En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Qué pasa cuando las partes de un circuito comparten un solo camino?
Los circuitos reales tienen más de una parte. Cuando las partes se conectan una después de otra en un solo circuito cerrado, forman un circuito en serie. Al final de esta lección, deberías poder encontrar la resistencia total, la corriente y el voltaje a lo largo de cada parte de un circuito en serie.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Un solo camino
- Partes conectadas de extremo a extremo
- La carga tiene un solo camino
- Fluye por todas las partes
En un circuito en serie, las partes se conectan de extremo a extremo en un solo circuito cerrado. La carga que sale de la batería tiene un solo camino que seguir, así que debe pasar por todas las partes, una después de otra, antes de regresar a la batería.
La misma corriente en todas partes
- La misma corriente en cada punto
- La carga no se gasta
- I = I1 = I2
Como solo hay un camino, cada coulomb que sale de la batería pasa por todas las partes. La carga no se gasta en el camino, así que la corriente es la misma en todas partes de un circuito en serie. Un amperímetro colocado en cualquier punto del circuito da la misma lectura.
Los voltajes se suman
- Cada parte usa algo de voltaje
- Las caídas suman el voltaje de la batería
- V = V1 + V2 + …
La batería da a cada coulomb cierta cantidad de energía (12 J por coulomb en una batería de 12 V). Conforme la carga viaja por el circuito, va cediendo esa energía a las partes por las que pasa. Cuando regresa a la batería, ya la usó toda, así que las caídas de voltaje en las partes suman el voltaje de la batería. Esto es la conservación de la energía. El resistor más grande recibe la parte más grande: aquí el resistor de 8.0 Ω tiene una caída de 8.0 V y el resistor de 4.0 Ω tiene una caída de 4.0 V.
Resistencia total
- Las resistencias en serie se suman
- RT = R1 + R2 + …
- Más resistores, menos corriente
En serie, la carga tiene que abrirse paso por todos los resistores, uno después de otro, así que las resistencias simplemente se suman: RT = R1 + R2 + R3 + …. Tres resistores de 2.0 Ω, 3.0 Ω y 5.0 Ω actúan como un solo resistor de 10.0 Ω. Agregar otro resistor en serie siempre aumenta la resistencia total, lo que disminuye la corriente de la batería.
Un foco fundido, todos apagados
- Una ruptura en cualquier punto abre el circuito
- La corriente se detiene en todas partes
- Todos los focos se apagan
Cuando un foco se funde, su filamento se rompe y deja un hueco. En un circuito en serie, ese hueco abre el único circuito, así que la corriente se detiene en todas partes y todos los focos se apagan, incluso los que aún sirven. Las series de luces navideñas antiguas estaban conectadas así, y por eso un solo foco malo podía apagar toda la serie.
Resolución de circuitos en serie
- Trabaja del todo a las partes
- La misma I por todas las partes
- Comprueba: las caídas suman V
Para resolver un circuito en serie, empieza con todo el circuito y avanza hacia las partes. Primero suma las resistencias para obtener RT. Luego usa la ley de Ohm en todo el circuito, I = V/RT, para obtener la corriente, que es la misma en todas las partes. Después usa V = IR en cada resistor para obtener su caída de voltaje. Por último, comprueba que las caídas sumen el voltaje de la batería.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Resistencia total y corriente
Una batería de 12 V está conectada en serie con un resistor de 2.0 Ω y un resistor de 4.0 Ω. Encuentra la resistencia total y la corriente.
Mostrar la solución
- Resistencia total: RT = R1 + R2 = 2.0 Ω + 4.0 Ω = 6.0 Ω
- Ecuación de la corriente: I = V/RT
- Sustituye: I = 12 V / 6.0 Ω
- Respuesta: RT = 6.0 Ω e I = 2.0 A, la misma por los dos resistores
Ejemplo 2: Caídas de voltaje
Una batería de 18 V está en serie con R1 = 3.0 Ω y R2 = 6.0 Ω. Encuentra el voltaje a lo largo de cada resistor.
Mostrar la solución
- Resistencia total: RT = 3.0 Ω + 6.0 Ω = 9.0 Ω
- Corriente: I = V/RT = 18 V / 9.0 Ω = 2.0 A, la misma por los dos resistores
- Cada caída: V1 = IR1 = (2.0 A)(3.0 Ω) = 6.0 V, y V2 = IR2 = (2.0 A)(6.0 Ω) = 12 V
- Respuesta: V1 = 6.0 V y V2 = 12 V. Comprobación: 6.0 V + 12 V = 18 V.
Ejemplo 3: El resistor que falta
Una batería de 24 V empuja 1.5 A por dos resistores en serie. Uno de los resistores es de 4.0 Ω. ¿Cuánto vale el otro?
Mostrar la solución
- Datos: V = 24 V, I = 1.5 A, R1 = 4.0 Ω, R2 = ?
- Resistencia total: RT = V/I = 24 V / 1.5 A = 16 Ω
- Resta: RT = R1 + R2, así que R2 = RT − R1 = 16 Ω − 4.0 Ω
- Respuesta: R2 = 12 Ω
Ejemplo 4: Adición de un foco
Dos focos idénticos de 4.0 Ω están en serie con una batería de 12 V. Se agrega un tercer foco idéntico en serie. Encuentra la corriente antes y después. ¿Qué pasa con el brillo?
Mostrar la solución
- Antes: RT = 4.0 Ω + 4.0 Ω = 8.0 Ω, así que I = 12 V / 8.0 Ω = 1.5 A
- Después: RT = 4.0 Ω + 4.0 Ω + 4.0 Ω = 12 Ω, así que I = 12 V / 12 Ω = 1.0 A
- Potencia por foco: antes: P = I2R = (1.5 A)2(4.0 Ω) = 9.0 W. Después: P = (1.0 A)2(4.0 Ω) = 4.0 W.
- Respuesta: La corriente baja de 1.5 A a 1.0 A y todos los focos dan menos luz.
Práctica
Explica por qué la corriente es la misma en todas partes de un circuito en serie, luego encuentra la resistencia total, la corriente y las caídas de voltaje, y despeja los valores que faltan. Primero inténtalo por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas. Los PDF están en inglés.
- Hoja de práctica de Circuitos en serie (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas de la hoja de práctica de Circuitos en serie (PDF) (en inglés)
Practica con el Circuit Builder
Construye circuitos con baterías, cables, resistores, interruptores y focos, revísalos con un multímetro y descubre por qué los focos en serie y en paralelo brillan de forma tan distinta. La actividad interactiva está en inglés.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Un camino: la misma corriente en todas partes
- Las caídas de voltaje suman el voltaje de la batería
- RT = R1 + R2 + …
- Un foco fundido, todos apagados
De vuelta a la pregunta esencial: en un circuito en serie, las partes comparten un solo camino, así que la misma corriente fluye por todas las partes. Las caídas de voltaje suman el voltaje de la batería, las resistencias se suman para dar RT y, si una parte se rompe, todo se detiene. En la siguiente lección, daremos a las cargas más de un camino con los circuitos en paralelo.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia las siguientes expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS, por sus siglas en inglés):
- HS-PS3-1: Crear un modelo computacional para calcular el cambio en la energía de un componente de un sistema cuando se conocen el cambio en la energía de los demás componentes y los flujos de energía que entran y salen del sistema.
Ideas disciplinarias básicas: PS3.A Definiciones de energía; PS3.B Conservación de la energía y transferencia de energía