Electricitat: conceptes fonamentals i magnituds elèctriques

Ò PT 1 M

BLOC D'OFICIS

ELECTRICITAT: MAGNITUDS ELECTRIQUES

Magnituds electriques. Conceptes bàsics d'electricitat. Intensitat del corrent electric. Potencial electric. Resistencia elèctrica. Tipus de circuits. Corrent contínua i alterna. Corrent trifàsica. Potència elèctrica. Mesures de seguretat amb risc elèctric. Contacte elèctric directe i indirecte. Efectes de l'electricitat sobre l'organisme. Intensitat. Resistencia al cos. Tensió de seguretat. Freqüència i forma de la corrent. Electricitat estàtica.

Temari Bombers/es de la Generalitat

Optim 2023

Edició 3Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELECTRIQUES

ø PT 1 M

Cada apartat del sumari redirigeix al lloc on es troba l'apartat en qüestió.

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELÈCTRIQUES

SUMARI

1. CONCEPTES BASICS D'ELECTRICITAT
1. ELECTRICITAT
2. ELECTRONS
1. Carrega electrica (Q)
2. Coulombs (C) i Llei de Coulomb
3. MATERIALS ELÈCTRICS
4. ELECTROMAGNETISME
1. Camp electric
2. Camp magnetic
2. MAGNITUDS ELECTRIQUES
1. CÀRREGA ELÈCTRICA (Q)
2. INTENSITAT DEL CORRENT ELÈCTRIC
3. VOLTATGE
4. RESISTÊNCIA ELÈCTRICA
5. LLEI D'OHM
6. POTÈNCIA ELÈCTRICA
7. IMPEDÀNCIA (Z)
8. ENERGIA O CONSUM ELÈCTRIC (E)
9. LLEI DE FARADY O FORÇA ELECTROMOTRIU (FEM)
10. APARELLS DE MESURA
3. TIPUS DE CIRCUITS
1. CIRCUIT SIMPLE
2. CIRCUIT EN SÈRIE
3. CIRCUIT EN PARAL·LEL
4. CIRCUIT MIXTA
5. CURT CIRCUIT
4. CORRENT CONTINU I ALTERNA
1. CORRENT CONTINU
2. CORRENT ALTERN
1. Freqüència i forma del corrent altern

ø PT 1 M

1. CORRENT MONOFÀSIC I TRIFÀSIC
1. CORRENT MONOFÀSICA
2. CORRENT TRIFÀSIC
1. Funcionament
2. Generador
3. Motors electrics
2. MESURES DE SEGURETAT AMB RISC ELÈCTRIC
1. RISCOS I PERILLS ELÈCTRICS PER A LES PERSONES
2. EFECTES DE L'ELECTRICITAT SOBRE L'ORGANISME
3. DISTÀNCIES DE SEGURETAT PER TREBALLS ELECTRICS RD 614/2001
4. RESISTENCIA AL COS
5. TENSIÓ DE SEGURETAT ITC-BT-36
6. LES 5 REGLES D'OR
7. CONTACTE ELECTRIC DIRECTE I INDIRECTE ITC-BT-24
8. ESQUEMES DE DISTRIBUCIÓ
3. ELECTRICITAT ESTÀTICA

Pagina 2 Pàgina 3Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELECTRIQUES

1. Conceptes bàsics d'electricitat

1.1. Electricitat

L'energia elèctrica o electricitat:

• És un fenomen físic on les particules (atoms) de les quals està formada la materia intercanvien electrons.
• És dona, normalment, en materials que faciliten aquest intercanvi (conductors) quan s'aplica una diferencia de tensió o potencial en dos punts de l'element.
• Per obtenir-la, cal generar i controlar el moviment dels electrons.

1.2. Electrons

• Són particules subatomiques que es troben girant en orbites al voltant del nucli de l'àtom.
• Tenen una carrega elemental negativa (-1,6-10-19C).
• Per a la generació i conducció d'electricitat, calen materials que permetin el transport d'electrons amb facilitat, anomenats conductors.

Moviment dels electrons Existeix un corrent elèctric No existeix corrent electric Mateix sentit dels electrons Electrons lliures Del pol + al - Absencia de corrent electric Sentit teoric (o convencional) corrent electric Sentit real corrent electric Del pol - al + Pila

• La força que obliga els electrons a circular per un conductor depèn de la diferencia d'electrons existents en els extrems d'aquest conductor.
• Per adquirir càrrega elèctrica, és a dir, per electritzar-se, els cossos han de guanyar o perdre electrons.
• Totes les particules conegudes, tenen càrregues elèctriques en múltiples enters d'electrons.

1.2.1. Coulombs (C) i Llei de Coulomb

• El Coulomb és una derivada del S.I. que mesura la quantitat de carrega elèctrica (Q) transportada en 1 segon per un corrent electric d'1 Amper d'intensitat.

1 electró = - 1,6 · 10-19C 1C = 6,24 . 1018 electrons 1C= 1 Amper . 1 segon

• La Llei de Coulomb o Electroestàtica es fa servir per calcular la força elèctrica entre dos càrregues en repòs, les quals depenen del medi on es trobin.

F = k. 91 92 AN [N]k -> Constant de Coulomb. (en el buit) = 9.109 N ·m2 Pàgina 4 F= Força d'atracció. q, i q2 = valor de les carregues en Coulombs d = distancia en metres

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELECTRIQUES

Exemple:

• Si la força resultant és negativa, les càrregues s'atreuen.
• Si pel contrari, la resultant és positiva, es repel·liran.

91.92 · F = 9.109 +3. (-2) 32 Conclusions

• Els cossos carregats els afecta una força d'atracció o repulsió.
• El valor d'aquesta força és proporcional al valor de les seves carregues.
• La força és inversament proporcional al quadrat de la distància que els separa.

Repulsió Atracció .+ - -

1.3. Materials electrics

Els materials depenent de la capacitat de "desprendre's" d'electrons (resistivitat), poden ser:

. Conductors. . Aillants. · Semiconductors. · Superconductors.

· Materials principalment metàl-lics.

Conductors

• Baixa resistència elèctrica que facilita la circulació dels electrons.
• Tenen d'1 a 3 electrons en l'ultima capa d'electrons de l'àtom (capa de valència).

· Poden ser conductors o aïllants.

Semiconductors

• Depèn de si apliquem sobre ells pressió, temperatura, camp elèctric o magnetic.
• Poden deixar passar més corrent en un sentit que en l'altre, mostrar una resistencia variable, etc.

Aïllants (dielectrics)

• No deixen circular els electrons.
• Generalment, són sòlids com plàstics, o gasos com Hexafluorur de sofre (SF6).

Superconductors

• Són materials que presenten una resistencia practicament nul-la degut a portar-los per sota de la seva temperatura crítica.
• L'alumini i l'estany són dos dels metalls més utilitzats.

3 m + 3C - 2C b 92 F = k · 12 F = - 6 . 10º N .+ Pàgina 5 0 PT 1 M PT 1 MTemari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELECTRIQUES

0 PT 1 M PT 1 M

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELÈCTRIQUES

• Multiplicant la Intensitat del camp electric per una carrega qualsevol (que es trobi dins el mateix camp) podem trobar la força que rebrà.

F = q · E [ unitats: Newtons ]

1.4.2. Camp magnetic

• És un camp de força que es produeix quan hi ha un imant, una carrega (electró) en moviment o un corrent electric (moltes carregues en moviment).
• Quan una càrrega elèctrica es mou dins un camp magnetic apareix la Força de Lorentz:

F=q (VxB) F= q (Velocitat x Camp magnetic (B))

Corrent electric B D Camp magnetic

• Si la càrrega no es mou (vel = 0) la força també = 0.
• Quan el camp magnètic és produït pel moviment d'electrons, parlem d'electromagnetisme, que és la combinació d'un camp electric i un camp magnetic.
• La regla de la mà dreta (imatge): si marquem la direcció del corrent electric amb el polze, els altres quatre dits ens indiquen la direcció del camp magnètic.

2. Magnituds elèctriques

2.1. Càrrega elèctrica (Q)

• En la física moderna, la carrega electrica és una propietat intrínseca de la matèria responsable de produir les interaccions electroestàtiques.
• És el camp de força que genera una carrega.
• Aquest camp afectarà les particules situades dins el camp d'influència.
• La càrrega elèctrica d'un àtom material pot ser:
• Negativa (Anió): Té més electrons que protons.
• Positiva (Catió): Té menys electrons que protons.
• Neutra: Té igual nombre d'electrons que de protons.
• Unitat de mesura: Coulombs (C), Ampere x segon, Q=I.t.

2.2. Intensitat (I)

• És la quantitat d'electrons que circulen per un conductor en 1 segon.
• Unitats S.I .: Ampere = (Q) Coulomb (t) segon
• Calcul en la Llei d'Ohm: I=
• Símil hidraulic: cabal.

Potència Watts Intensitat Amperes 12 Ř P V. W A VP.R V Y P R·I P Volts Tensió Ohms Resistencia

1.4.1. Camp elèctric

• És el camp de força que genera una càrrega.
• Aquest camp afectarà les particules situades dins el camp d'influência.
• La intensitat vectorial del camp elèctric es:

E = k ], [ unitats: Newtons Coulombs ] k = constant de Coulomb al buit = 9 . 109 N . m2 q = valor de la carrega principal en Coulombs d = distancia en metres de la "q " al lloc on es vol calcular la E S N S N S N S IN N 9.9 90 E Material Resistivitat (a 20°) 22 . mm2/m Plata 1,6 x 10-2 Coure 1,7 × 10-2 Or 2,2 × 10-2 Alumini 2,7 x 10-2 Wolframi 5,3 x 10-2 Níquel 7 x 10-2 Ferro 9,8 x 10-2 Platí 10,4 x 10-2 Estany 11 x 10-2

1.4. Electromagnetisme

• És l'estudi de:
• Les carregues electriques.
• El camp magnetic generat per un corrent electric.
• L'efecte d'un camp magnetic en un corrent electric.
• És la base del funcionament dels motors i generadors elèctrics.

Pàgina 6 Pàgina 7 Ř R·12

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELÈCTRIQUES

2.3. Voltatge (V, anomenada també Tensió o diferencia de potencial.)

• És l'energia necessaria per moure una càrrega (electró) d'un punt a un altre.
• Unitat: V = Joule/Coulomb
• Calcul en la Llei d'Ohm: V= I . R
• Símil hidraulic: Pressió.
• Potencial electric: Diferencia de tensió o voltatge entre dos punts.

2.4. Resistència (R)

• És la unitat que mesura l'oposició al pas del corrent electric en un volum de material concret.
• Unitat: 22 (ohm)
• Calcul en la Llei d'Ohm: R = V I
• Símil hidraulic: Perdues de carrega.

longitud (m) . R = P superficie (mm2)

• Resistivitat (p) o Resistència específica: Oposició intrínseca que presenta un material concret al pas del corrent elèctric.
• Unitat: Q . mm m
• Conductància (o): Inversa (contrari) de la resistencia.
• Unitat: o = Siemens = 1
• Conductivitat (G) o Conductància especifica: És la capacitat intrínseca que te un material a deixar passar el corrent electric. El contrari de la Resistivitat.
• Unitat: G = t G = Si Siemens (S) metre (m) P = 1
• Efecte Joule: Despreniment d'energia en forma de calor en els conductors d'un circuit.
• La formula per calcular aquestes pèrdues energètiques esdevé de desenvolupar la fórmula d'energia següent:

Energia = Potencia x Variació de temps Substituïm la Potencia per la seva equivalent -> P = Voltatge x Intensitat. Substituïm el Voltatge per la seva equivalent aplicant la Llei d'Ohm-> V = Intensitat x Resistencia E= P . t = V · I · t =(I · R) . I . t=P . R . t=[Joules]

0 PT 1 M PT 1 M

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 13: ELECTRICITAT. MAGNITUDS ELÈCTRIQUES

2.5. Llei d'Ohm

• Llei fonamental de l'electricitat que relaciona la densitat de corrent que circula per un conductor i el camp electric aplicat.
• En la majoria dels conductors metàl.lics, es pot comprovar que la llei d'Ohm s'escriu com:

Diferencia de potencial (V) = Intensitat x Resistencia AV = IxR

• Podem obtenir els valors d'Intensitat, voltatge i resistència d'un circuit:

I R (I) R I R = I x R I V R V Ī

• Aquesta llei la satisfan els conductors ohmics, en els no ohmics la relació entre la intensitat de corrent electric i la diferencia de potencial no és lineal.

2.6. Potència (P)

• És la quantitat d'energia transferida d'una font generadora a un element consumidor per unitat de temps.

P = W (treball). t (segons) -- > [Watts] = [ segons Joules P = V . I -> [Watts] = [Volts . Ampers].

• Potència activa o útil (P): La potencia efectiva o real que s'aprofita per produir treball.
• Unitats: Watts o kW
• P = V -1.cos Φ.
• Potència reactiva (Q): La potencia que necessita el camp magnetic del motor, no efectiva.
• Unitats VAr o kVAr.
• Q = V · I · sin ®.
• No produeix treball.

Potència aparent (S) Potencia reactiva (Q) Φ Factor de potencia Potència activa o útil (P)

• Factor de potencia (FP o ): Relació entre Si P que mesura l'eficiencia d'un motor o receptor de corrent altern.
• Unitats: Adimensional.
• Valors entre 0 i 1.
• Com més a prop d'1 sigui, el FP serà millor (+ rendiment).

Cosq =-: P. S Pàgina 8 Pàgina 9

• Potència aparent (S): La potència total (activa + reactiva).
• Unitats VA o kVA.
• S = V . I

> S2=P2+ Q2 > S = Vp2 + Q2 R