1. UD 04. Circuits de CC

• Introducci
  • Objectius Didctics / Abans de comenar...
  2. Antecedents histrics 3. Naturalesa del corrent elctric

El circuit elctric 4. Circuits de corrent continu 5. Lleis de Kirchhoff 6. Conductors. Resistivitat i resistncia 7. Llei de Joule

8. UD 04. Circuits de CC

Objectius Didctics

• Resoldre problemes de conceptes elctrics: V, I, R 9. Saber aplicar la llei d'Ohm generalitzada (tant en srie com en parallel) i les lleis de Kirchoff 10. Saber justificar el perqu dels materials conductors i allants 11. Resoldre problemes sobre dissipaci de calor; entendre les implicacions secci - superfcie externa. Concepte de densitat de corrent 12. Entendre el funcionament dels fusibles 13. Entendre la diferncia entre Resistivitat i Resistncia

14. UD 04. Circuits de CC

Abans de comenar...

• Recordem qu s el corrent elctric?
  • Qu vol dir que sigui continu?
• Recordem els components bsics?
  • Voltatge, resistncia i intensitat
• La Llei d'Ohm
  • V = I R
• Associacions de components?
  • Srie / parallel?

15. UD 04. Circuits de CC

Introducci

• Fites histriques
  • Grcia (s. IV A.C.) coneixement de fenmens elctrics i magntics 16. A. Volta: invenci de la pila (s. XVIII) 17. Gran s: Gramme (dinamo) i lmpada (Edison). S. XIX
• Naturalesa del corrent elctric
  • Crrega elctrica: excs o defecte d'electrons 18. Corrent: moviment ordenat d'electrons a travs d'un material

19. UD 04. Circuits de CC

Introducci (II)

• Naturalesa del corrent elctric (II)
  • Sentit del corrent: el sentit en qu es desplacen els electrons
    • Posem conductor entre cos + i cos - 20. Per conveni: corrent del + al (des de Franklin)
  • Classes de corrent:
    • Continu: flux d'e -constant i no varia el sentit 21. Altern: flux d'e -variable i canvia constantment de sentit 22. Polsant: flux d'e -variable per no canvia de sentit

23. UD 04. Circuits de CC

Introducci (III)

• Efectes del corrent elctric
  • Noms s detectable pels seus efectes
    • Calorfics, lluminosos, qumics, magntics...
  • Perills en circular pel cos hum
    • Cremades, espasmes, contracci muscular i fins i tot aturades cardiorespiratries 24. Depenen de la I, t i de la trajectoria
  • Installacions elctriques
    • Normativa molt estricta (REBT) 25. Seguretat de persones, bns i installaci mateixa

26. UD 04. Circuits de CC

Introducci (IV)

• Propietats elctriques dels materials
  • Electrons a lltima rbita sn determinants 27. Conductors
    • Poca resistncia al desplaament d'electrons 28. Metalls, com ara Ag, Au, Cu, Al...
  • Allants o dielctrics
    • L'estructura atmica ret molt els electrons 29. Plstics, cermiques, fusta...
  • Semiconductors
    • El nombre d'electrons lliure depn de T i impureses 30. T altes i impureses faciliten la conductivitat 31. Ge, Si...

32. UD 04. El circuit elctric

Conjunt d'elements actius i passius connectats entre s

• Actius: proporcionen energia 33. Passius: la dissipen 34. Permeten pas permanent del corrent
  • Transferncia d'energia

Circuit elctric elemental

• Generador, receptor i conductors 35. S'han de governar i protegir
  • Elements de comandament i protecci

36. UD 04. El circuit elctric

Sistemes elctrics

• Conjunt d'elements actius i passius: realitzen aplicaci elctrica 37. Tipologies
  • Sistemes de potncia: generaci, transport, distribuci i consum de l'energia elctrica 38. Sistemes de control: utilitzen els senyals elctrics per a regular: sistemes de potncia, automatismes...
    • Actuen sobre magnituds: T, P, t, llum...
  • Sistemes de comunicaci: utilitzen senyals elctrics: captar, enviar i distribuirt info: rdio, TV, mbils.... 39. Sistemes de computaci: Per a processar info

40. UD 04. El circuit elctric

Magnituds elctriques

• Quantitat d'electricitat (Q)
  • Nombre de crregues elctriques que hi circulen 41. Unitat: Coulomb (C)
• Intensitat de corrent (I)
  • Quantitat d'electricitat que hi circula per unitat de temps 42. Unitat: Ampere (A) 43. 1A = 1C/1s

44. UD 04. El circuit elctric

Magnituds elctriques (II)

• Fora electromotriu (fem)
  • Treball del generador 45. Trasllada unitat de crrega del pol + al - 46. Unitat: Volt (V) 47. = W/Q 1V = 1J/1C
• Tensi, voltatge o ddp
  • Treball de la unitat de crrega en anar d'A a B 48. Unitat: Volt (V)
    • Doncs el generador (fem) crea i mant la ddp

49. UD 04. El circuit elctric

Magnituds elctriques (III)

• Resistncia elctrica (R)
  • Dificultat que presenta el circuit al pas de corrent 50. Unitat: Ohm ( )
• Conductncia (G)
  • Facilitat que el circuit presenta al pas de corrent 51. Invers de la resistncia 52. Unitat: Siemens (S)
• Llei d'Ohm
  • V = I R

53. UD 04. El circuit elctric

Magnituds elctriques (IV)

• Treball elctric
  • Energia utilitzada per a desplaar crregues elctriques (Q) dins un ddp (V) 54. Unitat: Joule (J). A la prctica: KWh (3,6 MJ) 55. W = Q 56. Si V =
    • W = Q V = V I t = R I 2 t
• Potncia elctrica
  • Treball desenvolupat per unitat de temps 57. Unitat: Watt (W) 58. P = W / t = V I

59. UD 04. Circuits de CC

Comportament dels receptors

• Resistius
  • Transformen energia elctrica nicament en calor
• Resta
  • Transformen l'energia elctrica en altres tipus d'energia
    • Motors: en energia mecnica

60. UD 04. Circuits de CC

Llei d'Ohm: circuits amb fem i nicament receptors resistius

• Definim fins a tres tipus de resistncies
  • Resistncia del receptor (R) 61. Resistncia del conductor (R') 62. Resistncia interna del generador (r)
• Es compleix la llei d'Ohm.Ex #1 pg. 124
  • = RI + R'I + rI
    • RI: caiguda en borns del receptor 63. R'I: caiguda de tensi (cdt) al conductor 64. rI: cdt al generador
  • O b, generalitzant: I =/ R

65. UD 04. Circuits de CC

Llei d'Ohm en circuits amb fem i fcem

• Fcem: receptors que no transformen l'energia elctrica ntegrament en calorfica 66. ' de sentit contrari a la del generador 67. ' = I (R + R' + r) 68. O b, generalitzant: I =/ R
  • Sumatori de fem i fcem: respectant els signes 69. Exemple: #2 pg. 125

70. UD 04. Circuits de CC

Connexi de receptors

• Per a simplificar:= V
  • R=0 (generador ideal)
• Connexions en srie
  • Quan el final de cadascun: amb comenament del segent 71. R t= R 1+ R 2+ ... + R n 72. Equacions per a la demo
    • V = I R (llei d'Ohm) 73. Va-Vb = I R1 (llei d'Ohm per a una resistncia) 74. V = Va Vn (V = ddp entre punt inicial i final)

75. UD 04. Circuits de CC

Connexi de receptors (II)

• Connexions en srie (II)
  • Conclusions
    • La resistncia total: suma de parcials 76. Circula la mateixa I per tot el circuit 77. Suma de tensions parcials = tensi total 78. Potncia total = suma de potncies parcials
• Connexions en parallel
  • Quan els seus orgens estan connectats a un amteix punt i tots els finals a un altre 79. R t= ((1/R 1 )+(1/R 2 )+ ... + (1/R n )) -1 80. De vegades: simplificables (2 resistncies o n d'iguals)

81. UD 04. Circuits de CC

Connexi de receptors (III)

• Connexions en parallel (II)
  • Conclusions
    • Rt s menor que la resistncia parcial ms petita 82. I total: s la suma de totes les parcials 83. A totes les resistncies: igual tensi 84. Corrents en relaci inversa a les corresponents resistncies 85. Potncia total: suma de potncies parcials
• Circuits mixtos
  • Elements en srie i en parallel 86. Anm simplificant en grups fins a tenir una nica R t

87. UD 04. Circuits de CC

Connexi de generadors

• Necessari per a obtenir V i I adients als receptors 88. Agrupaci de piles o acumuladors: bateria 89. Connexi en srie
  • Es connecta el pol d'un element amb el pol de signe contrari de l'element segent (i aix successivament) 90. Si tenim n generadors iguals en srie:
    • t= n 91. r t= n r 92. Fer Exemple 6, pgina 131

93. UD 04. Circuits de CC

Connexi de generadors (II)

• Connexi en parallel
  • Tots els pols positius s'uneixen en un mateix punt i els negatius en un altre
    • Sn: el pol positiu i negatiu de la bateria
  • Si connectem n generadors iguals en parallel:
    • t= 94. r t= r / n
  • Augmentem la durada de les piles, el consum es reparteix entre aquestes

95. UD 04. Circuits de CC

Connexi de generadors (III)

• Connexi en srie-parallel
  • Augmentem la tensi i la durada de les bateries alhora 96. Tenim X branques en parallel 97. I en cada branca un nombre igual de piles en srie, on
    • = n 98. R t= n r / X

99. UD 04. Circuits de CC

Resistncies

• Finalitat: introduir dificultat addicional en un circuit 100. Classificaci segons valor hmic
  • Resistncies fixes. Valor hmic dins de marges de tolerncia.
    • Codi de colors
  • Variables: tamb potencimetres o restats. Varien entre 0 i R (valor que les identifica) 101. Dependents: Amb semiconductors per que varin en funci de caracterstiques (T, per exemple)

102. UD 04. Lleis de Kirchhoff

Per solucionar circuits que no es resolen direactament amb Ohm 103. Definicions prvies

• Nus: Punt on s'uneixen 3 o ms branques 104. Branca: part del circuit entre 2 nussos 105. Malla: conjunt de branques del circuit que formen cam tancat
  • Sense passar dues vegades pel mateix nus o branca

106. UD 04. Lleis de Kirchhoff

Enunciats

• Primera llei
  • Suma algebraica dels corrents que arriben a un nus = suma dels que surten
    • Tamb: I = 0
• Segona llei
  • En tota malla, la suma algebraica de les fem = suma algebraica caigudes de tensi
    • Tamb:= R I

107. UD 04. Lleis de Kirchhoff

Convenis

• En els nussos: corrents positius els que hi entren 108. Malles: Intensitats que coincideixin amb sentit de referncia: signe positiu 109. Signe fem de generador: positiu si el sentit del corrent coincideix amb el de referncia de la malla 110. En general es pren com a sentit: busques del rellotge 111. A les resistncies: si el sentit assignat coincideix amb de la Intensitat: cdt positiva

112. UD 04. Conductors

Resistivitat i resistncia

• Resistncia: dificultat que oposa un material al pas de corrent
  • Depn de configuraci i mobilitat d'e -de l'ltima capa 113. Per tant: propietat intrnseca de cada material
• Resistncia especfica: resistivitat ( )
  • Resistncia del conductor: 1m longitud i 1m 2secci 114. = R A / l( m)

115. UD 04. Conductors

Resistivitat i resistncia (II)

• Conductivitat: facilitat amb la que deixa passar el corrent (1 m longitud i 1m 2de secci)
  • = 1/ = l/RA( m) -1 116. Tamb: = G l/A. G: conductncia (Siemens)

Secci dels conductors

• R = l/A () 117. Diferents seccions: depenent d'Intensitat
  • Podem provocar escalfament de la installaci 118. Per tant hem de dimensionar correctament els conductors

119. UD 04. Conductors

Secci dels conductors (II)

• Densitat de corrent (J): intensitat per unitat d'rea
  • J = I/A (A/m 2 )
• Intensitat mxima per un conductor
  • Els conductors nusos dissipen millor la calor 120. Els que estan en contacte amb l'aire: millor dissipaci que els que estan canalitzats 121. Dissipaci proporcional a l'rea de contacte amb l'exterior
    • Per: A = r 2i l'rea exterior: A e= 2 r

122. UD 04. Conductors

Secci dels conductors (III)

• Caiguda de tensi en un conductor (cdt)
  • e = R I = l/A I (V) 123. Aquesta prdua: augment de potncia dissipada i escalfament del conductor 124. Sn dades a tenir presents en dissenyar lnies elctriques
    • A installacions industrials i habitatges
  • Hi ha cdt mxima permesa segons REBT
    • Receptors enllumenat: 3% 125. Altres usos: motors i fem en general: 5%

126. UD 04. Conductors

Secci dels conductors (IV)

• Clcul de la secci de conductors d'una lnia
  • Apliquem: A = 2l/e I 127. Com que el REBT parla d'e%
    • E = Ve%/100 128. Si substitum: A = (200LI)/(Ve%) 129. Si fem servir P=VI tenim
      • A = 200LP/(V 2 e%)
  • Sempre arrodonim la secci calculada per excs fins a la secci comercial ms propera

130. UD 04. Efectes trmics. Llei de Joule

Els electrons xoquen en el seu desplaament amb toms: Ec es transforma en energia trmica

• Per aix els conductors recorreguts per un corrent s'escalfen: s l'efecte Joule 131. Llei de Joule: Q = Pt = RI 2 t = VIt
  • Q = V 2 /r t
• Aquesta energia trmica: malmet el rendiment 132. S'escalfa fins a T d'equilibri
  • En aquest punt la calor generada es transmet al medi 133. Ha de ser inferior a la que pot suportar el conductor

134. UD 04. Efectes trmics. Llei de Joule

Elements de protecci: els fusibles

• Per evitar que conductors i receptors estiguin sotmesos a densitats de corrent molt elevades
  • Escalfaments per efecte Joule 135. Degradaci de materials, incendis... 136. El REBT estableix que s'han de collocar proteccions contra sobreintensitats
    • Tota intensitat superior a Intensitat nominal
  • Sobreintensitats: per curtcircuit o sobre crrega
    • Curtcircuit: connexi de punts amb R insignificant
      • Defecte d'allament o maniobra incorrecta
    • Sobrecrrega: sobreintensitat sense defecte
      • Excs de crrega mecnica en motor elctric

137. UD 04. Efectes trmics. Llei de Joule

Elements de protecci: els fusibles (II)

• Com a protecci contra sobrecrregues i curtcircuits: fusibles i interruptors magnetotrmics
  • Fusible: Aparell de protecci. Obre el circuit per fusi d'elements dissenyats ad hoc quan I sobrepassa un valor durant cert temps 138. S'han desenvolupat corbes I-t i diferents formes constructives 139. Els fusibles: regulats per dues lletres segons classe de servei
    • Primera lletra (minscula): tipus de funci 140. Segona lletra (majscula): objecte a protegir

141. UD 04. Efectes trmics. Llei de Joule

Elements de protecci: els fusibles (III)

• Fusibles classe g
  • Protegeixen contra sobrecrregues i curtcircuits
    • En circuits que no presenten sobreintensitat en engegar-se
• Fusibles classe a
  • Protegeixen contra curtcircuits (motors i transformadors)
    • L: protecci de lnies i conductors 142. M: protecci d'aparells i motors 143. R: protecci de semiconductors 144. Fusible aM: protegeix de curtcircuits als motors
      • Contra sobrecrregues: rel trmic

145. UD 04. Efectes trmics. Llei de Joule

Elements de protecci: els fusibles (IV)

• Fusibles G o fusibles en miniatura
  • Contra sobrecrregues i curtcircuits de petits aparells elctrics
• Correcta utilitzaci de fusibles
  • Un de fos es canvia per un d'iguals caracterstiques 146. Es prohibeix la reparaci de fusibles per seguretat

Aparells termoelctrics

• Tenen el seu fonament a l'efecte Joule
  • Lmpades incandescents, forns d'arc voltaic...