Unitat 5p

Magnituds elèctriques fonamentals. Circuits i motors elèctrics
Magnituds elèctriques fonamentals
Entenem per magnitud tot el que es pot mesurar. Les magnituds fonamentals que caracteritzen el
corrent elèctric són la tensió, la intensitat, la resistència i la potència.
La tensió
L’energia amb la qual un generador és capaç d’impulsar
els electrons a través d’un circuit s’anomena tensió o
f.e.m., força electromotriu.
La tensió, que també rep els noms de voltatge i diferència de potencial (d.d.p.), es mesura
en volts (V) en honor del físic italià Alessandro Volta.
Intensitat elèctrica
La intensitat elèctrica és el nombre de càrregues
elèctriques que travessa el circuit per unitat de temps.
La intensitat elèctrica, que també rep el nom de corrent elèctric, es mesura en amperes (A),
en honor del científic francès André-Marie Ampère.
En un circuit elèctric hi circula un corrent d’intensitat 1 A quan és travessat per 3,6 trilions
d’electrons cada segon. La unitat de càrrega elèctrica és el coulomb (C), que equival a la
càrrega de 3,6 trilions d’electrons. Per tant:
1A = 1C/1s
Alessandro Volta (1745-1827), físic italià.
El 1800, com a resultat de les seves
investigacions, donà a conèixer la
primera pila elèctrica, que fou una
veritable revolució científica.
André-Marie Ampère, científic francès que
s’interessà per totes les branques del
coneixement, des de la filosofia fins a la
física. Establí la formulació matemàtica de la
majoria de les lleis de l’electromagnetisme.
Resistència elèctrica
La resistència elèctrica és la dificultat que ofereixen els
materials al pas del corrent elèctric. La unitat de resistència
és l’ohm (Ω), en honor del científic alemany Georges Simon
Ohm.
Tots els elements d’un circuit tenen resistència, però normalment l’aparell receptor és el que en
té més. Els cables i el generador han de tenir una resistència baixa, que, a efectes pràctics, es
considera nul·la.
La potència
Una de les característiques més importants dels receptors és la seva potència. La potència
indica la capacitat d’una màquina per realitzar la seva funció amb més o menys rapidesa.
Per exemple, un motor més potent que un altre vol dir que gira més ràpid o que pot suportar
esforços més grans.
Les màquines i aparells elèctrics també tenen el mateix comportament. Així, tots els
motors elèctrics transformen l’energia elèctrica en mecànica, però uns ho fan més
ràpidament que altres; de la mateixa manera, totes les làmpades la transformen en
lumínica, però n’hi ha que fan més llum. Així, doncs, la rapidesa i/o la intensitat amb
què el receptor transforma l’energia depèn de la seva potència.
La potència d’un receptor està directament relacionada amb el voltatge i la intensitat amb
què l’alimenta el circuit. La potència es mesura en watts (W), en honor de James Watt.
També s’utilitza molt el quilowatt (kW), que equival a 1000 W.
La potència és la capacitat que té un receptor de
realitzar la seva funció més intensament i/o amb
més rapidesa, i es mesura en watts.

Magnituds elèctriques fonamentals: Exemples
Exemple 1
Calcula la potència d’una estufa que, connectada a una tensió de 220 V, és travessat per un
corrent de 10 A d’intensitat.
La potència de l’estufa serà:
P = V • I = 220 V • 10 A = 2 200 W = 2,2 kW
Exemple 2
Calcula la intensitat que circularà per un circuit que alimenta un motor de 5 500 W connectat
a una tensió de 220 V.
P = V • I , d’on I = P / V
Per tant, la intensitat que passarà pel motor és:
I = 5 500W / 220V = 25A

Magnituds elèctriques fonamentals
La llei d’Ohm
En un circuit elèctric, les tres magnituds bàsiques (tensió, intensitat i resistència) estan
íntimament relacionades entre si. Aquesta relació es coneix com la llei d’Ohm, en honor de
Georges Simon Ohm, que va ser qui la va enunciar, i diu així:
La intensitat del corrent elèctric que circula per
un circuit és directament proporcional a la tensió
que hi apliquem i inversament proporcional a la
resistència que ofereix.
Matemàticament, la llei d’Ohm s’expressa de la manera següent:
I = V / R
on I és la intensitat expressada en amperes (A); V, la tensió en volts (V), i R, la resistència
en ohms (Ω). Comprovem-ho experimentalment.

Magnituds elèctriques fonamentals: exemple
Determina la intensitat que circularà per un receptor de 10 Ω de resistència si el
connectem a un generador que subministra una tensió de 24 V.
Aplicant la llei d’Ohm, tenim que:
24
2,4
10
VV
I A
R
= = =
Ω

Circuits en sèrie, i circuits en paral·lel
La manera de connectar els diferents
circuits, i en cada circuit els diferents
elements, té molta importància, ja que
afecta les característiques elèctriques
del circuit i el funcionament dels
receptors que alimenta.
Fins ara hem vist circuits alimentats per un
generador en els quals funciona un sol
receptor a la vegada. Però, com hem
esmentat, hi ha circuits que disposen de
diferents receptors alimentats per un
generador o més d’un. Aquests elements
poden estar connectats de maneres
diferents: connexió en sèrie, connexió
en paral·lel o derivació, i connexió
mixta.

Circuits en sèrie
Quan en un circuit els diferents elements
estan connectats un darrere l’altre de
manera que hi circula el mateix corrent
elèctric, diem que estan connectats en
sèrie.
La pila, l’interruptor i la làmpada
estan connectats en sèrie.
Connexió en sèrie de receptors
En un circuit que alimenta més d’un receptor, els receptors que estan en
sèrie estan connectats un a continuació de l’altre.
Seguint el recorregut del corrent en els esquemes, podem deduir que les característiques de
funcionament dels receptors connectats en sèrie són les següents:
- La intensitat que circula per cada receptor és la mateixa. Per tant, si es desconnecta un
receptor per qualsevol causa, el circuit queda obert, s’interromp el corrent i deixen de
funcionar tots els receptors.
- La tensió del generador es reparteix entre els receptors de manera directament proporcional
a la seva resistència.

Circuits en sèrie: Aplicacions
La connexió de receptors en sèrie no té aplicació
pràctica, excepte en la connexió de resistències en els
circuits electrònics i en algunes instal·lacions molt
concretes, com la d’algunes garlandes de bombetes
de colors de l’arbre de Nadal.
Connexió de piles en sèrie
Per connectar piles en sèrie es connecten una darrere
l’altra, tenint en compte la polaritat, de manera que el pol
negatiu d’una pila es connecta al positiu de la següent, i
així successivament. Al final, queden dos pols lliures, als
quals es connecten els borns del circuit que cal alimentar.
En un circuit alimentat per piles en sèrie, com que el corrent ha de passar per cada pila, rebrà
l’energia de cada una d’elles i, en conseqüència, la tensió subministrada al circuit serà la suma
de cadascuna de les piles. Per tant, podem concloure que la connexió de piles en sèrie es fa
servir per augmentar la tensió que cal subministrar a un circuit.
Cal tenir en compte!
En la connexió de piles:
a) Es recomana fer servir piles de
les mateixes característiques
elèctriques.
b) No és recomanable substituir
parcialment les piles d’un receptor
portàtil; quan es canvien, s’han de
canviar totes.

Connexió en paral·lel o derivació
Quan en un circuit hi ha elements que es connecten de manera que a partir d’un punt de connexió
el corrent es reparteix entre aquests elements i es torna a unir a la sortida, diem que aquests
elements estan connectats en paral·lel.
Si els elements tenen polaritat, com és el cas de les
piles, cal connectar per una banda tots els pols positius i
per l’altra tots els negatius.
La instal·lació elèctrica d’un
edifici (per exemple, la de la teva
escola) està formada per
diferents circuits que han de
funcionar independentment, és a
dir, connectats en paral·lel.

Connexió en paral·lel de receptors
En un circuit que alimenta dos o més receptors, aquests receptors estan connectats en paral·lel
si el corrent es reparteix entre tots ells, de manera que es pot tancar el circuit per cadascun dels
receptors.
Observant els esquemes de circuits amb receptors en paral·lel, podem concretar el següent:
- Quan per qualsevol anomalia deixa de funcionar un dels receptors, els altres
continuen funcionant.
- Cada receptor rep la mateixa tensió, que és la del generador.
Per tant, perquè el funcionament dels receptors connectats en paral·lel sigui el correcte,
només han de tenir la mateixa tensió, que la del generador que alimenta el circuit.

Connexió en paral·lel: aplicacions
En la majoria de les instal·lacions elèctriques, els receptors es connecten en paral·lel, perquè
així tots funcionen a la mateixa tensió. Si un falla, els altres continuen funcionant, i cada receptor
pot tenir una potència diferent.
Connexió de piles en paral·lel
Si connectem dues o més piles de manera que unim tots els pols
positius per una banda i tots els pols negatius per l’altra, les haurem
connectat en paral·lel. La tensió d’alimentació del circuit serà la d’una
pila (recorda que per fer agrupacions, les piles han de ser de les
mateixes característiques), però el corrent que consumeix el circuit el
subministren entre totes; per tant, podem dir que:
En un circuit alimentat per una associació de piles en paral·lel,
augmenta l’autonomia de les piles, ja que l’energia
consumida pel circuit la subministren entre totes a parts
iguals.

Connexió mixta (sèrie - paral·lel)
En l’esquema següent, les làmpades 2 i 3 estan connectades en paral·lel i la làmpada 1 està en
sèrie amb elles; aquest tipus de connexió s’anomena connexió mixta.
La connexió mixta de receptors
només s’utilitza en la connexió
de resistències en els circuits
electrònics.
També es fa servir per augmentar la tensió d’alimentació i
la durada de les piles. Per exemple, en l’associació de
piles de la figura, les piles en sèrie de cada branca ens
proporcionen més tensió, i la intensitat la subministren
entre les dues branques en paral·lel.
Perquè funcionin correctament, cal que el valor de la
tensió o f.e.m. (força electromotriu) de cada branca
sigui el mateix.

Mesura de magnituds elèctriques
Quan facis els muntatges dels circuits
elèctrics, és probable que, per alimentar-
los, utilitzis una font d’alimentació igual que
la de la fotografia o semblant. Aquesta font
porta incorporats dos aparells de mesura,
un per saber la tensió, i l’altre per saber la
intensitat del CC que subministra al circuit.
Hi ha aparells de mesura per a qualsevol de les
magnituds del circuit elèctric: voltímetres per saber la
tensió, amperímetres per mesurar la intensitat,
ohmímetres per a la resistència, wattímetres per a la
potència…
Els aparells de mesura poden ser analògics o
digitals. En els primers, el valor de la lectura el dóna
una agulla que es desplaça sobre una escala
graduada. En els digitals, s’indica amb nombres que
apareixen en un display o pantalla, igual que en les
calculadores.

Voltímetre
Per mesurar la tensió s’utilitzen els voltímetres. El voltímetre és un aparell que té dues
pinces o terminals que s’han de posar en contacte entre els dos punts del circuit.
Aquesta manera de connectar el
voltímetre s’anomena connexió en
paral·lel o derivació. Cal tenir
present que el valor màxim de la
tensió que es pot mesurar amb un
voltímetre és el que assenyala el
final de la seva escala graduada,
anomenat valor del fons
d’escala.
Hi ha voltímetres per a CC i voltímetres
per a CA.
Com s’utilitza el voltímetre?
1. D’acord amb el corrent del circuit, s’elegeix el mode de
mesura de CC o de CA.
2. Hem d’estar segurs que la tensió que volem mesurar és
inferior a la del fons d’escala que tenim seleccionat al voltímetre.
3. Es connecta en paral·lel entre els punts del circuit del qual
volem mesurar la tensió, tenint present que si el circuit és de CC
la polaritat del circuit ha de coincidir amb la de l’aparell
(normalment, la pinça del positiu és de color vermell i la del
negatiu, de color negre).
4. Es llegeix el valor de la tensió, en volts (V).

Amperímetre
Per mesurar la intensitat que travessa un circuit es fa servir l’amperímetre. Aquest aparell
s’intercala enmig del circuit, connectat en sèrie, i s’efectua la mesura quan el circuit està tancat
o en funcionament.
Com s’utilitza l’amperímetre?
1. D’acord amb el tipus de corrent del
circuit, se selecciona el moe de
mesura de CC o de CA.
2. Hem d’estar segurs que la intensitat
que volem mesurar és inferior al
valor del fons d’escala que tenim
seleccionat a l’amperímetre.
3. Es connecta en sèrie amb el circuit
(precaució: si el connectéssim en
paral·lel o derivació es podria
malmetre). Si el circuit és de CC, la
polaritat del circuit ha de coincidir
amb la de l’amperímetre.
4. Es llegeix el valor de la intensitat, en
amperes (A).

Ohmímetre
S’utilitza per mesurar la resistència elèctrica d’un circuit, d’un receptor o d’un resistor.
1. El valor de R és el mateix per a un circuit CA que
CC.
2. Cal assegurar-se que al circuit o a la resistència
no hi hagi tensió, ja que això pot provocar el
deteriorament de l’aparell, i la mesura realitzada
no seria correcta.
3. Es connecta entre els dos punts del component o
circuit del qual volem mesurar la resistència; en
aquest cas no hem de tenir en compte la polaritat,
ja que hem desconnectat anteriorment qualsevol
generador del circuit.
4. Es llegeix el valor de la resistència, en ohms (Ω).
Per mesurar la
resistència no cal
desconnectar-la.
No pot haver-hi
tensió

Multímetre o polímetre
Per mesurar tensions i intensitats, els tècnics elèctrics empren el
multímetre o polímetre, també conegut amb el nom de tèster, ja
que és un aparell que porta integrades aquestes dues funcions, junt
amb altres com, per exemple, la mesura de resistències, capacitats i
altres mesures compostes.
Els multímetres solen tenir diverses escales per a cadascuna de les
magnituds que es volen mesurar, i poden utilitzar-se tant en circuits
de CC com de CA. N’hi ha d’analògics i de digitals.
Els multímetres no tenen un símbol específic, sinó que en els
circuits es representa la funció que fan, com per exemple la de
voltímetre, amperímetre, etc.
S’han de configurar per executar les diferents funcions, per això tenen els elements
següents:
•Un interruptor general amb les posicions ON/OFF (connectat, desconnectat).
•Un commutador amb les posicions CA/CC per seleccionar el tipus de corrent que es
vol mesurar. De vegades aquesta funció es troba en el mateix selector.
•Un selector giratori que permet seleccionar la magnitud que es vol mesurar (tensió,
intensitat, etc.) i el seu fons d’escala.
•Uns borns i dos cables terminals per a la connexió de l’aparell al circuit.

Efectes del corrent elèctric
En un circuit no podem veure el pas del corrent elèctric, però el podem detectar per la presència
dels seus efectes tèrmics, lluminosos, magnètics, acústics, dinàmics, etc.
Efectes tèrmics
Segurament deus haver notat que una bombeta o qualsevol aparell, si estan molt de temps
funcionant, s’escalfen, i més quan augmenta la intensitat del corrent. Aquest fenomen és el
que s’anomena efecte Joule.
En els circuits elèctrics el pas del corrent sempre provoca un despreniment de calor, que
augmentarà com més elevat sigui el corrent elèctric que hi circula i més estona duri la
connexió. Molts aparells elèctrics es fonamenten en l’efecte Joule: estufes, torradores de pa,
forns elèctrics, etc. La seva funció és transformar l’energia elèctrica en calor. Dues aplicacions
particulars de l’efecte Joule són les làmpades d’incandescència i els fusibles.
Làmpades d’incandescència
L’enllumenat artificial amb corrent elèctric s’inicia a partir de l’any
1879, en què Thomas Alva Edison, inventor americà, construeix una
làmpada d’incandescència amb filament de carbó i es dedica a
fabricar-la en sèrie.
Actualment, les làmpades incandescents consten d’una ampolla de
vidre d’alta puresa dins de la qual hi ha un filament de tungstè
(també conegut amb el nom de wolframi), que és un metall amb un
punt de fusió elevat (3400 ºC) i una alta resistència elèctrica. En
passar-hi el corrent elèctric, el filament s’escalfa fins a temperatures
d’entre 2000 i 3000 ºC, i es produeix el fenomen de la
incandescència, segons el qual el filament emet radiacions
lluminoses intenses com a conseqüència de l’alta temperatura a què
es troba. Per tal que el filament no es malmeti, dins l’ampolla de
vidre hi ha una barreja de gasos com l’argó i el nitrogen. L’ampolla
es tanca amb un casquet que, a més de la rosca per a la fixació de
la làmpada, porta els contactes elèctrics que donen el corrent al
filament.
Els fusibles
Una de les conseqüències del despreniment de calor en els circuits
elèctrics són els curtcircuits. El curtcircuit es produeix quan el
corrent elèctric va d’un pol del generador a l’altre sense passar per
cap receptor. Com ja hem comentat, els receptors són els
dispositius que tenen més resistència. Per tant, si no n’hi ha cap, el
corrent elèctric no troba a penes resistència i circula amb molta
facilitat, fet que comporta un gran despreniment d’energia calorífica
que pot arribar a cremar tot el circuit. Per això, els curtcircuits
poden provocar incendis i malmetre aparells i instal·lacions.
Un curtcircuit, per tant, és un accident que es produeix
en un circuit elèctric quan el corrent elèctric va d’un pol a
l’altre del generador sense passar per cap receptor, fet
que provoca un gran despreniment d’escalfor que pot
resultar perillós.
Els curtcircuits són els accidents més perillosos que es produeixen en
els circuits elèctrics, ja que la gran quantitat de calor despresa amb la
presència, la majoria de vegades, de guspires és la causa de molts
incendis. Per evitar els efectes destructius dels curtcircuits, s’utilitzen
els fusibles.
Els fusibles són els elements de protecció més antics utilitzats en els
circuits elèctrics. Es fonamenten en l’efecte Joule. Construïts amb un
material conductor de baix punt de fusió, es col·loquen a l’inici de la
instal·lació i al costat de l’aparell o circuit que es vol protegir; si es
produeix un curtcircuit, els fusibles detecten l’augment de temperatura
i es fonen, de manera que el circuit queda obert, cessa el corrent i
s’eviten altres conseqüències.
Els fusibles van col·locats en el portafusibles que conté els terminals de connexió. Normalment
s’hi marca la intensitat màxima que són capaços de suportar de manera permanent.

Efectes del corrent elèctric
Efectes magnètics
Un dels efectes més importants del corrent elèctric és el magnetisme que provoca. Es pot
comprovar pràcticament que el pas del corrent elèctric per un conductor genera un camp
magnètic que té les mateixes propietats que el camp magnètic dels imants naturals.
Durant molts segles el fenomen del magnetisme va servir per fer experiències curioses,
però sense cap mena d’aplicació pràctica. Fins al principi del segle XIX, primer amb
l’experiment d’Oersted i anys més tard amb el de Michael Faraday, no es va fer evident
la relació entre l’electricitat i el magnetisme, l’anomenat electromagnetisme
L’electromagnetisme és la ciència que estudia la
relació entre el corrent elèctric i els camps magnètics.
L’electromagnetisme: els electroimants
Sabem que tot conductor recorregut per un corrent elèctric crea un camp magnètic.
Aquest camp és el que va fer moure la brúixola en l’experiment d’Oersted, en interaccionar
els dos camps magnètics, tal com succeeix en acostar dos imants.
En circular un corrent elèctric per un conductor,es crea un camp magnètic de forma circular al
seu voltant que es va afeblint a mesura que ens n’allunyem; per tant, les línies de força que el
representen formen cercles concèntrics cada vegada més separats.
Si enrotllem un conductor elèctric formant una volta o espira al costat d’una altra, haurem
construït una bobina. En connectar els seus extrems a una pila, els camps magnètics creats
per cada espira se sumen a l’interior de la bobina. El resultat és un camp magnètic similar al
d’un imant rectangular, amb un pol nord en un extrem i un pol sud a l’altre. Si s’inverteix la
polaritat de l’alimentació, els pols canvien de posició.
Si a l’interior de la bobina hi col·loquem un nucli de ferro, en fer circular el corrent elèctric per
la bobina quedarà magnetitzat, i el camp magnètic es farà molt més intens que sense nucli,
en concentrar-se en el nucli el camp creat per la bobina. Haurem construït un electroimant.
El camp magnètic creat per la bobina es reforça considerablement en col·locar-hi un nucli de
material ferromagnètic.
Un electroimant és un imant artificial temporal, ja que
només actua com a imant quan hi circula el corrent elèctric.
Està format per una bobina de coure i un nucli de ferro.
El nucli es construeix de ferro dolç, un acer que, pràcticament, perd tot el magnetisme quan
no circula corrent per la bobina.
Les bobines es fan amb fil de bobinar, fil de coure d’un sol conductor recobert per una fina
capa de vernís (esmaltat) que actua d’aïllant i que permet reduir les dimensions de les
bobines, que solen tenir moltes voltes o espires.
Com hem vist, a diferència dels imants permanents, els electroimants es poden governar
tancant o obrint el circuit d’alimentació. A més, es poden obtenir camps magnètics molt
intensos a base de construir bobines amb moltes voltes o espires i fent-hi circular corrents
elevats.
Els electroimants són una de les grans aplicacions de l’electromagnetisme; s’utilitzen en
multitud d’aparells i màquines: timbres, relés, panys dels porters automàtics, frens elèctrics de
camions i autocars, grues per aixecar ferralla; és a dir, qualsevol aparell que necessiti un camp
magnètic intens i governable.

Màquines electromagnètiques
Les màquines electromagnètiques més importants són els generadors i els motors.
Generadors electromagnètics
Un generador electromagnètic és una màquina motriu que
transforma l’energia mecànica en energia elèctrica.
Els generadors electromagnètics es basen en el fenomen conegut com a inducció
electromagnètica.
La inducció electromagnètica és el fenomen pel qual, en
moure un imant dins d’una bobina de fil conductor o a
l’inrevés, es genera (indueix) un corrent elèctric a la bobina.

El circuit on es genera el corrent, la bobina en el nostre cas, s’anomena induït, i el que crea el
camp magnètic, l’imant, inductor. Normalment, per induir o generar el corrent elèctric a partir
del fenomen de la inducció, el que es fa és fer girar una o diverses bobines dins del camp
magnètic provocat per dos imants o electroimants. Per això, els generadors electromagnètics
consten bàsicament de dues parts: una fixa, l’estator, i una altra de giratòria, el rotor.
A l’estator hi ha l’inductor, que és la part del
generador que crea el camp magnètic per
mitjà d’imants permanents o d’electroimants.
Generalment, s’utilitzen electroimants perquè
permeten obtenir camps magnètics més
intensos i perquè es pot regular la intensitat
del camp magnètic variant la intensitat del
corrent elèctric que alimenta les bobines dels
electroimants.
Al rotor, s’hi col·loca l’induït, que està format
per un o diversos circuits bobinats en els
quals es genera el corrent elèctric, que passa
al circuit exterior a través del col·lector
format per les lamel·les i les escombretes.

Hi ha dues classes de generadors electromagnètics: els alternadors i les dinamos. Els
alternadors generen un corrent altern (CA), i s’utilitzen a les centrals elèctriques. Les
dinamos generen un corrent continu (CC); actualment s’utilitzen poc, perquè molts dels
aparells portàtils que funcionen amb CC (telèfons mòbils, ordinadors, etc.) utilitzen piles o
bateries que es carreguen amb un aparell, el carregador, que transforma el CA en CC.

Motors elèctrics
Un motor elèctric és una màquina motriu que transforma
l’energia elèctrica en energia mecànica.
Els motors elèctrics formen part de la
majoria de màquines del nostre entorn.
N’hi ha de molt petits, com els de les
joguines o els dels ordinadors, i també de
molt grans, com els de les màquines de
tren. La raó de l’àmplia i variada utilització
dels motors elèctrics és que són
màquines de construcció mecànica
senzilla, la qual cosa fa que tinguin
poques avaries, un funcionament molt
fiable i que necessitin poc manteniment.
A més, tenen un rendiment elevat, que
pot ser superior al 95% en els grans
motors, mentre que el dels motors tèrmics
arriba com a màxim al 40%.

Parts constitutives dels motors
Els motors, com els generadors, des d’un punt de vista
elèctric estan formats per l’induït i l’inductor, i des d’un
punt de vista mecànic, per l’estator i el rotor. En
general, l’inductor és a l’estator i l’induït al rotor.Acció
del camp magnètic d’uns imants sobre un conductor.
Els motors de CC tenen la mateixa constitució que les
dinamos (figura 7), ja que es fonamenten en la seva
reversibilitat: l’estator, format per imants o per
electroimants, i el rotor, constituït per les bobines de
l’induït, les quals reben el corrent d’alimentació
mitjançant el conjunt col·lector de lamel·les-
escombretes.

Funcionament dels motors
Els motors elèctrics es basen en el següent fenomen:
Si posem un fil conductor per on circula un corrent elèctric
entre el pols d’un imant, apareix una força de repulsió que té
tendència a desplaçar el fil fora del camp magnètic de
l’imant. Segons el sentit del corrent en el fil conductor el
desplaça cap a un costat o cap a l’altre.
Aquest fenomen s’explica perquè el camp magnètic creat pel
corrent elèctric al voltant del conductor interacciona amb el
camp magnètic de l’imant, de manera que, a un costat del fil,
es reforça el camp magnètic (els dos camps tenen el mateix
sentit i se sumen els efectes), i a l’altre, s’afebleix (els camps
tenen sentit contrari i es resten els efectes); com a resultat,
apareix una força de repulsió que tendeix a desplaçar el
conductor fora del camp magnètic pel costat en què aquest
s’afebleix.
D’altra banda, s’ha comprovat que com més gran és la intensitat del corrent que circula pel
conductor, més intens és el camp magnètic i més llarg és el conductor, més gran és la força
de repulsió que es genera entre ells.
Llavors, el funcionament dels motors de CC es fonamenta en la interacció del camp magnètic
de l’estator amb el del rotor. A la figura de l’esquerra, hi ha representat un motor de CC
elemental. El rotor està format per una o diverses espires giratòries que s’alimenten amb un CC
per mitjà del col·lector de lamel·les i les escombretes. Els dos costats de l’espira són els
conductors que se situen davant dels pols i que en ser recorreguts pel corrent elèctric
experimenten una força de repulsió l’un en un sentit i l’altre en sentit contrari, de manera que
els obliga a girar, ja que no poden fer cap altre moviment.
El corrent del circuit d’alimentació arriba a l’espira giratòria a través de les escombretes i les
lamel·les del col·lector. El camp magnètic dels pols de l’estator rebutja els conductors formats
pels costats de l’espira (rotor) obligant-la a girar.
La funció del col·lector de lamel·les és fer que el corrent del conductor que està davant d’un pol
sempre tingui el mateix sentit (tant si hi està el costat vermell de l’espira, com si hi està el blau).
Així, en el nostre cas (figura 9, dreta), la força resultant sobre el conductor que està davant del pol
nord sempre anirà a l’esquerra, i la del conductor que està davant del pol sud cap a la dreta; com a
conseqüència d’aquest parell de forces, iguals i de sentit contrari, l’espira girarà en sentit antihorari
indefinidament.
Per invertir el sentit del gir d’un motor de CC d’imants permanents només cal invertir la polaritat de
la pila o canviar els pols magnètics de l’estator de posició. Tant en un cas com en l’altre, les forces
de repulsió sobre els conductors del rotor canvien de sentit i fan girar el motor en sentit contrari.

Aplicacions
La utilització dels motors elèctrics com a font de força
motriu és fonamental. Es calcula que el 75% de l’energia
elèctrica consumida actualment s’utilitza per obtenir
energia mecànica, i la resta es transforma bàsicament en
llum i calor. Només cal que observis la quantitat
d’electrodomèstics amb motor que hi ha a casa teva:
rentadora, batedora, molinet de cafè, ventilador, raspall
de dents, etc. En funció del tipus de corrent utilitzat
parlem dels motors de corrent continu i els motors de
corrent altern.
Els motors de corrent continu s’utilitzen per a les joguines i
els aparells electrònics. També es fan servir en el circuit
elèctric de l’automòbil: per engegar-lo i per accionar el
netejavidres, els vidres de les finestres, l’equip de
climatització, etc. En canvi, els de corrent altern trifàsics són
els motors industrials per excel·lència, i els monofàsics ho
són per accionar els electrodomèstics.
Un altre tipus de motor molt utilitzat és el motor universal, que tant pot funcionar alimentat amb
CC com amb CA. És el motor ideal per accionar màquines petites que necessiten una freqüència
de rotació elevada, com ara les eines portàtils o els trepants, i electrodomèstics, com l’aspiradora,
la batedora, la màquina d’afaitar, etc. La seva constitució és semblant a la dels motors de CC.

Motor de repulsió
Aquest és un model diferent de motor elemental de CC.
Fixa’t que en el rotor hem substituït l’espira per una
bobina amb nucli, és a dir, un electroimant giratori (el
camp magnètic creat en el rotor és més intens), i que la
commutació en el col·lector de lamel·les (que provoca el
canvi de sentit del corrent i de la polaritat de la bobina)
es produeix quan el rotor és perpendicular als pols
inductors. Aquest motor funciona per les forces
d’atracció i repulsió que, alternativament, cada quart de
volta, el camp magnètic de l’estator provoca sobre el
rotor.
Quan el rotor és paral·lel al sistema inductor (posició 1) s’estableixen forces d’atracció entre
els pols de diferent nom de l’estator i del rotor, que fan girar la bobina fins que resta
perpendicular a l’estator (posició 2), moment en què canvien els pols de la bobina, atès que
s’inverteix el sentit del corrent a la bobina. En conseqüència, davant de cada pol de l’estator hi
ha un pol de la bobina del mateix nom; ara es produeixen forces de repulsió sobre els pols de
la bobina, que, per inèrcia, la fan girar en el mateix sentit que ja girava, fins que queda
paral·lela a l’estator i s’estableixen, altra vegada, forces d’atracció que fan que es repeteixi el
semicicle i el rotor giri indefinidament mentre estigui alimentat per la pila.
En connectar la pila al rotor, és necessari donar-li un impuls amb la mà, en el sentit adequat,
per vèncer la inèrcia del rotor i aconseguir que comenci a girar. Podràs comprovar que, en
canviar els pols magnètics de l’estator de posició, o la polaritat de la pila, s’inverteix el sentit
del gir del rotor.

Unitat 5p

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (17)

Destaque

Destaque (10)

Semelhante a Unitat 5p

Semelhante a Unitat 5p (20)

Unitat 5p