clase 2: circuitos

Clase 2: Circuitos

Tallerine Energıas Renovables

Facultad de Ingenierıa - UdelaR

11 de Marzo, 2021

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 1 / 38

Clase de hoy

I Repaso de fundamentos de circuitos electricos

I Actividad practica en Tinkercad (en grupos)

I EVAI Teorico

I Cuestionarios

I Subir informes

I Deberes: realizar la actividad practica y subir el informe

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 2 / 38

Contenido1

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia1Basado en repartido Teorico parte 1 - circuitos (disponible en EVA)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 3 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 4 / 38

Intensidad de corriente

I Cuanta carga electrica pasa a traves de la seccion transversal de un material, por unidadde tiempo

i = ∆Q/∆T

I En los circuitos se le asigna un sentido (con una flecha)

I Se mide en Ampere: 1A = 1Cs

Figura 1: Andre-Marie Ampere (1775-1836)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 5 / 38

Intensidad de corriente

I Cuanta carga electrica pasa a traves de la seccion transversal de un material, por unidadde tiempo

i = ∆Q/∆T

I En los circuitos se le asigna un sentido (con una flecha)

I Se mide en Ampere: 1A = 1Cs

Figura 1: Andre-Marie Ampere (1775-1836)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 5 / 38

Intensidad de corriente

I Se mide usando un amperımetro

I Si quiero medir la corriente que pasa por el elemento X , coloco un amperımetro en seriecon X

Xi

A

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 6 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 7 / 38

Voltaje

I Voltaje = Diferencia de potencial = Tension

I Se mide entre dos puntos de un circuito

I Esta asociado a la energıa electrica que posee cada carga

V =U

q

I Se mide en Volt : 1V = 1 JC

Figura 2: Alessandro Volta (1745-1827)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 8 / 38

Voltaje

I Voltaje = Diferencia de potencial = Tension

I Se mide entre dos puntos de un circuito

I Esta asociado a la energıa electrica que posee cada carga

V =U

q

I Se mide en Volt : 1V = 1 JC

Figura 2: Alessandro Volta (1745-1827)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 8 / 38

Voltaje

I OJO: La diferencia de potencial tiene polaridad

VAB = VA − VB = −VBA

I Para medir la diferencia de potencial a traves de un elemento X coloco un voltımetro enparalelo a X

A X

+ −VAB

B

V

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 9 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 10 / 38

Clasificacion de materiales

(segun sus propiedades de conduccion)

I Conductores: poca resistencia al pasaje de corriente

I Aislantes: gran resistencia al pasaje de corriente

I Semiconductores: ni muy muy ni tan tan

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 11 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 12 / 38

Ley de Ohm

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 13 / 38

Ley de Ohm

I Materiales “ohmicos” presentan una relacion lineal entre tension y corriente

I Cuanto mayor es la tension aplicada, mayor es la corriente que pasa por el elemento

V = Ri

Ri

+ −V

Figura 3: George Ohm (1789-1854)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 14 / 38

Ley de Ohm

I Materiales “ohmicos” presentan una relacion lineal entre tension y corriente

I Cuanto mayor es la tension aplicada, mayor es la corriente que pasa por el elemento

V = Ri

I R: resistencia. Se mide en Ohms 1Ω = 1VA

Figura 3: George Ohm (1789-1854)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 14 / 38

Ley de Ohm

I Materiales “ohmicos” presentan una relacion lineal entre tension y corriente

I Cuanto mayor es la tension aplicada, mayor es la corriente que pasa por el elemento

V = Ri

Figura 3: George Ohm (1789-1854)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 14 / 38

Ley de Ohm

I OJO con la polaridad:

I V = Ri con la corriente i entrando por el + de V

Ri

+ −V

A B

I ¿y si mido V al reves?

Ri

− +V

A B

V = −Ri

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 15 / 38

Ley de Ohm

I OJO con la polaridad:

I V = Ri con la corriente i entrando por el + de V

Ri

+ −V

A B

I ¿y si mido V al reves?

Ri

− +V

A B

V = −Ri

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 15 / 38

Ley de Ohm

I OJO con la polaridad:

I V = Ri con la corriente i entrando por el + de V

Ri

+ −V

A B

I ¿y si mido V al reves?

Ri

− +V

A B

V = −Ri

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 15 / 38

Ley de Ohm

Figura 4: Ley de Ohm

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 16 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 17 / 38

Resistencias

I Circuitos con varias resistencias −→ util usar equivalentes

I Informalmente: dos circuitos son equivalentes si presentan la misma caracterısticatension-corriente

i

R1

R2

R4

R3

+

−

V

A

B

i

Req

+

−

V

A

B

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 18 / 38

Resistencias

I Circuitos con varias resistencias −→ util usar equivalentes

I Informalmente: dos circuitos son equivalentes si presentan la misma caracterısticatension-corriente

i

R1

R2

R4

R3

+

−

V

A

B

i

Req

+

−

V

A

B

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 18 / 38

Resistencias

I Circuitos con varias resistencias −→ util usar equivalentes

I Informalmente: dos circuitos son equivalentes si presentan la misma caracterısticatension-corriente

i

R1

R2

R4

R3

+

−

V

A

B

i

Req

+

−

V

A

B

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 18 / 38

Resistencias

I Serie: dos elementos estan en serie si por ellos circula la misma corriente

R1 R2

'Rs

Rs = R1 + R2 + . . .

I Combinando en serie consigo una resistencia mayor o igual a cada una de ellas.

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 19 / 38

Resistencias

I Serie: dos elementos estan en serie si por ellos circula la misma corriente

R1 R2

'Rs

Rs = R1 + R2 + . . .

I Combinando en serie consigo una resistencia mayor o igual a cada una de ellas.

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 19 / 38

Pregunta

4,7kΩ 4,7MΩ

¿Cuanto vale (aprox.) la resistencia serie equivalente?

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 20 / 38

Resistencias

I Paralelo: dos elementos estan en paralelo si comparten la misma tension

R1

R2

'Rp

1

Rp=

1

R1+

1

R2+ . . .

I Combinando en paralelo consigo un equivalente menor o igual a cada resistencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 21 / 38

Resistencias

I Paralelo: dos elementos estan en paralelo si comparten la misma tension

R1

R2

'Rp

1

Rp=

1

R1+

1

R2+ . . .

I Combinando en paralelo consigo un equivalente menor o igual a cada resistencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 21 / 38

Pregunta

10kΩ

47MΩ

¿Cuanto vale el paralelo?

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 22 / 38

Pregunta

¿La fuente y la resistencia estan en serie o en paralelo?

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 23 / 38

Resistencias

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 24 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 25 / 38

Diodo

i

+ −v

A K

I Dispositivo semiconductor

I Dos terminales: A: anodo, K : catodo

I Permite la circulacion de corriente en un solo sentido (¡el de la flecha!)

I Caracterıstica no lineal entre tension y corriente

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 26 / 38

Ejemplo

i

R+

−E

I El diodo deja circular la corriente y i ≈ ER

R

+−v

+

−E

I i = 0. Observar que v = −E

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 27 / 38

Ejemplo

i

R+

−E

I El diodo deja circular la corriente y i ≈ ER

R

+−v

+

−E

I i = 0. Observar que v = −E

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 27 / 38

Ejemplo

i

R+

−E

I El diodo deja circular la corriente y i ≈ ER

R

+−v

+

−E

I i = 0. Observar que v = −E

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 27 / 38

Ejemplo

i

R+

−E

I El diodo deja circular la corriente y i ≈ ER

R

+−v

+

−E

I i = 0. Observar que v = −E

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 27 / 38

Diodo ideal

i

+ −v

v

i

I Deja pasar i en el sentido de la flecha manteniendo v = 0I Cuando i > 0 el diodo esta en conduccion o en directoI Cuando v < 0 el diodo esta cortado o en inverso

Estado Asumo Verifico

ON v = 0 i ≥ 0OFF i = 0 v ≤ 0

Cuadro 1: Operacion del diodo ideal

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 28 / 38

Diodo ideal

i

+ −vv

i

I Deja pasar i en el sentido de la flecha manteniendo v = 0I Cuando i > 0 el diodo esta en conduccion o en directoI Cuando v < 0 el diodo esta cortado o en inverso

Estado Asumo Verifico

ON v = 0 i ≥ 0OFF i = 0 v ≤ 0

Cuadro 1: Operacion del diodo ideal

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 28 / 38

Diodo ideal

i

+ −vv

i

I Deja pasar i en el sentido de la flecha manteniendo v = 0I Cuando i > 0 el diodo esta en conduccion o en directoI Cuando v < 0 el diodo esta cortado o en inverso

Estado Asumo Verifico

ON v = 0 i ≥ 0OFF i = 0 v ≤ 0

Cuadro 1: Operacion del diodo ideal

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 28 / 38

Diodo un poco menos ideal

I El diodo ideal no existe

I Modelo un poco mas realista: En conduccion el diodo presenta una caıda Vγ ' 0,7V

I Existen otros modelos

v

i

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 29 / 38

Rectificador de media onda

V

i

R

+

−

Vo

t

V (t)

t

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 30 / 38

Rectificador de media onda

V

i

R

+

−

Vo

t

V (t)

t

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 30 / 38

Rectificador de media onda

V

i

R

+

−

Vo

t

V (t)

t

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 30 / 38

Diodo

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 31 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 32 / 38

Leyes de Kirchhoff

Figura 5: Gustav Kirchhoff (1824-1887)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 33 / 38

Leyes de Kirchhoff

I Ley de nodos: “La suma de las corrientes entrantes a un nodo es igual a la suma de lascorrientes salientes”

i1

i2

i3

i4

i5

i1 + i2 + i3 = i4 + i5

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 33 / 38

Leyes de Kirchhoff

I Ley de mallas: La suma de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier caminocerrado (o malla) del circuito da cero”

R

+ −vR+ −

vX

L

+

−

vLC

+

−

vC

+

−vD

+

−

vQ

+

−

E

I ¿Como recorrer una malla?I Elegir un sentidoI Marcar polaridades de los elementosI Si voy de − a + la diferencia de potencial es positiva

I Ej.: +E − vR − vC = 0

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 34 / 38

Leyes de Kirchhoff

I Ley de mallas: La suma de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier caminocerrado (o malla) del circuito da cero”

R

+ −vR+ −

vX

L

+

−

vLC

+

−

vC

+

−vD

+

−

vQ

+

−

E

I ¿Como recorrer una malla?I Elegir un sentidoI Marcar polaridades de los elementosI Si voy de − a + la diferencia de potencial es positiva

I Ej.: +E − vR − vC = 0

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 34 / 38

Leyes de Kirchhoff

I Ley de mallas: La suma de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier caminocerrado (o malla) del circuito da cero”

R

+ −vR+ −

vX

L

+

−

vLC

+

−

vC

+

−vD

+

−

vQ

+

−

E

I ¿Como recorrer una malla?I Elegir un sentidoI Marcar polaridades de los elementosI Si voy de − a + la diferencia de potencial es positiva

I Ej.: +E − vR − vC = 0

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 34 / 38

Leyes de Kirchhoff

I Ley de mallas: La suma de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier caminocerrado (o malla) del circuito da cero”

R

+ −vR+ −

vX

L

+

−

vLC

+

−

vC

+

−vD

+

−

vQ

+

−

E

I ¿Como recorrer una malla?I Elegir un sentidoI Marcar polaridades de los elementosI Si voy de − a + la diferencia de potencial es positivaI Ej.: +E − vR − vC = 0

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 34 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 35 / 38

Circuitos

I Un circuito es un conjunto de componentes electricos interconectados medianteconductores

I Cada componente esta sometido a un voltaje y una corriente determinada

I “Resolver” un circuito: hallar todas las tensiones y corrientes involucradas

I ¿Como?I Leyes de KirchoffI Ley para cada elemento (p. ej. Ley de Ohm si es ohmico)

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 36 / 38

Chapter Outline

1. Intensidad de corriente

2. Voltaje

3. Clasificacion de materiales

4. Ley de Ohm

5. ResistenciasEquivalentes

6. DiodoDiodo idealDiodo un poco menos ideal

7. Leyes de KirchhoffNodosMallas

8. Circuitos

9. Potencia

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 37 / 38

Potencia

I Para cualquier componente definimos

P = Vi

I Se mide en Watts: 1W = 1VA = 1Js

I OJO: Corriente entrando por el + de V

i

R

+

−

V

I Para resistencias:

P = Ri2 =V 2

R

Tallerine Energıas Renovables Clase 2: Repaso de circuitos 11 de Marzo, 2021 38 / 38