Electricitat
De Viquipèdia
En física, l'electricitat és un terme genèric que engloba tot un conjunt de fenomens que són la manifestació de la presència d'un moviment de càrregues elèctriques. Podem aplicar el terme electricitat a fenomens prou coneguts com el llamp o l'electricitat estàtica però també a d'altres com el camp electromagnètic o la inducció electromagnètica. La paraula també serveix per designar la branca de la física que estudia els fenomens elèctric i les seves aplicacions.
En el llenguatge general podem utilitzar el terme electricitat per designar un cert nombre de fenomens, però és massa ambigu per a ser utilitzat en els diferents àmbits científics i és substituït per un seguit de conceptes més precisos:
- Càrrega elèctrica: Propietat d'algunes partícules subatòmiques que determina les seves interaccions electromagnètiques. La matèria elèctricament carregada és afectada pels camps electromagnètics i en produeix.
- Corrent elèctric: Moviment o flux de partícules elèctricament carregades.
- Camp elèctric: Efecte produït per una càrrega elèctrica sobre altres que en són properes.
- Potencial elèctric: Capacitat d'un camp elèctric de produir un treball.
- Electromagnetisme: Interacció fonamental entre els camps electromagnètics i les càrregues elèctriques i el seu moviment. L'electricitat està estretament relacionada amb el magnetisme i per això s'inclou dintre del camp de l'electromagnetisme, que estudia conjuntament els fenomens elèctrics i magnètics.
L'electricitat va ser estudiada des de l'antiguitat però no va començar a ser compresa fins els segles XVII i XVIII. Va ser a finals del segle XIX quan l'enginyeria elèctrica va aconseguir d'utilitzar l'electricitat en aplicacions industrials i residencials. Nikola Tesla va jugar un paper capdavanter en l'expansió i el desenvolupament de la utilització de l'electricitat, els seus treballs van permetre l'adveniment de la segona revolució industrial, avui dia l'energia elèctrica és omnipresent a la vida quotidiana dels països desenvolupats: a partir de diferents fonts d'energia (hidràulica, tèrmica, nuclear l'electricitat produïda s'utilitza a les llars i a la indústria.
Taula de continguts |
[edita] Naturalesa de l'electricitat
De la mateixa manera que la massa, la càrrega elèctrica és una propietat de la matèria que és a l'origen de diferents fenomens. Ningú ha observat mai de manera directa una càrrega elèctrica, però a partir de l'estudi de certes partícules com els electrons i els protons els científics han deduït que no tenien la mateixa càrrega i que sovint era oposada.
Dues càrregues de tipus oposat s'anul·len, la matèria ordinària posseeix tants electrons com protons i, per tant, és elèctricament neutra. En el món de l'electricitat hi ha dos tipus de càrrega elèctrica, que es comporten com si fossin oposades, per convenció reben la denominació de positiva i negativa. Les càrregues del mateix signe es repel·leixen, mentre que les càrregues de signe oposat s'atreuen. La magnitud de la força d'atracció o repulsió ve donada per la Llei de Coulomb.
 |
 |
| dues càrregues de signe oposat s'atreuen | dues càrregues del mateix signe, per exemple dues càrregues positives, es repel·leixen |
El moviment de les càrregues elèctriques dins la matèria és l'origen de l'electricitat.
[edita] L'electricitat estàtica
A la natura, els electrons són portadors de càrrega negativa i els protons de càrrega positiva. Els àtoms que composen la matèria ordinària són formats per electrons que són al voltant d'un nucli atòmic composat de protons i neutrons (que són elèctricament neutres), com que el nombre d'electrons és igual al nombre de protons el conjunt resultant és elèctricament neutre.
Quan es freguen certs materials entre sí els electrons superficials dels àtoms d'un material són transferits als àtoms de l'altre material. Per exemple, si freguem una barra de vidre amb un teixit de seda es carregarà positivament perquè els seus àtoms perdran electrons que passaran a la seda; si freguem un globus contra els cabells secs el carregarem negativament perquè captarà electrons del pèl.
Un regle de plàstic fregada contra la roba causarà que adquireixi una càrrega negativa, llavors podrà atreure petits fragments de paper. Això és degut a que el regle carregat modifica, per inducció electrostàtica, la repartició de càrregues al paper: les càrregues negatives del regle repel·leixen les càrregues negatives dels àtoms del paper i acaben a l'altre extrem del paper, al mateix temps que atreuen les càrregues positives; el resultat és que el regle atreu el paper. El mateix passa amb el CD, un plàstic, de la imatge de la dreta.
Es parla d'electricitat estàtica perquè les càrregues elèctriques no circulen sinó que es troben confinades a materials aïllants, el plàstic, el vidre o el paper són resistents a la circulació de les càrregues. Però malgrat tractar-se de materials aïllants s'els pot associar un corrent elèctric, detectable directament o a través del camp magnètic associat, si aquests materials carregats són en moviment.
[edita] El corrent elèctric
Hi ha materials com els metalls, l'aigua salada, el cos humà o el grafit que permeten que les càrregues elèctriques es desplacin fàcilment al seu través. El moviment de les càrregues elèctriques és el que coneixem com a corrent elèctric, normalment són electrons però qualsevol càrrega en moviment és un corrent elèctric, la seva intensitat es mesura en amperes.
En caminar sobre una moqueta el fregament dels peus n'arrencarà electrons i el cos es carregarà d'electricitat estàtica. En tocar el pom metàl·lic de la porta notarem una petita descàrrega elèctrica acompanyada d'un arc elèctric causat pel desplaçament sobtat de les càrregues elèctriques cap el terra a través dels materials conductors de la porta. El moviment de les càrregues és degut a que hi havia més al cos que al terra, de la mateixa manera que dues càrregues del mateix tipus tenen tendència a repel·lir-se a un material conductor tenen tendència a desplaçar-se cap el punt menys carregat. Aquesta diferència del nombre de càrregues entre dos cossos és el que s'anomena diferència de potencial.
En conseqüència, per tal de crear un corrent elèctric, un moviment de càrregues elèctriques, caldrà un circuit de material conductor que permeti el desplaçament de les càrregues i un sistema capaç de crear una diferència de potencial entre els extrems del circuit. La manera de crear la diferència de potencial és la utilització d'un generador, alguns exemples de generadors elèctrics en serien la pila o la dinamo.
La primera definició de corrent elèctric es va fer com a un flux de càrregues positives, a causa d'aquesta convenció històrica es considera que les càrregues flueixen des de la part més negativa d'un circuit a la més positiva. Tanmateix, el moviment d'electrons, amb càrrega negativa, és una de les formes més habituals de corrent elèctric, en aquest cas considerarien que els electrons es dirigeixen cap a la part positiva del circuit mentre les càrregues positives restarien immòbils. Però un corrent elèctric pot ser un flux de partícules en qualsevol direcció, cap a la positiva, cap a la negativa o cap a les dues alhora.
[edita] Història
Des dels temps més reculats dels homínids, que l'ambre (resina fòssil de pi extingit) és valorat per la seva condició d'electritzable per fricció, fins el punt que en grec ambre és elektron, d'on prové la paraula electricitat. A l'any 600 aC Tales de Milet descriu el poder d'atracció de l'ambre fregat i la seva capacitat de produir guspires.
Als inicis de la imposició del corrent altern, es va trobar a Iraq, el 1938, la Bateria de Bagdad, datada pels voltants del 250 aC s’ha provat amb èxit el seu funcionament i les possibles aplicacions terapèutiques. També hi han descripcions de dispositius elèctrics en murs egipcis i escrits antics.
Ni romans, ni gots, ni àrabs, ni els cristians de l'edat mitjana, no progressaren en absolut, ans al contrari, desconeixien totalment l'electricitat, amb l'excepció d'algun alquimista. No fou fins la publicació del llibre De Magnete, al 1600 per William Gilbert, on es va descriure els fenòmens coneguts pels grecs, utilitzant la paraula llatina electricus i va establir les diferències entre magnetisme i electricitat. El 1660 Otto von Guericke va inventar un generador electrostàtic.
Benjamin Franklin al 1752, formula la teoria del corrent elèctric, explicant la presència de carregues positives i negatives. El 1790 Alessandro Volta torna a inventar la Bateria de Bagdad i descriu la diferència de potencial elèctric.
Al 1876, Thomas Alva Edison, que tenia por a la obscuritat, crea “La Fàbrica d'invents de tot tipus” a Menlo Park, New Jersey. El 1878, desprès d'una sèrie d'importants invents, experimenta amb el recent invent de Sir Joseph Wilson Swan: la làmpada incandescent, basada en els experiments de Hienrich Göbel, descobrint més de 1.000 maneres diferents amb diferents metalls i fibres, de com no construir la bombeta i gastant més de 50.000$; finalment patenta el filament de bambú carbonitzat per industrialitzar la bombeta d'incandescència.
El 21 d'octubre 1879 inaugura la primera sèrie de focus en paral·lel que va funcionar 48 hores, busca finançament en John Pierpoint Morgan, per fundar la Edison General Electric, basada en els principis moderns de generació i producció, estrenant el 1882 la primera planta elèctrica de corrent continu al carrer Pearl de Nova York, també dissenya una locomotora i un cotxe elèctrics; comença una nova era.
Mentres Edison recomanava al Senat la llei contra el transport del corrent elèctric a molt alta tensió M.A.T. va irrompre un altre mag de les patents, el revolucionari, bohemi i genial Nikola Tesla (800 patents), empleat a la companyia telefònica de Budapest subsidiària d'Edison, amb el projecte del generador de corrent altern; Edison li justificà la seva oposició a la molt alta tensió perquè no es podia emmagatzemar, però sobretot per extremadament perillosa, cara i inhumana, i li ofereix perfeccionar els generadors de corrent continu autogestionària basant-se en les energies lliures, hi treballa molt eficientment, però obstinat i convençut, amb fe cega, de les seves teories, trenca relacions amb Edison i no para fins inaugurar, el 1893, el primer generador hidroelèctric de corrent altern als salts del Niàgara, il·luminar 50.000 focus a l'Exposició Universal i transmetre-la fins a la ciutat de Buffalo (Estat de Nova York).
Amb la convocatòria del concurs per la concessió del subministrament d'energia elèctrica a la ciutat de Nova York, esclata una guerra pública entre partidaris del corrent continu de l'Edison General Electric i partidaris del corrent altern de Westinhouse, fins a tal punt que Edison per tal de demostrar el perill mortal de la Alta Tensió organitza execucions públiques de gossos i gats, fins i tot filma l'electrocució d'un elefant sobre una planxa de ferro en el Zoo de Nova York, horroritzant l'opinió publica, menys la dreta més recalcitrant, que admirats immediatament apliquen el “progrés” per inventar la cadira elèctrica; la primera execució humana fou un fracàs. Els accionistes de Edison General Electric exigiren apostar pel corrent altern, J. P. Morgan acomiadà Edison per oposar-s'hi i eliminà el seu nom de la companyia. Al mateix temps Tesla cedia els seus drets per salvar la companyia Westinhouse.
Els beneficis en termes empresarials, fou el que decidí d'apostar pel transport de l'energia a grans distàncies, amb la conseqüent construcció de transformadors per elevar la Alta tensió (1000 V.) en que es genera l'Energia Elèctrica a la Molt Alta Tensió (132.000 V. o 400.000V.) es a dir pujar el voltatge per reduir la intensitat (són inversament proporcionals), amb la finalitat de reduir pèrdues per Efecte Joule en el transport a grans distàncies; posteriorment per la distribució es redueix el voltatge a la Mitja Tensió (de 25-30 kV, passant per 45 kV fins a 66 kV.) en les subestacions, a partir d'aquí encara s’ha de tornar a reduir segons se utilitzin en la indústria (entre 33 KV y 380 Volts) o en instal·lacions domiciliaries (entre 220 i 110 V) on actualment per utilitzar-la es torna a reduir fins als 9V. o 12V. del corrent continu. A més d'aquest gran negoci de construccions hi havia més beneficis en termes empresarials a favor de la molt alta tensió, gràcies a que el corrent altern no es pot emmagatzemar i se n’ha estar produint constantment, preveient el màxim consum per evitar caigudes de tensió.
[edita] Producció
L'energia es transforma en energia elèctrica per mitjà de les centrals elèctriques. Hi ha molts tipus de centrals que es diferencien unes de les altres en la manera en com obtenen l'electricitat.
Per exemple:
- Les centrals hidroelèctriques utilitzen la força de l'aigua.
- Les centrals nuclears utilitzen l'urani.
- Les centrals tèrmiques cremen carbó, petroli o Biomassa.
- Els parcs eòlics aprofiten la força del vent.
- Les plaques fotovoltaiques i les plaques solars aprofiten l'energia del Sol.
[edita] El consum d'energia elèctrica com a indicador econòmic
Una part molt important de l'energia elèctrica és consumida per les empreses, i depèn fortament de la seva activitat (per exemple, un restaurant només consumeix electricitat, per il·luminació i climatització, quan està obert, i el motor d'una màquina a una fàbrica només consumeix electricitat quan està funcionant). A més, com que l'electricitat no es pot emmagatzemar, la variació del seu consum respon instantàniament amb la variació de l'activitat. Per tant, el consum d'energia elèctrica és un indicador indirecte útil per seguir l'evolució de l'activitat econòmica. Tot i això, cal tenir en compte que hi ha factors diferents a la variació de l'activitat econòmica que poden afectar al consum d'electricitat:
- El consum d'electricitat de les famílies representa també una part important del total (per exemple, a la ciutat de Barcelona representa més de la meitat del total del consum en baixa tensió segons la web de l'ajuntament [1]). Aquest consum no depen de l'activitat de les empreses ni, a curt termini, depen tampoc gaire de la variació de la renda de les famílies.
- Les condicions climàtiques afecten molt al consum d'electricitat pel consum en climatització. Es pot fer un tractament estadístic per mirar d'aïllar aquest factor, però si s’analitza la variació interanual del consum s’anul·la bona part de l'efecte del clima, ja que comparem el consum en el mateix mes o el mateix trimestre d'anys diferents, en els que les temperatures podem esperar que no siguin gaire diferents.
D’altres indicadors indirectes poden no tenir aquests problemes. Per exemple, el consum aparent de ciment (que ens informa de l'activitat del sector de la construcció) no l'afecta el consum domèstic ni varia gaire amb les condicions meteorològiques (si més no, en el nostre clima).
