Guia Bàsica d'Electricitat: Conceptes, Lleis i Components

🔹 Què és l’electricitat i com funciona?

Què és l’electricitat?

L'electricitat és un tipus d'energia que no es crea ni es destrueix, sinó que es transforma en altres formes com llum, calor o moviment. Perquè una energia produeixi treball, hi ha d'haver moviment.

Estructura de la matèria

La matèria està formada per àtoms, que tenen les següents partícules principals:

• Protons: amb càrrega elèctrica positiva (+).
• Neutrons: sense càrrega elèctrica.
• Electrons: amb càrrega elèctrica negativa (–).

El nucli de l'àtom conté protons i neutrons, mentre que els electrons giren al seu voltant en òrbites. L'última capa d'electrons s'anomena capa de valència i determina la capacitat d'un material per conduir l'electricitat.

Per exemple, el coure (Cu) té 29 electrons (2 + 8 + 18 + 1), amb només un electró a la capa de valència, la qual cosa el converteix en un bon conductor.

🔌 Conductors, semiconductors i aïllants

Els materials es classifiquen segons la seva capacitat per deixar passar el corrent elèctric:

• Conductors: Permeten el pas del corrent fàcilment perquè tenen electrons lliures. Exemples: coure, alumini.
• Aïllants: No deixen passar el corrent, ja que els seus electrons estan fortament units al nucli. Exemples: vidre, plàstic.
• Semiconductors: La seva conductivitat depèn de factors externs com la llum, la temperatura o el dopatge químic. Exemples: silici, germani, seleni.

La conductivitat és la capacitat d'un material per transmetre calor o electricitat.

Tipus d’enllaços atòmics

Els àtoms s'uneixen mitjançant diferents tipus d'enllaços:

• Iònic: Transferència d'electrons entre àtoms (p. ex., NaCl).
• Covalent: Els àtoms comparteixen electrons (p. ex., plàstic C₂H₄).
• Metàl·lic: Característic dels metalls, on els electrons formen un "núvol" lliure que permet la conducció.

⚡️ Tipus d'electricitat: Estàtica i Dinàmica

Electricitat estàtica (Llei de Coulomb)

És aquella on les càrregues elèctriques no es mouen, sinó que s'acumulen en un cos. La seva unitat de mesura és el Coulomb (C).

• 1 C = 6,3 × 10¹⁸ electrons.
• Càrrega positiva (+): Es produeix per una falta d'electrons.
• Càrrega negativa (–): Es produeix per un excés d'electrons.

El camp elèctric és la zona d'influència entre dues càrregues, i el potencial elèctric (U) és el treball necessari per moure una càrrega dins d'aquest camp. La diferència de potencial entre dos punts genera el voltatge (V).

⚙️ Electricitat dinàmica (Corrent elèctric)

Es produeix quan les càrregues elèctriques es mouen a través d'un circuit. Aquest moviment es coneix com a corrent elèctric. Existeixen diferents tipus de corrent:

• Corrent continu (CC/DC): Els electrons es mouen sempre en el mateix sentit (p. ex., una bateria).
• Corrent altern (CA/AC): Els electrons canvien de sentit periòdicament (p. ex., la xarxa elèctrica).
• Corrent continu pulsant/discontinu: El corrent flueix en forma d'impulsos irregulars.

📐 Magnituds fonamentals i lleis elèctriques

Magnituds: Tensió, Intensitat i Resistència

Les tres magnituds bàsiques de l'electricitat, relacionades per la Llei d’Ohm, són:

• Tensió o voltatge (V): És la «força» que impulsa els electrons a través d'un circuit. Es mesura en Volts.
• Intensitat de corrent (I): És la quantitat de càrrega elèctrica que passa per un conductor en un segon (1 A = 1 C/s). Es mesura en Amperes.
• Resistència (R): És l'oposició que presenta un material al pas del corrent. Es mesura en Ohms (Ω) amb un ohmímetre, sempre amb el circuit desconnectat.

Efecte Joule

Quan el corrent elèctric travessa una resistència, part de l'energia es dissipa en forma de calor. Aquest fenomen es coneix com a Efecte Joule.

Lleis de Kirchhoff

Aquestes lleis són fonamentals per a l'anàlisi de circuits complexos:

1. Primera llei (Llei de nusos o corrents): La suma dels corrents que entren en un nus és igual a la suma dels corrents que en surten.
2. Segona llei (Llei de malles o voltatges): En un circuit tancat (malla), la suma algebraica de les diferències de potencial (tensions) és igual a zero.

🔋 Components i efectes del corrent elèctric

Tipus de cables

• Unifilar: Format per un sol conductor rígid, utilitzat en instal·lacions fixes.
• Bifilar: Compost per dos conductors, generalment per al positiu i el negatiu.
• Coaxial: Consta d'un conductor intern, un aïllant dielèctric i una malla exterior. S'usa en TV i comunicacions.

⚡️ Efectes del corrent elèctric

El pas del corrent elèctric pot produir diversos efectes:

• Tèrmic: Generació de calor (Efecte Joule).
• Piezoelèctric: La pressió sobre certs materials genera electricitat (p. ex., encenedors).
• Fotoelèctric: La llum que incideix sobre un material genera corrent (p. ex., cèl·lules solars).
• Magnètic: Creació de camps magnètics per inducció (base de motors i bobines).
• Químic: Descomposició de substàncies mitjançant l'electròlisi.

🧰 Instruments de verificació i control

Polímetre (multímetre o tèster)

És una eina versàtil que mesura les principals magnituds elèctriques:

• Mesures: Tensió (V), Intensitat (A) i Resistència (Ω).
• Connexions: S'ha de connectar en paral·lel per mesurar tensió, en sèrie per a la intensitat, i amb el circuit desconnectat per a la resistència.

Oscil·loscopi digital

Aquest instrument permet visualitzar gràficament les formes d'ona de la tensió en funció del temps. Les seves parts principals són:

• Canals A i B: Entrades per comparar diferents senyals.
• Controls: Permeten ajustar les escales de voltatge i temps per a una correcta visualització.
• Funcions: Mesura de valors AC/DC, freqüència, amplitud, etc.

Màquina de diagnosi

És un equip electrònic especialitzat, principalment utilitzat en automoció, per comunicar-se amb els sistemes electrònics d'un vehicle (ECU, sensors, actuadors) i llegir dades, codis d'error i realitzar ajustos.