Circuitos en serie
En los circuitos eléctricos conectados en serie sus elementos se conectan al final de uno con el principio del otro, como si de una cadena se tratase.
La principal característica de un circuito en serie es que solo hay una ruta para que circule la corriente. En estos circuitos la corriente eléctrica va en el sentido de las agujas del reloj.
La intensidad que circula por todo los elementos es la misma que sale desde el elemento generador.
It = I1 = I2 = I3
Sin embargo, para la obtención tanto de la tensión total del circuito como de la resistencia total debemos sumar el valor de todos los voltajes y resistencias.
Vt = V1+V2+V3
Rt = R1 + R2 + R3
Si alguno de los elementos conectados dejase de funcionar, el circuito se abriría y por tanto dejarían de funcionar todos los elementos.
Ejercicio de Circuitos en Serie
Es fundamental saber, que para tener un circuito resuelto por completo deberemos de tener el valor de todas las resistencias, voltajes e intensidades.
Es aconsejable comenzar calculando la resistencia total o equivalente del circuito, ambas formas válidas de nombrarla, ya que podemos sustituir todas las resistencias por una sola resistencia total. Veamos el siguiente ejemplo:
Lo primero que debemos hacer a la hora de resolver un ejercicio de circuitos en serie es simplificar el circuito lo máximo que podamos, para ello en esta ocasión vamos a obtener la resistencia equivalente o total:
Rt = R1 + R2 + R3 = 10 + 18 + 15 = 43 Ω
Quedando el circuito eléctrico en serie de forma simplificada de la siguiente forma:
El siguiente paso será obtener la intensidad total del circuito utilizando la Ley de Ohm:
It = Vt/Rt = 9/43 = 0,21 A, que al tratarse de un circuito en serie son todas las intensidades iguales:
It = I1 = I2 = I3 = 0,21 A
Únicamente nos faltaría utilizar nuevamente la Ley de Ohm, nuestro mejor amigo cuando se trata de resolver circuitos eléctricos, y obtener así los voltajes de cada resistencia:
V1 = I1 x R1 = 0,21 x 10 = 2,1 V
V2 = I2 x R2 = 0,21 x 18 = 3,78 V
V3 = I3 x R3 = 0,21 x 15 = 3,15 V
Es recomendable comprobar siempre los resultados y para ello podemos sumar todos los voltajes y ver que dan la misma tensión que la pila del enunciado:
Vt = V1 + V2 + V3 = 2,1 + 3,78 + 3,15 = 9,03 V, este 0,03V que difiere con respecto al enunciado es debido a que la intensidad sin redondear es de 0,20930… A, y por tanto es un error admisible.
Para tener un circuito eléctrico tanto en serie como en paralelo completamente resuelto deberemos tener los valores de los voltajes, intensidades y resistencias de todas las resistencias y también, los voltajes, intensidades y resistencias totales.
Podemos encontrar ejercicios que nos soliciten calcular las potencias del circuito o de cada resistencia, para ello tenemos esta fórmula:
P = V x I
Pt = Vt x It = 9 x 0,21 = 1,89 W
P1 = V1 x I1 = 2,1 x 0,21 = 0,44 W
P2 = V2 x I2 = 3,78 x 0,21 = 0,79 W
P3 = V3 x I3 = 3,15 x 0,21 = 0,66 W
Al igual que con los voltajes, podemos ver cómo las potencias de todas las resistencias suman lo mismo que la potencia total (obviando errores admisibles provocados por el redondeo) tanto para circuitos en serie como en paralelo
Circuitos en Paralelo
En los circuitos eléctricos en paralelo todos los elementos tienen conectadas sus entradas a un mismo punto y sus salidas a otro punto del circuito.
A diferencia de los circuitos en serie, en los circuitos en paralelo la corriente eléctrica tiene muchos caminos, sin embargo, únicamente tendremos un voltaje en todos los componentes.
Tal y como hemos comentado en el párrafo anterior, todos los elementos de los circuitos eléctricos conectados en paralelo tienen el mismo voltaje.
Vt=V1=V2=V3
Sin embargo, en este tipo de circuito eléctrico la intensidad que circula por cada elemento es diferente, para obtener la intensidad total del circuito deberemos sumar la intensidad de cada elemento.
It = I1 + I2 + I3
El cálculo total o equivalente de los elementos de un circuito conectados en paralelo se calculará mediante la siguiente fórmula:
Rt = 1/ (1/R1 + 1/R2 + 1/R3)
En este caso, si uno de los elementos se estropea y deja de funcionar el circuito continuará funcionando con normalidad a excepción de este elemento, no como en los circuitos conectados en serie.
Ejercicios de Circuitos en Paralelo
Otra forma de calcular los circuitos, preferible para circuitos en paralelo ya que nos ahorramos calcular el valor de la resistencia total / equivalente y su fórmula.
Inicialmente conocemos que los voltajes de todas las resistencias son iguales, por tanto sabemos que:
Vt = V1 = V2 = V3 = 9 V
Una vez tenemos la tensión de cada resistencia, y sabiendo el valor de cada resistencia, por la ley de ohm obtenemos las intensidades que circulan por cada resistencia (Ley de Ohm —-> I = V/R)
I1 = V1/R1 = 9/10 = 0,9 A
I2 = V2/R2 = 9/18 = 0,5 A
I3 = V3/R3 = 9/15 = 0,6 A
De esta forma obtenemos que la intensidad total del circuito es de:
It = I1 + I2 + I3 = 0,9 + 0,5 + 0,6 = 2 A
Con este sencillo cálculo hemos resuelto un circuito eléctrico en paralelo.
Para la obtención de las potencias y energías lo haremos igual que hicimos en el circuito en serie.