Electricitat: Tipus, Circuits i Components

L'Electricitat

Les partícules químiques més elementals que componen una substància són els àtoms. L'àtom és constituït per un nucli central al voltant del qual giren a gran velocitat unes partícules anomenades electrons, que tenen càrrega elèctrica negativa. El nucli central és format per unes partícules anomenades protons, que tenen càrrega elèctrica positiva, i per unes altres que reben el nom de neutrons, que no tenen càrrega elèctrica.

Si un cos té el mateix nombre d'electrons que de protons, el seu estat elèctric és neutre. En qualsevol altre cas, el cos té càrrega elèctrica. Si té més electrons que protons, l'àtom té càrrega negativa i es converteix en emissor d'electrons. Si té més protons que electrons, l'àtom té càrrega positiva i es converteix en receptor d'electrons.

El corrent elèctric és conseqüència del desplaçament d'electrons d'un àtom emissor d'electrons a un altre receptor d'electrons. L'electricitat és l'energia generada pel desplaçament d'electrons.

Tipus de corrent

En funció del tipus de desplaçament d'electrons, el corrent elèctric pot ser continu o altern.

El corrent continu és el que es produeix a causa del desplaçament d'electrons sempre en el mateix sentit i amb una intensitat constant. Aquest tipus de corrent elèctric es pot obtenir per transformació química o mitjançant dinamos, per exemple.

El corrent altern és el que es produeix a causa del desplaçament d'electrons en sentit alternatiu (canvis de polaritat) en un període de temps determinat i amb una intensitat variable. La quantitat de canvis de polaritat per segon s'anomena freqüència i a Europa és de 50 hertzs (Hz). Aquest tipus de corrent elèctric s'obté mitjançant els alternadors.

Elements bàsics del circuit elèctric

Perquè els electrons es puguin desplaçar és necessari disposar d'un circuit elèctric, és a dir, d'un conjunt de components units entre si que permeten el pas del corrent elèctric. Els elements principals de què ha de disposar un circuit elèctric són aquests:

• Generadors: Són els elements que permeten la transformació de l'energia tèrmica, hidràulica, química, solar, eòlica... en energia elèctrica. El corrent elèctric que es genera pot ser continu o altern.
• Conductors: Són els elements que uneixen els diferents components del circuit elèctric i que permeten el pas del corrent elèctric. Un conductor ha de permetre el recorregut dels electrons per tot el circuit i el seu retorn al generador.
• Receptors: Són els elements que tenen com a finalitat fonamental transformar l'energia elèctrica en qualsevol altre tipus d'energia. En són exemples una làmpada, un motor elèctric, una planxa o una estufa.
• Elements de maniobra o control: Són els elements que permeten controlar el pas del corrent elèctric a través del circuit. L'element de control més utilitzat és l'interruptor, però també n'hi ha altres, com el commutador o el polsador.
• Elements de protecció: Són els elements que protegeixen el circuit de sobrecàrregues, escalfaments o curtcircuits. També serveixen de protecció a l'usuari. Els més habituals són els fusibles, els interruptors diferencials i els interruptors magnetotèrmics.

Els generadors

Les piles elèctriques contenen unes substàncies que produeixen el corrent elèctric mitjançant procediments químics. Aquests generadors tenen un temps de vida limitat. Hi ha piles de moltes formes i modalitats, però totes tenen dues terminacions metàl·liques, anomenades terminals o borns, que indiquen la situació dels pols positiu i negatiu. Les piles alimenten el funcionament de joguines elèctriques, rellotges, consoles de joc, etc.

Les bateries són una classe de piles que es poden recarregar amb electricitat; d'aquesta manera, la seva vida s'allarga enormement. Les bateries més conegudes són les dels automòbils.

Les plaques solars fotovoltaiques són unes plataformes que, exposades a la llum, produeixen corrent elèctric. Contenen uns petits elements, anomenats cèl·lules fotoelèctriques, que generen corrent quan la llum hi incideix. Aquest sistema de producció d'electricitat té l'avantatge que el seu ús no produeix cap tipus de contaminació.

Els generadors dinamoelèctrics són màquines que produeixen corrent elèctric quan se les fa girar; generalment estan situades a les grans centrals elèctriques, on els generadors es mouen mitjançant turbines, que poden funcionar a partir de la força de l'aigua, de l'aplicació de calor provinent de la combustió del carbó o de derivats del petroli i també de l'energia nuclear. Aquestes centrals proveeixen d'electricitat les poblacions, les indústries o alguns mitjans de transport, com els ferrocarrils. Hi ha dos tipus de generadors dinamoelèctrics: la dinamo i l'alternador.

Els conductors

En un circuit elèctric els conductors han de permetre el retorn de les càrregues elèctriques al generador, la unió entre si dels diferents components del circuit i un mínim de resistència al pas dels electrons.

Generalment, els cables elèctrics són fets de coure i alumini i estan recoberts de plàstic, que és un bon aïllant. Cal tenir present que fins i tot els materials conductors oposen resistència al pas del corrent elèctric.

Resistència d'un conductor

La resistència és la dificultat que presenta un conductor al pas del corrent elèctric. La resistència depèn del tipus de material del conductor, de la seva llargària (com més llarg és el conductor, més gran és la resistència) i de la seva secció (com més secció tingui, la resistència serà més petita). La secció d'un conductor és la superfície que s'obtindria en fer-ne un tall transversal.

Efecte de la resistència

Un curtcircuit es produeix quan els dos pols d'un generador es toquen directament en qualsevol punt del circuit. Com que els electrons troben molt poca resistència en aquest punt, n'hi circula amb facilitat una quantitat enorme, cosa que ocasiona anomalies en el circuit. Si aquest funciona amb piles, aquestes s'escalfen i es descarreguen en poc temps. Si el curtcircuit es produeix en un edifici, la instal·lació elèctrica es desconnecta automàticament, sempre que aquesta instal·lació disposi dels elements de protecció necessaris i obligats per la normativa. Altrament, l'escalfor produïda en els conductors podria ser perillosa.

Classificació dels conductors

Com que hi ha una gran diversitat de conductors elèctrics, es poden classificar tenint en compte diversos criteris: el material utilitzat, la forma, el recobriment, la utilització i les aplicacions.

• Materials
  • Coure i aliatges. Són utilitzats en una gran diversitat d'aplicacions.
  • Alumini i aliatges. S'utilitzen, entre d'altres, per a línies subterrànies i aèries.
  • Or, plata i altres. Es fan servir per a contactes en determinats aparells i casos especials.

• Forma
  • Fils. Són formats per un sol element massís d'un diàmetre molt inferior a la seva llargària; generalment tenen una secció màxima de 4 mm².
  • Cordons. Són formats per diversos fils sense aïllant i enrotllats en espiral.
  • Cables. Són formats per un o més fils o cordons aïllats entre si i enrotllats en espiral.
    • Segons el diàmetre dels fils que els formen:
      • Cable flexible. És format per un o més cordons de fils de petit diàmetre, aïllats entre si.
      • Cable rígid. És format per un o més fils de diàmetre superior als utilitzats en els cables flexibles i aïllats entre si.
    • Segons el nombre de fils o cordons aïllats que els formen:
      • D1 = Unipolar
      • De 2 = Bipolar
      • De 3 = Tripolar
      • De 4 = Quadripolar
      • De 5 = Pentapolar
      • De més de 5 = Multipolar
  • Perfils. Són barres i tubs de secció circular, quadrada, rectangular, etc.

• Recobriments
  • Conductor nu. Quan no porta cap mena de recobriment.
  • Conductor aïllat. Quan està recobert d'un material aïllant.
    • Materials aïllants:
      • Plàstic. Termostables i termoplàstics.
      • Goma. Cautxú natural i gomes sintètiques.
      • Esmalt. De resines naturals i sintètiques.
      • Tèxtil. Cotó.

• Aplicació
  • Per a instal·lacions domèstiques i petits aparells.
  • Per a instal·lacions de grans màquines.
  • Per a instal·lacions de cables aeris, subterranis i submarins.
  • Per a mitjans de comunicació per cable.