L ELECTRÒNICA ANALÒGICA

Transcripción

1 L ELECTRÒNICA ANALÒGICA 1. QUÈ ÉS L ELECTRICITAT? 1.1 L ÀTOM Un àtom és una partícula molt petita formada per diferents components: nucli i electrons. Dins el nucli podem trobar els protons i els neutrons. A la següent taula es poden veure les característiques de cadascuna d aquestes partícules: PARTÍCULA CÀRREGA POSICIÓ PESA? ES MOU? PROTÓ positiva dins el nucli sí no NEUTRÓ no en té dins el nucli sí no ELECTRÓ negativa fora del nucli no sí Per tant, els únics que es podran moure seran es electrons! 1.2 L ÀTOM NEUTRE En principi, tots els àtoms són neutres, és a dir: número de càrregues positives = número de càrregues negatives número de protons = número d electrons I partirem de la base que tots els àtoms voldran ser neutre, és a dir, tenir el mateix nombre de càrregues positives i negatives. EXERCICI 1. Dibuixa un àtom de carboni sabent que té 12 protons, 12 electrons i 13 neutrons. EXERCICI 2. Quants electrons tindrà un àtom d heli si és neutre i té dos protons? EXERCICI 3. Completa les frases següents: a) Els tenen càrrega elèctrica negativa i els protons. b) Un té el mateix nombre d electrons que de protons; per tant, la seva és nul la. EXERCICI 4. a) Com quedaria carregat un àtom si li afegíssim un electró? b) Com quedaria carregat un àtom si li arrenquéssim un electró? 1.3 QUÈ ÉS EL CORRENT ELÈCTRIC O L ELECTRICITAT? El corrent elèctric és un moviment d electrons a través d un material.

2 1.4 COM ES GENERA EL CORRENT ELÈCTRIC O L ELECTRICITAT? EXPLICACIÓ 1. Quan tenim un generador, per exemple una pila, aquest s encarrega d arrencar un electró a un àtom. Aquest àtom, ara ja no és neure, perquè li falta un protó. S ha quedat carregat positiu. Aquest àtom, per poder tornar a ser neutre, arrenca un electró de l àtom del costat. Ja està, ja és neutre! Però ara, l àtom del costat ha deixat de ser neutre i, per solucionar el problema, arrenca un elctró del tercer àtom. Així successivament. De manera que els àtoms no es mouen, sinó que són els electrons els que es van desplaçant. EXPLICACIÓ 2. Una altra manera d entendre com funciona un generador és la següent: El generador separa un electró de la resta de l àtom. Per tant, ha separat una càrrega negativa de la resta de l àtom que, per tant, ha quedat carregat positiu. Per poder tornar a ser neutre l àtom, l electró haurà de recórrer tot el fil conductor fins a tornar al generador i retrobar-se amb el seu àtom original. D aquesta manera, l àtom ja tornarà a ser neutre. 2. EL CIRCUIT ELÈCTRIC Un circuit elèctric és un conjunt d elements enllaçats de tal manera que permeten el pas del corrent elèctric a través seu. Per tal que hi hagi la circulació del corrent elèctric, el camí que segueixen els electrons no pot estar interromput! 2.1 COMPONENTS BÀSICS D UN CIRCUIT ELÈCTRIC Com a mínim, un circuit elèctric estarà format per els següents components:

3 - un generador (serà l encarregat de fer circular els electrons. N hi ha de molts tipus: piles de botó, piles de petaca, alternadors,dinamos,...). - uns fils conductors (els electrons circularan a través seu. Solen ser fils de coure.). - un receptor (transformarà l energia elèctrica dels electrons- en un altre tipus d energia. N hi ha de molts tipus: bombetes, fluorescents, motors, sensors, mp3, TV,...). ELS GENERADORS Els generadors són els elements que donen energia perquè circulin els electrons a través del circuit. Alguns exemples de generadors són els següents: Piles Alternadors Dinamos Els endolls no són pròpiament generadors però també es pot obtenir energia através d ells. A l energia que és capaç d impulsar els electrons a través del circuit elèctric l anomenem tensió o voltatge o força electromotriu (f.e.m.). La tensió es mesura en Volts (V).

4 EXERCICI 5. Quina és la funció d un generador en un circuit elèctric? EXERCICI 6. Situa les següents dades en el dibuix: 1,5V; 3V; 4,5V; 9V; pila de petaca; pila normal; pila de botó; dinamo; alternador; ELS RECEPTORS Els receptors seran aquells elements que connectem al circuit elèctric i que transformaran l energia elèctrica en un altre tipus d energia. Tenim molts exemples de receptors bombetes, motors, brunzidors, resistències,... EXERCICI 7. Completa les següents frases: a) Una resistència transforma l energia elèctrica en energia. b) Un motor transforma l energia elèctrica en energia. c) Una bombeta transforma l energia elèctrica en energia. d) Un brunzidor o timbre transforma l energia elèctrica en energia. Alguns símbols que se solen utilitzar molt són els següents: Fil conductor Bombeta Interruptor tancat Interruptor obert Motor Pila

5 ELS FILS CONDUCTORS A través seu circularan els electrons per tot el circuit elèctric. A nombre d electrons que estan circulant en cada moment a través del circuit elèctric l anomenem intensitat de corrent (I). La intensitat es mesura en Amperes (A). El curtcircuit: El corrent elèctric, és a dir, els electrons, sempre passaran pel lloc on més fàcil i més curt els sigui passar. Això pot arribar a ser un problema perquè si ens equivoquem, com per exemple en el circuit següent, quan tanquem l interruptor no s encendrà mai la bombeta ja quels electrons preferiran fer el camí més curt. Estarem fent un curtcircuit: Quan hi ha un curtcircuit, el que passa és que com que els electrons troben un camí molt curt i no hi ha res que impedeixi el seu pas, passen molts electrons de cop, escalfant-se molt el fil conductor, exaurint-se la pila i formant, finalment una petita explosió. La sobrecàrrega: Parlem de sobrecàrrega quan circulen més electrons dels que haurien de circular. Això acostuma a passar quan connectem o endollem molts aparells alhora. Els nostres fils elèctrics no estan preparats perquè circuli tanta intensitat a través seu i s escalfen. Com que està passant més intensitat de la prevista, s activarà el magnetotèrmic que tenim a l entrada de la instal lació elèctrica de casa. 2.2 COMPONENTS BÀSICS D UN CIRCUIT ELECTRÒNIC ELS RESISTORS Ara ja sabem com funciona un circuit elèctric. Però tenim un problema. En funció del receptor que tinguem en un circuit necessitarem que hi circuli més o menys intensitat. Els elements que limiten el pas de corrent s anomenen resistors. Hi ha una gran quantitat de resistors: plel lícula de carbó, fil bobinat, potenciòmetres, LDR, PTC, NTC,...

6 RESISTORS DE PEL LÍCULA DE CARBÓ I DE FIL BOBINAT Són els resistors més utilitzats. El seu valor es mesura en ohms (Ω) i el seu aspecte és el següent: Sobre el resistor es poden observar quatre línies de colors. Es tracta d un codi internacional que ens informa del valor que té la resistència: Concepte de tolerància: a l hora de fabricar les resistències, el fabricant no ens pot assegurar que totes surtin idèntiques. El que sí que pot fer és dir-nos entre quins valors es troben les resistències que ha creat. Com més petita sigui la tolerància, més s aproparà el valor de les resistències amb el que ens diu el fabricant. Per calcular el valor de la tolerància es fa de la següent manera: En l exemple goc-lila-vermell-or, el valor de la resistència és de 4700 ± 5% Ω. Per tant, aquesta resistència pot tenir un valor entre els dos següents: EXERCICI 8. A partir del valor nominal i la tolerància, esbrina el codi de colors dels resistors següents: a) 33000Ω ± 2% b) 680Ω ± 5% c) 5600Ω ± 10% d) 29000Ω ± 5% e) 74Ω ± 5% EXERCICI 9. Esbrina el valor nominal i la tolerància dels resistors següents: a) marró negre negre plata b) vermell violeta marró or

7 c) verd blau vermell plata d) gris taronja groc vermell e) taronja blanc groc marró f) marró verd verd or EXERCICI 10. Indica si les resistències següents són correctes o no, és a dir, si el seu valor es troba dins de la tolerància o no. a) vermell lila vermell or. Resistència mesurada = 2570Ω b) gris vermell marró plata. Resistència mesurada = 905Ω c) marró verd taronja or. Resistència mesurada = 15700Ω d) gris vermell negre or. Resistència mesurada = 77Ω Com funcionen? - RESISTORS DE PEL LÍCULA DE CARBÓ. El carbó és un material conductor. Es tracta d un cilindre de ceràmica sobre el que s hi diposita una capa de carbó. Com més fina sigui la capa, menys electrons hi podran circular i més resistència oferirà. - RESISTORS DE FIL BOBINAT. Es tracta d un fil conductor molt llarg. Com més llarg sigui, més costarà que els electrons el creuin i més resistència oferirà. (escanejar imatges interior resistors) POTENCIÒMETRES El seu valor es mesura en ohms (Ω) i el seu aspecte és el següent: Com funcionen? Es tracta d una resistència llarga amb un punt de contacte que es pot moure. Fent rodar el potenciòmetre, decidim si el valor de la resistència serà més elevat o menys. Serà més elevat com més llarga es deixi la resistència. En funció de la posició del potenciòmetre, oferirà més o menys resistència i la bombeta farà més o menys llum. PTC i NTC El seu valor es mesura en ohms (Ω) i el seu aspecte és el següent: Com funcionen? - PTC: són un tipus de resistors que, en augmentar la temperatura, augmenten la seva resistència. - NTC: són un tipus de resistors que, en augmentar la temperatura, disminueixen la seva resistència. PTC NTC EXERCICI 11. Has de comprovar amb un polímetre la variació de resistència segons la temperatura d un termistor. Connecta els extrems del termistor al polímetre i observa quant marca. Tot seguit, acosta-hi un soldador elèctric calent i observa què passa. Anota quant marca ara mateix. Es tracta d una NTC o d una PTC? EXERCICI 12. Torna a fer l experiment aterior una altra vegada però, en comptes d un soldador, apropahi un glaçó. Què passa, ara?

8 EXERCICI 13. La resistència de la fotografia, de quin tipus és: NTC o PTC? LDR El seu valor es mesura en ohms (Ω) i el seu aspecte és el següent: Com funcionen? El valor de la resistència disminueix fortament quan la quantitat de llum augmenta, i passa de milers d ohms a tan sols unes desenes. Els LDR s utilitzen molt en els llums del carrer. Els llums del carrer tenen associats LDRs. Mentre fa sol o és de dia, els arriba molta llum i, per tant, ofereixen poca resistència. El relé està activat i manté l interruptor obert. Però quan es fa de nit, arriba poca llum, la resistència augmenta molt i el relé deixa d estar activat, tancant-se el circuit i engegant-se la bombeta. EXERCICI 14. Observa els diferents tipus de resistors que et mostrarà el professor. Explica a la teva llibreta com funciona cadascun dels tipus de resistors: resistors bobinats, resistors de pel lícula de carbó, potenciòme-tres, LDR, PTC i NTC. EXERCICI 15. Relaciona cadascun dels següents resistors amb la seva manera de funcionar: 1. Resistor de pel lícula de carbó a) A més temperatura, més resistència. 2. Resistor bobinat b) Com més llum, menor resistència. 3. Potenciòmetre c) Com més llarg és el fil conductor, més resistència. 4. NTC (Negative Temperature Control) d) com menys temperatura, més resistència. 5. PTC(Positive Temperature Control) e) Com més prima és la capa de carbó, més resistència. 6. LDR (Light Depending Resistor) f) En funció de quant gires, ofereix més o menys resistència. EXERCICI 16. Omple la següent taula:

9 IMATGE VALOR FIX O VARIABLE? Resistor de pel lícula de carbó Resistor bobinat Potenciòmetre NTC i PTC EXERCICI 17. Agafa les tres resistències que et donarà el professor. a) Segons el codi de colors, quin és el valor de R1? Comprova-ho amb el téster. b) Segons el codi de colors, quin és el valor de R2? Comprova-ho amb el téster. c) Segons el codi de colors, quin és el valor de R3? Comprova-ho amb el téster. (Recorda que, per mesurar el valor d una resistència amb el polímetre cal que la resistència no estigui connectada al circuit i que el polímetre estigui en la posició Ω. LDR d) Fes el següent muntatge amb R1. Mira quanta llum fa la bombeta. e) Fes el següent muntatge amb R2. Què li passa a la bombeta? f) Què li passa a la bombeta si compares els dos circuits? g) Què li passa a la intensitat a mesura que anem afegint resistències? h) Les dues resistències estan una a continuació de l altra. Saps com es diu aquesta posició: sèrie o paral lel? i) Què li passaria a la baombeta si afegíssim R2 a continucació? i) Què li passa a la bombeta si compares els dos circuits? j) Què li passaria a la bombeta si encara afegíssim R2 a sota R3? k) Les dues resistències estan una sota de l altra. Saps com es diu aquesta posició: sèrie o paral lel?

10 EXERCICI 18. Programa de electrónica básica. Experiencia 1: La resistencia. EXERCICI 19. Programa de electrónica básica. Experiencia 5: Sensores ópticos. EXERCICI 20. Barrera fotoeléctrica ELS CONDENSADORS A vegades és important emmagatzemar molta energia temporalment i descarregar-la de cop en un determinat moment; per exemple, el flaix d una màquina fotogràfica. Els components que ens permeten fer això s anomenen CONDENSADORS. El condensador està format per dues plaques metàl liques i un material no conductor o aïllant entre mig: Ara connectem un condensador al generador i mirem què passa. Cal recordar que el generador separa un electró de la resta de l àtom. Per tant, ha separat una càrrega negativa de la resta de l àtom que, per tant, ha quedat carregat positiu. Per poder tornar a ser neutre l àtom, l electró haurà de recórrer tot el circuit fins a tornar al generador i retrobarse amb el seu àtom original. D aquesta manera, l àtom ja tornaria a ser neutre. Però com que en mig del circuit hi ha un condensador, l electró no pot acabar de fer tot el camí perquè el material aïllant del condensador li ho impedeix. Així doncs, l electró es queda aturat en una de les armadures metàl liques. Això no només passa amb un electró sinó que el generador no para i per això una de les dues armadures va quedant carregada cada vegada més negativa mentre que l armadura contrària, com que cada vegada hi falten més electrons, va quedant carregada cada vegada més positiva. Arribarà un moment en el qual ja no es podran acumular més electrons a l armadura del condensador. Però si ara canviem la posició de l interruptor, els electrons veuen que, si fan el camí en sentit contrari, poden retrobar-se amb els àtoms carregats positivament. Per poder veure aquest recorregut hem col locat una bombeta que s encendrà mentre quedin electrons separats dels seus àtoms. La capacitat d emmagatzematge de càrregues d un condensador es mesura en Farads (F).

11 COMPTE! No toquis mai els terminals d un condensador. Si està carregat, pots rebre una descàrrega ben forta! UTILITATS D UN CONDENSADOR: EL TEMPORITZADOR Imagina que volem que una bombeta s encengui després d una estoneta que apretem l interruptor. Aquest efecte es prodria aconseguir mitjançant un condensador. El circuit seria similar al següent: Els electrons prefereixen, en un principi, passar cap al condensador que no pas a través de la resistència, que els ofereix un impediment. Però el condensador, cada vegada està més carregat i arribarà un moment que ja no podrà absorbir més càrregues. En aquest moment, els electrons ja començaran a passar a través de la bombeta i la resistència i la bombeta farà llum. En funció de la capacitat del condensador trigarà més o menys temps a engegar-se la bombeta. Com més farads tingui el condensador, més temps trigarà a engegar-se la bombeta. També podem utilitzar un circuit similar per tancar un llum al cap d un temps, com és el cas dels llums interiors d un automòbil, uns segons després de tancar la porta. En un principi, els electrons prefereixen passar a través de la bombeta i no pas per la resistència, que els ofereix un impediment. Quan el condensador ja està del tot carregat, ja no permet que passin més electrons a través de la bombeta i la intensitat comença a circular a través de la resistència. La bombeta s apagarà. TIPUS DE CONDENSADORS CONDENSADOR DE MICA! CONDENSADOR DE PAPER CONDENSADOR CERÀMIC! CONDENSADOR ELECTROLÍTIC! De condensadors n hi ha de diferents tipus en funció de si es necessita més o menys capacitat. Tots ells es poden connectar en el circuit elèctric indiferentment. Però n hi ha uns, els CONDENSADORS ELECTROLÍTICS, que tenen POLARITAT, és a dir, que tenen un pol positiu i un pol negatiu i que no és igual com es conneten en el circuit, sinó que s ha de tenir en compte en quina direcció es connecta cada pol.

12 Si, per error, es connecta un condensador electrolític de manera equivocada, peta. EXERCICI 21. La resistencia, los diodos, el transistor y el condensador. El minutero (experiencia con condensadores) ELS DÍODES Els díodes són components que permeten el pas del corrent en un sentit i no en sentit contrari. Un díode té el següent aspecte: Com sabem cap a quin sentit deixarà passar el corrent el díode? Un díode té dues parts, l anode i el càtode. Perquè un díode deixi passar el corrent elèctric a través seu, cal que connectem l ànode al pol positiu del generador i el càtode al pol negatiu del generador. Si ho fem al revés, el díode no deixarà passar el corrent elèctric a través seu. Això es pot comprovar en el següent circuit elèctric:

13 De díodes n hi ha de molts tipus, però un dels més utilitzats és el díode LED (Light Emitting Diode), que té el següent aspecte: La característica principal d aquest díode és que emet llum i gasta molt pod. Per això, cada vegada s està utilitzant més: semàfors, cartells lluminosos, marcadors esportius, pantalles gegants, indicadors d aparell engegat (televisor,...),llums de fre,... Quan està polaritzat directament (pol positiu amb pol positiu i pol negatiu amb pol negatiu), deixa passar el corrent i emet llum. Quan està polaritzat inversament (pols oposats en contacte) no deixa passar el corrent i no fa llum. CÀTODE - ÀNODE +

14 Per últim, cal dir que els díodes també s utilitzen per construir indicadors numèrics, com els anomenats indicadors de set segments o displays, que s apliquen en molts dispositius i intruments electrònics. EXERCICI 21. Completa les frases: a) Quan un díode té polarització directa es comporta com un interruptor. b) El díode no permet el pas de corrent quan té polarització. c) El díode semiconductor que emet llum quan condueix s anomena. d) Un parell d aplicacions dels díodes són: i. EXERCICI 22. Com es pot saber quin dels dos terminals d un díode és el càtode i quin dels dos és l ànode? EXERCICI 23. Dibuixa els esquemes de dos circuits: l un amb un díode en polarització directa i l altre amb un díode en polarització inversa. EXERCICI 24. a) Quins avantatges presenten els LEDs envers les bombetes? b) Com s identifiquen els terminals dels LEDs? EXERCICI 25. Visita la web Entra dins El LED. a) Indica les parts d un LED, tal i com explica el vídeo. b) Indica quines són les aplicacions dels LEDs, segons explica el vídeo. c) Fes l apartat d Avalua t. EXERCICI 26. Programa de electrónica básica. Experiencia 2: El díodo luminiscente (LED) ELS TRANSISTORS El transistor és un element que té la capacitat de governar a voluntat la intensitat que circuilarà entre dos dels seus terminals (emissor i col lector). Per fer-ho, aplicarem un petit corrent al tercer terminal (base). En funció del corrent que fem circular per la base, passarà més o menys corrent entre emissor i col lector. Així doncs, un transistor està format per tres parts: BASE, EMISSOR I COL LECTOR. El transistor està format per dos tipus de materials: materials tipus N (materials als quals els sobren electrons) i materials tipus P (materials als quals els falten electrons). Els dos materials sempre es troben alternats. Així, hi ha dos tipus de transistors: els PNP i els NPN. Per recordar els dos tipus de transistors, la Base empre està sola i l Emissor sempre és el que té la fletxa. A més, per distingit si un transistor és PNP o NPN... - NPN: no pincha nada! - PNP: pincha nano, pincha!

15 EXERCICI 27. Entra a la pàgina Entra a l apartat Electrònica analògica/relé i mira n el funcionament. Fes-ne un dibuix i explica com funciona a la teva llibreta. Indica si són certes o falses les següents afirmacions: a) Quan circula corrent per una bobina, la bobina es comporta com un imant. b) Quan deixa de circular corrent per la bobina, aquesta encara es continua comportant com un imant. EXERCICI 28. Entra a la pàgina Entra a l apartat Electrònica analògica/díode i mira com funciona (No has d entrar a l apartat de Díode rectificador). Contesta les següents qüestions: a) Quin és el símbol del díode? b) Per a què serveix un díode? c) En quina direcció circula el corrent elèctric a través del díode? d) Quan un díode deixa passar corrent diem que està polaritzat. e) Quan un díode no deixa passar corrent diem que està polaritzat. EXERCICI 29. Programa de electrónica básica. Experiencia 10: El doble intermitente. EXERCICI 30. Programa de electrónica básica. Experiencia 11: El metrónomo. EXERCICI 31. Programa de electrónica básica. Experiencia 16: La barrera luminosa. EXERCICI 32. Programa de electrónica básica. Experiencia 19: El detector de agua. EXERCICI 33. Detector de movimientos. EXERCICI 34. Detectores. EXERCICI 35. Semáforo con LEDs. EXERCICI 36. Mini órgano eléctrico.