02-2 PRODUCCIÓ I CONSUM D'ELECTRICITAT

Hi ha fenòmens físics relacionats amb l'electricitat: calor, llum, reaccions químiques, magnetisme i moviment de cossos (la dinàmica, camp d'estudi de la física). Si  es dona un d'aquests fenòmens en determinades condicions, de vegades es pot produïr una determinada diferència de potencial. És a dir, es pot generar electricitat. Aquest principi és la base dels equips productors i i acumuladors d'electricitat. Contràriament, si ja es té electricitat, es poden donar fenòmens del mateix tipus, i aquest principi és la base dels equips consumidors d'energia elèctrica que coneixem.  


 

Quan existeix electricitat, quins fenòmens es DONEN

Donat un fenòmen com es pot PRODUÏR electricitat

 

TÈRMICS  

Canvis de temperatura, calor

 

Efecte Joule  Quan l'electricitat atravessa un cos conductor, el cos s'escalfa.

AplicacionsCalefacció elèctrica.  

Escalfament fins a la incandescència d'un filament per a obtenir llum (bombetes)

Efecte Seebeck entre dos metalls distints (parell termoelèctric, ex, Zn i Cu), es genera una ddp

AplicacionsPiròmetres de parell termoelèctric, per mesurar temperatures grans, en forns, ximeneies... 

 

LLUMINOSOS 

Canvis de llum

(fotó=ona i partícula)

 

 

 

a) Travessats per l’electricitat, alguns gasos, com el neó, emeten llum.  Aplicació: Tubs fluorescents (en electrotècnia, arcs voltàics)

b) Si impacta un electrò contra una partícula de fòsfor, aquesta partícula emet llum durant un petit interval de temps. Aplicació aquest és el principi de funcionament dels tubs de raigs catódics (CRT), les antigues pantalles de TV i d’ordinador. Els electrons travessen el buit dins un recipient de vidre, deflectats per un camp magnètic, i impacten contra una superfície de fòsfor. La imatge que es forma es codifica en el camp magnètic que deflecta el raig d'elctrons, i pot provenir d'un senyal RF (radiofreqüència), o d'un medi d'enregistrament.  

 

Si els fotons impacten sobre una superfície de quars (SiO2), es genera una ddp en el mateix cos

 

Aplicacions: cèl·lules fotovoltaiques, que s’utilitzen com a generadors d’electricitat autònoms, energia solar que  s’aprofita en instal·lacions elèctriques rurals, satèl·lits…(Nota: també s’aprofita la calor de l’Energia  solar)

Sempre fan falta acumuladors, que solen ser bateries químiques

 

QUÍMICS  Combinació d’elements químics (formulació)

 

Ànode = electrode +

Càtode = electrode -

 

Disgregació de compostos químics (electròlisi)

Aplicacions: Càrrega de bateries elèctriques

Banys metàl·lics (el de Zn es diu galvanització, també existeixen el cromat, amb Cr,  i el niquelat, amb Ni). La peça a recobrir és el càtode de la reacció química.

 

Si tenim dos metalls distints submergits dins un líquid electròlit (per ex, SO4H2, àcid sulfúric), es genera una ddp entre ells

 
Aplicacions: Entrega d'electricitat des de piles, bateries

Bateria o Pila = conexió de cèl·lules energètiques en paral·lel. 

En un cèl·lula de zinc, la reacció química és:

Zn + SO4H2 = ZnSO4 + H2 + ddp

 

MAGNÈTICS 

Activitat d’un camp de força magnètic

 

Experiència d’Öersted, la brúixola gira en presència de corrent elèctric. El fil conductor s’ha convertit en un imant!!

Aplicacions:electroimants,  relés, motors elèctrics de CC i CA, altaveus, instruments de mesura  elèctrics, ...molts més


Faraday
va descubrir que movent un fil conductor dins un camp magnètic es genera corrent elèctric dins del fil perpendicular al plànol que formen la direcció del moviment i el sentit del camp magnètic. Aixó és la inducció electromagnètica

Aplicacions: 
* Generadors de corrent elèctric. E
ls de CC, es diuen dinamos.  Els de CA, es diuen alternadors. 
* Transformadors elèctrics.

 

MOVIMENT (DINÀMICA)

PIEZOELECTRICITAT

   Tensió elèctrica que es manifesta en certes substàncies per efecte de la pressió. La més coneguda és el quars, SiO2

 

Si s’aplica una ddp a un material piezoelètric, “vibra” amb una freqüència coneguda. Aixó es tradueix en una oscil·lació regular del voltatge que proporciona el material (el voltatge “puja i baixa”)
 

Aplicacions: Rellotges electrònics, oscil·ladors electrònics, que controlen per exemple la velocitat dels processadors dels ordinadors

 

Si es fa vibrar un material piezoelèctric, apareix una ddp entre les seves cares.

 Aplicacions: Els micrófons de cristall aprofiten la vibració de les ones sonores, i la converteixen en corrent elèctric. (Nota: hi ha també altres tipus de micròfons)