Exercicis d'electricitat i electromagnetisme — Tecnologia i Digitalització 3r ESO

Apliquem I = V/R = 100 / 50 = 2 A.
Hi circula una intensitat de 2 ampers.

Si obres l'interruptor, s'obre l'únic camí del circuit i la bombeta s'apaga: no hi pot circular corrent. Les llums de Nadal antigues estaven en sèrie, amb un sol camí per a totes; si una es fonia, s'obria aquest camí i s'apagaven totes de cop.

Un motor elèctric converteix energia elèctrica en energia de moviment (electricitat a moviment). Un generador fa el contrari: converteix moviment en energia elèctrica (moviment a electricitat). Són màquines inverses, totes dues basades en l'electromagnetisme.

Conductors (deixen passar el corrent): coure, alumini i aigua salada, que té ions lliures.
Aïllants (no deixen passar el corrent): plàstic, vidre i goma.
Per això els cables són de coure o d'alumini a dins i de plàstic o goma a fora.

Tensió: volt (V), es mesura amb un voltímetre.
Intensitat: ampere (A), es mesura amb un amperímetre.
Resistència: ohm (Ω), es mesura amb un òhmmetre.
Un multímetre pot fer les tres funcions.

Llei d'Ohm: V = I · R.
V = 0,5 · 24 = 12 V.
Comprovació: I = V/R = 12/24 = 0,5 A.

De la llei d'Ohm, R = V/I.
R = 230/0,46 = 500 Ω.
Comprovació: 230/500 = 0,46 A.

La potència elèctrica és P = V · I.
P = 12 · 0,5 = 6 W.
Això vol dir que la bombeta transforma 6 J d'energia elèctrica cada segon.

Fals.
Cada tros d'imant es converteix en un imant complet amb el seu propi pol nord i el seu propi pol sud.
Els pols magnètics sempre van per parelles: no es poden separar.

Generador (pila o bateria): dona l'energia que fa moure els electrons.
Interruptor: obre o tanca el circuit per deixar passar el corrent o no.
Receptor (bombeta, motor, timbre): transforma l'energia elèctrica en llum, moviment, so, etc.
Conductors (cables): connecten els elements i deixen passar el corrent.

Passa més corrent per la de 10 ohms. Per la llei d'Ohm, I = $\tfrac{V}{R}$: amb la mateixa tensió, com més petita és la resistència, més gran és la intensitat. La de 100 ohms oposa deu vegades més resistència, així que hi passa deu vegades menys corrent.

En sèrie, R_T = 15 + 25 = 40 ohms.
La intensitat, per la llei d'Ohm: I = V/R_T = 40/40 = 1 A.
La resistència total és de 40 ohms i hi circula 1 amper.

Perquè en paral·lel tots els aparells reben la mateixa tensió (els 230 V de la xarxa) i cada un té el seu propi camí. Així pots encendre o apagar un aparell sense que afecti els altres, i si un es fon, la resta segueix funcionant. En sèrie, tots dependrien d'un sol camí i si un s'apagués o es fonés, s'apagarien tots.

Pots enrotllar més voltes de fil formant la bobina, augmentar la intensitat del corrent que hi passa, o posar una barra de ferro a dins de la bobina (nucli de ferro). Qualsevol d'aquestes coses reforça el camp magnètic i fa l'electroimant més fort.

En totes, l'electricitat la produeix un generador. El que el fa funcionar és el moviment: l'aigua que cau (hidràulica), el vapor a pressió (tèrmica) o el vent (eòlica) fa girar el generador. Sempre és moviment que es transforma en electricitat per inducció electromagnètica.

En sèrie les resistències se sumen: R_T = 10 + 20 + 30 = 60 Ω.
La intensitat és la mateixa en totes: I = V/R_T = 12/60 = 0,2 A.
Tensions: V₁ = 0,2 · 10 = 2 V; V₂ = 0,2 · 20 = 4 V; V₃ = 0,2 · 30 = 6 V.
Comprovació: 2 + 4 + 6 = 12 V.

En paral·lel, totes dues tenen la tensió de la font: 12 V.
I₁ = 12/30 = 0,4 A; I₂ = 12/60 = 0,2 A.
Intensitat total: I = 0,4 + 0,2 = 0,6 A.
Resistència equivalent: R_eq = 12/0,6 = 20 Ω, menor que la més petita de les dues.
Comprovació: (30 · 60)/(30 + 60) = 20 Ω.

Passem el temps a hores: 90 min = 1,5 h.
Energia: E = P · t = 2,2 kW · 1,5 h = 3,3 kWh.
Cost: 3,3 · 0,20 = 0,66 €.
Atenció: per treballar en kWh la potència ha d'anar en kW i el temps en hores.

De V₁/V₂ = N₁/N₂ surt V₂ = V₁ · N₂/N₁.
V₂ = 230 · 100/1000 = 23 V.
La tensió baixa, per tant és un transformador reductor (el secundari té menys espires que el primari).
Recorda que un transformador només funciona amb corrent altern.

El moviment de l'imant canvia el camp magnètic que travessa la bobina i hi genera un corrent: és la inducció electromagnètica.
Si l'imant s'atura, el corrent desapareix; si el movem en sentit contrari, el corrent canvia de sentit.
El corrent és més gran si movem l'imant més de pressa, si l'imant és més potent o si la bobina té més espires.

L'amperímetre es connecta en sèrie amb la resistència, perquè ha de ser travessat pel mateix corrent que volem mesurar; té una resistència molt petita per no alterar-lo.
El voltímetre es connecta en paral·lel amb la resistència, perquè mesura la diferència de potencial entre dos punts; té una resistència molt gran per no desviar corrent.
Error típic: posar l'amperímetre en paral·lel, cosa que provoca un curtcircuit.

De la potència P = V · I aïllem la intensitat: I = P/V = 2000 / 230 = 8,7 A aproximadament.
Hi circulen uns 8,7 ampers.

Per a dues resistències iguals en paral·lel, R_eq = R/2 = 20/2 = 10 ohms.
La resistència equivalent és de 10 ohms, menor que cada una de les branques (20 ohms), com sempre passa en paral·lel.

Potència total: 1200 + 2000 + 800 = 4000 W.
Intensitat: I = P/V = 4000/230 = 17,4 A, que supera els 16 A: el magnetotèrmic salta.
Sense el microones: P = 3200 W i I = 3200/230 = 13,9 A, inferior a 16 A: no salta.
Els aparells d'una casa estan en paral·lel, per això les seves intensitats se sumen.

Resistència del paral·lel: (40 · 60)/(40 + 60) = 24 Ω.
Resistència total: R_T = 6 + 24 = 30 Ω.
Intensitat total: I = 30/30 = 1 A (és la que passa per la resistència de 6 Ω).
Tensió al paral·lel: V = 1 · 24 = 24 V. Per tant I₄₀ = 24/40 = 0,6 A i I₆₀ = 24/60 = 0,4 A.
Comprovació: 0,6 + 0,4 = 1 A.

Estalvi de potència per focus: 50 - 7 = 43 W; amb 5 focus: 215 W = 0,215 kW.
Temps anual: 4 · 365 = 1460 h.
Estalvi d'energia: 0,215 · 1460 = 313,9 kWh.
Estalvi econòmic: 313,9 · 0,20 = 62,78 € a l'any.

Sèrie: R_T = 24 Ω, I = 6/24 = 0,25 A. Cada bombeta té 0,25 · 12 = 3 V i P = 3 · 0,25 = 0,75 W.
Paral·lel: cada bombeta té 6 V i I = 6/12 = 0,5 A, P = 6 · 0,5 = 3 W. La bateria dona 2 · 0,5 = 1 A.
En paral·lel llueixen molt més (3 W contra 0,75 W), però la bateria es gasta 4 vegades més de pressa.

Intensitat: I = P/V.
A 230 V: I = 100000/230 = 435 A i P_perduda = 435² · 2 ≈ 378000 W: més de tot el que es vol transportar, per tant és impossible.
A 23000 V: I = 100000/23000 = 4,35 A i P_perduda = 4,35² · 2 ≈ 37,8 W, pràcticament res.
Conclusió: l'electricitat es transporta a molt alta tensió perquè així la intensitat és petita i es perd poca energia en forma de calor; després es redueix amb transformadors.

(a) Atrau més clips: més espires donen un camp magnètic més intens.
(b) Segueix atraient els clips igual, només s'intercanvien els pols nord i sud, i el ferro és atret per qualsevol dels dos pols.
(c) Atrau menys clips, perquè el nucli de ferro reforça molt el camp.
(d) Els clips cauen: sense corrent no hi ha camp magnètic, i aquesta és el gran avantatge d'un electroimant.

Si el voltímetre marca els 9 V de la pila just entre els terminals de la bombeta, la tensió hi arriba correctament: la pila, els cables i l'interruptor funcionen.
Si la bombeta no s'encén, el filament està trencat: el circuit queda obert dins la bombeta i hi cau tota la tensió (en un circuit obert no hi passa corrent).
Comprovació: canviar-la per una altra bombeta bona, o mesurar-ne la resistència amb un òhmmetre, que marcaria infinit.