L'excés o el defecte d'electrons en un cos s'anomena càrrega elèctrica.

El corrent elèctric és el desplaçament ordenat d'electrons a través d'un material.

És el sentit en que és desplacen els electrons. Va de negatiu a positiu.

El corrent elèctic, quan circula pel cos humà pot tenir efectes que poden provocar greus lesions i fins i tot la mort.

Les instal·lacions elèctriques han de complir una normativa molt estricta per garantitzar la seguretat de les persones, els seus béns i el bon funcionament de la instal·lació.

Conductors: Ofereixen molt poca dificultat al desplaçamen dels electrons.

Aïllants o dielèctrics: Ofereixen molta dificultat al desplaçament dels electrons.

Semiconductors: Són materials en els quals el nombre d'electrons lliures necessaris perquè es produeixi el corrent elèctric depèn de la temperatura i de les impureses del material.

Un circuit elèctric és un conjunt d'elements actius (que proporcionen energia) i passius (que dissipen energia) connectats entre si, de manera que permetin el pas del corrent elèctric permanentment perquè existeixi una transferència d'energia.

Un sistema elèctric és un conjunt d'elements actius i passius que, funcionant conjuntament, realitzen una aplicació elèctrica.

Sistemes de potència: Estan formats per la generació, el transport, la distribució i el consum de l'energia elèctrica.

Sistemes de control: Utilitzen els senyals elèctrics per regular el funcionament dels sistemes de potència i de tota mena de processos automàtics.

Sistemes de comunicació: Utilitzen els senyals elèctrics per captar, enviar i distribuir informació.

Sistemes de computació: Utilitzen els senyals elèctrics per processar informació i fer càlcusl numèrics.

Quantitat d'electricitat (Q): Nombre de càrregues elèctriques que passen a través d'un circuit. (coulomb (C)).

Intensitat del corrent elèctric (I): Quantitat d'electricitat que passa per un circuit en cada unitat de temps. (ampere (A)).

I = Q / t

Força electromotriu o fem (ε): És el treball que realitza el generador per traslladar la unitat de càrrega del pol positiu al pol negatiu. (volt (V)).

ε = W / Q

Tensió, voltatge, diferència de potencial o ddp (V)): És el treball que realitza la unitat de càrrega en traslladar-se entre dos punts A i B del circuit. (volt (V).

VA - VB = W / Q i en general: V = W / Q

Resistència elèctrica (R): És la dificultat que el circuit presenta al pas del corrent elèctric. (ohm (Ω))

Conductància (G): Representa la facilitat que el circuit ofereix al pas del corrent, l'invers de la resistència. (siemens (S)).

G = 1 / R

Llei d'Ohm: La relació que existeix entre la intensitat el voltatge i la resistència en un circuit elèctric.

I= V / R -> V = R · I -> R = V / I

Treball elèctric (W): És l'energia que s'utilitza per desplaçar les càrregues elèctriques Q en un circuit de ddp V. (Joule (J)).

W = ε · Q

si V = ε --> W = Q · V = V · I · t = R· I^2 ·t = V^2 · t/R

En la pràctica utilitzem el quilowatt hora (kW·h).

Potència elèctrica (P): És el treball elèctric desenvolupat o utilitzat en la unitat de temps. (watt (W)).

P = W / t = (V · I · t) / t = V · I = R · I^2 = V^2 / R

ε = R · I + R' · I + r · I = I · (R + R' + r)

R · I = tensió en els borns del receptor.
R' · I = caiguda de tensió (cdt) en els conductors
R' = resistència dels fils conductors.
r · I = cdt en el generador
r = resistència interna del generador.

I = Σε / ΣR

Σε = suma de les fem del circuit.
ΣR = suma de les resistències del circuit.

Força electromotriu: Causa capaç de mantenir uan diferència de potencial elèctric entre dos punts d'un circuit obert o de mantenir un corrent elèctric en un circuit tancat.

Els receptors que no transformen l'energia elèctrica exclusivament en energia tèrmica desenvolupen una força electromotriu ε' que és de sentit contrari a la del generador, i per això és anomenada força contraelectromotriu (fcem).

ε - ε' = I · (R' + r' + r)

I = Σε / ΣR

Es diu que dos o més elements d'un circuit estan connectats en sèrie quan el final de cadascun està unit al començament del següent.

Rt = R1 + R2 + R3 + R...

Conclusions del circuit en sèrie:

• La resistència total o equivalent és igual a la suma de les resistencies parcials.
• Circula la mateixa intensitat per tot el circuit.
• La suma de les tensions parcials és igual a la tensió total.
• La potència total és igual a la suma de les potències parcials.

En cada branca del circuit i circularà una I diferent i el mateix V.

Es diu que dos o més elements d'un circuit estan connectats en paral·lel o derivació quan tots els seus orígens estan connectats a un mateix punt i tots els seus finals a un altre.

I1 = V / R1 || I2 = V / R2 || I3 = V / R3 ... --> It = I1 + I2 + I3

It = V / R1 + V / R2 + V/R3 + ... = V · ( 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + ...)

1/Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + ... --> Rt = 1 / 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + ...

Quan tenim dues resistències en paralel ( R1 / / R2 ):

Rt = R1 / / R2 --> Rt = (R1 · R2) / (R1 + R2)

Quan les resistècnies connectades en paral·lel són n i totes iguals:

1 / Rt = 1 / R + ... + 1/R = n / R --> Rt = R / n

Circuits on hi ha elements connectats en sèrie i també en paral·lel, també se li diu circuit sèrie paralel.

a) Es van seleccionant grups de resistències que estiguin connectades en sèrie o en paral·lel i se simplifiquen.
b) Se substitueixen aquests grups de resistències per la seva resistència equivalent.
c) En el circuit obtingut es tornen a seleccionar aquells grups que estan en sèrie o en paral·lel i es torna a aplicar el que acabem d'explicar.
d) Els passos es repeteixen fins a reduir el circuit a una única resistència, que serà la resistència equivalent al circuit.

Si connectem n generadors iguals en sèrie, de força electromotriu ε i resistència interior r, les característiques del generador equivalent seran les següents:

εt = n · ε || rt = n · r

Si connectem n generadors iguals en paral·lel les característiques del generador equivalent seran:

εt = n ·ε || Rt = r / n

εt = n ·ε || rt = (n · r) / x

n = nombre de piles en sèrie en cada branca
X = nombre de branques en paral·lel.

Les resistències o resistors són dispositius utilitzats per introduir una dificultat o una resistència addicional en un circuit.

És classifiquen pel seu valor òhmic en:

• Resistències fixes: Tenen un valor constant dins d'uns marges de tolerància.

  
  

• Resistències variables: També s'anomenen potenciòmetroes o **reòstats. Són resistències el valor òhmic de les quals pot variar entre 0 i R, que és el valor que les identifica.

  
  

• Resistències dependents: Fabricades amb materials semiconductors, en què el valor òhmic varia en funció de diferents característiques a les quals són sensibles.

Permeten resoldre de manera sistemàtica el càlcul de circuits elèctrics que no es podrien solucionar aplicant directament la llei d'Ohm.

• Nus: És un punt del circuit on s'uneixen tres o més branques.
  
  
  

• Branca: És la part del circuit compresa entre dos nusos.
  
  
  

• Malla: És cada conjunt de branques del circuit que formen un camí tancat, sense passar dues vegades per la mateixa branca ni pel mateix nus..

La suma algebraica dels corrents que arriben a un nus és igual a la suma algebraica dels corrents que surten del nus.

Exemple de llibre Fig 4.41:

I2 = I1 + I3 --> I1- I2 +I3 = 0

En tota malla o circuit tancat, la suma algebraica de totes les fem és igual a la suma algebraica de les caigudes de tensió.

Si tenim en compte que:

• En els generadors, si el sentit assignat recorre el generador de negatiu a positiu la fem és positiva, i en el cas contrari és negativa.

  
  

• En les resistències, si el sentit assignat per recórrer la branca coincideix amb el sentit de la intensitat, la cdt serà positiva; en el cas contrari serà negativa.

  
  
  

Exemple del llibre Fig 4.42:

malla 1:
ε1 + ε2 = I1 · (r1 + R1) + I2 · (R2 + r2)

malla 2:
-ε2 - ε3 = -I2 · (r2 + R2) + I3 · (r3 + R3)

• En els nusos denominarem corrents positius els que entren al nus i negatius els que en surten.

• En les malles, les intensitats que coincideixin amb el sentit de referència de la malla seran positives. Si van en sentit contrari, els assignarem el signe negatiu.

• Per determinar el signe de la força electromotriu d'un generador, observarem si el sentit del corrent que produeix coincideix amb el sentit de referència pres per la malla; en cas afirmatiu, la considarem positiva.

La resistència específica d'un material rep el nom de resistivitat (ρ) i es defineix com la resistència que ofereix al pas del corrent un conductor d'aquest material d'1 m de longitud i d'1 m^2 de secció.

ρ = R · A / l | (Ω · m)

La conductivitat d'un material (σ) per contra, és la facilitat amb què deixa passar el corrent elèctric un conductor d'aquest material d'1 m de longitud i d'1 m^2 de secció.

σ = 1 / ρ = l / (R·A) | (Ω · m)^-1

σ = G · 1 / A

La resistència elèctrica (R) d'un conductor metàl·lic homogeni i de secció constant, que és el cas que ens ocupa, és directament proporcional a la seva longitud, inversament proporcional a la seva secció, i depèn de la seva resistivitat (ρ).

R = ρ · l / A | Ω

Els conductors s'identifiquen per la seva secció en mm^2 que el material conductor ofereix al pas del corrent, i que s'anomena secció del conductor.

Seccions normalitzades en el REBT: a,5 ; 0,75 ; 1 ; 1,5 ; 2,5 ; 4 ; 6 ; 10 ; 16 ; 25 ; 35 ; 50 ; 70 ; 95 ; 120 i 150.

A = (π · D^2) / 4

La densitat del corrent (J) és la intensitat que circula per unitat d'àrea o secció del conductor:

J = I / A | (A/m^2)

La cdt (e) produïda en un conductor és directament proporcional a la seva resistència i a la intensitat que hi circula.

e = R · I = ρ · l / A · I

Si coneixem la intensitat que ha de passar per la línia, la cdt permesa, el tipus de conductor i la seva llargada, operarem de la manera següent.

e = R · I = ρ · 2l / A · I

A = ρ · 2l / e · I

Com que la REBT expressa la cdt permesa en percentatges (e %) de la tensió a principi de línia:

A = ρ · 2l / (V^2 · e %) /100 = (ρ · 200l · P) / (V^2 · e %)

Els materials conductors recorreguts per un corrent s'escalfen i augmenten de temperatura. Aquest fenomen, que en definitiva és la transformació de l'energia elèctrica en energia tèrmica, es coneix amb el nom d'efecte Joule.

Q = P · t = R · I^2 · t = V · I · t = V^2 / R · t

Q = Quantitat de calor produïda en el circuit (J)

La quantitat de calor que es produeix en un conductor, receptor o, en general, en un circuit elèctric, és directament proporcional a la resistència que ofereix al pas del corrent, al quadrat de la intensitat i al temps durant el qual circula.

EL REBT estableix que tots els circuits han d'estar protegits contra els efectes de les sobreintensitats.

S'entén per sobreintensitat tota intensitat superior a la nominal In, que és l'assignada per al funcionament normal del circuit.

Una sobreintensitat es ot produir per un curtcircuit o per una sobrecàrrega.

Un curtcircuit és la connexió de dos o més punts d'un circuit a través d'una resistència de valor insignificant a causa d'un defecte de l'aïllament o d'una maniobra incorrecta. Normalment es considera que es produeix curtcircuit quan la intensitat de corrent que provoca és superior a tres vegades la nominal.

Una sobrecàrrega és una condició de funcionament del circuit elèctric sense defecte, que provoca una sobreintensitat. Per exemple, l'excés de càrrega mecànica en l'eix d'un motor elèctric respecte de la seva potència útil provoca una sobreintensitat en la línia.

Per a la protecció dels circuits contra sobrecàrregues i curtcircuits s'utilitzen els fusibles i els interruptors magnetotèrmics.

Un fusuble és un aparell de protecció que té la funció d'obrir el circuit en què està instal·lat per la fusió d'un o més elements destinats i dissenyats per a aquest fi, quan la intensitat sobrepassa un determinat valor durant un cert temps.

Fussibles classe g: Protegeixen contra sobrecàrregues i curtcircuits, i s'utilitzen en circuits que no presenten sobreintensitats en el moment d'engegar-se.

Fussibles classe a: Només protegeixen contra curtcircuits, i s'utlitzen per la protecció de motors i transformadors.

L = Protecció de línies i conductors.
M = Protecció d'aparells i motors.
R = Protecció de semiconductors.
B = Protecció d'instal·lacions de mines.
Tr = Protecció de transformadors.