Estructura atòmica del coure: 29 Protons, 35 Neutrons al nucli, i un electró que "flota" al darrer nivell.

Un electró, que es pot representar com "e-" és una càrrega elèctrica negativa.

Es diu que un cos està carregat elèctricament de forma  positiva o negativa si té un defecte o un excés d'electrons respectivament. Es pot aconseguir aquest desequilibri d'electrons en alguns cossos fregant-los amb força. Quan es fa això per exemple amb l'ambre ("àmbar"), i l'efecte que s'observa és que alguns cossos lleugers, com per exemple cabells, plomes o fils de llana, es veuen atrets per la peça d'ambre. 

Un generador de Van der Graaf crea aquest efecte sobre una bola metàl·lica buida. 

La part de la física que estudia els cossos carregats elèctricament és l'electrostàtica. Una manifestació electrostàtica en la natura són els llamps. 

Materials com el coure tenen una estructura química cristal·lina, en la que els electrons del darrer nivell són compartits per tots els àtoms. Això permet que aquests electrons es desplacin per dins aquest cos. L'electricitat és exactament això: el desplaçament de càrregues elèctriques. 

 

01-1-2 Comportament dels materials davant de la conducció d’electricitat

1) Materials conductors. Com el coure, que permet que els electrons es desplacin entre els seus àtoms. La majoria de metalls són conductors. També ho és l'aigua. La capacitat de conducció elèctrica no sempre és igual. Un material és més o menys conductor segons la seva resistència elèctrica. Aquesta resistència és una de les magnituds elèctriques  que s'han de conèixer, depen de l'estructura atòmica del material, i es mesura en Ohms(Ohms, Ω). El coure té una resistència elèctrica molt baixa. L'aigua també és un material conductor. 

2) Materials aïllants (també anomenats dielèctrics),  que no permeten el pas  dels electrons a través d'ells. Exemples en són la majoria dels plàstics, la fusta, els materials petris. L'aire també és aïllant, però quan hi ha dos cossos amb molta diferència electrostàtica entre ells, poden "saltar electrons" d'un a l'altre, i l'efecte que s'observa és una guspira ("chispa"). 

En electrotècnia, els conductors més habituals són fils de coure, recoberts per un aïllant plàstic.

Camp gravitatori. És un camp atractiu, es dona entre masses	Camp electrostàtic. És atractiu/repulsiu.  Es dona entre càrregues elèctriques.	Camp magnètic. És  atractiu/repulsiu amb polaritat. Es dona entre cossos magnètics (imants)
	Les càrregues d'igual signe es repel·leixen, i les de signe contrari s'atrauen. Les línies indiquen cap a on es mouria una càrrega positiva si la col·locam en qualsevol punt.
La terra és un cos de gran massa que atrau tots els cossos que té a prop amb molta més intensitat que aquests cossos atrauen la terra.El cos que atrau a la terra, i també als altres planetes, és el sol.		La terra, a la vegada que genera un camp gravitatori, també funciona com un imant enorme, i genera un camp magnètic.
El camp gravitatori és un bon exemple per a entendre els altres dos camps que hem d'estudiar.	Aquests dos camps, l'electrostàtic i l'electromagnètic, són els que intervenen en l'electrodinàmica, el desplaçament de càrregues elèctriques.

Dins un camp de força generat per un objecte,  es diu que en un punt qualsevol hi ha una energia potencial, que actuaria sobre un altre objecte situat dins el camp.

Exemple: La terra genera un camp gravitatori. A un altura , hi ha un potencial gravitatori. Si es col·loca un altre cos en aquesta altura h, (la qual cosa requereix un treball, entregar uan energia) a aquest cos se li ha donat una energia potencial gravitatòria. El cos "retorna" aquesta energia quan se li permet fer el moviment de caure. Aquesta energia potencial és més gran quan més pesat és el cos i quan major és h.  Quan l'altura és zero,  el cos que s'hi col·loca  no té cap energia potencial gravitatòria.

En el context en què estam, la paraula "potencial" s'ha d'entendre en el seu sentit de "possibilitat de fer una cosa"

El potencial electrostàtic és semblant al potencial gravitatori, però actua sobre càrregues elèctriques, que només es poden moure a través d'un material conductor. Si un cos A té un excés d'electrons, és a dir, de càrregues negatives, té un potencial electrostàtic Va. Si a un altre cos  B li passa el contrari, li falten electrons, i té més càrregues positives que negatives, tendrà un potencial electrostàtic Vb. 

Haviem dit abans que la resistència que algun cossos oposen a que l'electricitat els travessi és també una magnitud elèctrica, aquesta mesurada en Ohms.  Si amb fils de material conductor conectam una resistècia elèctrica amb dos punts de diferent potencial electrostàtic (que poden ser el amteix cos o no), tenim el que es diu un circuit elèctric. 

Així, els tres elements que conformen un circuit elèctric són: 

    (1) un equip que entrega voltatge, productor o acumulador d'electricitat, que té dos punts de conexió entre els quals hi ha una diferència de potencial electrostàtic (Exemple: una pila de 5V, dins ella hi tenim aquests dos cossos A i B). A un d'ells es conecta un 

    (2) fil conductor per on es desplacen els electrons. A l'altre punt de conexió es conecta el fil per a què hi retornin, després de travessar una 

    (3) resistència. Aquesta resistència que s'oposa al pas del corrent elèctric normalment pateix algun efecte. (Exemple: una bombeta de incandescència, a la qual se li escalfa el filament que travessen els electrons fins que brilla i fa llum)

La següent taula resumeix les tres magnituds elèctriques fonamentals, les relaciona amb els tres elements del circuit elèctric, explica les seves unitats de mesura, i introdueix la relació que hi ha entre elles, la Llei d'Ohm.

* PROBLEMES A RESOLDRE: Llei d'Ohm

Per a consolidar coneixements, aquí tenim una Taula de magnituds físiques.

02-1-5 Potència i energia elèctriques

Des del punt de vista físic, l’energia es defineix com la capacitat de realitzar un treball. El treball és, des del mateix punt de vista físic, el que “costa” desplaçar un cos des d’un lloc concret a un altre. És a dir,  un treball, en principi, implica un moviment. Es pot dir,en certa manera, que “el treball és l’energia quan es manifesta”. És per això que com a magnituds físiques, treball i energia són equivalents, i es poden mesurar en les mateixes unitats.

Les fonts de producció d’energia són multiples i molt diverses (petroli, moviment del vent, fusió nuclear, radiació solar, aliments i matèria orgànica en general…). És per això que les unitats que s’utilitzen per a mesurar l’energia també són moltes i diverses. Donat, però, que mesuren el mateix, sempre hi ha una equivalència numèrica entre elles.

En electrotècnia (i en mecànica també) tenim dos tipus d’aparells segons el que facin amb l’energia la “subministren” o la “consumeixen”. Això coincideix plenament amb el que abans hem anoment “equips productors d’electricitat” i “equips consumidors d’electricitat”. Així, per exemple, una pila “subministra” una certa quantitat d’unitats d’energia, que distribueix per un fil conductor, i una bombeta “consumeix” aquestes unitats d’energia. L’energia és, doncs, algo que es produeix, es distribueix i es consumeix, i que, té un cost econòmic.

 La potència és la magnitud física que relaciona la capacitat de produir o consumir energia per unitat de temps, i es mesura en les seves pròpies unitats, que sempre són equivalents a dividir energia per temps.  La potència és una característica pròpia d’una màquina o equip elèctric (tan si és productor com si és consumidor) que no varia (a no ser que es modifiqui l’estructura de la màquina), i que és la mateixa tan quan l’equip està funcionant com quan està aturat. Per entendre-ho millor:

 - Si tenim dos màquines de consum d’igual potència, (per exemple,dos motors elèctrics) si una funciona durant més temps que l’altre, la primera ha consumit més energia (i ha realitzat, aleshores, un treball més gran, i un cost econòmic més gran)

 - Si tenim dos màquines de consum de potències diferents, la més potent consumirà la mateixa energia que l’altre en un temps inferior. És a dir, executarà el mateix treball en un temps inferior, amb el mateix cost econòmic. Si les dues màquines  es fan funcionar durant el mateix temps, la més potent consumeix més energia, fa un treball més gran, i aleshores, provoca un major cost econòmic

                 En electrotècnia, la unitat de potència és la mateixa que la del Sistema Internacional que s’utiltiza en física, el Watt, que és un joule dividit per un segon. No ho demostram aquí, però un Watt també és un volt multiplicat per un amperi.  La potència de producció d’una central elèctrica sol ser de l’ordre de Megawatts, i la potència de consum d’un aparell domèstic sol ser de l’ordre de Watts o KWatts

Per aproximar la idea, el kilowatt·hora costa aprox. unes 0,21 € (setembre 2020) 

A més de l'energia consumida,  en les factures també es cobren tres altres coses: la potència contractada, el lloguer d’equips de mesura, i els imposts (impost elèctric i IVA).

Factura 1, exemple de factura domèstica, amb 4.6 kw de potència contractada. 

Factura 2, exemple de factura d'un local comercial, amb 13.6 kw de potència contractada.