TEKNOLOGIA DBH

1.1

Nolakoa litzateke elektrizitaterik gabeko egun bat? Ez zenuke telebistarik edukiko, ez MP3rik, ez ordenagailurik, ez telefonorik, ez… Makina bat gauza dabil elektrizitateari esker eta gauza horiek asko errazten digute bizimodua, baina zer da elektrizitatea? Gai honetan elektrizitatearen oinarriak ezagutuko ditugu.

1. ELEKTRIZITATEA ETA HAREN USTIAPENA

XVIII. eta XIX. mendeetan, zientzialari askok egin zituzten esperimentuei esker, elektrizitatearen printzipio nagusiak aurkitu ahal izan ziren. Baina elektrizitatea ezin izan zen praktikan aprobetxatu XIX. mendearen amaiera arte; hau da, besteak beste, lanpara eta motor elektrikoa asmatu zirenera arte.

1.1. ELEKTRIZITATEA LORTZEKO ERA

1798an, Alessandro Volta fisikari italiarrak lehenbiziko pila eraiki zuen, zinkezko eta kobrezko xaflen artean ur gazitan bustitako ehunak txertatuta. Muturrak kontaktuan jarri ondoren, substantzia horien konposizioa aldatu egiten zen, eta korronte elektrikoa zen emaitza.

Aparatu sinple hori izan zen gaur egungo pila elektrikoen, baterien eta zenbait eguzki-plakaren prototipoa. Pila horiek dauzkaten dauzkaten materialen propietateei esker sortzen dute elektrizitatea.

Pila izan zen elektrizitate-iturri bakarra 1831ra arte. Urte hartan, aurkikuntza hau egin zuen Faraday zientzialari ingelesak: kobrezko kablea imanen artean mugituz gero, elektrizitatea sortzen zen kablean. Horixe izan zen elektrizitate-sorgailuaren hastapena. Mugimendua aprobetxatuz, elektrizitatea sor dezakeen gailua da sorgailua.

Bizikletaren dinamoa, adibidez, gurpilen biraketa aprobetxatuz elektrizitatea sortzen duen sorgailu txikia da. Dinamoak kobrezko harila dauka barruan, eta harilaren alboan imanak daude. Bizikletak aurrera egiten duenean, harila imanen artean biratzen da, eta, horrela, bizikletaren aurreko argia pizten duen elektrizitatea sortzen da.

Voltaren pila

ELEKTRIZITATEA

1.2

1.2. ELEKTRIZITATEA GARRAIATZEA

Entxufeetara iristen den elektrizitatea zentral hidroelektriko, termiko eta nuklearretan, eguzki-zentraletan edo zentral eolikoetan sortzen da. Zentraletan, sorgailu handi asko erabiltzen dituzte, eta haizearen edo uraren mugimendua aprobetxatzen dute.

Zentral elektrikoetan sortzen den elektrizitaea elektrizitate-sarearen bidez garraiatzen da hirietara eta etxeetara, kable-lineak erabiliz.

Sarearen zati handi batean, aireko kableak erabili ohi dituzte. Kableak altuera handiko argi-zutoinetan zehar edo metalezko dorretan zehar pasatzen dira. Hiri-eremuetan kable lurperatuak erabiltzen dituzte, gehienbat.

2. ZER DA ELEKTRIZITATEA?

Atomoetako elektroien mugimenduak sortzen duen energia mota bat da.

Horiek elkar aldaratzeko edo erakartzeko joera izaten dute.

2.1. ATOMOA

Gorputzak atomoz osatuta daude, eta atomoak, partikula txikiago batzuez. Partikula horiek elektroiak, protoiak eta neutroiak dira.

2.2. KARGA ELEKTRIKOA

Elektroiek eta protoiek karga elektrikoa izeneko propietate bat dute; eta propietate horrek eragiten ditu, hain zuzen, fenomeno elektrikoak.

Karga elektrikoa bi motatakoa izan daiteke: positiboa eta negatiboa. Protoiek karga elektriko positiboa dute, eta elektroiek, karga elektriko negatiboa. Protoien eta elektroien kargek balio berdina dute, baina aurkako zeinua.

TEKNOLOGIA DBH

1.3

Gorputz gehienak elektrikoki neutroak dira, hots, karga positiboen eta negatiboen kopuru berdina dute.

Elektroi askea

Orbitarekin lotura ahula daukalako bertatik irteten den elektroia da.

ELEKTRIZITATEA

1.4

2.3. KORRONTE ELEKTRIKOA

Korronte elektrikoa esaten zaio karga elektrikoen joan-etorriari eroaleetan zehar. Eroale horren bi punturen artean karga-desoreka dagoenean sortzen da; hau da, puntu batean bestean baino karga elektriko handiagoa dagoenean. Kargak orekatzean, korrontea gelditu egiten da.

Korronte elektrikoa elektroiek eroale batean zehar egiten dituzten mugimenduen

ondorioa da.

2.4. KORRONTE MOTAK

Bi mota daude: korronte zuzena eta korronte alternoa.

Korronte zuzena (K.Z.)

Korronte alternoa (K.A.)

TEKNOLOGIA DBH

1.5

2.5. KORRONTE ELEKTRIKOAREN EFEKTUAK

Efektu hauek lortzeko aprobetxa daiteke elektrizitatea.

Energia elektrikoa → Bero energia

Elektrizitateak eroalea zeharkatzean, eroalea berotu egiten da. Efektu hori zenbait gailutan erabiltzen da; esaterako, berogailuetan, sukalde elektrikoetan, txigorgailuetan... Aparatu horiek erresistentzia izeneko metalezko piezak dituzte.

Energia elektrikoa → Argi energia

Eroalearen tenperatura igotzean, kolorea ere aldatu egiten da: lehenengo gorri eta gero zuri bihurtzen da, argia igorriz. Fenomeno horri goritasun esaten zaio, eta bonbillen oinarria da. Bonbillen harizpiak 3.000ºC-ko tenperatura harrapatzen du gutxi gorabehera.

Energia elektrikoa → Energia mekanikoa

Motor bat energia elektrikoa ematen duen iturri batekin konektatzean, motorra biraka hasten da. Horrek makina bat aplikazio ditu: haizagailua, irabiagailua, ikuzgailua.....

Energia elektrikoa → Energia kimikoa

Eraldaketa hori elektrolisi izeneko prozesu baten bidez gertatzen da. Esate baterako, kobre sulfatoa duen disoluzio batean bi kable sartzen baditugu, polo negatiboak erakarri egingo ditu kobrearen atomoak; hori dela eta, atomo horiek polo hartan pilatuz joango dira.

Energia elektrikoa → Energia magnetikoa

Kablea iltze baten inguruan kiribiltzen badugu, elektrizitatearen bidez funtzionatzen duen iman bat lortzen dugu; horregatik izena du elektroimana. Hainbat gauza egiteko erabiltzen da: txirrinak, garabiak, erreleak eta abar.

2.6. MATERIAL EROALE ETA ISOLATZAILEAK

Eroaleak:

Elektroiei atomo batetik bestera erraz mugitzeko aukera ematen dieten materialak dira. Ondorioz, elektrizitatea eroaten dute. Metal gehienak eroale onak dira.

Isolatzaileak:

Elektrizitatea eroaten ez duten materialak dira, hala nola, egurra, beira, plastikoak... Elektroiak orbitari oso estu lotuta egoten dira eta oso zaila edo ezinezkoa izaten da bertatik ateratzea.

ELEKTRIZITATEA

1.6

3. ZIRKUITU ELEKTRIKOA

3.1. ZIRKUITU ELEKTRIKOA

Energia elektrikoaren erabilpenerako zirkuitu elektrikoa osatu behar da. Zirkuitu elektrikoa elkarri konektatuta dauden eta korronte elektrikoa eroaten duten elementuek osatutako multzoa da.

Oinarrian, elementu hauek osatzen dute: sorgailuak, eroaleak, hargailuak, kontrol edo maniobra elementuak eta babes elementuak.

3.2. OSAGAI ELEKTRIKOAK

SORGAILUAK:

Energia elektrikoa sortzeko edo metatzeko erabiltzen ditugun elementuak dira; adibidez, pila. Sorgailuak duen indarraren arabera, zirkuitu horretatik korronte elektriko gehiago edo gutxiago ibiliko da.

EROALEAK:

Aurreko adibideetan aipatu den bezala, hainbat elementu elektriko elkartzeko eta korronteari bidea emateko balio du. Normalean, kablea erabiliko dugu, baina xafla metalikoak ere erabil daitezke.

HARGAILUAK:

Energia elektrikoa hartu eta beste energia mota bihurtuko duten elementuak dira; adibidez, bonbilla. Bonbillatik pasako den elektroi kantitatearen arabera, bonbillak argi gehiago edo gutxiago emango du.

KONTROL ELEMENTUAK:

Korronte elektrikoa zirkuituaren hainbat kabletatik bideratuko duten elementuak dira; adibidez, etengailua. Elementu horrek bi egoera ditu: irekia eta itxia. Irekia dagoenean, ez du korronte elektrikorik pasatzen uzten, baina itxita dagoenean, korrontea pasatzen uzten du.

BABES ELEMENTUAK:

Zirkuitulaburren kontra, gainkargen aurrean, babesten gaituzten elementuak dira; adibidez, fusiblea.

TEKNOLOGIA DBH

1.7

3.3. KORRONTEAREN NORANZKOA

Korrontea, zirkuituetan, sorgailuaren polo positibotik polo negatibora doa, ustez, zirkuitu osoa zeharkatuta; horri korrontearen noranzko konbentzionala esaten diogu.

Elektroiak sorgailuaren polo negatibotik polo positibora mugitzen dira, egia; horixe da korrontearen benetako noranzkoa. Ariketetan korrontearen noranzko konbentzionala hartzen dugu.

3.4. ESKEMA ELKTRIKOA

Oso zaila izango litzateke zirkuitu baten osagarri elektrikoak beren irudi errealaren bidez marraztea eta, gainera, nahasketa ere eragingo luke horrek. Horregatik, ikur konbentzionalen sistema ezarri zen zirkuitu elektriko eta elektronikoen eskemak irudikatzeko.

Taula honetan unitate honetan erabiliko ditugun ikurrak agertzen dira:

Zirkuitu elektriko baten eskema zirkuitu bat osatzen duten elementuen ikurren irudikapen grafikoa da. Horri esker, zirkuituaren elementu eta funtzionamendua erraz uler daitezke.

Zirkuitua Irudikapen eskematikoa

ELEKTRIZITATEA

1.8

4. ZIRKUITU BATEKO KONEXIOAK Zirkuitu bateko elementuak modu ugaritan konekta daitezke. Jarraian, oinarrizko

antolamenduak ikus ditzakezu:

4.1. SERIEKO ANTOLAMENDUA

Bi edo elementu gehiago seriean daudela esaten da baten irteera hurrengoaren sarrera denean. Antolamendu mota honetan, elementuetan barrena mugitzen den korrontea bera da. Aldiz, tentsio osoa elementu bakoitzaren muturretako tentsioen batura izaten da.

Erresistentzia osoa edo zirkuituari dagokiona kalkulatu nahi bada, hargailu bakoitzaren erresistentziak batu behar dira:

...321 RRRR

Abantailak: - Energia gutxiago kontsumitzen da.

Desabantailak - Hartzaileetako batek funtzionatzen ez badu, beste guztiak ere ez dute

funtzionatzen - Hartzaileek sorgailuetako energia banatu behar dute.

...

...

321

321

IIII

VVVV

4.2. PARALELOKO ANTOLAMENDUA

Kasu honetan, zirkuituaren osagaien kokapena dela eta, irteera eta sarrera bera dute; hori dela eta, alde bateko eta besteko kableak elkartu egiten dira. Antolamendu honetan, elementu bakoitzaren potentzial diferentzia berdina da, baina adar bakoitzetik dabilen intentsitatea aldatu egiten da.

Zirkuitu horrem erresistentzia hau izango da:

...1111

321

RRRR

TEKNOLOGIA DBH

1.9

Abantailak: - Hartzaileetako batek huts egiten badu, besteek funtzionatzen jarraitzen

dute. - Hartzaile bakoitzak energia osoa hartzen du.

Desabantailak - Serieko antolamenduan baino energia gehiago kontsumitzen du. - Zirkuituko erresistentzia totala, elementu bakoitzaren erresistentzia

baino txikiagoa da.

...

...

321

321

IIII

VVVV

4.3. ANTOLAMENDU MISTOA

Zirkuitu berean, serieko eta paraleloko konexioa duten elementuak daudenean, antolamendua mistoa dela esaten da. Kasu horretan, ez dira aldatzen seriean dauden elementuetatik igarotzen den korrontea eta paraleloan dauden zirkuituko elementuen tentsioa.

Erresistentzia baliokidea edo osoa zehazteko, tarte bakoitzeko erresistentzia partzialak kalkulatu beharko dira eta guztiak batu.

Apurtutako harizpia

ELEKTRIZITATEA

1.10

5. OHM-en LEGEA

Tentsioaren, intentsitatearen eta erresistentziaren arteko erlazioa ikertu zuen

lehen zientzialaria Georg Simon Ohm izan zen. Fisikari alemaniar horrek 1.822an esperimentu ezberdinak burutu zituen eta bere omenez, tentsioaren, intentsitatearen eta erresistentzia elektrikoaren artean dagoen proportzionaltasun harremanari Ohm-en legea deitzen zaio eta honela adierazten da matematikoki.

V = I x R

“Zirkuitu itxi batean dabilen korrontearen intentsitatea zuzenki proportzionala da tentsioarekiko eta alderantziz proportzionala erresistentzia elektrikoarekiko.”

Garrantzi handikoa da jakitea zenbat elektroi dabiltzan zirkuituan, zenbateko indarra duten lana egiteko eta zenbat lan dagoen banatuta bidean. Magnitude horiek guztiak jakin behar dira, egiten ditugun zirkuitu elektrikoek ondo funtziona dezaten. Piztu ote liteke telebista mugikorraren bateriarekin? Balio horiek jakiteko, Ohmen legea erabiltzen dugu.

Ikus ditzagun kontzeptu hauek:

Korrontearen intentsitatea (I)

Erresistentzia elektrikoa (R)

Potentzial diferentzia edo tentsioa (V)

5.1. INTENTSITATE ELEKTRIKOA

Boltaia, tentsioa, potentzial-diferentzia elektroiak mugitzen dituen indarra da. Korrontea ibili dadin, beharrezkoa da elektroiak zirkuituan zehar “bultzatuko” dituen tentsioa egotea. Zirkuitu batean tentsio edo potentzial-diferentzia egon dadin sorgailua erabiltzen da.

Neurri unitatea Volt (V) da.

Zenbat eta tentsio handiagoa elektroiei ezarriko zaien bultzada eta energia (zirkuitua zeharkatzeko) handiagoa izango da, beraz, korronte elektriko handiagoa izango dugu.

5.2. TENTSIO ELEKTRIKOA

Korrontearen intentsitatea material batetik eta denbora unitate batean dabilen karga edo elektroi kopurua da.

Bere unitatea Anperea (A)

TEKNOLOGIA DBH

1.11

5.3. ERRESISTENTZIA ELEKTRIKOA

Erresistentzia elektrikoa material batek korronte elektrikoari ezartzen dion oztopoa da. Bere neurri unitatea Ohm (Ω) da.

Material (eroaleak eta isolatzaileak) eta osagai guztiek sortzen dute nolabaiteko erresistentzia elektrikoa.

Halaber, eroaleen erresistentzia oso txikia da, isolatzaileena oso altua den bitartean.

6. ENERGIA ELEKTRIKOA ETA POTENTZIA ELEKTRIKOA

Dudarik gabe konturatuta egongo zara bonbilla batzuek beste batzuek baino argi gehiago egiten dutela. Bonbilla batek energia elektriko gehiago jaso behar du argi gehiago egiteko: zenbat energia jaso hainbat argi sortzen baitu.

Zirkuitu elektriko bateko generadoreek energia elektrikoa sortzen dute, korronte elektrikoaren bidez hartzaileetara garraiatzen dena. Zirkuitu elektrikora konektatutako hartzaile eta aparailu elektrikoek energia elektrikoa kontsumitzen dute eta bestelako energia motetan bihurtzen dira: argia (bonbilla), beroa(erresistorea), mugimendua (motorra), etab.

6.1. ENERGIA ELEKTRIKOA

Ekoiztutako edo kontsumitutako energia elektrikoa (E) tentsioaren (V), korrontearen (I) eta funtzionamendu denboraren (t) arabera dago.

E = V x I x t

Energia Juliotan (J) neurtzen da, edo Kilovatioak orduko (kW h).

Adibideak:

a) 9V-ko pila batek, 10mA korrontea sortzen duen, eta 20 segundotan funtzionatzen duenak sortzen duen energia: E = 9 x 0.01 x 20 = 1.8 Julio

b) 4.5V-ko pila batek elikatutako bonbilla batek 0.1 A korrontea hartzen du, eta 5 minutuz dago piztuta: E = 4.5 x 0.1 x (5 x 60) = 135 Julio

6.2. POTENTZIA ELEKTRIKOA

Hargailu elektriko batek epe jakin batean energia trasformatzeko duen ahalmena da. I intentsitatean zirkulatzen duen eta V funtzionamendu tentsioa duen aparailu elektriko batek kontsumitzen duen potentzia honela adierazi ohi da:

P = V x I

Potentzia Watt-etan (W) neurtzen da, baina ohikoa da kilowatta (KW) ere erabiltzea. Bere balioa 1.000 W-koa da.