Guia Fonamental d'Electricitat: Circuits i Magnituds

Conceptes Fonamentals d'Electricitat

Circuit Elèctric

És un conjunt d’elements elèctrics actius i passius connectats entre si, formant un camí tancat pel qual pot circular un corrent elèctric de manera contínua. Un circuit típic inclou:

• Un generador d'energia.
• Fils de material conductor que transporten l'energia.
• Elements consumidors (resistències, motors, etc.).

Tipus de Sistemes Elèctrics

Existeixen principalment quatre tipus de sistemes elèctrics:

• Sistemes de potència.
• Sistemes de control.
• Sistemes de comunicació.
• Sistemes de computació.

Conceptes Bàsics

Càrrega Elèctrica (Q)

És l'excés o el defecte d'electrons en un cos. La seva unitat és el coulomb (C).

Corrent Elèctric (I)

És el desplaçament ordenat d'electrons a través d'un material conductor. La seva unitat és l'ampere (A).

Sentit del Corrent Elèctric

Convencionalment, es considera el sentit oposat al desplaçament real dels electrons (del pol positiu al negatiu), tot i que el sentit real és el desplaçament dels electrons (del negatiu al positiu).

Classes de Corrent Elèctric

• Corrent continu (CC): El flux d'electrons és constant i no canvia de sentit.
• Corrent altern (CA): El flux d'electrons és variable i canvia constantment de sentit.
• Corrent polsant: El flux d'electrons és variable però no canvia de sentit.

Propietats Elèctriques dels Materials

• Conductors: Ofereixen molt poca dificultat (baixa resistència) al desplaçament dels electrons. Exemples: els metalls (coure, plata, or).
• Aïllants: Ofereixen molta dificultat (alta resistència) al desplaçament dels electrons. Exemples: plàstics, ceràmics, fusta seca, vidre.
• Semiconductors: Materials en els quals el nombre d'electrons lliures necessaris perquè es produeixi el corrent elèctric depèn de factors com la temperatura, la llum o les impureses afegides. Exemples: seleni, silici, germani.

Magnituds Elèctriques Fonamentals

Quantitat d'Electricitat (Càrrega Elèctrica, Q)

És el nombre total de càrregues elèctriques (electrons) que passen a través d'una secció d'un circuit. Es mesura en coulombs (C).

Intensitat del Corrent Elèctric (I)

Indica la quantitat de càrrega elèctrica (en coulombs) que passa per una secció d'un conductor en la unitat de temps (segon). Es mesura en amperes (A).

Força Electromotriu (FEM, ε)

És l'energia o treball que realitza un generador per traslladar la unitat de càrrega elèctrica a través de tot el circuit (incloent l'interior del generador, del pol negatiu al positiu). Es mesura en volts (V).

Tensió, Voltatge o Diferència de Potencial (V, U)

És el treball necessari per traslladar la unitat de càrrega elèctrica entre dos punts d'un circuit elèctric. Es mesura en volts (V).

Resistència Elèctrica (R)

És la dificultat que presenta un element o material elèctric al pas del corrent elèctric. Es mesura en ohms (Ω).

Potència Elèctrica (P)

És el treball elèctric realitzat o l'energia consumida/generada en la unitat de temps. Es mesura en watts (W).

Conductància (G)

És la facilitat que ofereix un circuit al pas del corrent elèctric. És la inversa de la resistència (G = 1/R). Es mesura en siemens (S).

Treball o Energia Elèctrica (W, E)

És l'energia que s'utilitza o es genera per desplaçar les càrregues elèctriques en un circuit sotmès a una diferència de potencial (DDP). Es mesura en joules (J). Sovint també s'utilitza el kilowatt-hora (kWh).

Densitat del Corrent (J)

És la intensitat de corrent per unitat de secció transversal del conductor (J = I/A). Es mesura en A/m².

Fenòmens i Proteccions Elèctriques

Efecte Joule

És la transformació de l'energia elèctrica en energia tèrmica (calor) quan el corrent circula per una resistència.

Sobreintensitat

És tota intensitat de corrent superior a la intensitat nominal (In), que és la intensitat assignada per al funcionament normal del circuit.

Curtcircuit

És una connexió accidental de molt baixa resistència (valor insignificant) entre dos o més punts d'un circuit amb diferent potencial, generalment a causa d'un defecte de l'aïllament o d'una maniobra incorrecta. Provoca una sobreintensitat molt elevada.

Sobrecàrrega

És una condició de funcionament del circuit elèctric sense defecte d'aïllament, però que provoca una sobreintensitat lleu o moderada, normalment per connectar massa càrregues.

Fusible

És un aparell de protecció que té la funció d'obrir el circuit interrompent el corrent, per la fusió d'un o més elements interns dissenyats per a aquest fi, quan la intensitat sobrepassa un determinat valor durant un cert temps.

• Fusibles classe gG/gL: Protegeixen contra sobrecàrregues i curtcircuits (ús general).
• Fusibles classe aM: Protegeixen principalment contra curtcircuits (acompanyament de motor).

Fórmules Bàsiques

• Intensitat: I = Q / t
• Llei d'Ohm (circuit simple): I = ε / (R + r) o I = V / R
• Tensió (Llei d'Ohm): V = I * R
• Potència: P = V * I (També P = I² * R o P = V² / R)
• Energia (Treball): W = P * t = V * I * t