¡Descarga Introducció als circuits elèctrics y más Apuntes en PDF de Electrónica solo en Docsity!
Universitat Autònoma de Barcelona
Grau en Enginyeria Informàtica
ELECTRICITAT I ELECTRÒNICA
1. Introducció als circuits electrònics
1.1 Introducció
Definicions:
Electricitat : estudi dels fenòmens associats amb càrregues elèctriques en moviment ó en repòs
Electrònica : estudi i aplicació pràctica del moviment dels electrons a través de sòlids, (líquids, gasos ó el buid).
L’electricitat serveix de base per a l’estudi de l’electrònica.
1.2. Conceptes bàsics
La majoria d’aquesta secció és un recordatori de conceptes que s’han de conèixer d’estudis anteriors.
1.2.1. Càrrega elèctrica
La càrrega elèctrica és una propietat fonamental d’algunes partícules de la matèria (positiva o negativa), que es manifesta en forma de forces repulsives o atractives depenent de si les partícules tenen càrrega igual o oposada.
Càrregues del mateix tipus tindrien entre elles una força repulsiva, i càrregues de diferent tipus tindrien entre elles una força atractiva.
Unitat de càrrega elèctrica: Coulomb ( C )
La càrrega elemental (unitat indivisible d’electricitat) és la càrrega de l’electró: e = 1,6 x 10-19^ C
1.2.2. Potencial i energia potencial
Energia potencial d’un cos: és l’energia que “potencialment” pot fer servir, degut a que està en un camp de forces.
És a dir, és l’energia que té “emmagatzemada” (deguda a la força del camp) i disponible per a gastar.
Exemple: camp gravitatori. Un cos a una certa alçada sobre un nivell de referència té disponible una energia gravitatòria (= mgh), que pot convertir en moviment (energia cinètica) si s’el deixa caure.
Energia potencial elèctrica :
És l’energia que té una càrrega pel fet d’estar en un camp de forces elèctric.
Potencial elèctric
És l’energia potencial elèctrica per unitat de càrrega de prova qp (és a dir, per a una càrrega de prova +1). Es mesura en Volts (V).
Es representa com a “I”. És la càrrega elèctrica que passa per unitat de temps a través d’una secció transversal donada d’un conductor.
Si en el temps “t” passen N partícules amb càrrega “q”, la càrrega total que ha passat és: Q = N · q
i per tant per unitat de temps:
t
N q
t
Q
I
= = (això és un valor mitjà)
En un temps petit “dt” passarà una càrrega petita “dQ”. Llavors la intensitat serà:
dt
dQ
I = (això és el valor instantani)
Unitats:
La unitat d’intensitat elèctrica és el
Ampère
Segon
Coulomb
≡ (A)
que té el nom d’André-Marie Ampère (1775-1836). Direcció d’un corrent elèctric:
q q
q q
q q q
Per convenció, el sentit del corrent elèctric és el del moviment de les càrregues positives:
Per tant en cas d’un corrent de partícules negatives, per exemple electrons, el sentit del corrent és oposat al del moviment de les càrregues.
En resum :
DIRECCIÓ DEL CORRENT
DE POTENCIALS ALTS A POTENCIALS BAIXOS
- Un corrent que NO VARIA de sentit amb el temps es diu corrent continu
- Un corrent que VARIA de sentit amb el temps es diu corrent altern
V V V
I I^ I
La unitat de resistència elèctrica és:
≡ Ohm (Ω )
Ampère
Volt
nom que vé de Georg Ohm (Alemanya, 1787 – 1854).
La resistència elèctrica d’un conductor depèn del material de que està fet i de les seves dimensions geomètriques:
Per a un conductor de longitud “l” i àrea “a”, la resistència vé donada per:
a
l
R =ρ⋅
on ρ és la resistivitat (una propietat de cada material, que té unitats de Ω·m).
Simbol:
Un conductor amb resistència R es representa amb un dels símbols:
a
l
Associació de resistències
A- Associació en sèrie:
- El corrent és el mateix (I) per totes les resistències
- Cadascuna té una diferencia de potencial Vi
Tenim: V = V 1 + V 2 + V 3 + ...
Apliquem la llei de Ohm:
V 1 = R 1 · I V 2 = R 2 · I V 3 = R 3 · I ...
i queda:
V = R 1 · I + R 2 · I + R 3 · I + ... = (R 1 + R 2 + R 3 + ...) I
Si definim la resistència equivalent Req al conjunt de resistències en sèrie com aquella que ens dóna la mateixa I quan apliquem la mateixa V:
V = Req · I
veiem que:
Req = R 1 + R 2 + R 3 + ...
I
V 1 V 2 V 3
V
I
+ V -
Exemple:
R (^) eq R R R R
= + = = Î Req = R
2R
1.4.2. Fonts de tensió i corrent
Farem servir tensió com a sinònim de diferència de potencial elèctric i també de voltatge.
Una font de tensió és un dispositiu que genera una diferència de potencial elèctric entre dos punts, independent del corrent que hi passa.
Una font de tensió dóna energia a les càrregues elèctriques. Si genera una diferència de potencial V, una càrrega q tindrà una energia
U = q · V
L’energia que dóna una font de tensió s’obté d’altres tipus d’energia:
- pila elèctrica: de l’energia produïda per reaccions químiques dins de la pila.
- generador: d’energia mecànica obtinguda de: o aigua en moviment (centrals hidroelèctriques) o explosió de gasolina (reacció química) (alternadors de cotxes)
- fonts d’alimentació “endollades”: de l’energia elèctrica de la xarxa.
Esquema general:
on V = (V+ ) - (V- ) és la diferència de potencial que dóna la font.
El terminal positiu s’anomena habitualment ànode , i el negatiu càtode.
L’energia per unitat de càrrega que una font de tensió subministra internament es diu força electromotriu ( f.e.m. ) de la font. La força electromotriu es mesura en Volts, perquè té el mateix valor numèric que la diferència de potencial que produeix la font: U = Q · f.e.m.
V+ V-
+ V -
El motiu de fer servir la f.e.m. és que en general les fonts es comporten de manera no ideal, ja que la seva tensió V depèn del corrent I que donen (habitualment si I creix, V decreix). Però sempre la f.e.m. és constant i igual a la V nominal de la font.
Símbols:
- En el cas de una pila (o font de tensió constant) es fa servir:
- Per una font de tensió general:
En general, es representa com “V” una tensió constant, i com “v” una tensió variable amb el temps.
- Font de corrent:
És un element que subministra un corrent elèctric determinat, independent de la diferència de potencial entre els seus terminals.
Símbols:
En general, es representa com “I” un corrent constant, i com “i” un corrent variable amb el temps.
V
potencial més +
potencial més -
v(t)
+
i(t) o bé^ I
v(t)
- o bé +
que també es pot posar, aplicant la llei d’ Ohm (I = V/R o bé V = R·I) :
2
2
R · I
R
V
P = =
Recordem que la unitat de poténcia és el Watt (W), definit com a
segon
Joule
però que també equival, com es pot veure a la fórmula de més amunt, a les unitats elèctriques Volt · Ampère.
