Electricitat i magnetisme: conceptes clau

Conceptes bàsics del corrent elèctric

El corrent elèctric són electrons en moviment que es mouen a causa d'una diferència de potencial. La diferència de potencial, també anomenada tensió o voltatge, és el que provoca el moviment dels electrons. Es pot entendre com una diferència d'alçades, similar a l'exemple del molí. La resistència elèctrica (R) és la dificultat que troben els electrons en travessar un material. La seva unitat és l'ohm (Ω). La resistència depèn del material, la longitud i el gruix. La intensitat (I) és la càrrega elèctrica que circula cada segon a través d'un material. La seva unitat és l'ampere (A). La llei d'Ohm estableix la relació entre aquestes magnituds: V=I·R.

Conductors, aïllants i resistivitat

Els materials conductors deixen passar el corrent amb facilitat, com ara els metalls. Els materials aïllants, com la fusta, dificulten el pas del corrent. La resistivitat (ρ) és la dificultat que ofereix un material al pas del corrent. La fórmula de la resistència elèctrica és: R=ρ·L/A, on R és la resistència, ρ és la resistivitat, L és la longitud i A és l'àrea (gruix). La resistivitat depèn de la temperatura: si la temperatura augmenta, la resistivitat també augmenta, ja que els àtoms es mouen i vibren més, dificultant el pas dels electrons.

Resistències en sèrie i en paral·lel

Les resistències o resistors en sèrie se sumen. Les resistències o resistors en paral·lel es calculen amb la següent fórmula: 1/Requivalent = 1/R1 + 1/R2 = (R1+R2)/(R1·R2).

Magnetisme i imants

Els imants permanents tenen pols magnètics. Els pols iguals es repel·leixen i els pols diferents s'atrauen. Si es parteix un imant, es generen dos imants nous. Les línies de camp magnètic o línies de força magnètica indiquen la direcció que seguiria una petita brúixola en cada punt. Aquestes línies surten del pol nord i entren al pol sud. La Terra és un gran imant que ens protegeix de les radiacions perilloses del Sol. Les partícules carregades elèctricament segueixen les línies del camp magnètic terrestre i xoquen a prop dels pols, produint les aurores boreals (aurora boreal i aurora austral).

Electromagnetisme

Experiment d'Oersted

L'experiment d'Oersted demostra la relació entre electricitat i magnetisme. Amb una pila, un cable i una brúixola, es pot observar que la brúixola no segueix el corrent, sinó que s'orienta perpendicularment a ell. La regla de la mà dreta permet determinar el sentit de les línies de camp magnètic: el dit polze indica el sentit del corrent i els altres quatre dits indiquen el sentit de les línies de camp magnètic que envolten el cable.

Espectres magnètics

Els espectres magnètics o diagrames de línies de força magnètica mostren el camp magnètic generat per imants permanents i bobines o solenoides. Els espectres d'ambdós són similars.

Experiment de Faraday

L'experiment del "torus" de Faraday (donut o rosquilla de ferro) demostra la inducció electromagnètica. El camp magnètic del corrent en una bobina només genera un corrent "induït" a l'altra bobina quan es connecta i es desconnecta el corrent de la primera. L'experiment de la barra imant que entra i surt d'una bobina també demostra la inducció: només es genera corrent induït quan la barra imant es mou dins de la bobina.

Generació de corrent i motor elèctric

La generació de corrent elèctric en els alternadors de les centrals elèctriques i en les dinamos de les bicicletes es basa en el moviment d'un imant per produir corrent elèctric. Un motor elèctric funciona a partir d'un corrent que fa moure un imant, el qual pot fer girar les aspes d'un ventilador, les rodes d'un cotxe, etc.