roman virtualment constant al món. Com els dos tipus de càrrega tenen efectes oposats, el resultat normal general és la neutralitat elèctrica o l'aparent manca de càrrega. Per tant, per tal d'observar els efectes de la càrrega en quantitats bastant grans de material, caldrà pertorbar l'equilibri normal i produir un excés de càrrega en l'objecte d'una manera desitjada.

Càrrega elèctrica en la matèria

Nombroses substàncies sòlides tenen una estructura cristal·lina, és a dir, els seus àtoms estan disposats en una quadrícula regular tridimensional. No obstant això, en algunes substàncies, els electrons que envolten aquests nuclis no estan estretament lligats.

Sota certes condicions, és possible afegir o treure una bona quantitat d'electrons sense pertorbar seriosament l'estructura cristal·lina. En altres paraules, els nuclis atòmics tendeixen a romandre fixos en la seva posició, però els electrons sovint es poden moure. Per donar una càrrega negativa, només s'ha d'agregar l'excés d'electrons. No obstant això, en relació amb la càrrega positiva i negativa, cal recordar que el més i el menys són signes indicatius d'un estat elèctric, no indicadors d'operacions matemàtiques, com en aritmètica o àlgebra. Quan veiem un signe negatiu aplicat a una càrrega, hem de recordar que només indica un excés d'electrons i no té res a veure amb la resta.

Des d'un punt de vista elèctric, és possible classificar aproximadament totes les substàncies que componen la matèria en dos grans grups. Els tipus de substàncies que contenen una quantitat relativament gran d'electrons lliures, que es poden moure d'un àtom a un altre, es diuen conductors elèctrics. Les substàncies en les quals els electrons no són lliures de moure sota un estrès moderat es diuen aïllants elèctrics.

La majoria dels metalls són conductors d'electricitat, encara que de manera diferent als conductors utilitzats pel sector químic, com les solucions aquoses d'àcids, bases o sals. D'altra banda, la majoria de les substàncies no metàl·liques són elèctricament aïllants. No hi ha un conductor perfecte ni un aïllant perfecte, però en la pràctica, un cert nombre de substàncies serveixen molt bé per a aquest propòsit. Per exemple, la plata, el coure, l'alumini i fins i tot l'acer són sovint adequats com a conductors, mentre que el vidre, la porcellana, la majoria dels plàstics, l'aire sec i la fusta són bons aïllants. En les últimes dècades, l'estudi de la matèria ha portat a la creació de materials que, en condicions extremes, aconsegueixen ser superconductors.

Definició d'electricitat i magnetisme

L'espai al voltant d'un electró o qualsevol altre objecte que tingui una càrrega elèctrica sembla estar en un estat de tensió, anomenat camp elèctric. Això és el que interfereix amb els camps elèctrics d'altres objectes carregats elèctricament i causa les forces mútues típiques d'aquests objectes. Però si es fa un moviment als electrons, el seu camí està envoltat per un altre camp nou, anomenat camp magnètic. La intensitat d'aquest camp és directament proporcional tant al nombre d'electrons en moviment com a la velocitat a la qual es mouen, és a dir, al corrent.

Per tant, si es passa un corrent a través d'una bobina, és a dir, un conjunt de bobines disposades convenientment, de filferro de coure, aquesta bobina de filferro es comportarà com un imant d'acer, atreure o repel·lir altres rodets similars d' fil. Enrotllant una bobina a tal en una estructura de ferro o nucli, reforçarà el camp magnètic produït. Si té diverses bobines de filferro al voltant d'un nucli de ferro, lliure per girar, col·locant-los en el camp de gran intensitat d'una sèrie de bobines fixes, travessat pel corrent, proporcionaran forces mecàniques substancials. Aquests rotaran els rodets mòbils, que realitzaran un treball mecànic.

Aquest dispositiu es diu motor elèctric. Actualment, els motors elèctrics operen tot tipus de maquinària, des dels delicats exercicis del dentista fins a les gegantines màquines de les fàbriques modernes. Hi pot haver molts motors elèctrics en una casa moderna, des de la caldera d'oli fins la nevera, etc.

L'electricitat mitjançant corrent altern i continu

Fins aquest punt, s'ha esmentat que, en qualsevol circuit donat, els electrons sempre es mouen en la mateixa direcció dins d'ell. Un sistema o un circuit del tipus esmentat anteriorment s'anomena corrent continu o sistema continu. Un exemple d'aquest circuit ve donat per qualsevol circuit alimentat per bateria, per exemple, un flash de magnesi o un sistema elèctric en automòbils. A vegades, però, el corrent no es manté constant, tant en termes de força com de significat. S'utilitzen nombrosos circuits elèctrics en els quals el corrent inverteix regularment la direcció del seu flux en el circuit.

Aquest tipus de circuit es diu corrent altern. Els circuits elèctrics més comuns i més utilitzats són de corrent altern. En un circuit de corrent altern, la freqüència també s'ha d'especificar, a més d'especificar la intensitat del corrent i la tensió del circuit, com és suficient per al circuit de corrent continu. La freqüència mesura la meitat del nombre de vegades que el corrent canvia de direcció en un segon.

On la corrent i la tensió canvien, com passa contínuament en els circuits de CA, cal considerar l'efecte de la reactància. Com ja es va esmentar, el corrent sempre genera un camp magnètic. Quan el corrent canvia, el camp magnètic causat per ell canvia i això causa una força contraelectromotriu. Per tant, en un circuit de corrent altern, la tensió aplicada ha de superar l'oposició del camp magnètic que varia, a més de la resistència comuna del circuit.

L'oposició trobada pel corrent altern s'anomena reactància inductiva, i es deu al canvi del seu camp magnètic. Com hem vist, els electrons sempre es repel·leixen entre si, seguint l'acció recíproca dels seus camps elèctrics. Per tant, un electró que es mou en un conductor pot obligar els que estan en un altre a moure, fins i tot si els dos conductors estan aïllats l'un de l'altre.

Per tant, pot succeir que un corrent altern pugui fluir fins i tot a través d'un aïllador perfecte, mentre que un continu no pot fer-ho (per descomptat, cap electró es mou realment a través de l'aïllador, però són els seus camps elèctrics interactuants els que produeixen els desplaçaments esmentats anteriorment.). Aquest interessant efecte s'explota en dispositius anomenats condensadors, sovint es fa servir per a circuits de corrent altern. Per tant, un corrent altern aparentment pot fluir a través d'un condensador però no sense trobar alguna oposició.

L'oposició al flux de corrent altern causa de l'acció del condensador es diu reactància capacitiva. La reactància inductiva, la reactància capacitiva i la resistència d'un circuit es diuen, com un tot, la impedància d'un circuit. En controlar la quantitat de reactància inductiva i capacitiva en un circuit, es poden observar alguns efectes interessants. Un dels efectes més importants és la ressonància. Gràcies a aquest efecte, el circuit es pot fer ressonar, és a dir, travessat per un corrent altern d'una freqüència particular, ignorant de manera absoluta els d'altres freqüències que també poden estar presents. És gràcies a l'ús de la ressonància que pot ajustar la ràdio o la TV en una estació d'emissió en particular, excloent als altres.

valoración: 4 - votos 2

Última revisió: 21 de desembre de 2017

Tornar