Electrotècnia

1.2.- Naturalesa de l'electricitat 

---

A la naturalesa trobem 107 elements o cossos simples diferents, que es troben reflectits a la taula periòdica. L’àtom és la part més petita d’aquests elements.

• Estructura dels àtoms.

La paraula àtom significa en grec indivisible. Posteriorment altres investigadors van revelar que està format per partícules subatòmiques molt més petites, com ara els electrons, protons, neutrons... Aquests tres són els més importants.

• Electrons: giren a gran velocitat al voltant del nucli i es mantenen en aquestes òrbites gràcies a l’energia d’atracció del nucli. La càrrega elèctrica dels electrons és negativa i la seva massa és de 9,1091·10-31
• Protons: formen el nucli de l’àtom. La seva massa és 1836,11 vegades superior a la de l’electró.
• Neutrons: són partícules elementals sense càrrega, situades al nucli de l’àtom i amb una massa aproximadament igual a la del protó.

Cada àtom té el mateix nombre d’electrons que de protons. Si la càrrega de l’electró és igual que la del protó, podem considerar l’àtom elèctricament neutre.

Com més allunyat estiguin els electrons del nucli, més petita serà la força d’atracció d’aquest nucli i, per tant, més petita serà l’energia que li hem de subministrar per vèncer la força d’atracció.

L’àtom si perd un electró queda sense equilibri elèctric, ja que el nombre de protons és superior al d’electrons. L’àtom quedarà carregat positivament i es convertirà en un ió positiu o catió. En cas contrari, si queda carregat negativament es convertirà en un ió negatiu o anió.

• Càrregues electrostàtiques.

Gairebé segur que en cursos anteriors has realitzat l’experiment de fregar el teu bolígraf amb un drap per observar com després atreia petits trossos de paper. Aquest fenomen és un fenomen electrostàtic, observat pel grec Tales de Milet al segle VII aC.
Així doncs, podem comprovar que si acostem dos cossos carregats amb electricitat del mateix signe, es repel·leixen; si els cossos posseeixen electricitat de diferent signe s’atreuen.

• Llei de Coulomb.

La llei de Coulomb diu que la força d’atracció o de repulsió entre dues càrregues és directament proporcional al producte de les seves càrregues i inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa.

F=K Q Q’/r²

essent K una constant que depèn del medi que envolta les càrregues.
En l’aire o en el buit, K= 9·10⁹ Nm²/C²

En el sistema internacional (SI) es defineix:

K=1/ 4pe

sent e la permitivitat o constant dielèctrica del medi, que, per tant, també és una constant.

Definim com a permitivitat relativa e_r la relació entre la permitivitat del medi i la permitivitat del buit.

e_r= e/e₀

e_r = permitivitat relativa
   e = permitivitat del medi
   e₀ = permitivitat del buit
   e₀= 8,85·10-12 C²/N m²

• Camp elèctric.

El camp elèctric degut a una càrrega Q és la regió de l’espai al voltant d’aquesta càrrega on es manifesten les forces d’atracció o de repulsió sobre altres càrregues elèctriques situades en aquest espai.

El camp elèctric es representa per les seves línies de força, que corresponen als camins que seguiria una càrrega elèctrica puntual positiva en ser atreta o repel·lida per la càrrega elèctrica que ha creat el camp.

La intensitat de camp elèctric (E) creada per una càrrega Q en un punt de l’espai és la força elèctrica que actua sobre una unitat de càrrega situada en aquest punt.

 E = F/Q’ = K QQ’/r² · 1/Q’                       E = K Q/r²

La força elèctrica a que està sotmesa una càrrega Q’ en l’interior d’un camp elèctric és:

F = Q’ E

La direcció del camp elèctric en un pumt coincideix amb la direcció de la força realitzada sobre una càrrega positiva en un punt, o bé amb la tangent a les línies de força del camp.
 

Si en lloc d’una càrrega puntual, la que crea el camp elèctric és una distribució de càrregues, la intensitat del camp serà la suma vectorial de les intensitats de camp que creen cadascuna de les càrregues. Això s’anomena principi de superposició.

E = E1 + E2 +E3 +....+ En

ACTIVITATS

2.- En què es diferencia un àtom d’un ió?

3.- Explica com estan ordenats els nivells d’energia de les diferents capes d’un àtom.

4.- Busca informació sobre l’experiment de Rutherford.

5.- L’electroscopi és un aparell que ens permet comprovar l’electrització d’un cos. Investiga en què consisteix i quin és el principi de seu funcionament.

6.- Si a un cos elèctricament neutre li arranquem 2 electrons, en quin estat elèctric queda?

7.- Dues esferes amb igual càrrega situades en el buit, separades per una distància de 0,1 m, es repel·leixen amb una força de 810 N. Calcula el valor de les càrregues.

8.- Una càrrega de 2µC i una altra de –5µC es troben en l’aire a una distància de 50 cm. Amb quina força actua l’una sobre l’altra?

9.- Quina és la intensitat de camp elèctric en un punt determinat si una càrrega de 2,5µC situada en aquest punt està sotmesa a una força de 0,325 N?

10. - Una càrrega de 5µC està situada en l’aire i es troba a una distància de 20 cm d’un punt P. Calcula el mòdul de la intensitat de camp en aquest punt i dibuixa la gràfica amb el vector resultant.

11. Dues càrregues de 5µC i 8µC estan situades en el buit, en els punts que indica la figura. Calcula el mòdul del vector intensitat de camp en el punt A i dibuixa el vector resultant.

               Respostes