Els circuits elèctrics

1. Elements d'un circuit elèctric

Es denomina circuit elèctric el conjunt d'elements elèctrics connectats entre si que permeten generar, transportar i fer servir l'energia elèctrica amb la finalitat de transformar-la en una altra mena d'energia, com, per exemple, l'enrgia calorífica (estufa), l'energia lumínica (bombeta), l'energia mecànica (motor), etc. Els elements que es fan servir per a aconseguir-ho són els següents:

• Generador. És la part del circuit en què es produeix l'electricitat, i manté una diferència de tensió entre els seus extrems.
• Conductor. És el fil per on circulen els electrons impulsats pel generador.
• Resistències. Són els elements del circuit que s'oposen al pas del corrent.
• Interruptor. És l'element que permet tancar el pas del corrent. Si l'interruptor és  obert no circulen els electrons; si és tancat, en permet el pas.

2. Resistències dels conductors elèctrics

La resistència d'un conductor depèn de tres factores:

• El tipus de material: cada material presenta una resistència diferent i unes característiques pròpies, i hi ha materials més conductors que altres. Aquesta resistència rep el nom de resistivitat (ρ) i té un valor constant. Es mesura en [Ωmm ²/m].
• La longitud: com més gran és la longitud del conductor més resistència ofereix. Es mesura en metres [m].
• La secció: com més gran és la secció, menys resistència ofereix el conductor, per  tant presenta més resistència un fil conductor prim que un de gruixut. Es mesura  en [mm ²].

La resistència d'un conductor es pot calcular mitjançant la fórmula: R = ρ • l / s, i es mesura en ohms [Ω].

3. Codi de colors d'una resistència

Com a pràctica per a entendre les resistències farem servir les resistències comercials (les que s'acostumen a fer servir per a fer pràctiques de circuits elèctrics). Aquestes tenen una sèrie d'anells pintats que serveixen per a identificar-ne el valor. El primer anell correspon a la primera xifra, el segon anell a la segona xifra, el tercer anell al nombre de zeros i el quart anell al límit de tolerància de la resistència.

4. Associació de resistències

Les resistències també es poden connectar de dues maneres diferents:

• Associació en sèrie. Els elements associats es col•loquen l'un seguit de l'altre. En cas que es tinguin quatre resistències connectades en sèrie, la resistència equivalent es pot calcular com: 

• Associació en paral•lel. Es creen derivacions en el circuit. En cas que es tinguin resistències associades en paral•lel, la resistència equivalent del circuit es calcula com:

5. Simbologia elèctrica

Els esquemes dels circuits elèctrics són dibuixos simplificats que es fan servir per a veure de manera clara i ràpida com estan connectats els circuits.

6. Mesures de les magnituds elèctriques

Per a mesurar la intensitat de corrent que circula per un circuit es fa servir un aparell anomenat amperímetre, el qual es connecta en sèrie al circuit.

I per a mesurar la diferència de potencial entre dos punts d'un circuit es fa servir un instrument anomenat voltímetre, el qual es connecta en paral•lel a l'element del circuit del qual es vol conèixer la tensió.

En la pràctica, les mesures elèctriques se solen fer amb els aparells universals anomenats multímetres o polímetres. Els multímetres d'última generació són digitals, de manera que la lectura és molt més fàcil i còmoda. Els multímetres moderns poden mesurar diferents magnituds: la resistència elèctrica (R), la diferència potencial (V) i la intensitat elèctrica (A)

El terminal que té el cable negre es connecta sempre a l'entrada COM; el que té el cable vermell, a l'entrada de la magnitud que es vol mesurar, després de seleccionar amb la roda la funció i l'escala que es vol fer servir. 

7. La llei d'Ohm

Són diverses les lleis que han estudiat els circuits elèctrics. Entre totes destaca la de l'any 1827, quan d'una manera experimental Georg Simon Ohm va trobar la relació que es podia expressar de manera matemàtica entre les tres magnituds més importants d'un circuit elèctric: diferencia de potencial, intensitat de corrent i resistència. La llei d'Ohm és la llei fonamental del corrent elèctric i s'expressa de la manera següent: V[V] = R[Ω] • I[A]

8. La llei de Joule

Una part del treball que costa de moure els electrons entre dos punts d'un conductor es perd en forma de calor. L'any 1845, James Prescott Joule fou capaç de trobar la llei que permet calcular el treball dissipat en forma de calor.

L'efecte Joule limita el corrent que poden transportar els cables de les conduccions elèctriques. Aquest límit assegura que la temperatura que poden assolir els cables no arribi a produir un incendi. Una manera d'assegurar que no superin el límit és fent servir un fusible, és a dir, un dispositiu format per un fil de metall que va connectat en sèrie al circuit general de la instal•lació elèctrica. S'expressa de la manera següent: W = R • I ² • t.

9. Potència elèctrica

Tots els aparells elèctrics consumeixen energia mentre funcionen, i com més potència tenen més ràpidament consumeixen energia. És a casa on tenim una bona quantitat d'aparells elèctrics que consumeixen energia constantment. Val a dir que el joule és una unitat molt petita per a mesurar l'energia elèctrica que consumim a casa, per això se'n fa servir una de més gran: el kilowatt hora (KW/h), que és l'energia que proporciona una potència d'1 KW durant una hora.