Situat sovint al final de curs, el tema el corrent elèctric pateix moltes vegades de manca d’atenció per falta de temps, a més l’aureola de "tema de tecnologia" que té, en comptes d'aprofitar-se per buscar una sinèrgia entre les dues àrees, pot desembocar en desinterès per part dels alumnes menys tecnològics ("no va amb nosaltres") o d'abandonament des de la nostra àrea ("ja us ho explicaran a tecno"). I és una llàstima, perquè es tracta d'un fenomen contínuament present a la nostra quotidianitat i que alhora presenta dificultats de comprensió: és freqüent que l'alumnat apliqui de manera cega la llei d'Ohm o consideracions sobre circuits en sèrie o en paral•lel sense haver assimilat suficientment els conceptes de diferència de potencial o d'intensitat del corrent.
Esperem que aquesta col•lecció de problemes que aquí es presenta, amb contextos ben diversos contribueixi a suggerir noves idees i a aportar interès a l'alumnat en aquest camp de la física i us animem a explorar noves situacions i a imaginar nous problemes.  
Full de l'alumnat
 |
| Fig. 1 |
Els problemes
| Aplicació
dels conceptes de corrent elèctric, corrent continu i corrent
altern,circuit, intensitat del corrent, diferència de potencial
i resistència elèctrica i de la llei d'Ohm.
|
1. Al circuit de la
figura 1 s'ha indicat la intensitat que passa per cada un dels resistors.
Completa-la escrivint el valor de les intensitats que falten.
 |
| Fig. 2 |
2. Al circuit de la
figura 2 s'ha indicat la diferència de potencial entre els extrems de
cada un dels resistors.
Indica el valor de les diferències de potencial marcades amb el signe
"?" .
3. Al circuit A
de la figura 3 hi ha una font d'alimentació de tensió regulable.
En els circuits B i C hi ha una resistència
variable (el valor de la resistència es pot modificar) i una font d'alimentació
ideal que sempre proporciona la mateixa diferència de potencial.
Indica en cada cas com variaran qualitativament (augmenten,
disminueixen o no varien) les lectures del voltímetre i de l'amperímetre
quan s'augmenti el valor de la tensió (en A) o de la
resistència (en B i en C)
 |
| Fig. 3 |
| Reconeixement
de dispositius basats en l'efecte Joule. Anàlisi de la calor
i potència transferida.
|
 |
| Fig. 4 |
4. Per evitar que s'entelin,
els vidres del darrere dels cotxes solen ser vidres tèrmics, que porten
uns filaments elèctrics adherits al vidre i connectats a 12V.
Quan s'activa el vidre tèrmic, hi circula corrent i desprèn calor
que escalfa el vidre.
Considera un vidre tèrmic format per 6
resistors paral•lels iguals, per cada un dels quals circulen 3,0
A.
a) Troba la resistència
de cada un d'aquests filaments.
b) Calcula la potència
dissipada en un filament i en el conjunt.
c) Si tenim el vidre
tèrmic activat durant 20 minuts, quanta energia
s'ha dissipat? D'on ha sortit aquesta energia? A on ha anat a parar?
d) Un problema bastant
comú és que, a causa de la fricció o algun cop, un dels
filaments es trenqui. Quin efecte té això sobre el funcionament
del vidre tèrmic?
| Coneixement de
generadors de corrent continu: piles, piles de combustible, cèl•lules
fotovoltaiques, fonts d'alimentació. Relació entre energia
i potència aportada al circuit. Càlcul de la força
electromotriu, FEM, i de la resistència interna.
|
5. Ens han encarregat
un estudi sobre el consum elèctric de les bombetes de baix consum i mesurant
la potència elèctrica d'una d'aquestes bombetes hem obtingut aquest
gràfic en el qual es veu una primera fase d'encesa (1,7
s) seguida del règim "normal".
 |
| Fig. 5. |
a) Calcula la potència
mitjana i l'energia consumida en l'encesa de la bombeta de baix consum.
b) Quanta energia gasta
en règim normal la bombeta durant mitja hora?
c) Heu sentit a dir
que és millor deixar enceses les bombetes d'aquest tipus si marxeu
de l'habitació per poc temps ja que gasten més energia en el
moment d'encendre's de la que gastarien si les deixem enceses. Argumenta quantitativament
si aquesta estratègia d'estalvi té sentit o no en té.
| Balanç
energètic de circuits en corrent continu amb generadors i resistències
elèctriques, a partir de la mesura experimental de diferències
de potencial i intensitats. Rendiment energètic d'un circuit. Determinació
experimental de la força electromotriu d'un generador de corrent
continu i de la seva resistència interna. |
 |
| Fig. 6 |
6. Hem fet proves amb
un grup de dues cèl•lules fotoelèctriques muntades en sèrie.
Volem saber la FEM i la resistència interna del conjunt i per això
les hem il•luminat i hi hem connectat diferents resistències, per
tancar el circuit. Per a cada resistència externa hem mesurat la diferència
de potencial i la intensitat que la travessava.
a) Quines d'aquestes
variables han de ser controlades perquè els resultats siguin vàlids
?
i) La il•luminació
de les cèl•lules fotoelèctriques.
ii) L’orientació
de les cèl•lules respecte al focus lluminós.
iii) La potència
total del circuit.
iv) La durada de
cada un dels experiments.
Explica quines precaucions has de prendre per assegurar-te que les variables
seleccionades estan sota control.
b) Completa l'esquema
indicant on ha de situar-se el voltímetre i on ha de situar-se l'amperímetre.
Hem representat els resultats obtinguts en aquest gràfic
 |
| Fig. 7 |
c) Indica quins dels punts del gràfic
corresponen a les situacions (1) curtcircuit i (2)
circuit obert.
d) Escriu l'equació V=f(I)
que s'ajusta a la recta obtinguda.
e) Indica els valors de la FEMi la
resistència interna de l'agrupació de cèl•lules
fotoelèctriques.
f) Segons el gràfic, quan V=0,40V
, la intensitat és 0,005
A . En aquesta situació, calcula els valors de la potència
elèctrica dissipada en el resistor i en les cèl•lules
fotoelèctriques, i determina’n el rendiment.
| Reconeixement
i aplicació de l'associació de resistències en
sèrie i en paral•lel. Caracterització dels elements
i l'estructura que formen una instal•lació elèctrica
domèstica. |
7. Les tires de leds
són un recurs cada vegada més utilitzat en il•luminació
 |
| Fig. 8 |
Les tires poden mesurar molts metres de llarg, però
estan formades per la repetició de segments idèntics. A la imatge
es mostra un fragment d'una tira de leds. Es pot veure que cada 5
cm hi ha un segment que consta de 3
leds (L1, L2, L3) . La tira
es pot retallar per qualsevol mida, a condició que no se'n trenqui cap
segment, i s'ha de connectar a un corrent continu de 12
V. Cada segment (3 leds) té un consum elèctric de
0,72W, sense ue sigui important quants segments hi hagi a la tira.
a) Indica si els
segments estan muntats en sèrie o en paral•lel i justifica la
resposta.
b) Dintre de cada segment els tres
leds estan muntats en sèrie. Calcula la intensitat i la diferència
de potencial per a cada un dels leds, per a un segment complet i per a una
tira de 40 segments
(2,0 m) .
| Descripció
del funcionament dels sensors basats en la transformació de la
magnitud que es vol mesurar en un senyal elèctric, com per exemple,
els sensors de temperatura basats en un termistor o els sensors de llum
basats en fotoresistències o en fotodíodes.
|
8. Volem construir un sensor de temperatura
utilitzant una resistència que depèn de la temperatura. Situem
la resistència en l'extrem del sensor (on voldrem mesurar la temperatura)
i preparem aquest muntatge :
 |
| Fig. 9 |
Sabem que el valor de la resistència segons la temperatura segueix
l'equació  ( =
temperatura en ºC).
a) Construeix una
gràfica aproximada que mostri el valor de la resistència a l'eix
de les ordenades i la temperatura a l'eix de les abscisses per a temperatures
entre 0ºC
i 100 ºC.
b) Calcula la intensitat
que circularà pel circuit quan la temperatura sigui 0ºC
, 50ºCi 100ºC
(la resistència interna de la pila és negligible)
c) Troba el valor
que indicarà el voltímetre a 0ºC,
a 50ºC i a
100ºC
c+) Fes un full de
càlcul que indiqui, per a les temperatures entre 0ºC
i 100ºC, cada
5ºC , els
valors de la resistència segons la temperatura i de la intensitat pel
circuit, i la lectura del voltímetre.
d) A quina temperatura
correspon una lectura de 2,60
V ? (Pista: pots calcular primer la resistència)
Solucions
 |
| Fig. 10 |
1. Al circuit de la
figura 1 s'ha indicat la intensitat que passa per cada un dels resistors.
Completa-la escrivint el valor de les intensitats que falten.
Vegeu la figura
 |
| Fig. 11 |
2. Al circuit de la
figura 2 s'ha indicat la diferència de potencial entre els extrems de
cada un dels resistors.
Indica el valor de les diferències de potencial marcades amb el signe
"?".
Vegeu la figura
3. Al circuit A
de la figura 3 hi ha una font d'alimentació de tensió regulable.
En els circuits B i C hi ha una resistència
variable (el valor de la resistència es pot modificar) i una font d'alimentació
ideal que sempre proporciona la mateixa diferència de potencial.
Indica en cada cas com variaran qualitativament (augmenten,
disminueixen o no varien) les lectures del voltímetre i de l'amperímetre
quan s'augmenti el valor de la tensió (en A) o de la
resistència (en B i en C).
En
A : quan augmenti la tensió augmentarà la lectura del
voltímetre i també la de l'amperímetre.
En B: quan augmenti la resistència no canviarà
la lectura de l'amperímetre ni la del voltímetre.
En C: quan augmenti la resistència disminuirà
la lectura de l'amperímetre i també disminuirà la del voltímetre.
4. Per evitar que s'entelin,
els vidres del darrere dels cotxes solen ser vidres tèrmics, que porten
uns filaments elèctrics adherits al vidre i connectats a 12V.
Quan s'activa el vidre tèrmic, hi circula corrent i desprèn la
calor que escalfa el vidre.
Considera un vidre tèrmic format per 6 resistors paral•lels iguals,
per cada un dels quals circulen 3,0
A.
a) Troba la resistència
de cada un d'aquests filaments.
 ,
b) Calcula la potència
dissipada en un filament i en el conjunt.
 ,
c) Si tenim el vidre
tèrmic activat durant 20 minuts, quanta energia s'ha dissipat? D'on
ha sortit aquesta energia? On ha anat a parar?
 ,
prové de la bateria, va a escalfar els filaments (i el vidre).
d) Un problema bastant
comú és que, a causa de la fricció o algun cop, un dels
filaments es trenqui. Quin efecte té això sobre el funcionament
del vidre tèrmic?
Els altres segueixen funcionant igual.
(la intensitat i la potència del conjunt disminueixen).
5. Ens han encarregat
un estudi sobre el consum elèctric de les bombetes de baix consum i mesurant
la potència elèctrica d'una d'aquestes bombetes hem obtingut aquest
gràfic, en el qual es veu una primera fase d'encesa (1,7
s) seguida del règim "normal".
a) Calcula la potència
mitjana i l'energia consumida en l'encesa de la bombeta de baix consum.
b) Quanta energia gasta
en règim normal la bombeta durant mitja hora?
c) Heu sentit dir que
és millor deixar enceses les bombetes d'aquest tipus si marxeu de l'habitació
per poc temps, ja que gasten més energia en el moment d'encendre's
de la que gastarien si les deixem enceses. Argumenta quantitativament si aquesta
estratègia d'estalvi té sentit o no en té.
Amb aquest model val més apagar
la bombeta si hem de sortir durant més de 3
s.
6. Hem fet proves amb
un grup de dues cèl•lules fotoelèctriques muntades en sèrie.
Volem saber la FEM i la resistència interna del conjunt i per això
les hem il•luminat i hi hem connectat diferents resistències, per
tancar el circuit. Per a cada resistència externa hem mesurat la diferència
de potencial i la intensitat que la travessava.
a)
Quines d'aquestes variables han de ser controlades perquè
els resultats siguin vàlids.
i)
La il•luminació de les cèl•lules fotoelèctriques.
ii)
L'orientació de les cèl•lules respecte al focus lluminós.
 |
| Fig. 12 |
b) Completa l'esquema
indicant on ha de situar-se el voltímetre i on ha de situar-se l'amperímetre.
Vegeu la figura 12.
c) Indica quins dels punts del gràfic
corresponen a les situacions (1) curtcircuit i (2) circuit obert.
Vegeu la figura 13.
 |
| Fig. 13 |
d) Escriu l'equació V=f(I)
que s'ajusta a la recta obtinguda.
e) Indica els valors de la FEM i la
resistència interna de l'agrupació de cèl•lules
fotoelèctriques.
f) Segons el gràfic, quan V=0,40V
, la intensitat és 0,005
A . En aquesta situació, calcula els valors de la potència
elèctrica dissipada en el resistor i en les cèl•lules
fotoelèctriques, i determina’n el rendiment.
7. Les tires de leds són
un recurs cada vegada més utilitzat en il•luminació
a) Indica si els
segments estan muntats en sèrie o en paral•lel i justifica la
resposta.
En paral•lel.
b) Dintre de cada segment els tres
leds estan muntats en sèrie. Calcula la intensitat i la diferència
de potencial per a cada un dels leds, per a un segment complet i per a una
tira de 40 segments
(2,0 m) .
per a 1 LED: .
per a un segment .
per a una tira de 40
segments  .
8. Volem construir un sensor de temperatura
utilitzant una resistència que depèn de la temperatura. Situem
la resistència en l'extrem del sensor (on voldrem mesurar la temperatura)
i preparem aquest muntatge :
a) Construeix una
gràfica aproximada que mostri el valor de la resistència a l'eix
de les ordenades i la temperatura a l'eix de les abscisses per a temperatures
entre 0ºC
i 100 ºC.
Vegeu la figura 14.
 |
| Fig. 14 |
b) Calcula la intensitat
que circularà pel circuit quan la temperatura sigui 0ºC
, 50ºCi 100ºC
(la resistència interna de la pila és negligible)
c) Troba el valor
que indicarà el voltímetre a 0ºC,
a 50ºC i a
100ºC
c+) Fes un full de
càlcul que indiqui, per a les temperatures entre 0ºC
i 100ºC, cada
5ºC , els
valors de la resistència segons la temperatura i de la intensitat pel
circuit, i la lectura del voltímetre.
Vegeu la taula 1.
 |
| Taula 1 |
d) A quina temperatura
correspon una lectura de 2,60
V ? (Pista: pots calcular primer la resistència)
| 
7/8 
