Guia bàsica d'electricitat, magnetisme i màquines

Electricitat

L'electricitat és una forma d'energia. Per entendre en què consisteix, s'ha de saber què és un àtom. Un àtom és una petita partícula que forma tota la matèria i només són visibles amb l'ajuda de microscopis molt potents.

Estructura de l'àtom

Un àtom es compon d'un nucli localitzat al centre i format per dos tipus de partícules més petites:

• Protons: tenen càrrega elèctrica positiva.
• Neutrons: tenen càrrega neutra.
• Electrons: al voltant del nucli de l'àtom giren els electrons, que estan carregats negativament.

Perquè un cos es pugui electritzar, ha de perdre o guanyar electrons.

Corrent elèctric

La càrrega elèctrica és una altra de les propietats de la matèria i pot ser positiva, negativa o neutra.

• Alguns cossos tenen més càrrega positiva que negativa, de manera que estan carregats positivament.
• Altres tenen més càrrega negativa, és a dir, estan carregats negativament.
• Si presenten la mateixa quantitat de càrrega negativa que de positiva, llavors la seva càrrega és neutra.
• Dos cossos, depenent de la càrrega que tinguin, es comporten de manera diferent: si la càrrega de tots dos és del mateix signe, es repel·leixen; mentre que, si és diferent, s'atreuen.

Aquest moviment de càrregues es diu corrent elèctric.

Circuit elèctric

Un circuit elèctric és el conjunt de components que permeten generar, transportar i utilitzar l'electricitat. Hi ha quatre tipus de components:

• Generadors: produeixen el corrent elèctric (ex: bateria, pila, dinamo, alternador i cèl·lula fotovoltaica).
• Conductors: connecten els components del circuit.
• Interruptors: permeten o interrompen el pas del corrent elèctric.
• Receptors: com els motors o les bombetes, transformen l'energia elèctrica que els arriba en llum, calor, moviment o so.

Tipus de circuits

• Circuits en sèrie: hi estan connectats en línia, de manera que el corrent elèctric recorre un únic camí.
• Circuits en paral·lel: els receptors hi estan connectats de manera independent al generador. El corrent elèctric pot recórrer diversos camins.

Magnituds de l'electricitat

El voltatge, la intensitat i la resistència són les magnituds generals:

• Voltatge: és la força que impulsa els electrons a través d'un conductor d'un circuit. La seva unitat de mesura és el volt i es mesura amb un voltímetre.
• Intensitat: és la quantitat d'electrons que passen en un segon per un punt del circuit elèctric. La seva unitat de mesura és l'ampere i es mesura amb un amperímetre.
• Resistència: és la dificultat més o menys gran que troba el corrent elèctric per passar pels elements del circuit. La seva unitat de mesura és l'ohm i es mesura amb un ohmímetre.

Magnetisme

Alguns objectes metàl·lics, anomenats imants, tenen la capacitat d'atreure altres objectes metàl·lics. Això és el magnetisme.

Imants i electromagnetisme

Els imants tenen dues zones: el pol nord magnètic i el pol sud magnètic. Si s'enfronten dos imants pel mateix pol, es repel·leixen; en canvi, si s'enfronten pels pols contraris, s'atreuen. També poden ser naturals (si es troben a la natura) i artificials (si són fabricats per l'ésser humà).

L'electromagnetisme és la relació existent entre el magnetisme i l'electricitat. La zona on un imant és capaç d'atreure objectes es diu camp magnètic.

• Electroimant: és un cable elèctric al voltant d'un objecte de metall; si s'hi fa circular electricitat, llavors es genera un camp magnètic.
• Alternador: és un imant que es mou a prop d'un material conductor i genera corrent elèctric.

El magnetisme terrestre

El nucli de la Terra està format per una barreja de metalls, fonamentalment de ferro i níquel. Aquesta és la causa que el nostre planeta es comporti com un enorme imant.

• Camp magnètic: actua com una pantalla protectora contra el vent solar.
• Vent solar: són partícules emeses pel Sol que, si arribessin a l'atmosfera de la Terra, podrien destruir-la.
• Brúixola: és una agulla imantada que gira lliurement sobre un eix i que s'orienta sempre cap al nord geogràfic.

Màquines

Són un conjunt de mecanismes que ens permeten aprofitar diferents formes d'energia per fer-nos la vida més fàcil.

Màquines simples

Estan formades per una peça o poques més:

• Pla inclinat: és una superfície inclinada que uneix dos llocs situats a diferent altura.
• Politja: és una roda amb una ranura per la qual passa una corda. Es fa servir per moure objectes.
• Palanca: està composta per una barra rígida que oscil·la sobre un punt de suport (PS) quan s'hi aplica una força (F) per moure una resistència (R). Segons la posició d'aquests tres elements hi ha tres tipus de palanques.

Màquines compostes

Estan formades per diverses peces, algunes de les quals poden ser també màquines:

• Operadors energètics: són els que poden acumular energia i proporcionar-ne a una màquina perquè funcioni (ex: una molla).
• Operadors mecànics: van connectats entre si i transmeten el moviment dels uns als altres (ex: els engranatges).
• Operadors elèctrics: permeten que un circuit elèctric funcioni o no, depenent de si són accionats o no.