RECAPITULEM¡¡¡

Ja sabem com es genera l'electricitat, els tipus d’electricitat, com es transporta, i, fins i tot, com es transforma en altres formes d’energia.

Activitat 9: El recorregut de l’energia. Escull un aparell elèctric de casa i dedueix tot el que passa des de la producció de l'energia elèctrica fins a la seua transformació en l’aparell.

Per a fer l’activitat necessitareu l’ajuda d’Internet i com a font d’informació, conèixer totes les formes d’energia i els diferents tipus de voltatges que s’utilitzen per al transport de l'electricitat.

Activitat 10:

Debat de 10 minuts en grups al voltant de la necessitat de l'energia elèctrica.

Activitat 11:

Exposició d’un vídeo de la central nuclear de Txernòbil, i la contaminació que generen les centrals nuclears. En acabar farem un debat al voltant de la necessitat d’aquest tipus de centrals en la societat actual.

Activitat complementaria: “Un dia sense electricitat”: Imagina que un dia, des que s’alcen no tenim corrent elèctric en casa. Descriu en un mínim de 100 paraules què passaria amb comparació amb un dia qualsevol, en el que l’ús de l'electricitat és pràcticament continu.

EL TRANSPORT DE L'ELECTRICITAT

Les centrals productores d'energia elèctrica es troben allunyades dels nuclis urbans, per exemple embassaments, centrals tèrmiques, nuclears, parcs solars o eòlics.

El transport de l'energia elèctrica es realitza mitjançant els cables d'alta, mitja i de baixa tensió i entremig se situen els transformadors. Però si l'electricitat que circula per aquests cables és la mateixa, per què necessitem diferents cables i els transformadors?

Com ja sabeu, el pas d'un corrent a través d'un conductor genera calor, l'anomenat efecte Joule, i la quantitat de calor s'incrementa a mesura que creix la intensitat. Si es genera calor, vol dir que es consumeix energia al llarg del conductor i, per tant, la perdem i no arriba als consumidors.

Així doncs, quan augmentem el voltatge i reduïm la intensitat, reduïm les pèrdues elèctriques i els cables de transport poden ser més prims i com a conseqüència de menor pes i menor cost. Per això, la distribució a grans distàncies es fa utilitzant les anomenades línies d'alta tensió de 100.000 a 400.000 V.

Per poder elevar o reduir la tensió s'utilitzen els transformadors que es troben vora les centrals de producció elèctrica, on augmenten la tensió i redueixen la intensitat. Per altra banda, els transformadors també se situen prop dels consumidors per reduir la tensió i augmentar la intensitat.

LES CENTRALS TÈRMIQUES.

El funcionament de les centrals termoelèctriques és el mateix, independentment del combustible que. Malgrat això, sí que hi ha diferències pel que fa al tractament previ que es fa del combustible i al disseny dels cremadors de les calderes de les centrals:

• Centrals de carbó. En aquest cas el combustible es tritura prèviament.
• Centrals de fueloil. En aquest cas el combustible s’escalfa per poder-lo utilitzar més fàcilment.
• Gas. No necessita emmagatzematge, arriba directament per gasoductes.
• Centrals mixtes. L’avantatge que tenen és que s’hi poden fer servir diferents combustibles.

Quan el combustible és a la caldera, es crema, i això genera la producció d’energia calorífica que es fa servir per a escalfar aigua i per a transformar-la, posteriorment, en vapor a una pressió molt elevada. A partir d’aquest vapor es fa girar una turbina i un alternador perquè aquest produïsca electricitat.

El vapor que surt de la turbina s’envia a un element anomenat condensador per a fi de convertir-lo en aigua i poder-lo retornar novament a la caldera on començar un nou cicle de producció de vapor.

Components principals d’una central tèrmica convencional:

• Caldera. l’aigua es transforma en vapor gràcies a la combustió de qualsevol combustible, que genera gasos a temperatura molt alta.
• Turbina de vapor. És la màquina que recull el vapor d’aigua, i gràcies a un sistema de pressions i temperatures, aconsegueix que gire l’eix que la travessa.
• Generador. Màquina que recull l’energia mecànica generada per l’eix que travessa la turbina i la transforma en elèctrica alterna.

Activitat 8: Pensa i dedueix: Com descriuries el funcionament d’una central hidroelèctrica i d'un aerogenerador

EL MOTOR ELÈCTRIC: SEGONA PART.

Ja sabem que si ajuntem un imant, un conductor, i el moviment d’algun d’aquests generem un corrent elèctric. Ara anem a pegar-li la volta, a partir d'un corrent elèctric i d'un imant anem a generar moviment.

Activitat 6: Pensa i dedueix.

Un electroimant es fixa perpendicularment a l’arbre motor que gira lliurement i els seus extrems s’encaren als pols N i S de dos imants. Dues lamel•les connectades a l’electroimant faran contacte, cada mitja volta, amb les escombretes connectades als pols positiu i negatiu de la font elèctrica de corrent continu. Aquest model es compon de tres parts:

• L’estator format pels imants i les escombretes és la part fixa del motor.
• El rotor format per l’electroimant, l’arbre rotor i les lamel·les, és la part mòbil del motor.
• El commutador, format per les escombretes i les lamel·les. A cada mitja volta del rotor, el commutador canvia el sentit del corrent elèctric de l’electroimant i, per tant, la seua polaritat.

Activitat 7: Funcionament d’un motor elèctric.

Identifica amb fletxes les diferents parts del motor: imants, rotor, electroimant, eix, col·lector, escombretes, carcassa.

EL MOTOR ELÈCTRIC: PRIMERA PART.

Ja sabem que si ajuntem un imant, un conductor, i el moviment d’algun d’aquests generem un corrent elèctric.

Però aquest procés és reversible?, és a dir, a partir de l'energia elèctrica podem generar moviment? La resposta és sí¡¡¡Però abans d’explicar de quina manera funcionen aquests mecanismes és necessari saber què és un electroimant.

Què és un electroimant: és un mecanisme que, quan circula un corrent elèctric per ell, genera un camp magnètic al seu voltant (revisar l'activitat 1)

Activitat 5: Construeix un electroimant.

Construir un electroimant és fàcil. Només cal que seguisques les indicacions i podràs experimentar de primera mà el que acabes de llegir.

Necessites:

1 m de cable unifilar de diàmetre 0,5 mm.

Un caragol (uns 30 mm de longitud).

Una femella.

Una volandera.

Una pila.

Per fer-ho segueix els passos següents:

Talla 1 m de cable.

Enrotlla el cable al voltant del caragol per formar la bobina, tal com es veu a la fotografia. És molt important que les espires de cable s'enrotllen sempre en el mateix sentit.

Posa la volandera i la femella per evitar que el cable s'escape.

Connecta l'electroimant a la pila. Es pot fer servir una pila cilíndrica d'1,5 V com a la fotografia de més avall. Si vols que siga més potent, pots connectar-lo a una pila de 4,5 V.

Prova'l. Apropa'l a objectes fèrrics com clips, claus petits, volanderes o caragols. Funciona?

Notaràs que s'escalfa. Això es deu al fet que a través seu passa molt corrent elèctric i una part important de l'energia d'aquest corrent es transforma en calor. Per evitar que es gaste molt la pila, connecta'l només un instant, mentre el proves i faces els teus experiments.

CORRENT CONTINU I CORRENT ALTERN

Hem vist que l'energia elèctrica està relacionà amb el moviment dels electrons, i que, segons el moviment que fan els electrons, tenim dos tipus de corrents elèctrics:

• El corrent continu (CC, DC.), en el que els electrons es mouen sempre en una direcció i van pegant voltes als circuits.
• El corrent altern (CA, AC), en el qual els electrons es mouen en dos sentits fent una “vibració”.

Activitat 4: Pensa i dedueix:

Relaciona les dues activitats anteriors en funció del tipus de corrent elèctric que genera i fes-ne una breu explicació.

• Pila de llimes:
• Central eòlica hidràulica, i tèrmica:

Per finalitzar aquesta part anem a fer una llista de tots els aparells elèctrics que tenim al voltant i anem a separar-los en dues columnes, segons funcionen amb corrent continua o amb corrent alterna.

Exemple:

Corrent continu: mòbil, ordinador, encaminador ...

Corrent altern: forn, bombetes, nevera ...

Abans de completar l’activitat heu de tenir en compte que els anomenats “carregadors”, són elements que transformen el corrent altern que rebem en les nostres cases, en corrent continu necessari per als aparells.

ESPREMENT L’ELECTRICITAT

Activitat 3: Electricitat a partir de llimes:

Sabies que una llima (i altres fruites i vegetals àcids) poden servir per a generar electricitat i, fins i tot, en alguns casos podem substituir una pila comuna.

Ara anem a construir una bateria de llimes, i amb ella, anem a encendre un LED.

Necessitarem: dos o més llimes, trossos de cable elèctric de coure per a les connexions, un poc zinc (claus galvanitzats), un poc de coure (monedes d'1, 2, o 5 cèntims), i pinces connectores.

Procediment:

Primer anem a “pressionar” un poc les llimes sense trencar-les, per a què s’acumule el suc de llima i puga fer de conductor de l'electricitat.

Cada llima la partirem en dues parts, i en cada una de les parts clavarem en una punta un clau galvanitzat i en l’altre extrem la moneda de Zinc, com en la següent imatge. És molt important que el coure no contacte amb el clau.

Ara tenim una cèl•lula de la bateria formada per una part amb càrrega positiva sobre el coure i l’altra amb càrrega negativa sobre el clau, formant els elèctrodes de la bateria.

Per a poder generar suficient potencial per a encendre un led és necessari utilitzar 3 o 4 llimes, repetint el procediment.

Ara les connectarem entre elles unint la part negativa d'una de les llimes amb la part positiva de l’altra, i així successivament. Connectant 2 llimes podem aconseguir fins a 3,5 volts aproximadament.

Per últim connectarem el díode LED, aquest element electrònic té polaritat, és a dir, té dos terminals que s’han de connectar un al pol positiu de la bateria i l’altre al negatiu.

Principi de funcionament:

En la nostra bateria de llimes transformem l'energia química, en energia elèctrica. Bàsicament els electrons són produïts per la reacció química entre l’àcid de la llima el zinc de les monedes.

Quan es connecten diverses llimes en bateria tancant el circuit, els electrons circulen de llima en llima lliurement, des del terminal negatiu al terminal positiu. A poc a poc la reacció es neutralitza i la bateria s’esgota

GENERANT ELECTRICITAT A PARTIR D’UN IMANT

Activitat 2: Pensa i dedueix.

Ara ja sabem dues coses fonamentals per a entendre què és l'electricitat:

• L'energia elèctrica és el moviment dels electrons.
• Un imant pot moure electrons.

Però que passa quan acostem un imant a un cable de coure? Òbviament mourà els electrons, els transmetrà un impuls; I després? Si no tenim moviment d’algun dels elements, els electrons es quedaran quiets.

És necessari que alguns dels elements estiguen el continu moviment perquè les ones magnètiques de l'imant puguen moure contínuament els electrons.

Ara anem a buscar informació d’aquests fenòmens. Podem entrar Internet i buscar vídeos en YouTube, en la barra del buscador escriurem “funcionament bàsic d’un generador elèctric”.

Ara pensa i dedueix:

• Com creus que funciona una central hidroelèctrica?
• Com creus que funciona un aerogenerador?
• Com creus que funciona una centra tèrmica?

Després de saber el funcionament d’aquestes centrals, ¿podem extraure alguna part en comú de totes elles? Creus que seria important l'aplicació de mecanismes multiplicadors o reductors del moviment?

MAGNETISME I ELECTRICITAT

Per profunditzar un poc més en aquest tema hem de començar per conceptes més bàsics: el magnetisme i les ones magnètiques.

Un imant és un cos que genera un camp magnètic format per unes ones que van de nord a sud (parts que formen l'imant) i que són invisibles.

Activitat 1: Anem a veure l'invisible.

Anem a fer una pràctica fàcil, necessitarem un imant, llimadures de ferro, i la tapa d'una caixa de sabates.

Llimarem qualsevol peça de ferro damunt del cartó per tal d’obtenir les llimadures de ferro.

Ara, amb molta precaució, anem a col·locar l'imant damunt d'una aula, i a poc a poc anem a arrimar el cartó sobre el qual tenim les llimadures de ferro.

Per últim cal respondre les següents qüestions:

Què observeu?

Què penseu que són les línies que es poden veure?

Què passa quan menegem suaument el cartó o l'imant?

Per finalitzar aquesta activitat, Podem imaginar el què passa quan acostem un imant a un conductor? Com afectarà els electrons? Cregueu que els mourà?

Enhorabona¡¡¡¡ heu descobert el principi bàsic d’un generador elèctric¡¡¡¡

INTRODUCCIÓ A LA UNITAT

L'electricitat està present en una gran quantitat d’aparells que utilitzem de forma quotidiana. Gràcies a l'electricitat funcionen objectes tan bàsics com els electrodomèstics, la il·luminació, els ordinadors, ... A més a més, la importància de l'electricitat avui en dia és deguda a una sèrie de característiques que la fam molt útil:

• Es pot obtenir de diverses fonts (salts d’aigua, vent, Sol, combustibles fòssils, nuclis d’àtoms, etc.).
• Es pot transportar a gran distància.
• Es pot transformar en diferents aplicacions: llum, moviment, soroll, calor, ...

També sabem que un circuit elèctric està formant per elements que generen energia elèctrica, elements que la transformes, elements que la controlen (interruptors, polsadors, ...), i els materials conductors encarregats de connectar totes les parts dels circuits.

Però, sabem com es genera i d'on ve l'electricitat? Què són els electrons? Què és el corrent elèctric?

El corrent elèctric és moviment dels electrons, que són càrregues negatives, normalment a través d'un cable o qualsevol altre material conductor. En aquest punt cal distingir dos tipus de circuits elèctrics

• El corrent continu (CC, DC.), en el que els electrons es mouen sempre en una direcció i van pegant voltes als circuits.
• El corrent altern (CA, AC), en el qual els electrons es mouen en dos sentits fent una “vibració”.

Per poder imaginar com és el moviment dels electrons en un conductor podem imaginar un tub gitat ple de fitxes de dòmino. Ningú les toca i les fitxes estan quietes; però si pressionem en un costat, la força es transmet de fitxa en fitxa (d’electró en electró), fins a l’altra punta del tub.