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La manera más fácil de dibujar una conexión de circuito en serie es una cadena de elementos. Los elementos son añadidos consecuentemente y en la misma línea. Existe solo un camino en dónde los electrones y cargas pueden fluir. Una vez que tengas la idea básica sobre qué involucra una conexión de circuito en serie, podrás aprender cómo calcular la corriente total.
Pasos
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Familiarízate con qué es una corriente. La corriente es el flujo de los portadores eléctricamente cargados como electrones o el flujo de la carga por unidad de tiempo. Pero ¿qué es una carga y qué es un electrón? Un electrón es una partícula cargada negativamente. Una carga es una propiedad de la materia que se usa para clasificar si un objeto está cargado positivamente o negativamente. Como los imanes, las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen.
- Puedes ilustrarlo utilizando agua. El agua está compuesta de la molécula H2O, que representa 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxigeno que están unidos. Sabes que el átomo de oxígeno y los átomos de hidrógeno forman la molécula H2O.
- Un cuerpo de agua fluyente está compuesto de millones y millones de esta molécula. Puedes comparar el cuerpo de agua fluyente con la corriente, la molécula con el electrón, y la carga con los átomos.
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Entiende a qué se refiere con voltaje. El voltaje es la “fuerza” que dirige la corriente al flujo. Para una mejor ilustración de voltaje, utilizarás una batería como ejemplo. Dentro de la batería hay una serie de reacciones químicas que crean una acumulación de electrones en el polo positivo de la batería.
- Si conectas un cable mediano desde el polo positivo al polo negativo de la batería, la acumulación del electrón ahora se moverá de lado a lado, como se mencionó, las cargas iguales se repelen.
- Además, porque la ley de conservación de la carga establece que la carga neta de un sistema aislado debe permanecer constante, los electrones intentarán equilibrar las cargas yendo desde la mayor concentración de electrones hacia la menor concentración de electrones o polo positivo hacia el polo negativo, respectivamente.
- Este movimiento causa una diferencia potencial en cada polo que ahora se puede llamar voltaje.
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Conoce qué es resistencia. La resistencia, por otro lado, es la oposición de algunos elementos para fluido de carga.
- Los resistores son elementos con resistencia significante. Están ubicados en ciertas partes de un circuito para regular el flujo de la carga o de electrones.
- Si no hay resistores, los electrones no están regulados, el equipo puede recibir demasiada carga y se dañará o causará un incendio debido a la sobrecarga.
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Parte 2
Parte 2 de 4:
Hallar la corriente total de una conexión de circuito en serie
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Halla la resistencia total del circuito. Imagina que usas una pajilla para beber. Apriétala muchas veces. ¿Qué es lo que notas? El líquido que fluye disminuirá. El efecto de apretar es como los resistores. Ellos bloquean el agua que es la corriente. Como los pellizcos están en línea recta, están en serie. Dibuja del ejemplo, la resistencia total de los resistores en una serie es:
- R(total) = R 1 + R 2 + R 3.
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Identifica el voltaje total del resistor. La mayoría de veces, el voltaje total es dado inmediatamente, pero en los casos donde los voltajes individuales están dados, debes usar la ecuación:
- V(total) = V 1 + V 2 + V 3.
- Pero ¿por qué es así? Usa la analogía de la pajilla otra vez, después de apretarla, ¿qué esperabas? Necesitarás esforzarte para absorber más agua a través de la pajill. La fuerza total ejercida provocada por la fuerza individual que los pellizcos individuales necesitan.
- La “fuerza” que necesitas es el voltaje, porque lleva el flujo del agua o de la corriente. Por consiguiente es solamente lógico que el voltaje total sea producido añadiendo voltajes individuales a través de cada resistor.
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Calcula la corriente total del sistema. Usa el análisis de la pajilla otra vez, incluso en la presencia de pellizcos, ¿hiciste que la cantidad de agua cambiara? No. aunque la velocidad para que absorbas el agua cambie, la cantidad de agua que bebes es fija. Y si observas más detenidamente la cantidad de agua que ingresan y sale, los pellizcos son los mismo, debido a la velocidad fija el agua fluye, por lo tanto se dice que:
- I1 = I2 = I3 = I(total)
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Recuerda la ley de Ohm. ¡Pero aquí no termina! Recuerda que no tienes ninguno de los datos así que puedes utilizar la ley de Ohm que relaciona voltaje, corriente y resistencia:
- V = I R.
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Intenta trabajar con el siguiente ejemplo, R1 = 10Ω R2=2Ω R3 = 9Ω, están conectados en serie. Un voltaje total de 2,5V se aplica al circuito. Calcula la corriente total el circuito. Primero calcula la resistencia total:
- R(total) = 10 Ω R 2 + 2 Ω R 3 + 9 Ω
- Por lo tanto R(total) = 21 Ω
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Utiliza la ley de Ohm para calcular la corriente total:
- V(total) = I(total) x R(total) .
- I(total) = V(total) / R(total) .
- I(total) = 2,5 V / 21 Ω .
- I(total) = 0,1190A .
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Entiende qué es un circuito paralelo. Como lo dice su nombre, un circuito paralelo contiene elementos que están organizados en forma paralela. Utiliza múltiples cableados organizados que crean rutas donde la corriente puede viajar.
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Calcular el voltaje total. Como se selecciona la terminología en una sección anterior, puede ir directamente a los cálculos. Toma el ejemplo de un tubo divido en dos caminos con diferentes diámetros. Para que el agua fluya en ambos tubos, ¿necesitarás usar fuerzas desiguales en cada tubo? No. solo necesitas la suficiente fuerza para que el agua fluya. Por lo tanto, si usa la analogía del agua como la corriente y la fuerza como el voltaje, se puede decir que:
- V(total) = V 1 + V 2 + V 3 .
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Calcula la resistencia total. Deseas regular el flujo del agua en los tubos. ¿Cómo bloquearás los tubos? ¿Colocarás solo un bloqueo en cada parte o colocarás varios bloqueos organizados consecutivamente para controlar el flujo de agua? Necesitarás hacerlo después. Para las resistencias, la analogía es la misma. Los resistores conectados en serie regulan la corriente mucho mejor que los que están organizando en forma paralela:
- 1/R(total) = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3) .
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Calcula la corriente total. Regresa al ejemplo, el agua fluye desde la fuente hacia la parte divida. Lo mismo se aplica para la corriente. Como hay varias rutas donde las cargas pueden fluir, se dirá que está dividido. Los trayectos no necesariamente reciben la misma cantidad de carga. Depende de la resistencia, de los materiales y elementos que tienen cada ruta. Por lo tanto, la ecuación de la corriente total es solo la suma de todas las corrientes en todo las rutas:
- I(total) = I 1 + I 2 + I 3.
- Es cierto que no puedes usarlo aún porque no tienes corrientes individuales, en el caso de la ley de Ohm también puede ser usada.
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Intenta el ejemplo. 4 resistores divididos en dos rutas que están conectados en paralelo. La ruta 1 contiene, R 1 = 1 Ω R 2=2 Ω mientras le camino 2 contiene, R 3 = 0.5 Ω R 4=1.5 Ω. Los resistores en cada ruta están conectados en serie. El voltaje aplicado en la ruta 1 es 3V. Halla la corriente total.
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Primero halla la resistencia total. Como los resistores en cada ruta están conectados en serie, halla la solución de la resistencia total en cada ruta.
- R (total 1&2) = R 1 +R 2 .
- R (total 1&2) = 1 Ω + 2 Ω .
- R (total 1&2) = 3 Ω .
- R (total 3&4) = R 3 + R 4 .
- R (total 3&4) = 0,5 Ω + 1,5 Ω .
- R (total 3&4) = 2 Ω.
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Une la ecuación para la conexión paralela. Ahora como las rutas están conectadas en paralelo, ahora usa la ecuación para la conexión en paralelo
- (1/R (total)) = (1/R(total 1&2)) + (1/R(total 3&4)) .
- (1/R (total)) = (1/3 Ω) + (1/2 Ω) .
- (1/R (total)) = ⅚ .
- (1/R (total)) = 1,2 Ω.
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Halla el voltaje total. Ahora calcula el voltaje total. Como el voltaje total es igual a todos los voltajes:
- V(total) = V 1 = 3 V .
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Usa la ley de Ohm para hallar la corriente total. Ahora, calcula la corriente total usando la ley de Ohm.
- V(total) = I(total) x R(total) .
- I(total) = V(total)/R(total) .
- I(total) = 3V/1,2 Ω .
- I(total) = 2,5 A .
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Consejos
- La resistencia total del circuito en paralelo es siempre mayor que cualquier resistencia de los resistores.
- Terminología:
- Circuito: compuesto de elementos (por ejemplo, resistores, condensadores, inductores) conectados por cables y por donde la corriente pasa.
- Resistores: elementos que pueden reducir o resistir la corriente
- Corriente: flujo de carga del cableado; unidad: Amperios, A
- Voltaje: trabajo realizado por unidad de carga; unidad: Voltaje, V
- Resistencia: medición de la oposición de un elemento a la corriente eléctrica; unidad: Ohm, Ω
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Referencias
- Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8va edición. California: Brooks/Cole. 2010. Ebook
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