Rodrigo Ricardo

Circuitos en serie: Definición y conceptos

Publicado el 16 septiembre, 2020

Vías de circuito

Le ha sucedido esto a usted? Te estás preparando para invitar a tus amigos a cenar y te apresuras a terminar todo antes de que lleguen. Tienes todas las luces encendidas, tu horno está cocinando comida, tu música está a todo volumen y te estás secando el cabello. ¡De repente, todo se apaga y te quedas en la oscuridad!

Esto sucedió porque sobrecargaste el circuito que hacía funcionar las luces, el horno, la radio y el secador. Un circuito es un camino por el que pueden fluir los electrones. Es lo que proporciona electricidad a sus luces, horno, radio, secador de pelo y otras cosas en su casa a través de los enchufes a los que los conecta.

Hay dos formas de conectar elementos a lo largo de un circuito: en serie o en paralelo. Un circuito paralelo conecta los dispositivos a lo largo de rutas ramificadas, lo que proporciona rutas separadas para que fluyan los electrones. Un circuito en serie conecta dispositivos en serie, proporcionando una vía única para el movimiento de electrones. Exploraremos los circuitos paralelos en detalle en otra lección. Por ahora, nos centraremos en cómo funcionan los circuitos en serie para alimentar dispositivos.

Un solo camino

Piense en un circuito en serie como pasar por la seguridad del aeropuerto. Para llegar a su avión, debe detenerse en una serie de puntos de control y hacerlo en un orden determinado. Siempre que cada estación esté abierta, puede moverse por la ruta del punto de control con bastante facilidad. Pero si por alguna razón el pasillo que conduce a la siguiente estación está cerrado, digamos por obras, tiene que detenerse y ya no puede llegar a su avión.

Esto también es cierto para un circuito en serie, pero los términos se invierten. Un circuito cerrado es un circuito con corriente fluyendo a través de él, y un circuito abierto es un circuito sin corriente. Decimos que el “circuito” está cerrado o abierto, pero en realidad estamos hablando de un interruptor cerrado o abierto. Si el interruptor está abierto, el lazo no está conectado, por lo que no hay corriente. Pero si cerramos el interruptor, completamos el circuito cerrando el circuito para que la corriente pueda pasar a través de él.

Cerrar o abrir el circuito es tan simple como encender un interruptor de luz. Cuando coloca el interruptor en la posición ‘ON’, esto completa el circuito y cierra el circuito, suministrando corriente a las luces del techo. Cuando colocas el interruptor en la posición “APAGADO”, abres el circuito y no fluye corriente hacia las luces.

Podemos construir un circuito en serie simple con una batería y algunas bombillas. Cuando el interruptor está cerrado, el circuito tiene corriente y las bombillas se encienden. La corriente fluye a través de cada bombilla desde el terminal negativo de la batería al terminal positivo. Y como solo hay una vía, la corriente es la misma en todas las partes del circuito, incluso en la batería.

Pero, ¿qué pasa si rompes el circuito? El flujo de electrones se detiene y ya no hay corriente en el circuito. Si abre el interruptor o una de las bombillas se apaga, todo el circuito se ve afectado. Esta es la misma razón por la que una cadena de luces de árbol de Navidad no funcionará si solo una de las bombillas se quema; todas están conectadas en serie, por lo que la corriente también deja de fluir hacia el resto de las bombillas.

La resistencia es inútil

Es posible que haya notado que cuantas más luces conecte a un circuito en serie, más tenue se volverá cada luz. Esto se debe a que cada bombilla proporciona resistencia a la corriente. Esta es una oposición del movimiento de electrones a través del dispositivo. A medida que se encuentra con cada bombilla, la corriente es resistida por la resistencia de cada bombilla y tiene menos energía a medida que viaja a la siguiente.

Volvamos al aeropuerto para ver cómo funciona. Su primera parada es la recepción, donde imprime sus boletos. Aquí tienes que mostrar tu identificación y dejar tus maletas. La siguiente parada es la estación de verificación de identidad. Aquí, le muestra a un oficial su identificación nuevamente, así como el boleto que acaba de recoger. Después de esto, pasa a la línea de detección de rayos X, donde nuevamente muestra su identificación y boleto, pero ahora también envía su equipaje de mano y otros artículos a través de la máquina de rayos X. Parece un poco redundante, y cada vez que tienes que sacar tu identificación y mostrársela a alguien, pierdes energía. ¡Es simplemente agotador pasar por todos esos puntos de control de identificación!

Los electrones experimentan lo mismo cuando pasan a través de resistencias. Es como mostrar su identificación a cada una de las bombillas a medida que pasan, y se cansan de hacerlo y pierden energía a medida que avanzan en la serie.

Lo que es realmente importante sobre la resistencia en un circuito en serie es que la resistencia total a la corriente es la suma de cada resistencia individual a lo largo del camino. Por lo tanto, cada bombilla aumenta la resistencia total en el circuito, lo que significa que un número creciente de bombillas aumenta la resistencia, lo que dificulta el flujo de corriente.

voltaje

La corriente en un circuito en serie también está relacionada con el voltaje suministrado por la batería u otra fuente. Específicamente, la corriente es directamente proporcional al voltaje en el circuito e inversamente proporcional a la resistencia. Esta relación se conoce como ley de Ohm , descubierta por el físico alemán Georg Simon Ohm.

Esta relación tiene sentido si lo piensas bien. Al igual que su corazón bombea sangre a través de su cuerpo, una batería produce voltaje que ‘bombea’ corriente a través del circuito. Por lo tanto, más voltaje significa más corriente. En contraste con esto, al igual que una arteria obstruida se opone al flujo de sangre, la resistencia se opone al flujo de corriente. Por lo tanto, a medida que aumenta la resistencia, la corriente disminuye.

Cuando la corriente se encuentra con una resistencia, hay una “caída de voltaje”, que crea una situación única en un circuito en serie. A lo largo de una serie de dispositivos, el voltaje total a través del circuito se divide entre cada resistencia de modo que la suma de cada caída de voltaje sea igual al voltaje total suministrado.

Básicamente, cuando llegue al punto de control de identificación final en el aeropuerto, habrá agotado toda la energía con la que comenzó cuando se acercó por primera vez al mostrador de boletos. Después de pasar por todas las estaciones de verificación de identidad, ¡estás agotado! Lo mismo ocurre con los electrones que fluyen a través de un circuito. Cada vez que pasan a través de un dispositivo, pierden energía, y esta energía se divide entre cada dispositivo de modo que cuando llega al último, la pérdida total de energía es igual a la suma de las energías dadas a esos dispositivos.

Solo hay una cosa más que debe saber sobre los circuitos en serie. La caída de voltaje en cada dispositivo que encuentra la corriente es proporcional a su resistencia. Volvamos nuevamente al aeropuerto para ver por qué. Digamos que su primera parada en el mostrador de boletos es bastante agradable. La persona con la que trató fue amable con usted, y sus boletos se imprimieron rápida y fácilmente … no se perdió mucha energía aquí porque no encontró mucha resistencia en este mostrador.

Sin embargo, la siguiente parada no es tan fácil. Muestra su identificación y boleto, pero el oficial de seguridad pasa más tiempo del que cree necesario examinando su información. Le hacen algunas preguntas para verificar su identidad y este proceso lleva un tiempo. Aquí, ha encontrado más resistencia, perdiendo más energía que en el mostrador de boletos.

Su última parada, la máquina de rayos X, ofrece aún más resistencia. Se registran sus maletas, se le pregunta sobre un artículo en su equipaje de mano y luego lo hacen volver a enviar sus artículos por segunda vez solo para estar seguro. ¡Eso es mucha resistencia! En cada parada encontró resistencia, pero la cantidad de energía perdida cada vez estaba directamente relacionada con la cantidad de resistencia que encontró.

Current experimenta lo mismo a lo largo de un circuito. Al pasar por un dispositivo de alta resistencia, pierde más energía que cuando pasa por un dispositivo de baja resistencia. Esta es también la razón por la que cuanto más resistencia agregue al circuito, menos brillante puede brillar cada bombilla.

Resumen de la lección

Un circuito es como una carretera: proporciona un camino por el que pueden fluir los electrones. En un circuito en serie , esa “vía” para el movimiento de electrones es una vía única que conecta dispositivos en serie, uno tras otro en una fila. Cuando decimos que un circuito está cerrado , esto describe un circuito con corriente fluyendo a través de él. Por el contrario, cuando un circuito está abierto , tenemos un circuito sin corriente. Suena contradictorio, pero recuerde, un circuito cerrado completa el circuito, pero abrirlo rompe el circuito y detiene la corriente, al igual que la construcción detiene el tráfico en una carretera.

Debido a que solo hay una vía, la corriente es la misma en todas las partes de un circuito en serie. La corriente se ve afectada tanto por el voltaje de la fuente como por la resistencia que encuentra de los dispositivos a lo largo del circuito. Según la ley de Ohm , la corriente es proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia.

Al igual que cada estación de verificación del aeropuerto consume un poco de su energía, se produce una caída de voltaje en cada resistencia, y esta caída es proporcional a la cantidad de resistencia de ese dispositivo. Y, de manera similar a cómo se pierde toda su energía cuando pasa por la estación de control final, la resistencia total a la corriente es la suma de cada resistencia individual a lo largo del camino.

Los resultados del aprendizaje

Debería tener la capacidad de hacer lo siguiente después de esta lección:

  • Diferenciar entre un circuito abierto y cerrado
  • Describe la ley de Ohm
  • Explica cómo se mueve la corriente a través de un circuito en serie.

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