Conexiones de varios receptores en un mismo circuito

Hasta ahora hemos considerado los circuitos con un solo receptor, pero lo cierto es que es más común encontrar varios receptores en el mismo circuito.

Cuando se instalan varios receptores, éstos pueden ser montados de diferentes maneras:

En serie En paralelo Mixtos

Circuitos en serie

En un circuito en serie los receptores están instalados uno a continuación de otro en la línea eléctrica, de tal forma que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma que la que atraviesa el último. Para instalar un nuevo elemento en serie en un circuito tendremos que cortar el cable y cada uno de los terminales generados conectarlos al receptor.

 

Circuito en paralelo

En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto; cada uno tiene su propia línea, aunque haya parte de esa línea que sea común a todos. Para conectar un nuevo receptor en paralelo, añadiremos una nueva línea conectada a los terminales de las líneas que ya hay en el circuito.

Caída de tensión en un receptor

Aparece un concepto nuevo ligado a la tensión. Cuando tenemos más de un receptor conectado en serie en un circuito, si medimos los voltios en los extremos de cada uno de los receptores podemos ver que la medida no es la misma si aquellos tienen resistencias diferentes. La medida de los voltios en los extremos de cada receptor la llamamos caída de tensión.

La corriente en los circuitos serie y paralelo

Una manera muy rápida de distinguir un circuito en seria de otro en paralelo consiste en imaginala circulación de los electrones a través de uno de los receptores: si para regresen a la pila atravesando el receptor, los electrones tienen que atravesar otro receptor, el circuito está en serie; si los electrones llegan atravesando sólo el receptor seleccionado, el circuito está en paralelo.

Características de los circuitos serie y paralelo

Serie Paralelo

Resistencia Aumenta al incorporar receptores Disminuye al incorporar receptores

Caida de tensión

Cada receptor tiene la suya, que aumenta con su resistencia. La suma de todas las caídas es igual a la tensión de la pila.

Es la misma para cada uno de los receptores, e igual a la de la fuente.

Intensidad

Es la misma en todos los receptores e igual a la general en el circuito.

Cuantos más receptores, menor será la corriente que circule.

Cada receptor es atravesado por una corriente independiente, menor cuanto mayor resistencia. La intensidad total es la suma de las intensidades individuales. Será, pues, mayor cuanto más receptores tengamos en el circuito.

Cálculos

 Cálculo de problemas

Vamos a ver dos ejemplos de cálculo de problemas de circuitos en serie y en paralelo.

Ejemplo 1:

En el circuito de la figura sabemos que la pila es de 4'5 V, y las lámparas tienen una resistencia de R1= 60 Ω y R2= 30 Ω. Se pide:

1. Dibujar el esquema del circuito;

2. calcular la resistencia total o equivalente del circuito, la intensidad de corriente que circulará por él cuando se cierre el interruptor y las caídas de tensión en cada una de las bombillas.

 

Ejemplo 2:

En el circuito de la figura sabemos que la pila es de 4'5V, y las lámparas son de 60Ω y 30Ω, respectivamente. Calcular:

1. La intensidad en cada rama del circuito, la intensidad total que circulará y la resistencia equivalente.

2. Dibujar el esquema del circuito.

 Actividades circuitos serie y paralelo

Haz en tu cuaderno los siguientes ejercicios:

1. Copia el cuadro de las características de los circuitos serie y paralelo.

2. Copia los dos ejemplos resueltos de los problemas

3. Copia los siguientes cuadros y complétalos.

cuadro 1 circuito serie circuito paralelo

Resistencia equivalente

Intensidad total

Cuadro 2: c. serie R1= R2=

Caída de tensión

Cuadro 3: c. paralelo R1= R2=

Intensidad en la rama

4. Responde a las siguientes preguntas y razona lo que se te pide:

a. ¿En cuál de los dos circuitos es mayor la resistencia equivalente? ¿Por qué crees que ocurre?b. En el circuito en serie, ¿la resistencia equivalente es mayor o menor que las resistencias instaladas?c. En el circuito en paralelo, ¿la resistencia equivalente es mayor o menor que las resistencias instaladas?d. ¿Si agregamos una nueva resistencia en el circuito en paralelo cómo piensas que será la nueva resistencia

equivalente: mayor que ahora o menor? ¿por qué?e. ¿En cuál de los dos circuitos es mayor la intensidad total? ¿Por qué crees que ocurre?f. En el circuito en serie, ¿en cuál de las dos resistencias es mayor la caída de tensión?g. En el circuito en paralelo, ¿en cuál de las dos resistencias es mayor la intensidad por rama?h. Teniendo en cuenta que, a igual intensidad, es la tensión la que hace dar más o menos luz a una bombilla, ¿qué

bombilla iluminarámás en el circuito en serie?i. Teniendo presente que, a igual tensión, es la intensidad la que hace dar más o menos luz a una bombilla, en el

circuito en paralelo, ¿cuál de las dos bombillas iluminará más?j. Entonces ¿iluminará más el circuito serie o el paralelo?

5. Disponemos de dos circuitos compuestos por elementos idénticos: una pila, dos lámparas y un interruptor. En el primero la conexión de los receptores se hace en serie, mientras que en el segundo se efectúa en paralelo. Contesta razonando brevemente las siguientes cuestiones:

a. ¿En cuál de los dos hay mayor resistencia?;b. ¿Por cuál de los dos circuitos circulará más intensidad de corriente?;c. ¿Cuál de los dos circuitos iluminará más?;d. ¿Qué pila se agotará antes?

 Problemas: Ley de Ohm

Soluciona los siguientes problemas en tu cuaderno:

1. Calcular la resistencia equivalente a dos resistencias de 20 Ω y 30 Ω, conectadas en serie. Calcular la intensidad que atravesará dicho circuito cuando se conecta a una pila de 4'5 V y la caída de tensión en cada bombilla. (Sol.: Re = 50 Ω; I = 90 mA; V1=1'8 V; V2= 2'7 V).

2. Calcular el valor de la resistencia equivalente en un circuito compuesto por tres bombillas de 30 Ω conectadas en serie Hallar el valor de la intensidad de corriente que atravesará el circuito sabiendo que está conectado a una fuente de alimentación de 4'5 V y la caída de tensión en cada bombilla. ( Sol.: Re = 90 Ω; I = 50 mA, V1= V2 = V3= 1'5 V).

3. Dos operadores con resistencia de 30 Ω cada uno se conectan en serie a una fuente de alimentación Calcular la tensión que deberá suministrar dicha fuente si la intensidad que debe atravesar a los citados operadores debe ser de 50 mA. ¿Qué caída de tensión habra en cada operador?. (Sol.: V= 3 V; Vr= 1'5 V).

4. Necesitamos conectar un operador con una resistencia de 30 Ω en un circuito con una pila de 9 V. La intensidad que debe atravesar dicho operador debe ser de 0'1 A. Hallar el valor de la resistencia que debemos conectar en serie al operador para conseguir aquel valor de la intensidad.. (Sol.: 60 Ω).

5. Averiguar la intensidad que atravesará cada una de las resistencias y la total en el circuito cuando se conectan en paralelo dos resistencias de 20 Ω a una pila de 8 V. Calcular la resistencia equivalente (Sol.: I= 0,8 A; Ir= 0'4 A; Re= 10 Ω).

6. Hallar la resistencia equivalente de un circuito con dos resistencias de 15 Ω conectadas en paralelo a una pila de 3V.

Calcular la intensidad total y por rama en el circuito. (Sol.: Ir= 0'2 A; It= 0'4 A; Re= 7'5 Ω).

7. Hallar la resistencia equivalente de un circuito con dos resistencias, una de 15 Ω y otra de 30 Ω conectadas en paralelo a una pila de 9V, así como la intensidad total y por rama. (Sol.: I1= 0'6 A; I2= 0'3 A; It= 0'9 A; Re= 10 Ω).

8. Hallar la resistencia equivalente de un circuito con dos resistencias, una de 20 Ω y otra de 30 Ω conectadas en paralelo auna fuente de alimentación de 48 V. Calcular las intensidades por rama y la total. (Sol.: I1= 2'4 A; I2= 1'6 A; It= 4 A Re= 12 Ω).

9. Un circuito dispone de una pila de 9V, un pequeño motor eléctrico con una resistencia de 12 Ω, y dos pequeñas lamparas de 30 Ω cada una -todos los receptores están instalados en paralelo-. Dibujar el esquema del circuito y averiguar la resistencia equivalente del mismo, la intensidad total que sale del generador, y la que atraviesa cada uno de los receptores. (Sol: Im= 0'75 A; Ib= 0'3 A; It= 1'35 A; Re= 6'67 Ω)

10. Conectamos a un circuito dos resistencias de 20 Ω en paralelo Calcular su resistencia equivalente Calcular la intensidad total que recorrerá el circuito y la que atravesará cada una de las resistencias, cuando se conectan a una pila de 9 V. (Sol.: Re = 10 Ω; I = 900 mA; Ir= 450 mA)

11. Conectamos en paralelo una resistencia de 30 Ω con otra de 60 Ω Calcular la resistencia equivalente Hallar la intensidad que atraviesa el circuito, así como la que circulará a través de cada una de las resistencias, al conectar el montaje a una pila de 4'5 V. (Sol.: Re = 20 Ω; I1 = 150 mA; I2 = 75 mA; IT = 225 mA).

12. Conectamos en paralelo dos lámparas de 45 Ω y 30 Ω con una pila de 9 V. Calcular la resistencia equivalente del circuito y la intensidad de corriente que circulará por él y por cada uno de sus receptores. (Sol.: Re = 18 Ω; I1 = 200 mA; I2 = 300 mA; IT = 500 mA).

13. Calcular la resistencia equivalente de un circuito paralelo compuesto por 4 bombillas de 80 Ω de resistencia, a 220 V Calcular cuál será la intensidad que recorrerá el circuito y la que atravesará cada una de las lámparas. (Sol.: Re = 20 Ω; Iparcial = 2'75 A; IT = 11 A).

12. Un fusible es un elemento de protección que se funde cuando por él circula una intensidad de corriente superior a un límite. Calcula cuántas lámparas de 200 Ω se podrán conectar en paralelo a una pila de 9V, si la instalación tiene un fusible de 1 A. (Sol.: 22 lámparas).

13. Un circuito está formado por 10 lámparas de 90 Ω conectadas en paralelo, un interruptor y una pila de 4'5V Deseo instalar un fusible en dicho circuito, para lo que dispongo de tres modelos diferentes: de 300 mA, de 600 mA y de 800 mA Calcula cuál sería el modelo más adecuado para instalar. (Sol.: el de 600 mA).

Electricidad Básica 3ª parte

Conceptos de Electricidad Básica (3ª Parte)

En la 3ª entrega de este trabajo nos centraremos en la relación entre magnitudes eléctricas, hecho que explica la famosa Ley de Ohm.

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                         ELEMENTOS DEL CIRCUITO ELÉCTRICO

Para poder relacionar las magnitudes eléctricas, vamos a suponerlas en su contexto habitual, el circuito eléctrico. Ya hemos visto lo que es y vemos ahora las partes que lo componen en su forma más básica. La comparación con el circuito hidráulico nos ayudará a fijar los conceptos.

         

El generador eléctrico genera una diferencia de potencial o tensión que mantiene los electrones que mantiene los electrones en circulación en el circuito eléctrico, de la misma forma que una bomba eleva el agua a un nivel superior para mantenerla circulando en un conducto. 

El consumidor en este caso una lámpara, es el punto de consumo que es recorrido por la corriente procedente del generador, produce energía luminosa como la turbina accionada por el agua impulsada por la bomba produce energía mecánica. 

La línea está formada por un conjunto de conductores metálicos que conectan el generador al punto de consumo y a través del cual fluye la corriente, así como fluye el agua por el conducto que une la bomba a la turbina.

                                                     LEY DE OHM

Esta ley muestra la relación que existe entre la corriente, la tensión y la resistencia que concurren en un circuito eléctrico, que es la misma relación que habría en un circuito hidráulico entre el caudal, las dimensiones de la tubería y la diferencia de altura o presión.

             

               

Así pues, se cumple que la intensidad de la corriente en un circuito eléctrico aumenta si aumenta la diferencia de potencial (voltaje), siempre que la resistencia se mantenga constante. De la misma forma se cumple, que la intensidad de la corriente (Amperios) disminuye si la resistencia aumenta, siempre que la tensión (diferencia de potencial) se mantenga constante.  

La relación mencionada se enuncia de la siguiente manera:

             

Esta relación la podemos representar y manejar con facilidad si utilizamos el triángulo mágico.

               

Si tapamos con un dedo la letra del triángulo cuyo valor queremos conocer, y la fórmula para calcular su valor quedará indicada por las otras dos letras restantes.

Si quisiéramos saber el valor de la tensión en un circuito, conociendo los valores de la resistencia y la intensidad, el valor de la tensión aparecerá multiplicando la intensidad por la resistencia.

Si quisiéramos saber el valor de la resistencia en un circuito, conociendo los valores de la tensión y la intensidad, el valor de la resistencia aparecerá dividiendo la tensión por la intensidad.

Si quisiéramos saber el valor de la intensidad en un circuito, conociendo los valores de la tensión y la resistencia, el valor de la intensidad aparecerá dividiendo la tensión por la resistencia.

Recordar siempre que para utilizar correctamente la ley de Ohm es necesario expresar correctamente las unidades de medida: 

La intensidad siempre en                      Amperios

La tensión siempre en                           Voltios

La resistencia siempre en                      Ohmios 

Si suponemos a modo de ejemplo, que en un circuito hemos medido una resistencia de 10 Ohmios y una corriente de 300 miliamperios. Haciendo previamente la conversión de los 300 miliamperios a amperios para escribir todos los factores de la formula en los términos mencionados anteriormente, la solución nos la proporcionará la fórmula de la Ley de Ohm aprendida:

        

Otra regla que debemos aplicar para utilizar eficaz y correctamente la Ley de Ohm es la de dibujar siempre un esquema del circuito en cuestión antes de hacer cálculos.

                                        CIRCUITOS EN SERIE

En un circuito en serie solo hay un camino para la corriente, esto significa que la misma corriente debe pasar por cada una de las resistencias del circuito.

          

Con este principio se usan los fusibles para proteger los circuitos cuando se someten a intensidades elevadas.

Propiedades de un circuito en serie 

Las tres propiedades más importantes de los circuitos en serie son:

   1.   La  intensidad es la misma en todos los componentes o partes del circuito, esto es:

       

   2.   La  resistencia total del circuito es igual a la suma de las resistencia individuales , esto es:

         

   3.   La suma de las caídas de tensión producidas en un circuito en serie es igual a la tensión total aplicada , esto es:

          

Estas tres propiedades, aplicadas conjuntamente con la ley de Ohm sirven para calcular los valores de los circuitos completos o partes de ellos. 

El circuito equivalente.

La ecuación Rt = R1 + R2 + R3, etc. da lugar a una simplificación muy útil.

Si compara los dos circuitos representados abajo, verá que el de la derecha es prácticamente el mismo que el de la izquierda, es decir una versión "equivalente" de uso más cómodo.

          

Haciendo uso de la ley de Ohm y de los datos consignados en el circuito equivalente, (V = 6  y  R = 12), calculará inmediatamente el valor de los intensidad (la I en el triángulo mágico, que habrá que tapar con el dedo).

            

                            CIRCUITO EN PARALELO

Un circuito en paralelo se reconoce porque en él existen intersecciones o “nudos”.

Cuando se conectan resistencias en paralelo a una fuente de tensión, la tensión entre los extremos de cada una de las resistencias es siempre la misma.

La intensidad de corriente que pasa por cada una de las resistencias es, sin embargo, proporcional al valor de cada una de las resistencias.

El hecho de que las tensiones aplicadas a cada una de las resistencias en un circuito paralelo sean siempre las mismas, tiene una importante consecuencia práctica:

Todas las resistencias que se conecten en paralelo tienen la misma "tensión nominal".

          

En un automóvil este hecho permite que “todos” los componentes estén alimentados con 12 voltios para su correcto funcionamiento.

Intensidad en los circuitos paralelos

En el circuito de la figura para una corriente total de 9 amperios que circula por un circuito paralelo que comprende dos resistencias, R1 y R2 de las cuales R1 tiene doble resistencia que R2.

        

La corriente se divide en proporción inversa a las resistencias de los dos resistores; solo pasan 3 A por R1 cuya resistencia es de 40 ohmios, mientras que pasan 6 A por R2 cuya resistencia es de 20 ohmios. Esto demuestra que con una tensión aplicada igual. La intensidad es proporcionalmente mayor cuando la resistencia es menor.

También se observa en el ejemplo otro detalle:

La intensidad que sale de un nudo es la suma de las intensidades que entran.

Propiedades de un circuito en paralelo 

Según la Ley de Ohm, en los circuitos en paralelo se observan tres propiedades muy importantes que definen sus características:

   1.   La  intensidad total se reparte proporcionalmente en cada  rama del circuito en función de su resistencia.

          

   2.    La  resistencia total del circuito disminuye si aumenta el número de resistencias, ya que cada nueva resistencia supone un nuevo camino para la circulación de la corriente. Por tanto el valor de la resistencia total siempre es menor que el valor de la resistencia más pequeña.  

La expresión matemática se enuncia como sigue: La inversa de la resistencia total es igual a la suma de las inversas de cada una de las resistencias.

          

La tensión entre los extremos de cada una de las resistencias de un circuito paralelo es la misma e igual a la de la fuente de tensión.

            

Intensidades en los circuitos serie-paralelo

La intensidad de la corriente total del circuito serie-paralelo depende de la resistencia total equivalente de todo el circuito cuando está conectado entre los terminales de una fuente de tensión. La corriente se reparte en todas las ramas o caminos en paralelo, y luego todas las corrientes individuales correspondientes a estas ramas confluyen y se suman en las partes del circuito conectadas en serie.

                 

La intensidad de la corriente total del circuito es la misma en los dos extremos de un circuito serie-paralelo que es igual a la intensidad de la corriente que sale de la fuente de tensión.

Tensiones en los circuitos serie – paralelo

Las caídas de tensión en un circuito serie-paralelo, se producen de la misma manera que en los circuitos serie y paralelo. En las partes serie de un circuito, las caídas de tensión en las resistencias dependen de los valores individuales de estas de éstas.

En las partes paralelo del circuito, cada rama tiene la misma tensión entre sus extremos y por cada una de ellas pasa una corriente cuya intensidad depende de la resistencia de la rama particular.

             

                                      POTENCIA ELECTRICA

En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente al tiempo empleado en realizar un trabajo.

La unidad fundamental con que se mide la potencia eléctrica es el vatio.

Un vatio se puede definir como "la velocidad a la que se realiza el trabajo en un circuito en el cual circula una corriente de un amperio cuando haya aplicada una diferencia de potencial de un voltio".

La potencia es la relación entre el trabajo y el tiempo, si se produce más trabajo en el mismo tiempo, se es más potente, si se produce el mismo trabajo en menos tiempo, se es más potente.

Cuando hablamos de potencia eléctrica manejamos el mismo concepto pero podemos definir también otros efectos. Si una lámpara da más luz, es más potente. Si un soldador se calienta antes, es más potente. 

                       

La potencia de un circuito eléctrico es la relación entre intensidad y voltaje, y sus valores resueltos con el mismo método del triángulo.