Exercicis de circuits i llei d'Ohm — Tecnologia i Digitalització 2n ESO
En aquest tema calcules i raones com funciona un circuit elèctric. Els exercicis comencen pels elements bàsics d'un circuit i per les magnituds: tensió, intensitat i resistència. Després apliques la llei d'Ohm per trobar quina resistència cal perquè circulin 3 A amb una pila de 9 V, i calcules potències. També compares circuits en sèrie i en paral·lel i expliques per què a casa, si es fon una bombeta, les altres continuen enceses. Hi ha preguntes sobre conductors i aïllants, com per què el coure condueix i el plàstic no. Errors freqüents: aïllar malament la llei d'Ohm i confondre tensió amb intensitat.
Nivell bàsic
Exercici 1
Anomena els quatre elements bàsics d'un circuit i digues què fa cadascun.
Mostra la solució
El generador (pila) dona l'energia; els receptors (bombeta, motor) la consumeixen i fan una feina; els conductors (cables) porten el corrent; i l'element de control (interruptor) obre o tanca el pas del corrent.
Exercici 2
Per una resistència de 4 ohms hi circulen 3 A. Quina tensió hi ha als seus extrems?
Mostra la solució
Ens demanen la tensió, així que apliquem V = R · I = 4 · 3 = 12. Als extrems de la resistència hi ha una tensió de 12 V.
Exercici 3
A casa teva, s'espatlla una bombeta i la resta de llums continuen funcionant. En sèrie o en paral·lel? Per què?
Mostra la solució
Estan en paral·lel. En un circuit en paral·lel cada bombeta té el seu propi camí connectat directament a la xarxa, així que, si una es fon, s'obre només el seu camí i les altres continuen rebent tensió i funcionant.
Exercici 4
Relaciona cada magnitud elèctrica amb la seva unitat i l'aparell que la mesura: tensió, intensitat i resistència.
Mostra la solució
Tensió: volt (V), es mesura amb un voltímetre.
Intensitat: ampere (A), es mesura amb un amperímetre.
Resistència: ohm (Ω), es mesura amb un ohmímetre.
La relació entre les tres és la llei d'Ohm: V = I · R.
Exercici 5
Un circuit té una pila de 12 V i una resistència de 6 Ω. Quina intensitat hi circula?
Mostra la solució
Per la llei d'Ohm, I = V / R.
I = 12 / 6 = 2 A.
Comprovació: V = I · R = 2 · 6 = 12 V.
Exercici 6
Una resistència connectada a 24 V deixa passar 0,5 A. Calcula'n el valor.
Mostra la solució
Llei d'Ohm: R = V / I.
R = 24 / 0,5 = 48 Ω.
Comprovació: I = 24 / 48 = 0,5 A.
Exercici 7
Expressa en les unitats que es demanen: (a) 350 mA en A; (b) 2,2 kΩ en Ω; (c) 0,75 A en mA.
Mostra la solució
(a) 1 mA = 0,001 A, per tant 350 mA = 0,35 A.
(b) 1 kΩ = 1000 Ω, per tant 2,2 kΩ = 2200 Ω.
(c) 1 A = 1000 mA, per tant 0,75 A = 750 mA.
Exercici 8
Classifica en conductors o aïllants: alumini, goma, aigua salada, vidre, coure i fusta seca.
Mostra la solució
Conductors: alumini, coure i aigua salada (portadors lliures de càrrega).
Aïllants: goma, vidre i fusta seca.
Atenció: l'aigua pura gairebé no condueix, però l'aigua amb sals sí.
Exercici 9
Una bombeta no s'encén tot i estar connectada a una pila amb cables. Digues tres possibles causes relacionades amb el circuit.
Mostra la solució
1) El circuit està obert: l'interruptor és obert o hi ha un cable desconnectat, de manera que el corrent no pot circular.
2) La bombeta té el filament fos.
3) La pila està gastada i no dona tensió.
Perquè hi hagi corrent cal un circuit tancat amb generador.
Exercici 10
Tres resistències de 10 Ω, 20 Ω i 15 Ω es connecten en sèrie. Quina és la resistència equivalent?
Mostra la solució
En sèrie les resistències se sumen: Req = R1 + R2 + R3.
Req = 10 + 20 + 15 = 45 Ω.
La resistència equivalent en sèrie és sempre més gran que qualsevol de les resistències.
Nivell intermedi
Exercici 11
Amb la comparació de la canonada d'aigua, explica què representa la tensió i què la intensitat.
Mostra la solució
La tensió és com la pressió que empeny l'aigua per la canonada: com més pressió (tensió), més ganes té l'aigua (el corrent) de circular. La intensitat és la quantitat d'aigua (de càrrega) que passa realment per la canonada cada segon.
Exercici 12
Per què el coure té poca resistència i el plàstic en té molta? Per a què s'usa cadascun en un cable?
Mostra la solució
El coure és un bon conductor: deixa passar el corrent amb facilitat, per això té poca resistència i s'usa per fer el fil interior del cable. El plàstic és un aïllant: s'oposa molt al pas del corrent, té molta resistència, i per això recobreix el cable perquè no ens electrocutem.
Exercici 13
Una làmpada connectada a 230 V deixa passar 0,5 A. Calcula la seva resistència i la seva potència.
Mostra la solució
La resistència: R = V/I = 230 / 0,5 = 460 ohms. La potència: P = V · I = 230 · 0,5 = 115 W. Així, la làmpada té 460 ohms de resistència i consumeix 115 W.
Exercici 14
Tens una pila de 9 V i vols que hi circulin exactament 3 A. Quina resistència necessites?
Mostra la solució
Ens demanen la resistència, així que fem servir R = V/I = 9 / 3 = 3. Necessites una resistència de 3 ohms perquè, amb 9 V, hi circulin 3 A.
Exercici 15
En un circuit en sèrie amb dues bombetes iguals connectat a una pila de 12 V, quina tensió rep cada bombeta?
Mostra la solució
En sèrie la tensió de la pila es reparteix entre els receptors. Com que les dues bombetes són iguals, es reparteixen els 12 V a parts iguals: cada bombeta rep 6 V. Per això en sèrie les bombetes llueixen menys que soles.
Exercici 16
Per què les instal·lacions de les cases es fan en paral·lel i no en sèrie?
Mostra la solució
Perquè en paral·lel cada aparell rep la tensió sencera de la xarxa (230 V), que és la que necessita per funcionar bé, i, a més, si un aparell s'espatlla o s'apaga, els altres continuen funcionant. En sèrie es repartiria la tensió i, si un aparell fallés, s'apagaria tota la casa.
Exercici 17
Dues resistències de 12 Ω i 6 Ω es connecten en paral·lel. Calcula la resistència equivalent.
Mostra la solució
En paral·lel: 1/Req = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12.
Req = 12/3 = 4 Ω.
Comprovació: és menor que la més petita (6 Ω), com ha de ser en paral·lel.
Exercici 18
Una pila de 12 V alimenta dues resistències de 10 Ω i 20 Ω en sèrie. Calcula la intensitat i la tensió en cada resistència.
Mostra la solució
Req = 10 + 20 = 30 Ω.
I = V / Req = 12 / 30 = 0,4 A (la mateixa en totes dues en sèrie).
V1 = 0,4 · 10 = 4 V i V2 = 0,4 · 20 = 8 V.
Comprovació: 4 + 8 = 12 V.
Exercici 19
Una planxa de 230 V consumeix 5 A. Calcula la potència, l'energia en kWh que consumeix en 2 hores i el cost si el kWh val 0,15 €.
Mostra la solució
Potència: P = V · I = 230 · 5 = 1150 W = 1,15 kW.
Energia: E = P · t = 1,15 · 2 = 2,3 kWh.
Cost: 2,3 · 0,15 = 0,345 €, o sigui 0,35 € aproximadament.
Exercici 20
Com es connecten un amperímetre i un voltímetre per mesurar la intensitat i la tensió d'una bombeta? Per què no es poden posar a l'inrevés?
Mostra la solució
L'amperímetre es connecta en sèrie amb la bombeta, perquè ha de ser travessat per tot el corrent.
El voltímetre es connecta en paral·lel entre els dos extrems de la bombeta, perquè mesura una diferència de tensió.
L'amperímetre té una resistència molt baixa: en paral·lel provocaria un curtcircuit. El voltímetre té una resistència molt alta: en sèrie gairebé aturaria el corrent.
Exercici 21
Dues resistències de 6 Ω i 12 Ω es connecten en paral·lel a una pila de 12 V. Calcula el corrent que passa per cada una i el corrent total.
Mostra la solució
En paral·lel, totes dues reben la tensió de la pila, 12 V.
I1 = 12 / 6 = 2 A i I2 = 12 / 12 = 1 A.
Corrent total: I = 2 + 1 = 3 A.
Comprovació: Req = 4 Ω i 12 / 4 = 3 A.
Nivell avançat
Exercici 22
Si a un circuit amb tensió constant li poses una resistència més gran, el corrent puja o baixa? Justifica-ho amb la llei d'Ohm.
Mostra la solució
El corrent baixa. Segons I = , si la tensió V es manté constant i la resistència R augmenta, la divisió dona un valor més petit, així que la intensitat disminueix. Una resistència més gran s'oposa més al pas del corrent.
Exercici 23
Una pila de 24 V alimenta una resistència de 4 Ω en sèrie amb dues resistències en paral·lel de 6 Ω i 12 Ω. Calcula la resistència total, el corrent total i el corrent per cada resistència del paral·lel.
Mostra la solució
Paral·lel: 1/Rp = 1/6 + 1/12 = 3/12, així Rp = 4 Ω.
Total: Req = 4 + 4 = 8 Ω.
Corrent total: I = 24 / 8 = 3 A (és el que passa per la de 4 Ω).
Tensió al paral·lel: V = 3 · 4 = 12 V.
I6 = 12 / 6 = 2 A i I12 = 12 / 12 = 1 A. Comprovació: 2 + 1 = 3 A.
Exercici 24
Una guirnalda de Nadal té 20 bombetes iguals en sèrie i una altra té 20 bombetes iguals en paral·lel. Què passa en cada cas si una bombeta es fon? Per què es fan servir dues solucions?
Mostra la solució
En sèrie, si una bombeta es fon el circuit s'obre i s'apaguen totes, perquè el corrent té un sol camí.
En paral·lel, les altres continuen enceses, perquè cada una té el seu camí amb la tensió completa.
La sèrie és més barata i divideix la tensió (cada bombeta només n'ha de suportar una part), però és fràgil. El paral·lel és més fiable, però cada bombeta ha de funcionar amb la tensió total i consumeix un corrent més gran en conjunt.
Exercici 25
Es mesuren la tensió i la intensitat d'una resistència: (2 V; 0,5 A), (4 V; 1,0 A), (6 V; 1,5 A) i (8 V; 2,0 A). Calcula V/I en cada cas, digues si compleix la llei d'Ohm i prediu la intensitat a 10 V.
Mostra la solució
V/I: 2/0,5 = 4 Ω; 4/1,0 = 4 Ω; 6/1,5 = 4 Ω; 8/2,0 = 4 Ω.
El quocient és constant: la intensitat és proporcional a la tensió, per tant compleix la llei d'Ohm amb R = 4 Ω.
A 10 V: I = 10 / 4 = 2,5 A.
Si el quocient no fos constant, el component no seria òhmic.
Exercici 26
Una instal·lació de 230 V té un fusible de 10 A. Calcula la potència màxima que pot subministrar. Es poden connectar a la vegada una planxa de 1200 W, un microones de 900 W i un forn de 400 W? Raona-ho.
Mostra la solució
Potència màxima: P = V · I = 230 · 10 = 2300 W.
Suma dels aparells: 1200 + 900 + 400 = 2500 W.
Com que 2500 W > 2300 W, el corrent total seria 10,9 A, que és més de 10 A.
El fusible es fondria. Només se'n poden connectar dos alhora, per exemple la planxa i el microones (2100 W).
Exercici 27
Un alumne diu: «Si connecto dues bombetes iguals en sèrie i en trec una, l'altra brillarà més perquè rep tot el corrent». És correcte? Corregeix-ho.
Mostra la solució
No és correcte.
En sèrie el corrent només té un camí; si es treu una bombeta, el circuit queda obert i no passa corrent.
L'altra bombeta s'apaga del tot.
Si volguéssim que continués encesa, haurien d'estar en paral·lel.
Exercici 28
Dues resistències de 10 Ω i 20 Ω en sèrie estan connectades a 12 V. Calcula la potència dissipada en cada una i la potència total, i comprova que coincideix amb la que dona la pila.
Mostra la solució
Corrent: I = 12 / 30 = 0,4 A.
P1 = I2 · R = 0,42 · 10 = 1,6 W; P2 = 0,42 · 20 = 3,2 W.
Total: 1,6 + 3,2 = 4,8 W.
Pila: P = V · I = 12 · 0,4 = 4,8 W. Coincideixen: l'energia que dona la pila es dissipa a les resistències.
Exercici 29
Un LED necessita 2 V i 20 mA. S'alimenta amb una pila de 9 V i una resistència en sèrie per limitar el corrent. Quina resistència cal posar-hi?
Mostra la solució
El LED ha de tenir 2 V i la resta de la tensió, 9 - 2 = 7 V, cau a la resistència.
La intensitat és 20 mA = 0,020 A.
R = V / I = 7 / 0,020 = 350 Ω.
Sense aquesta resistència el corrent seria massa gran i el LED es fondria.
Exercici 30
Una bombeta incandescent de 60 W i una LED de 8 W donen una llum semblant. Si estan enceses 5 hores al dia durant 30 dies, calcula l'energia que consumeix cadascuna i els diners que s'estalvien amb la LED si el kWh costa 0,16 €.
Mostra la solució
Incandescent: 0,060 kW · 5 h · 30 dies = 9,0 kWh.
LED: 0,008 kW · 150 h = 1,2 kWh.
Estalvi d'energia: 9,0 - 1,2 = 7,8 kWh.
Estalvi econòmic: 7,8 · 0,16 = 1,25 € al mes.
T'encalles amb aquest tema?
A L'Acadèmia de Vic t'ajudem amb classes individuals. Escriu-nos per WhatsApp.
Escriu-nos per WhatsApp (604 95 79 95)Més informació: Reforç d'ESO a Vic · Classes particulars
Preguntes freqüents
Com s'aplica la llei d'Ohm?
V = I · R. Si coneixes dues magnituds, aïlles la tercera: I = V / R i R = V / I. Amb 9 V i 3 A, la resistència ha de ser de 3 ohms.
Per què les cases tenen les bombetes en paral·lel?
Perquè així cada aparell rep la tensió completa i funciona de manera independent: si un es fon o s'apaga, els altres continuen funcionant.