Un circuit elèctric és un sistema format per un conjunt d'elements elèctrics interconnectats. Té un o més camins tancats que poden ser travessats per un corrent elèctric.
Un corrent elèctric és el moviment de càrregues elèctriques lliures de forma ordenada. Normalment aquestes càrregues són electrons que es mouen del pol negatiu al pol positiu. Depenent del moviment que descriuen les càrregues elèctriques distingim dos tipus de corrents: el corrent continu i el corrent altern.
La intensitat de corrent indica la quantitat delectrons que circularan per una secció dun conductor durant un temps determinat.
S'utilitzen diagrames elèctrics o esquemes amb símbols electrònics estandarditzats per representar circuits elèctrics.
Components d´un circuit elèctric
Els components bàsics dun circuit elèctric són els següents:
-
Generador: El generador elèctric és l'element encarregat de generar el corrent elèctric mantenint una diferència de potencial entre els extrems del circuit. Per exemple, una pila o placa fotovoltaica.
-
Conductor: el conductor de corrent és per on es desplacen els electrons que ha impulsat el generador elèctric. El material utilitzat ha de ser conductor de lelectricitat. Els elements de la taula periòdica més conductors són la plata, el coure i l'or.
-
Resistència elèctrica: les resistències són elements que s'oposen al pas del corrent elèctric. Són els elements del circuit que perden més energia útil en forma de calor segons la llei de Joule.
-
Receptors: els receptors converteixen lelectricitat en un altre tipus denergia. Les bombetes i els motors elèctrics són exemples de receptors.
-
Elements de control: la funció daquests elements és tallar o dirigir el pas del corrent dins del circuit. Alguns exemples són els polsadors, interruptors i els commutadors.
-
Condensadors: Un condensador és un element amb la capacitat demmagatzemar energia elèctrica i que posteriorment pot alliberar.
-
Inductors: Emmagatzemen energia en forma de camp magnètic quan flueix corrent a través seu. Són comuns en circuits de filtres i circuits de temporització.
-
Díodes: Permeten que el corrent flueixi en una sola direcció. S'utilitzen en circuits rectificadors i per protegir components sensibles a la polaritat.
-
Transistors: Actuen com a interruptors o amplificadors de senyals elèctrics. Són essencials a l'electrònica digital ia amplificadors d'àudio.
Els elements d'un circuit elèctric poden estar connectats en sèrie i en paral·lel. Per exemple, als receptors en sèrie els receptors estan connectats un a un entre ells.
Als circuits en sèrie, la intensitat de corrent és idèntica en tots els elements. No obstant això, als circuits en paral·lel en què està circulant un corrent, les intensitats se sumen.
Tipus de circuits elèctrics
Hi ha diversos tipus de circuits, cadascun amb característiques i aplicacions específiques. A continuació es presenten alguns dels tipus més comuns:
Circuit en sèrie
Un circuit en sèrie és aquell en què els components estan connectats un darrere l'altre, creant un únic camí perquè el corrent flueixi. El corrent és constant a tot el circuit, la qual cosa significa que el mateix corrent passa a través de cada component en seqüència.
La tensió es divideix entre els components, cosa que significa que la suma de les caigudes de voltatge a través de cada component iguala el voltatge de la font. Si es desconnecta o es treu un component en un circuit en sèrie, s'interromp tot el flux de corrent al circuit.
Circuit en paral·lel
Un circuit paral·lel implica que els components estan connectats en múltiples rutes o camins perquè el corrent flueixi. La tensió és la mateixa a tots els components del circuit en paral·lel, però el corrent es divideix entre ells.
Si es desconnecta o es treu un component en un circuit en paral·lel, els altres continuen funcionant sense interrupció.
Circuit mixt
Un circuit mixt és una combinació de circuits en sèrie i en paral·lel.
Pot haver-hi múltiples branques en paral·lel, i dins de cada branca poden existir components connectats en sèrie.
Els circuits mixtos s'utilitzen comunament en aplicacions on cal una combinació de funcions, com en circuits elèctrics complexos.
Circuit en corrent continu (CC o DC)
Un circuit de corrent continu implica que el corrent flueix en una sola direcció constant.
Aquest tipus de circuit es troba comunament en bateries, dispositius electrònics portàtils i sistemes de subministrament denergia de CC.
Circuit en corrent altern (CA)
En un circuit de corrent altern, la direcció del corrent s'inverteix periòdicament i oscil·la entre valors positius i negatius.
La majoria de les xarxes elèctriques de llars i empreses utilitzen corrent altern per a la distribució denergia.
Circuits trifàsics
Els circuits trifàsics es fan servir en aplicacions industrials i comercials per subministrar energia elèctrica de manera eficient.
Consisteixen en tres fases de corrent altern desfasades 120 graus entre si, cosa que permet una transmissió de potència més equilibrada i eficient.
Circuits digitals
Els circuits digitals s'utilitzen a l'electrònica per processar senyals digitals, que són representades per valors discrets (0 i 1).
Exemples comuns inclouen portes lògiques, flip-flops, microcontroladors i circuits integrats digitals.
Circuits analògics
Els circuits analògics s'utilitzen per processar senyals analògics, que són continus en la seva representació.
Exemples inclouen amplificadors dàudio, circuits de ràdio i sensors.
Circuits de potència
Aquests circuits sutilitzen en sistemes elèctrics dalta potència, com els sistemes de distribució denergia elèctrica i els sistemes de control de motors.
Lleis fonamentals dels circuits elèctrics
Les lleis fonamentals dels circuits elèctrics són principis que regeixen el comportament del corrent elèctric i el voltatge als circuits elèctrics. Aquestes lleis són essencials per a l'anàlisi i el disseny de circuits elèctrics.
Entre les lleis fonamentals destaquen les següents:
Llei d'Ohm
Aquesta llei estableix la relació bàsica entre el corrent (I), la tensió (V) i la resistència (R) en un circuit elèctric. La llei d'Ohm s'expressa mitjançant la següent equació:
V=I⋅R
On:
La llei d'Ohm indica que el corrent en un conductor és directament proporcional a la tensió aplicada i inversament proporcional a la resistència del conductor.
Lleis de Kirchhoff
Gustav Kirchhoff va formular dues lleis fonamentals que s'apliquen a circuits elèctrics complexos per a l'anàlisi de corrents i tensions:
-
Llei de Corrents de Kirchhoff (llei de nodes): En qualsevol node d'un circuit (un punt de connexió on convergeixen diversos conductors), la suma algebraica dels corrents que entren al node és igual a la suma algebraica dels corrents que surten del node. Això es basa en el principi de conservació de la càrrega.
-
Llei de Voltatges de Kirchhoff (llei de malles): En qualsevol bucle tancat o malla en un circuit, la suma algebraica de les caigudes de voltatge al voltant de la malla és igual a la suma algebraica de les tensions aplicades a la malla. Això es basa en el principi de conservació de lenergia.