Serie de circuitos de CC: diseño y cálculos

Trabajar con un circuito de CC

Es el día favorito de todos en física: ¡día de laboratorio con circuitos! Para refrescar nuestros recuerdos, nuestro maestro nos recuerda que la diferencia de potencial es lo mismo que el voltaje (V) y se mide en voltios. La resistencia (R) se mide en ohmios (Ω) y la corriente (I) se mide en amperios.

El profesor ha proporcionado un diagrama de circuito de CC, que tiene corriente continua (CC). La corriente continua es cuando la corriente fluye en una dirección. Se nos pide que hagamos cálculos teóricos sobre diferentes partes del circuito, además de configurar el circuito, incluida la conexión de un amperímetro. Los amperímetros miden el amperaje. Si configuramos el circuito correctamente, el voltaje que necesitamos para configurar la fuente de alimentación para que expulse 0.3 amperios será de 35 voltios.

Comencemos con el diagrama del circuito.

Diagrama de circuito DC.

Este circuito tiene tres secciones. La primera sección está entre la batería y la resistencia de 10 Ω (color rojo), la segunda sección tiene dos resistencias idénticas desconocidas en serie que están en paralelo con la resistencia de 20 Ω (color verde). La última sección es una resistencia de 50 Ω en serie con la resistencia de 60 Ω (color púrpura). Nuestras tareas son las siguientes:

1. Calcule la corriente a través de ambas resistencias desconocidas que están en serie.

2. Calcule el voltaje a través de la resistencia de 20 Ω.

3. Calcule las resistencias de las resistencias idénticas.

4. Calcule el amperaje a través de las resistencias de 50 Ω y 60 Ω.

5. Determine dónde conectar el amperímetro para que esté en serie con la fuente de alimentación.

6. Ajuste la fuente de poder, V b , a 35 voltios y verifique que el amperímetro lea 0.3 amperios.

Primero determinemos la respuesta para la tarea 1. La Figura 1 muestra un círculo punteado que rodea un cruce.

Figura 1

Aquí se aplica la ley de conservación de la carga eléctrica. La corriente total que ingresa a un cruce debe ser igual a la corriente total que sale de un cruce. Si 0.3 amperios ingresan a esta unión y 0.1 amperios se mueven hacia arriba, los 0.2 amperios restantes deben moverse hacia abajo y a través de ambas resistencias desconocidas porque están en serie. Solo hay un camino para que este 0.2 amperio se mueva. Puede pensar en ello como tres autos en una carretera de un carril, y luego los carriles se dividen en tres carriles. Uno va a la derecha, otro a la izquierda y uno va recto. Cada automóvil toma su propio camino, pero estos carriles se recombinan en algún momento, y todos los autos regresan a un carril.

El número 2 en nuestra lista de elementos para resolver requiere que determinemos el voltaje a través de la resistencia de 20 Ω. La Figura 2 muestra una línea de puntos alrededor de la resistencia de 20 Ω y el amperaje que la atraviesa.

Figura 2

La ley de Ohm (V = IR) se usa para determinar el voltaje a través de la resistencia de 20 Ω. V es para voltaje, I es para corriente y R es para resistencia. V 20 = (0,1) (20). El voltaje en la resistencia de 20 Ω es de 2 voltios.

La tarea 3 es determinar los valores de ambas resistencias idénticas. Como están en serie, sus resistencias se pueden combinar en una resistencia equivalente simplemente sumando sus valores, lo que nos da 2R. Esta resistencia equivalente tiene el mismo voltaje que los 20 Ω en paralelo con ellos, que ya calculamos en 2 voltios. La corriente a través de ellos es 0.1 A. Ahora, podemos usar la ley de Ohm para determinar la resistencia combinada.

La resistencia combinada es de 10 ohmios.

Dado que las resistencias son iguales y la resistencia combinada es de 10 Ω, cada resistencia debe ser de 5 Ω.

La Tarea 4 nos pide que determinemos el amperaje a través de las resistencias de 50 Ω y 60 Ω. La figura 3 muestra dos círculos de puntos. El círculo de la izquierda es la unión que tratamos para la tarea 1 donde determinamos el amperaje i 1 . El círculo de la derecha muestra la unión de las mismas corrientes. En lugar de que los 0,3 amperios entren en la unión y se dividan en 0,2 amperios y 0,1 amperios, los 0,2 amperios y 0,1 amperios entran en la unión y se combinan para tener 0,3 amperios que salen de la unión que pasa directamente a través de las resistencias de 50 Ω y 60 Ω.

figura 3

La tarea 5 involucra el amperímetro. El amperímetro se puede colocar en uno de los cinco lugares y estar en serie con la batería, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4

La Figura 5 muestra cómo cablear el amperímetro en la ubicación 3.

Figura 5

La Tarea 6 nos dice que establezcamos la fuente de alimentación en 35 voltios y verifiquemos que el amperímetro lea 0.3 amperios. Esto primero requiere que conectemos los componentes del circuito siguiendo el diagrama del circuito y luego gire la perilla de voltaje en la fuente de alimentación a 35 V. Si vemos 0.3 amperios en el amperímetro, ¡hemos configurado el circuito correctamente!

Fuente de alimentación de CC a la izquierda

Hemos analizado con éxito un circuito, y ahora es el momento de revisar y luego apagar esta lección.

Resumen

Un circuito de CC es aquel en el que se empuja una corriente continua a través del circuito. La corriente continua es una corriente que solo fluye en una dirección. La ley de Ohm (V = IR) se puede utilizar al analizar un circuito.

En las uniones donde la corriente se divide, la ley de conservación de carga nos dice que la corriente total en la unión debe ser igual a la corriente total que sale de la unión. Los resistores en serie tienen la misma corriente a través de ellos porque solo hay un camino para que tome la corriente. Los amperímetros están conectados en serie con los componentes del circuito y miden el amperaje.

Las resistencias equivalentes en paralelo tienen el mismo voltaje.

La mejor manera de analizar un circuito es recorrerlo sistemáticamente, realizando un seguimiento de los datos a medida que avanza.