La corriente en un circuito eléctrico fluye a través de los conductores desde la fuente de tensión hasta la carga, es decir, lámparas, aparatos. En la mayoría de los casos, se utiliza hilo de cobre como conductor. Un circuito puede contener varios elementos con diferentes resistencias. En un circuito de dispositivos, los conductores pueden estar conectados en paralelo o en serie, y también puede haber tipos mixtos.
Elemento circuito con una resistencia se llama resistencia, la tensión de este elemento es la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia. La conexión eléctrica en paralelo y en serie de los conductores se caracteriza por el mismo principio de funcionamiento, según el cual la corriente fluye de más a menos y el potencial disminuye en consecuencia. En los diagramas de cableado la resistencia del cableado se toma como 0 porque es despreciable.
La conexión en paralelo implica que los elementos del circuito se conectan a la fuente en paralelo y se encienden simultáneamente. Una conexión en serie significa que los conductores de resistencia están conectados en estrecha sucesión entre sí.
El cálculo utiliza el método de idealización, lo que facilita la comprensión. De hecho, en los circuitos eléctricos, el potencial se reduce gradualmente a medida que se desplaza por el cableado y los elementos que están conectados en paralelo o en serie.
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Conexión de conductores en serie
Una conexión en serie significa que los conductores se conectan en un orden específico uno tras otro. Todos tienen el mismo amperaje. Estos elementos crean una tensión total en la zona. Las cargas no se acumulan en los nodos del circuito eléctrico, ya que de lo contrario se observaría un cambio en la tensión y la corriente. A una tensión constante, la corriente viene determinada por el valor de la resistencia del circuito, por lo que en un circuito en serie la resistencia cambia si cambia una carga.
La desventaja de este circuito es que si un elemento falla, los demás también pierden su capacidad de funcionamiento porque el circuito se rompe. Un ejemplo sería una guirnalda que no funciona si falla una bombilla. Esta es una diferencia clave con respecto a una conexión en paralelo, en la que los elementos pueden funcionar individualmente.
Un circuito en serie supone que, como los conductores están conectados en un solo nivel, su resistencia en cualquier punto de la red es igual. La resistencia total es igual a la suma de las tensiones decrecientes de los elementos individuales de la red.
Con este tipo de conexión, el principio de un conductor se conecta al final de otro. La característica principal de la conexión es que todos los conductores están en el mismo cable sin ramificaciones y por cada uno de ellos circula una corriente eléctrica. Sin embargo, la tensión total es igual a la suma de las tensiones de cada una. También es posible considerar la conexión desde otro punto de vista: todos los conductores se sustituyen por una resistencia equivalente y la corriente en esta resistencia es la misma que la corriente total que pasa por todas las resistencias. La tensión total equivalente es la suma de los valores de tensión a través de cada resistencia. Así es como se manifiesta la diferencia de potencial a través de la resistencia.
El uso de la conexión en serie es útil cuando se necesita encender y apagar un determinado dispositivo de forma específica. Por ejemplo, un timbre eléctrico sólo puede sonar cuando hay una conexión a una fuente de tensión y un botón. La primera regla establece que si no hay corriente en al menos un elemento del circuito, no habrá corriente en los demás. En consecuencia, si hay corriente en un conductor, también la hay en los demás. Otro ejemplo sería una linterna a pilas, que sólo brilla si hay una pila, una bombilla que funciona y un botón pulsado.
En algunos casos, un circuito en serie no es práctico. En un piso en el que el sistema de iluminación se compone de muchas lámparas, apliques, candelabros, no se debe organizar un circuito de este tipo, ya que no es necesario encender y apagar las luces de todas las habitaciones simultáneamente. Es mejor utilizar una conexión en paralelo para poder encender las luces de cada habitación.
Conexión en paralelo de los conductores
En un circuito paralelo, los conductores son un conjunto de de resistenciasuno de cuyos extremos se ensambla en un nodo y el otro termina en un segundo nodo. Se supone que la tensión en el tipo de conexión en paralelo es la misma en todas las secciones del circuito. Los tramos paralelos de un circuito eléctrico se denominan ramas y discurren entre dos nodos de conexión, llevan la misma tensión. Dicha tensión es igual al valor de cada conductor. La suma de los valores inversos a la resistencia de las ramas es también inversa a la resistencia de la sección individual del circuito en paralelo.
En el caso de las conexiones en paralelo y en serie, el sistema de cálculo de las resistencias de los distintos conductores es diferente. Con un circuito en paralelo, la corriente fluye a lo largo de las ramas, lo que aumenta la conductividad del circuito y reduce la resistencia total. Si se conectan en paralelo varias resistencias con valores similares, la resistencia total de dicho circuito será menor que la de una resistencia un número de veces superior al número de resistencias del circuito.
Hay una resistencia en cada rama, y la corriente eléctrica se divide y se desvía hacia cada resistencia cuando llega al punto de ramificación, siendo su valor final igual a la suma de las corrientes en todas las resistencias. Todas las resistencias se sustituyen por una única resistencia equivalente. Aplicando la ley de Ohm, el valor de la resistencia queda claro: en un circuito en paralelo, se suman los valores inversos de las resistencias.
En este circuito, el valor de la corriente es inversamente proporcional al valor de la resistencia. Las corrientes de las resistencias no están correlacionadas, por lo que si una resistencia se apaga, las otras no se verán afectadas de ninguna manera. Por ello, este circuito se utiliza en muchos dispositivos.
Al considerar la aplicación del circuito paralelo en el hogar, cabe mencionar el sistema de iluminación del piso. Todas las lámparas y candelabros deben estar conectados en paralelo, en este caso encender y apagar uno de ellos no tiene efecto en el funcionamiento de las otras lámparas. Así, al añadir un interruptor de cada bombilla en un circuito derivado, puede encender y apagar la luz respectiva según sea necesario. Todas las demás lámparas funcionan de forma independiente.
Todos los aparatos se conectan en paralelo a la red de 220 V y luego se conectan al cuadro eléctrico. En otras palabras, todos los aparatos se conectan independientemente de la conexión de otros aparatos.
Leyes de conexión en serie y en paralelo de los conductores
Para una comprensión práctica y detallada de ambos tipos de conexión, he aquí las fórmulas que explican las leyes de estos tipos de conexión. El cálculo de la potencia es diferente para la conexión en paralelo y en serie.
En una conexión en serie, hay la misma corriente en todos los conductores:
I = I1 = I2.
Según la ley de Ohm, estos tipos de conexión de conductores se explican de forma diferente en cada caso. Así, en el caso de un circuito en serie, las tensiones son iguales entre sí:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Además, la tensión total es igual a la suma de las tensiones de los conductores individuales:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
La resistencia total de un circuito eléctrico se calcula como la suma de las resistencias activas de todos los conductores, independientemente de su número.
En el caso de un circuito en paralelo, la tensión total del circuito es igual a las tensiones de los elementos individuales:
U1 = U2 = U.
Y la fuerza acumulada de la corriente eléctrica se calcula como la suma de las corrientes disponibles a través de todos los conductores dispuestos en paralelo:
I = I1 + I2.
Para maximizar la eficiencia de las redes eléctricas, es necesario comprender la naturaleza de ambos tipos de conexión y aplicarlos con sensatez, utilizando las leyes y calculando la racionalidad de la aplicación práctica.
Conexión mixta de conductores
Si es necesario, se puede combinar una conexión de resistencia en serie y en paralelo en un solo circuito eléctrico. Por ejemplo, es posible conectar resistencias en paralelo en serie con otra resistencia o grupo de resistencias, este tipo se considera combinado o mixto.
La resistencia total se calcula sumando los valores de la conexión en paralelo del sistema y los valores de la conexión en serie. Primero hay que calcular las resistencias equivalentes de las resistencias del circuito en serie y, a continuación, los elementos del circuito en paralelo. La conexión en serie se considera prioritaria, y los circuitos de este tipo combinado se utilizan a menudo en los aparatos y los electrodomésticos.
Así, observando los tipos de conexiones de los conductores en los circuitos eléctricos y basándose en las leyes de su funcionamiento, es posible comprender plenamente la organización de los circuitos de la mayoría de los aparatos domésticos. En las conexiones en paralelo y en serie, el cálculo de la resistencia y el amperaje es diferente. Conociendo los principios de cálculo y las fórmulas, podrá utilizar de forma competente cada tipo de organización de circuitos para conectar los elementos de forma óptima y con la máxima eficacia.
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