Cálculo de cambios de voltaje en circuitos de bucle múltiple

¿Qué es voltaje?

Hace doscientos años, vivíamos toda nuestra vida sin electricidad , que es el flujo de electrones cargados alrededor de un circuito o circuito cerrado. Pero todo cambió en el siglo XIX cuando Alessandro Volta desarrolló la primera batería, Michael Faraday inventó el motor eléctrico y Georg Ohm analizó los circuitos. A principios del siglo XX, muchos hogares de todo el mundo occidental tenían electricidad.

Cuando Ohm analizó circuitos, como todos los buenos físicos, usó números para medir corriente, resistencia y voltaje. Hoy vamos a aprender sobre el voltaje o la diferencia de potencial, que es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. El potencial eléctrico es la energía potencial por culombio o unidad de carga; Piense en ello como una pelota en la cima de una colina.

Cuando sueltas una pelota en la cima de una colina, rueda hacia abajo. Esto sucede porque la cima de la colina tiene un mayor potencial que la base. De la misma manera, si libera cargas como electrones en un circuito usando una batería, se mueven alrededor del circuito porque cada lado de la batería tiene una diferencia de potencial.

Voltaje en circuitos paralelos

Los circuitos paralelos son circuitos en los que los componentes están dispuestos en múltiples bucles o ramificaciones. Esta disposición le permite proporcionar más energía a los componentes de su circuito, aunque agota la batería más rápido y consume más energía. La razón por la que proporciona más potencia se debe a la forma en que varía el voltaje en un circuito paralelo.

Un circuito paralelo

En un circuito paralelo alimentado por una batería de 12 voltios, como la que se muestra arriba, un lado de la batería tendrá un potencial de 12 voltios y el otro lado tendrá un potencial de 0 voltios. A medida que los electrones marchan alrededor del circuito, el potencial debe disminuir de 12 voltios a 0 voltios. Este potencial cambia cuando los electrones alcanzan un componente del circuito.

Por ejemplo, digamos que un circuito de bucle único contiene tres bombillas idénticas. Cada bombilla consumirá hasta 4 voltios del potencial, para un total de 12 voltios. O si hay dos bombillas idénticas, cada bombilla debe consumir hasta 6 voltios del potencial.

Voltajes de circuito en serie (bucle único)

En un circuito paralelo, sin embargo, las cosas cambian porque los electrones toman más de un camino. Aquí, los componentes de cada circuito o ruta individual utilizan el voltaje total de la batería. Por ejemplo, si tiene un circuito con tres bucles, cada uno con una sola bombilla, cada una de esas bombillas consumirá los 12 voltios completos de la batería.

Voltajes en un circuito paralelo

Si una de las ramas contiene dos bombillas, cada bombilla de esa rama consume hasta 6 voltios. Individualmente, cada bucle en un circuito de múltiples bucles utiliza hasta 12 voltios de potencial.

Una rama tiene dos bulbos

Regresemos a nuestra bola en la cima de la colina e imaginemos que tiene varios caminos diferentes hacia la base. No importa qué camino tome la pelota, debe completar la ruta completa antes de que pueda llegar al pie de la colina. De manera similar, cada ruta en un circuito debe consumir todo el voltaje de la batería.

Para calcular cómo varía el voltaje o el potencial en un circuito de bucles múltiples, utilice una división simple. Por ejemplo, en cada bucle, divida el voltaje de la batería por el número de componentes idénticos en ese bucle.

Componentes no idénticos

Si las ramas en un circuito paralelo no son idénticas, no harán ninguna diferencia en sus cálculos. Pero si los componentes dentro de una rama son diferentes, sus cálculos pueden complicarse más. Aquí, puede ser útil recordar que el voltaje utilizado por un componente es proporcional a su resistencia. Entonces necesitará conocer la resistencia para calcular el voltaje.

Por ejemplo, si una rama paralela contiene dos bombillas diferentes, con resistencias de 5 ohmios y 10 ohmios cada una, la resistencia de 10 ohmios debe usar el doble de voltaje. En este ejemplo, si la batería es de 12 voltios, la bombilla de 5 ohmios debe utilizar 4 voltios y la bombilla de 10 ohmios debe utilizar 8 voltios. Como 4 + 8 = 12, aún terminará con 12 voltios. Usando el razonamiento proporcional, puede ver que la bombilla con el doble de resistencia usa el doble de voltaje porque 8 es el doble que 4.

Bombillas no idénticas

Resumen de la lección

La diferencia de potencial, o voltaje , es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos en un circuito , o un circuito cerrado, que contiene electrones en movimiento. El potencial eléctrico es la energía posible por culombio de carga. Por ejemplo, 1 culombio de electrones tiene un potencial de 1 unidad de energía cuando sale de la batería, por lo que el voltaje de la batería debe ser de 1 voltio.

Cuando los electrones salen de una batería, su potencial es igual al voltaje total de la batería. Cuando vuelven a la batería después de circular por el circuito, su potencial es cero. De modo que el potencial disminuye gradualmente hasta cero a medida que los electrones se mueven por el circuito.

En un circuito paralelo con múltiples ramas, cada rama debe consumir todo el voltaje de la batería. Entonces, si una batería de 12 voltios está conectada a tres ramas, y cada una contiene una bombilla, cada bombilla consumirá los 12 voltios completos. Sin embargo, si una de esas ramas contiene dos bombillas, las bombillas de esa rama consumirán hasta 6 voltios cada una.

En circuitos simples, puede usar la división básica para calcular el potencial. En circuitos donde una rama en particular tiene componentes no idénticos, puede usar el razonamiento proporcional: el doble de resistencia significa que la rama debe usar el doble de voltaje.