Definición de circuitosimple
En primer lugar, definamos qué es exactamente un circuito eléctrico.
Un circuito eléctrico se compone de bucles eléctricos que pueden incluir cables, pilas, resistencias, bombillas, condensadores, inductores, interruptores, amperímetros, voltímetros, etc.
Cuando estas espiras eléctricas están cerradas, puede circular una corriente a través de ellas. Sin embargo, cuando están abiertos, no hay flujo de corriente posible.
Para que un circuito eléctrico funcione se necesitan como mínimo tres tipos de elementos
una fuente de energía (por ejemplo, una pila),
un consumidor de energía (por ejemplo, una bombilla),
una vía conductora (por ejemplo, cables).
Una vez creado un circuito eléctrico que funcione, pueden añadirse otros elementos, como inductores, amperímetros e interruptores, dependiendo de la finalidad del circuito concreto.
Diagrama de circuito simple
Cada elemento del circuito tiene un símbolo común que se utiliza para crear diagramas de circuito. En la Figura 1 se recoge una lista de los principales elementos.
Fig. 1 - Símbolos habituales de los elementos de un circuito.
Algunos de estos elementos, como las resistencias, pueden clasificarse como fijos o variables. Una resistencia fija implica simplemente que su resistencia permanece constante y no se puede ajustar, mientras que una resistencia variable tiene resistencia ajustable. Los elementos variables se indican con una flecha diagonal tachada.
Las propiedades de un circuito eléctrico concreto dependen de la disposición y las características de cada elemento. A menudo es necesario conectar varios componentes a una fuente de electricidad para que un elemento pueda formar parte de varios circuitos eléctricos simultáneamente. Pueden conectarse enserie o enparalelo . Veamos ambos tipos de circuito más en profundidad.
Circuito en serie simple
Una de las principales formas de montar circuitos eléctricos es conectando elementos en serie.
Una conexión en serie es aquella en la que los elementos del circuito están conectados de tal forma que cualquier carga que pase por un elemento debe pasar por el otro y no tiene otro camino disponible entre ellos.
En una conexión en serie, la misma corriente \(I\) fluye a través de todos los componentes. En cada uno de los elementos se produce una diferencia de potencial \(V\) que difiere en función de su resistencia.
Fig. 2 - Esquema de un circuito en serie formado por tres resistencias.
Por ejemplo, si se conectan varias resistencias en serie, como se muestra en la figura 2, la suma de las tensiones individuales es la tensión total suministrada. Aquí el circuito consta de tres consumidores, sin embargo, si seguimos sumando la expresión general para la diferencia de potencial total puede expresarse como
\V_i=V_1+V_2+ V_puntos,\[V_texto{serie}=suma_{i=1}^n V_i=V_1+V_2+ V_puntos,\].
donde \(n\) indica el número de consumidores (en el ejemplo anterior, \(n=3\)).
Esto significa que todas las resistencias de la conexión en serie pueden sustituirse por un consumidor equivalente, cuya diferencia de potencial puede hallarse utilizando la resistencia total de todas las resistencias juntas en lugar de individualmente. La ecuación para hallar la resistencia total de una conexión en serie es
\[R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i=R_1+R_2+ \dots.\]
Cuantas más resistencias se conecten en un circuito en serie, más resistencia tendrá todo el sistema.
Un circuito en serie tiene algunos inconvenientes. Si uno de los elementos de un circuito en serie deja de funcionar o se desconecta, todo el circuito se interrumpe inmediatamente. Además, la tensión suministrada se distribuye entre todos los componentes proporcionalmente, en función de su resistencia. Si uno de los elementos -por ejemplo, la bombilla- necesita una cantidad específica de tensión para brillar, es posible que la fuente no le proporcione suficiente para funcionar correctamente, ya que otros elementos comparten el mismo suministro de tensión.
Circuitoparalelo simple
En un circuito paralelo, las salidas respectivas de todos los componentes se conectan al polo correspondiente de la fuente de alimentación, creando un circuito eléctrico ramificado.
Una conexión en paralelo es aquella en la que las cargas pueden pasar por uno de dos o más caminos.
La corriente eléctrica \(I\), que fluye desde el polo positivo de la fuente, se divide entre todos los elementos y vuelve a unirse en el polo negativo de la batería. En un circuito paralelo, la diferencia de potencial \( V\) es la mismaa través de cada camino, proporcionada por la fuerza electromotriz (emf) de la fuente de energía. En la Figura 3 se muestra un ejemplo de circuito paralelo formado por tres resistencias.
Fig. 3 - Esquema de un circuito paralelo formado por tres resistencias.
A partir de este ejemplo de circuito en paralelo, podemos obtener la forma general de las tres propiedades principales de un circuito. La diferencia de potencial permanece constante, mientras que la corriente total es la suma de la corriente a través de los componentes individuales:
\[ I_\text{paralelo}=\suma_{i=1}^n I_i=I_1+I_2+\puntos,\}]
donde \(n\) indica, una vez más, el número de consumidores.
Por último, el recíproco de la resistencia total es la suma de los recíprocos de todas las resistencias de los consumidores:
\[\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}=\sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots.\]
Una de las ventajas de conectar elementos en un circuito paralelo es que se puede reducir la resistencia. Además, si una parte del circuito se rompe, la corriente sigue fluyendo en las demás, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los circuitos en serie. Por ejemplo, en un piso, todas las bombillas y aparatos eléctricos están conectados en paralelo. Además, cada vivienda de un edificio se conecta en paralelo a la red eléctrica general. Así, si un propietario decide hacer reformas, puede cortar la electricidad sólo en su vivienda.
Ejemplos de circuitos sencillos
Veamos un problema de ejemplo, en el que intervienen componentes tanto en serie como en paralelo.
Tenemos el siguiente circuito formado por tres resistencias, como se muestra en la Figura 4.
Fig. 4 - Un circuito de ejemplo, en el que tres resistencias están conectadas tanto en serie como en paralelo.
Simplifica las resistencias en una sola y calcula la corriente que circula por ella, si el circuito está alimentado con \(12\,\mathrm{V}\).
Respuesta
Las resistencias \(3,2 \, \Omega\) y \(2,5 \, \Omega\) están conectadas en serie, por lo que utilizamos la ecuación
\in{align}R_{mathrm{series}&= \sum_{i=1}^2R_i \&= 3,2 \, \mathrm{\\mega} + 2,5 \, \mathrm{\mega} &= 5,7 \, \mathrm{\mega}. \fin{align}
Ahora, estas dos resistencias pueden sustituirse por una nueva resistencia \ (5,7 \,\Omega) , que es paralela a la resistencia \ (4,8 \, \Omega), por lo que utilizamos
\Inicio R_{{mathrm{paralelo}}& = \ izquierda(\ suma_{i=1}^2\frac{1}{R_i}\ derecha)^{-1} \ & = \frac{R_1}, R_2}{R_1 + R_2}\ & = \frac{ 5,77 \N, \Omega multiplicado por 4,8 \N, \Omega} {5,7 \N, \Omega + 4,8 \N, \Omega} {&= \frac{27 \N, \Omega^2} {10,5 \N, \Omega} {& = 2,6 \N, \Omega. \fin{align}
El circuito final constará ahora de una sola resistencia con una resistencia de \(2,6 \, \Omega).
Por último, apliquemos la ley de Ohm para hallar la corriente:
\empezar{align} I&=\frac{V}{R} =\frac{12,\mathrm{V}}{2,6 \, \Omega} =4,6,\mathrm{A}. \fin
Circuito simple - Puntos clave
- Un circuito eléctrico está formado por espiras eléctricas que pueden incluir cables, pilas, resistencias, bombillas, condensadores, inductores, interruptores, amperímetros, voltímetros, etc.
- Cuando las espiras eléctricas están cerradas, circula una corriente a través de ellas. En cambio, cuando están abiertos, no hay flujo de corriente posible.
- Las propiedades de un circuito eléctrico concreto dependen de la disposición y las características de cada elemento.
- Una conexión enserie es aquella en la que los elementos del circuito están conectados de tal manera que cualquier carga que pase por un elemento debe pasar por el otro y no tiene otro camino disponible entre ellos.
- En una conexión en serie, fluye una corriente constante a través de todos los componentes, mientras que la diferencia de potencial \(V\) difiere en función de la resistencia de cada consumidor.
- La diferencia de potencial total en un circuito en serie puede expresarse como \(V_texto{serie}=\suma_{i=1}^n V_i.\)
- Una conexión en paralelo es aquella en la que las cargas pueden pasar por uno de dos o más caminos.
- En un circuito paralelo,la corriente eléctrica se divide entre todos los elementos en función de su resistencia, mientras que, la diferencia de potencial permanece igualen cada camino .
- La corriente total de un circuito paralelo puede expresarse como \(I_\text{paralelo}=\suma_{i=1}^n I_i.\)
Referencias
- Fig. 1 - Elementos de un diagrama de circuito, StudySmarter Originals.
- Fig. 2 - Un diagrama de circuito en serie, StudySmarter Originals.
- Fig. 3 - Diagrama de un circuito en paralelo, StudySmarter Originals.
- Fig. 4 - Ejemplo de diagrama de circuito, StudySmarter Originals.
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