Paràmetres elèctrics
En aquest apartat es donarà una visió general del funcionament i mesurament de l’electricitat. Per a això se n’estudiarà el fenomen natural, com també els aparells que s’utilitzen per a fer-ne mesures qualitatives. L’electricitat es mesura amb aparells que ens permeten avaluar el voltatge, intensitat i potència dels circuits i aparells electrònics. Aquesta informació ens permetrà abordar amb coneixement de causa els components que conformen un ordinador personal i que estan relacionats amb l’electricitat i el subministrament d’energia, com són la font d’alimentació i els components informàtics que se n’alimenten.
Fonaments d'electricitat
Així, per a ser capaços de reparar ordinadors personals en totes les seves parts funcionals, heu de comprendre el fenomen elèctric i conèixer els diferents senyals elèctrics que es poden mesurar en un ordinador personal, des de la font d’alimentació fins als valors que trobarem en els circuits integrats. Els valors que utilitzarem amb més freqüència i que s’utilitzen habitualment per a caracteritzar els components informàtics són el voltatge, la intensitat i la potència.
L'electricitat i els senyals elèctrics
L’electricitat és un fenomen físic originat per càrregues estàtiques o en moviment i per la seva interacció. Quan una càrrega es troba en repòs produeix forces sobre d’altres situades al seu voltant. Si la càrrega es desplaça, també produeix forces magnètiques. Hi ha dos tipus de càrregues elèctriques, anomenades positives i negatives.
L’electricitat està present en algunes partícules subatòmiques. La partícula fonamental més lleugera que porta càrrega elèctrica és l’electró, que transporta una unitat de càrrega negativa. En circumstàncies normals, els àtoms contenen electrons, i sovint els que estan més allunyats del nucli es desprenen amb molta facilitat. En algunes substàncies, com els metalls, proliferen els electrons lliures. Un àtom normal té quantitats iguals de càrrega elèctrica positiva i negativa, per tant, és elèctricament neutre. La quantitat de càrrega transportada per tots els electrons de l’àtom, que per convenció és càrrega negativa, es troba equilibrada per la càrrega positiva localitzada al nucli. D’aquesta manera si un cos conté un excés d’electrons queda carregat negativament. Si al contrari el cos té una absència d’electrons, queda carregat positivament, perquè hi ha més càrregues positives al nucli.
Constitució de la matèria i estructura atòmica
- Partícula
La partícula es considera la part més petita que resulta quan es descompon un cos per procediments mecànics.
Per a estudiar la naturalesa de l’electricitat i els fenòmens relacionats amb aquesta, cal conèixer, encara que sigui de manera elemental, la constitució de la matèria. La matèria està formada per partícules.
- Molècula
La molècula és la part més petita que resulta de la descomposició d’un cos per procediments físics.
- Àtom
L’àtom és la part més petita que resulta de la descomposició d’un cos per procediments químics.
El nucli està format per dos tipus d’elements:
- Protó, que és la part de l’àtom que té una càrrega elèctrica positiva, que s’agafa com a unitat, i una massa que també s’agafa com a unitat
- Neutró, que és la partícula amb la mateixa massa que el protó però que no té càrrega elèctrica.
Òrbites, on giren, al voltant del nucli, els electrons.
Els electrons són partícules atòmiques amb la mateixa càrrega elèctrica que el protó però de signe contrari, és a dir, negatiu, i amb una massa pràcticament insignificant comparada amb la del protó o la del neutró (recordeu que les masses del protó i del neutró són iguals).
En condicions normals, l’àtom és elèctricament neutre, és a dir, tendeix a tenir el mateix nombre d’electrons que de protons. Ara bé, en determinades circumstàncies, els àtoms, i en conseqüència els cossos formats per aquests àtoms, poden guanyar o perdre càrregues elèctriques i donar lloc a dos tipus d’electricitat:
- Electricitat positiva, quan els cossos han perdut electrons.
- Electricitat negativa, quan els cossos han guanyat electrons.
Fixeu-vos en el detall que parlem de guanyar o perdre electrons, ja que només aquests tenen la possibilitat de desplaçar-se, ja que els protons estan tancats al nucli.
Electrització per fricció
A l’antiga Grècia ja coneixien les propietats d’alguns cossos, com l’ambre, anomenat en grec elektron, d’atraure petits trossos de paper, suro, plomes, etc. immediatament després d’haver estat fregats. Altres tipus de cossos amb aquestes propietats són el vidre, la resina, l’ebonita.
Quan dos cossos es freguen l’un amb l’altre es pot establir entre ells una transferència d’electrons. Si freguem una barra de plàstic amb un drap de llana, el plàstic quedarà carregat negativament (electricitat negativa), ja que agafarà electrons de la llana. En canvi, si freguem una barra de vidre amb un mocador de seda, el vidre quedarà carregat positivament (electricitat positiva), ja que haurà cedit electrons a la seda.
Tot fenomen d’electrització és conseqüència d’una transferència d’electrons; les càrregues elèctriques no es creen ni es destrueixen, sinó que passen d’un cos a un altre, de manera que tots dos cossos queden electritzats.
Amb les barres de plàstic i vidre carregades elèctricament, podem comprovar que si apropem dues barres de plàstic o dues barres de vidre sorgeix entre elles una força de repulsió; en canvi, si apropem una barra de cada tipus apareix una força d’atracció.
Càrrega elèctrica
La càrrega elèctrica es defineix com la quantitat d’electrons que té un cos tant per defecte com per excés. Es representa amb la lletra q.
La càrrega elèctrica, també anomenada quantitat d’electricitat, és una magnitud física fonamental. En principi semblaria lògic pensar que la unitat de la càrrega elèctrica hauria de ser l’electró; ara bé, com que és d’un valor molt petit es va optar per utilitzar un múltiple, el coulomb.
El coulomb és la unitat de càrrega elèctrica i equival aproximadament a 6,2 × 1018 electrons.
Camp elèctric
Tothom sap que la Terra exerceix una influència anomenada gravitatòria, que es pot apreciar quan, en qualsevol dels seus punts, se situa un cos de prova i se’n mesura el pes, és a dir, la força amb què la Terra l’atreu. Aquesta influència es coneix com a camp gravitatori terrestre. De la mateixa manera, la física introdueix la noció de camp magnètic i també la de camp elèctric o electrostàtic.
S’anomena camp elèctric d’una càrrega q la regió de l’espai, al voltant de la càrrega, en què es manifesten forces d’origen elèctric.
Una manera de comprovar la presència o no de camp elèctric en un punt és col·locant-hi un cos carregat i observant si s’hi exerceix alguna força d’origen elèctric.
Els camps elèctrics es representen amb les anomenades línies de força. Aquestes són les trajectòries que seguiria una càrrega elèctrica positiva abandonada lliurement en el camp. Les línies de força tindran el sentit de les càrregues positives a les negatives.
Diferència de potencial
S’anomena diferència de potencial, entre dos punts d’un camp elèctric, el treball que cal realitzar sobre la unitat de càrrega per a transportar-la des del primer punt fins al segon.
La unitat de diferència de potencial serà la que hi ha entre dos punts d’un camp elèctric de manera que per traslladar un coulomb de càrrega elèctrica, la força que calgui realitzar sigui d’un joule. Aquesta unitat s’anomena volt.
La diferència de potencial també rep el nom de tensió.
Si dos cossos carregats elèctricament, amb diferent potencial, s’uneixen mitjançant un fil conductor, es produeix un pas de càrrega fins que tots dos cossos, i el conductor que els uneix, queden al mateix potencial, anomenat potencial d’equilibri. Recordeu que els àtoms i els cossos tenen tendència a romandre en estat neutre.
El corrent Elèctric
Aquest desplaçament d’electrons es mantindrà sempre que hi hagi una diferència de potencial entre els seus extrems.
El corrent elèctric pot produir diferents efectes:
- Tèrmic o calorífic. Pensem, per exemple, en les estufes elèctriques, que tan sols s’han d’endollar perquè comencin a escalfar, o bé en les làmpades d’incandescència, en què el pas del corrent elèctric en travessar un filament produeix lluminositat.
- Magnètic. Quan un corrent elèctric passa per un conductor es crea un camp magnètic. Trobem un exemple en els motors.
- Químic. El més important és l’electròlisi que s’aplica en determinats processos industrials.