UD8. L'ELECTRICITAT (IV)

5. REPRESENTACIÓ STANDARD DE CIRCUITS ELÈCTRICS

Un circuit elèctric és una sèrie d'elements elèctrics per exemple resistències, motors, i generadors elèctrics, connectats elèctricament entre si. Això es fa per tal de generar, transportar o modificar senyals elèctrics.

És imprescindible que la comunitat científica es posi d’acord en com representar gràficament els circuits elèctrics, aquesta representació escriptura ha de presentar les següents característiques:

- Ha de ser universal: tothom ha d’emprar la mateixa
- Ha de ser esquemàtica: per tal que es pugui fer de forma ràpida
- Ha de ser unívoca: cada element ha de tenir una única forma de representar-se
- Ha de ser inequívoca: cada element s’ha de representar d’una forma diferent a la resta.

La representació gràfica que s’ha desenvolupat rep el nom de representació Standard de circuits elèctrics, les representacions d’alguns dels elements principals són les següents:

Per tant, podríem representar un circuit d’una bombeta alimentada per una pila i controlada per un interruptor de dues formes:

Forma no Standard // Forma Standard

La representació Standard ha de ser la forma que s’ha d’escollir en tot moment, ja que és més ràpida, no presenta problemes per entendre’s i a més és una representació universal que pot ser entesa per tothom.

ACTIVITATS

1. Què és un circuit elèctric?
2. Per a què serveix un circuit elèctric?
3. Quines són les característiques que ha de tenir la representació de circuits?
4. Què significa que a representació de circuits ha de ser universal?
5. Què significa que a representació de circuits ha de ser inequívoca?
6. Què significa que a representació de circuits ha de ser esquemàtica?
7. Què significa que a representació de circuits ha de ser unívoca?
11. Representa gràficament:

Un motor
Un fil conductor
Un polsador
Una bombeta
Un interruptor
Una pila

12. Quin nom rep la representació que s’ha desenvolupat per a dibuixar circuits elèctrics?
13. Quin mètode s’ha d’emprar sempre per a representar els circuits elèctrics?
14. Justifica la resposta anterior.
15. Representa de forma Standard els següent circuit:

16. Representa de forma Standard els següent circuit:

17. Representa de forma Standard els següent circuit:

UD8. L'ELECTRICITAT (III)

3. ELS ÀTOMS

Per a entendre què és l'electricitat hem de començar amb els àtoms. Els àtoms són petites partícules que són impossible de veure fins i tot amb microscopi. Són els elements amb els quals està fet tot el que es troba al nostre voltant.

Un àtom està compost per protons, electrons i neutrons. El centre d'un àtom es diu “nucli”, allà es troben els protons i els neutrons. Al voltant del nucli es troba l’escorça, on giren els electrons a gran velocitat.

Els protons i electrons tenen una propietat anomenada càrrega elèctrica, la dels protons és de signe positiu i la dels electrons és de signe negatiu. Els neutrons no tenen càrrega, són neutres (per això s’anomenen neutrons).

4. LA FORÇA ELÈCTRICA

Existeix una força que actua entre els cossos que es troben carregats. Aquesta força s’anomena força elèctrica. Aquesta força no la veiem generalment perquè tots els àtoms tenen un número de protons igual al seu número d’electrons i, per tant, la seva càrrega és nul·la (no es troben carregats).

Dos elements carregats es veuran sotmesos a la força elèctrica, en canvi, dos elements amb càrrega neutra (sense càrrega) no es veuran sotmesos a aquesta força.

La força elèctrica actua de la següent forma:

Càrregues del mateix signe es repel·leixen
Càrregues de signes diferents s’atreuen

ACTIVITATS

1. Què son els àtoms?
2. Quines són les dues zones de l’àtom?
3. Quines són les tres partícules de les que estan composts els àtoms?
4. A quines zones de l’àtom trobem els protons, els neutrons i els electrons?
5. Quines partícules de l’àtom tenen càrrega elèctrica i quina no té càrrega?
6. Digues el signe de la càrrega de les partícules de l’àtom que tenen càrrega.
7. Perquè anomenem neutrons als neutrons?
8. Què ha de tenir un cos perquè hi pugui actuar la força elèctrica sobre ell?
9 .Explica com actua la força elèctrica.

UD8. L'ELECTRICITAT (II)

2. L’ELECTRICITAT

L'electricitat és una forma d'energia. Com ja has estudiat anteriorment, l’energia és la capacitat de provocar canvis. Es a dir com que l’electricitat és un tipus d’energia pot fer que les coses es moguin, produeixin llum, so, vibracions, etc. ... A les nostres cases, l'electricitat permet que funcionin les llampares elèctriques, la televisió i moltes altres coses.

ACTIVITATS

1. Llegeix aquesta plana pausadament.
2. Què és l’electricitat?
3. Què és l’energia?
4. Com saps que l’electricitat és un tipus d’energia?
5. Quin tipus de canvis provoca una bombeta?
6. Quin tipus de canvis provoca un timbre?
7. Quin tipus de canvis provoca un motor elèctric?
8. Posa un exemple d’aparell elèctric que faci un canvi com el de la bombeta
9. Posa un exemple d’aparell elèctric que faci un canvi com el del timbre.
10. Quin tipus de canvi creus que fa un calefactor elèctric?

UD8. L'ELECTRICITAT (I)

1. BREU HISTÒRIA DE L’ELECTRICITAT.

Cap a l'any 600 adC, el filòsof grec Tales de Mileto va observar que fregant una vareta d’àmbar amb una pell o amb llana, es podia crear petites càrregues, que atreien petits objectes. També havien observat que si la fregaven molt temps podien causar l'aparició d'una espurna.

A l’any 1600 dC el científic anglès William Gilbert va publicar el seu llibre "De Magnete", on utilitza la paraula llatina “electricus” derivada del grec elektron (que significa ámbar), per a descriure els fenòmens descoberts pels grecs. També va establir les diferències entre el magnetisme i l'electricitat.

A l’any 1729 Stephen Gray va classificar els materials com conductors i aïllants en funció de la seva oposició a deixar passar la càrrega elèctrica al seu través..

C.F. Du Fay va ser el primer a identificar els dos tipus de càrrega elèctrica que més tard es cridarien positiva i negativa, les quals es sabia ja que sofrien forces de repulsió o d’atracció en funció del seu tipus de càrrega.

A l’any 1827 Georg Simon Ohm va donar una relació que lliga la tensió entre dos punts d'un circuit i la intensitat de corrent que passa per ell, definint la resistència elèctrica. Aquest relació es coneix com la Llei d’Ohm.

A l’any 1878, Thomas Edison va construir el primer llum incandescent amb filaments de bambú carbonitzat.

ACTIVITATS

1. Llegeix aquesta plana pausadament.
2. Qui va ser el primer en tenir constància dels fenòmens elèctrics.
3. Qui va ser el primer en emprar el mot “elèctricus”.
4. Què significa elektron en grec?
5. Quines diferències va establir en William Gilbert al seu llibre?
6. Quin fet important va dur a terme Stephen Gray?
7. Quin fet important va dur a terme C.F. Du Fay?
8. Quins són els dos tipus de càrrega que va identificar C.F. Du Fay
9. Què és la Llei d’Ohm
10. Qui va inventar la primera bombeta?

UD7. ELS METALLS (VI)

7. CONSEQÜÈNCIES DE L’ÙS DELS METALLS

L’impacte ambiental dels materials tecnològics pot arribar a ser molt greu. Per això, cal destacar una característica ecològica important dels metalls: la majoria són reciclables, és a dir, una vegada rebutjats, poden tornar a processar-se per a ser utilitzats de nou.

D’altra banda, alguns metalls pesants, com el plom o el mercuri resulten tòxics per als éssers vius, per la qual cosa ha de restringir el seu ús a aquelles aplicacions que no impliquin riscos per al medi natural. Així mateix, convé limitar al màxim els residus incontrolats d’aquests metalls.

Els fums dels forns i la contaminació de les aigües de rebuig, que queden amb les restes de la ganga i els productes químics que s’han emprat a l’obtenció dels metalls són factors perillosos per a la natura, encara que s’ha de dir que s’empren els filtres i mitjans de depuració molt eficients per a tractar aquests residus. En canvi el factor més important és la necessitat de generar una gran quantitat d’energia per a fondre els metalls, aquesta energia prové en una gran proporció de fonts no renovables i que provoquen un impacte ambiental molt gran.

A més les mines provoquen un impacte ambiental i visual molt greu, especialment les mines a cel obert.

També s’ha de tenir en compte que els minerals dels quals s’obtenen els metalls són primeres matèries no renovables, és dir triguen més en formar-se (triguen milions d’anys en formar-se) que en utilitzar-se. N’hi ha metalls molt abundants a l’escorça terrestre, però n’hi ha d’altres que són molt escassos.

ACTIVITATS.

1.Llegeix aquesta plana pausadament
2.Són els metalls reciclables? Què significa això?
3.Quin riscs poden tenir certs metalls pesants? Que s’ha de fer amb aquests metalls?
4.Quins són els factors d’impacte ambiental que es produeixen a l’obtenció dels metalls?
5.Quins mitjans fem servir per a minimitzar la contaminació a la obtenció dels metalls?
6.Quin és el vertader problema ecològic de l’obtenció de metalls?
7.Què vol dir que les mines provoquen un impacte ambiental i visual molt gran?
8.Creus que els metalls es podrien esgotar qualque dia? Per què?
9.Què creus que s’hauria de fer per a evitar que s’esgotessin?
10.Creus que totes les conseqüències de l’ús dels metalls són dolentes? Pots cercar qualque de positiva?

UD7. ELS METALLS (V)

5. TIPUS DE METALLS

Si ens atenim a la procedència, els metalls poden classificar-se en ferrosos i no ferrosos.

Metalls ferrosos: inclouen al ferro i tots els seus derivats.. Entre aquests es troben el ferro pur, l’acer i les foses.
Metalls no ferrosos: inclouen a la resta de metalls, són materials metàl·lics que no contenen ferro o que en contenen en quantitats molt menudes. Són exemples d’aquest tipus de metalls el coure, el bronze, el llautó i el zinc.

El ferro és el metall per excel·lència, el seu ús és tan majoritari que fins i tot la branca de la metal·lúrgia que treballa amb els metalls ferrosos rep un nom específic: siderúrgia.

També els podem classificar en funció de la seva composició:

Metalls purs: estan formats per un únic element químic, corresponent al metall.
Aliatges: son barreges d’un metall (metall base) amb altres elements químics.

6. APLICACIONS DELS METALLS

Actualment els metalls estan presents pràcticament a tot arreu, la seva aplicació principal és la construcció de maquinària, aprofitant les seves propietats mecàniques. Però també són importants a altres bandes, com a la fabricació d’eines, elements mecànics, mobles, material elèctric, mitjans de transport i de seguretat, edificacions i estructures...

Tot i així, altres materials van substituint els metalls en cada cop més aplicacions. Exemples d’això pot ser als transports o petites màquines domèstiques, on peces que abans eren metàl·liques ara son fetes amb plàstic, perquè és més lleuger, aïllant i resistent a l’oxidació i la seva fabricació és més econòmica.

ACTIVITATS.

1.Llegeix aquesta plana pausadament
2.Quina classificació dels metalls podem fer en funció de la seva procedència?
3.Què és la siderúrgia? Per què trobes que s’ha inventat aquest terme?
4.Quina classificació dels metalls podem fer en funció de la seva composició?
5.Digues el nom de dos aliatges i digues de què elements es composen.
6.Quines són les principals aplicacions dels metalls?
7.Digues tres àmbits d’aplicació dels metalls i posa exemples de cadascun.
8.Per què s’estan substituint els metalls a certes aplicacions?
9.Posa exemples d’objectes que antigament es feien amb metalls i ara es fan amb altres materials.

UD7. ELS METALLS (IV)

4. PROPIETATS DELS METALLS

Els metalls tenen una gran quantitat d’aplicacions a causa de les seves propietats. Cada una d’aquestes característiques permet una sèrie d’usos concrets. Al tacte, els materials metàl·lics són durs, no adherents, freds i molt suaus si la superfície ha estat polida o tractada. A més, molts metalls presenten una brillantor característica que anomenem “brillantor metàl·lica”.

·Duresa: en general són materials durs i, per tant, no es ratllen amb facilitat.
·Resistència: en general son materials molt resistents, per tant tenen una gran capacitat per a suportar esforços sense trencar-se.
·Tenacitat: la gran majoria dels metalls són molt tenaços i, per tant, presenten una gran resistència a trencar-se quan són colpejats.
·Plasticitat i elasticitat: alguns metalls es deformen permanentment quan actuen sobre ells forces externes. Altres, al contrari, són capaços de recuperar la forma original després de l’aplicació d’una força externa (són molt elàstics).
·Mal·leabilitat: certs metalls són molt mal·leables i , per tant, poden ser estirats en làmines molt fines sense arribar a trencar-se.
·Ductilitat: certs metalls són dúctils i poden ser estirats en fils llargs i fins.
·Fussibilitat: els metalls tenen la propietat de fondre’s (cada un a una temperatura diferent).
·Soldabilitat: gràcies a la seva fussibilitat, molts metalls poden soldar-se amb facilitat a altres peces del mateix metall o d’un metall diferent.
·Conductivitat tèrmica i elèctrica: tots els metalls presenten una gran conductivitat tèrmica i elèctrica , és a dir, transmeten molt bé la calor i l’electricitat al seu través.
·Dilatació i contracció tèrmica: els metalls es dilaten quan augmenta la temperatura; de la mateixa manera, es contreuen si disminueix la temperatura
·Magnetisme: alguns metalls presenten un comportament magnètic característic, sent capaços d’atreure altres materials magnètics.

També és important destacar la seva elevada capacitat d’oxidació. Els metalls tenen una gran facilitat per a reaccionar amb l’oxigen, cobrint-se amb una capa d’òxid al poc temps d’estar a la intempèrie. Generalment, s’intenta combatre la formació d’aquesta capa d’òxid, perquè fa que es perdi la brillantor i el tacte de la peça original i pot danyar l’interior de la peça empitjorant les seves propietats.

ACTIVITATS.

1.Llegeix aquesta plana pausadament
2.Per què els metalls tenen unes aplicacions tan diverses?
3.Digues quines són les propietats generals dels metalls al tacte.
4.Explica com son, generalment, la resistència, duresa i tenacitat dels metalls
5.Els metalls són plàstics o elàstics. Raona la teva resposta.
6.Explica per a què pot ser importat la mal·leabilitat i ductilitat dels metalls.
7.Què tenen a veure la fussibilitat dels metalls amb la seva soldabilitat?
8.Dona exemples que et facin pensar que els metalls són bons conductors elèctrics.
9.Dona exemples que et facin pensar que els metalls són bons conductors tèrmics.
10.Quin factor provoca la dilatació o contracció dels metalls. Posa exemples.
11.En què consisteix l’oxidació dels metalls? Perquè s’intenta evitar?