Regla de cruce de Kirchhoff y la ley de conservación de carga
Conservación de carga y corriente
Imagina que tienes una bombilla. ¡Conecta la bombilla a una batería y la bombilla se enciende! Que esta pasando? Si pudieras hacerte realmente pequeño y mirar dentro de los cables que conectan la bombilla y la batería, verías muchos electrones diminutos moviéndose. La batería da a los electrones suficiente energía extra para empujarlos a través del filamento de la bombilla. A medida que atraviesan el filamento, disminuyen un poco la velocidad y parte de su energía se transforma en luz.
¿Significa esto que los electrones están desapareciendo dentro de la bombilla? ¿Salen menos electrones de los que entran? No, salen los mismos electrones que entraron. Lo único que ha cambiado es que han perdido un poco de su energía. Esto sucede porque los electrones están cargados y la cantidad total de carga siempre se conserva. Si no hay ningún otro lugar al que puedan ir los electrones, ¡DEBEN salir por el otro lado de la bombilla!
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El flujo de electrones a través de los cables de un circuito eléctrico se conoce como corriente , que se mide en unidades de amperios (A). Debido a que la carga siempre se conserva, puede determinar exactamente cómo debe fluir la corriente en cada rama de un circuito.
Regla de cruce de Kirchhoff
En un circuito, a veces hay lugares, llamados uniones , donde se juntan varios cables. Debido a que la carga se conserva y la corriente mide la velocidad a la que fluyen las cargas, la corriente total que ingresa a una unión debe ser igual a la corriente total que sale por el otro lado de la unión, tal como lo hizo en la bombilla. Esta relación se conoce como regla de unión de Kirchhoff .
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Aplicación de la regla de unión a circuitos paralelos
Veamos cómo se puede aplicar la regla de unión a algunos circuitos reales. En este circuito, tres ramales del circuito se unen en el cruce de la izquierda. Si 3 A de corriente fluyen al circuito y 2 A salen por una de las ramas, ¿cuánta corriente debe fluir a través de la tercera rama?
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La regla de la unión de Kirchhoff le dice que la corriente total que ingresa a la unión debe ser igual a la corriente total que sale, por lo que la corriente en la tercera rama del circuito debe ser 1 A.
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En circuitos como este, decimos que los elementos del circuito (como bombillas o resistencias) están en paralelo porque hay múltiples ramas paralelas a través de las cuales puede fluir la corriente. En los circuitos en paralelo, cada rama puede tener una corriente diferente, pero puede usar la regla de unión para predecir cómo se distribuirá la corriente.
Corriente en circuitos en serie
¿Qué pasa si tienes un circuito donde no hay cruces?
En este circuito, las formas rectangulares representan resistencias.
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En este circuito, ¿cómo me comparo 1 con I 2 e I 3 ?
Debido a que no hay uniones entre las resistencias en este circuito, decimos que están en serie . En circuitos en serie como este, solo hay una rama por la que puede fluir la corriente. Por tanto, debido a que se conserva la corriente, la corriente es la misma en todos los puntos.
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Resumen de la lección
La corriente mide la cantidad de carga que fluye en un circuito. En un circuito, puede haber lugares, llamados uniones , donde se unen varios cables. La regla de cruce de Kirchhoff dice que la corriente que entra en un cruce debe ser igual a la corriente que sale.
En los circuitos en paralelo , las uniones hacen que la corriente se bifurque, pero la regla de las uniones se puede utilizar para determinar cómo se distribuye la corriente. En los circuitos en serie , la corriente es la misma en todos los puntos porque no hay derivaciones.
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