Desde la iluminación de nuestras casas hasta la electrónica en nuestros dispositivos, los circuitos desempeñan un papel crucial en la transmisión de energía eléctrica. Uno de los tipos de circuitos más simples y esenciales es el circuito en serie.
¿Qué es un Circuito en Serie?
Un circuito en serie es un tipo de circuito eléctrico en el que los componentes están conectados uno tras otro, formando una única trayectoria para el flujo de corriente eléctrica. Esto significa que la corriente pasa a través de cada componente en el circuito en el mismo orden en el que están conectados. Si un componente se desconecta o falla en un circuito en serie, la corriente se interrumpe y todo el circuito se apaga.
Un ejemplo de lo que significa una conexión serie en un circuito eléctrico son las llamadas series de navidad, que son un conjunto de pequeños focos conectados por conductores y que terminan en una clavija.
Características de los circuitos en serie
1. Corriente constante
La corriente que circula por todos los elementos de un circuito eléctrico en serie es la misma; esto se puede comprobar conectando amperímetros en cualquier parte del circuito y observando que la corriente es la misma. No importa cuántos componentes haya, la corriente no cambia a lo largo del circuito.
2. Magnitud de la corriente
La magnitud de la corriente que circula por el circuito es inversamente proporcional a la resistencia de todos los elementos conectados al circuito; esto quiere decir que si la resistencia aumenta, la corriente disminuirá, y viceversa. Esto se deriva de la ley de Ohm, que establece que la corriente eléctrica (I) es igual a la diferencia de potencial (V) dividida por la resistencia (R), o sea, I = V/R. Si la resistencia (R) aumenta, entonces la corriente (I) disminuirá, siempre que la diferencia de potencial (V) se mantenga constante.
3. Dependencia de los Componentes
Si en el caso particular de la serie de focos de navidad, se quita cualquier foco, se interrumpe la circulación de corriente. Es decir, que si uno de los componentes en un circuito en serie se desconecta o falla, todo el circuito se interrumpe y la corriente deja de fluir.
4. Resistencia Total
La resistencia total de un circuito en serie es igual a la suma de las resistencias de cada uno de los componentes.
5. Caída de Voltaje
Cada componente en un circuito en serie tiene una caída de voltaje proporcional a su resistencia. Los componentes con mayor resistencia tendrán una mayor caída de voltaje.
6. Suma de Voltajes
El voltaje total aplicado es igual a la suma de las caídas de voltaje en cada uno de los elementos del circuito.
V1, V2 y V3 representan las caídas de voltaje en cada elemento. Al sumarlos obtenemos el voltaje total suministrado.
7. Fácil de Analizar
Dado que la corriente es la misma a través de todos los componentes, los cálculos en un circuito en serie tienden a ser más sencillos comparados con los circuitos en paralelo.
Circuito en serie ejemplos
Aquí tienes algunos ejemplos de circuitos en serie que se pueden encontrar en la vida cotidiana y en aplicaciones técnicas:
- Luces Navideñas Antiguas: En algunas luces navideñas antiguas, las bombillas están conectadas en serie. Si una bombilla se quema, todas las luces del circuito se apagan, ya que la corriente no puede fluir a través del circuito interrumpido.
- Linterna: En una linterna, las baterías y la bombilla suelen estar conectadas en serie. La corriente fluye desde la batería a través de la bombilla, proporcionando luz.
- Cadena de Resistencia: En algunas aplicaciones electrónicas, varias resistencias pueden estar conectadas en serie para lograr una resistencia total específica. Esto es útil cuando se necesita un valor de resistencia que no está disponible en una sola resistencia.
- Cargadores de Baterías: Algunos cargadores de baterías están diseñados para cargar varias baterías conectadas en serie. Esto permite cargar todas las baterías a la vez con la misma corriente.
- Circuitos de Sensores: En ciertos sistemas de seguridad, como alarmas de incendios o sistemas de sensores, los sensores pueden estar conectados en serie. Si uno de los sensores detecta una anomalía, el circuito se interrumpe, activando la alarma.
- Divisores de Voltaje: En electrónica, los divisores de voltaje utilizan resistencias en serie para crear una salida de voltaje que es una fracción del voltaje de entrada. Estos son utilizados en una variedad de aplicaciones, desde sensores hasta circuitos de control.
- Circuitos de Prueba: En laboratorios y entornos educativos, los circuitos en serie son frecuentemente utilizados para enseñar y demostrar los principios básicos de la electricidad y la electrónica.
Circuito en serie y sus partes
Las partes básicas de un circuito eléctrico en serie son las siguientes:
-
Fuente de Energía
- Batería o Fuente de Alimentación: Proporciona la energía eléctrica necesaria para que el circuito funcione.
-
Conductores
- Cables: Conectan todos los componentes del circuito, permitiendo que la corriente fluya.
-
Componentes Resistivos
- Resistencias: Limitan el flujo de corriente y disipan energía en forma de calor.
-
Interruptores
- Interruptor: Permite abrir o cerrar el circuito, controlando el flujo de corriente.
-
Cargas
- Lámparas o Bombillas: Convierten la energía eléctrica en luz (u otras cargas que consumen energía).
Estas son las partes básicas necesarias para formar un circuito en serie funcional.
Circuito en serie formulas
Aquí tienes las fórmulas fundamentales utilizadas para calcular diferentes parámetros en un circuito en serie:
1. Resistencia Total
Como ya dijimos la resistencia total (Rtotal) en un circuito en serie es la suma de todas las resistencias individuales (R1, R2, R3, …, Rn):
Rtotal = R1 + R2 + R3 + … + Rn
2. Corriente
La corriente () es la misma en todos los componentes y se calcula usando la Ley de Ohm (V = I x R):
donde Vtotal es el voltaje total suministrado por la fuente.
3. Voltaje a través de cada Resistencia
El voltaje (Vi) a través de cada resistencia (Ri) se puede calcular usando la Ley de Ohm:
Vi = I ⋅ Ri
donde I es la corriente total que fluye por el circuito.
4. Voltaje Total
El voltaje total (Vtotal) suministrado por la fuente es la suma de los voltajes a través de cada resistencia:
Vtotal = V1 + V2 + V3 +…+ Vn
5. Potencia Disipada
La potencia (P) disipada en cada resistencia (Ri) se puede calcular usando la fórmula:
La potencia total disipada en el circuito es la suma de las potencias disipada por cada resistencia:
Ptotal = P1 + P2 + P3 +…+ Pn
Estas fórmulas te permitirán analizar y calcular los parámetros fundamentales de un circuito en serie.
Ejercicios de circuitos en serie
Ejercicio 1: Calcular la corriente
Calcular la corriente que circula por dos lámparas de 60 watts conectadas en serie y alimentadas a 127 volts, cada lámpara tiene una resistencia de 268.5 ohms.
Solución:
La corriente se calcula como:
Donde RT es la resistencia equivalente del circuito y E es el voltaje suministrado.
Sumamos las dos resistencias individuales y obtenemos la resistencia total:
RT = 268.5 + 268.5 = 537 ohms
Luego sustituimos los valores en la fórmula I= E/RT
I = 127 / 537 = 0.24 A
Ejercicio 2: Resistencia Total
Problema:
Calcula la resistencia total de un circuito en serie que contiene tres resistencias: R1=4 Ω, R2=6 Ω, y R3=10 Ω.
Solución: La resistencia total en un circuito en serie es la suma de las resistencias individuales:
Sustituyendo los valores:
Rtotal = 4Ω + 6Ω + 10Ω = 20Ω
Ejercicio 3: Corriente en el Circuito
Problema:
Una fuente de voltaje de 12 V está conectada a un circuito en serie con tres resistencias: R1=2 Ω, R2=3 Ω, y R3=5 Ω. Calcula la corriente que fluye en el circuito.
Solución:
Primero, calcula la resistencia total del circuito:
Rtotal = R1 + R2 + R3 = 2Ω + 3Ω + 5Ω = 10Ω
Luego, usa la Ley de Ohm para calcular la corriente:
Ejercicio 4: Voltaje a través de cada Resistencia
Problema:
En el circuito anterior, calcula el voltaje a través de cada una de las resistencias R1=2 Ω, R2=3 Ω, y R3=5 Ω.
Solución:
Usa la Ley de Ohm para calcular el voltaje a través de cada resistencia:
V1 = I ⋅ R1 = 1.2A ⋅ 2Ω = 2.4V
V2 = I ⋅ R2 = 1.2A ⋅ 3Ω = 3.6V
V3 = I ⋅ R3 = 1.2A ⋅ 5Ω = 6V
Ejercicio 5: Potencia Disipada
Problema:
En el circuito anterior, calcula la potencia disipada en cada resistencia.
Solución:
Usa la fórmula de potencia:
Calcula la potencia disipada en cada resistencia:
La potencia total disipada en el circuito es la suma de las potencias disipada por cada resistencia:
Ptotal = P1 + P2 + P3 = 1.44 W + 2.16 W + 7.2 W=10.8 W
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