Ley de Ohm, circuitos serie, paralelo
Introducción
¡Bienvenido a clase! Con el gusto de encontrarnos de nuevo en este estudio de la Electricidad. Utilizaremos la ley de Ohm para relacionar las resistencias, el voltaje y la corriente en los circuitos construidos con resistores en serie, en paralelo o mixtos.
Aprenderemos cómo se comporta y cómo se calcula cada uno de los componentes de la ley de Ohm para cada tipo de circuito, sea en serie, paralelo o mixto.
Conoceremos y practicaremos las fórmulas para calcular el voltaje V, la corriente y la resistencia R. Será considerada también la resistencia que poseen las baterías por sí mismas, a la que se le conoce como resistencia interna.
Sin más nada que decir, continuemos con nuestro estudio.
¡Que el conocimiento vaya contigo! ¡Iniciemos!
Desarrollo del tema
Circuitos simples con resistores en serie
El circuito eléctrico más simple consiste en una fuente de fem unida a una sola resistencia. Si E representa la fem, R la resistencia eléctrica total e I la corriente que circula por el circuito, entonces la ley de Ohm queda expresada como.
En la figura se muestra el sentido convencional de circulación de la corriente, es decir, va de la terminal positiva a la terminal negativa. La fig. 9.2 te muestra el símbolo utilizado para las pilas y baterías, constituidas por varias pilas.
Podemos añadir más elementos a un circuito; tenemos la opción de conectarlos en serie si lo hacen con un solo punto en común de tal manera que la corriente puede fluir en una trayectoria única a través de los elementos en serie. Si la corriente llega a un punto de unión de varios elementos y ésta puede seguir varias trayectorias, entonces no están conectados en serie, como se observa en la figura.3.
Cuando los resistores están conectados en serie, la corriente que circula por cada uno es la misma e igual a la corriente total I que pasa por la fem. Si los resistores están conectados en serie se cumple que
Y la resistencia total R del circuito serie se calcula como
Según Tippens (2011:550), podemos afirmar que para los circuitos en serie se cumple que:
- La corriente es igual en cualquier parte del circuito.
- La fem suministrada es igual a la suma de los voltajes en cada una de ellas.
- La resistencia total del circuito es igual a la suma de las resistencias individuales.
A continuación un ejemplo de la solución de circuitos de resistores en serie.
Ejercicios de circuitos en serie.
Resistores en paralelo
A diferencia de los circuitos en serie, en la conexión de elementos en paralelo, la corriente puede dividirse entre dos o más elementos. Un circuito en paralelo es aquel en el que dos o más componentes se conectan a dos puntos comunes del circuito.
Cuando los resistores están conectados en paralelo, la corriente total I del circuito es igual a la suma de las corrientes que pasa por los resistores. Se cumple entonces que
En cuanto al voltaje se cumple que el voltaje total V suministrado por la fem es igual a la caída de tensión en cada uno de los resistores, es decir que.
Y la resistencia total R total del circuito serie se calcula como
Se resume lo siguiente para los resistores en paralelo:
- En un circuito paralelo la corriente total es igual a la suma de las corrientes en los ramales individuales.
- Las caídas de voltaje a través de todos los ramales de un circuito en paralelo deben ser iguales.
- El recíproco de la resistencia total de un circuito en paralelo es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias individuales que lo constituyen.
Los videos incluidos a continuación te ayudarán a aprender cómo calcular los valores totales que puede tomar la resistencia o la corriente total en un circuito en serie, paralelo o mixto, así como la caída de tensión y la corriente en cada una de las resistencias individuales. Te invito a que los estudies con atención y te aconsejo que tomes las notas de los puntos que consideres importantes.
- Ejercicio de circuitos en paralelo.
2. Circuitos serie y paralelo, principios básicos.
3. Circuito serie, paralelo y mixto.
4. Circuito mixto en serie y paralelo.
5. Ejercicio serie paralelo.
Cuando se mide con un voltímetro la fem de una batería sin que circule una carga a través de ella, se leerá un valor, digamos que de 6 V. Sin embargo, cuando conectamos un circuito a la batería, por ejemplo una resistencia eléctrica, y medimos nuevamente la diferencia de potencial entre las terminales de la batería, encontraremos que su valor ha disminuido a un valor dado, que podría ser 5.5 V. Esta caída de voltaje en la batería se debe a su resistencia interna. Las figuras a continuación te muestran un ejemplo.
El contenido del siguiente video contribuirá para que comprendas mejor el concepto.
- Resistencia interna de una batería.
Conclusión
Hemos terminado nuestra clase digital 9 acerca de la ley de Ohm y los circuitos en serie y en paralelo. Hemos aprendido que cuando las conexiones entre los resistores y la fuente de fem no permiten que la corriente circule más que en una sola trayectoria entonces los elementos del circuito han sido conectados en serie. Conocemos ahora que en un circuito en serie, la corriente que circula por cada elemento es la misma, que la resistencia total del circuito se obtiene sumando las resistencias que están conectadas a la fuente de fem y que el voltaje total es igual a la suma de las caídas de tensión en cada resistor. Por otro lado, cuando los resistores en un circuito están conectados con una fuente de fem de tal manera que la corriente puede dividirse entre dos o más elementos, se denomina a ésta como una conexión en paralelo.
Y sabemos que para un circuito en paralelo, la caída de tensión en cada resistor es la misma e igual al voltaje de la fem, que la corriente total es igual a la suma de las corrientes que pasan a través de cada resistor y que el recíproco de la resistencia total del circuito es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias que forman parte del circuito conectado en paralelo. Hemos conocido también, que una batería, fuente de fem, experimenta por sí misma, en operación, una resistencia interna que ocasiona que voltaje suministrado en operación sea menor que el voltaje medido cuando la batería no está conectada al circuito.
Espero que te sientas satisfecho con tu aprendizaje de los temas tratados. Y siendo la luz eléctrica parte de nuestro diario vivir espero te haya causado verdadera emoción saber cómo funcionan. Por favor realiza la consigna para comprobar el conocimiento que has adquirido, y si la inicias con tiempo tendrás ocasión de consultar con tu asesor las dudas que se presente, ¡aunque no necesariamente te ayudará a resolverla!
Continúa con tu esfuerzo; vamos bien. ¡Nos vemos en la siguiente lección! ¡Saludos!
Fuentes de información
Tippens, P. (2011). Circuitos de corriente continua. En Edamsa Impresiones (Ed.), Física Conceptos y aplicaciones, (p.548-555). Mc Graw Hill.