Circuitos en Serie

 

 

Si se conectan varios componentes eléctricos, tales como resistencias, de manera que la corriente que circule por todos ellos sea la misma, se dice que los componentes constituyen un circuito serie.

La corriente de intensidad I origina una diferencia de potencial entre los terminales de cada resistencia viniendo dada aquélla por la ley de Ohm. Es decir:

V1 = R1 I                                            V2 = R2 I                                                V3 = R3 I

Es evidente que la suma de estas tensiones es igual a la FEM de la batería o sea:

V = V1 + V2  + V3

Así por lo tanto :

V = IR1 + IR2 + IR3 = I (R1 + R2 + R3)

Así pues, la intensidad de la corriente que circula por un circuito serie es:

I = V / (R1 + R2 + R3 ) = V / Req

Evidentemente, la resistencia equivalente de un número cualquiera de resistencias conectadas en serie es igual a la suma de las distintas resistencias. Por lo que se refiere a la intensidad, el circuito de la figura adjunta que contiene la resistencia única Req  es equivalente al del primer circuito  que tiene tres resistencias.

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Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son esenciales para el análisis de circuitos, sin importar lo complejo o lo moderno de sus elementos es su diseño. De hecho, estas leyes son la base para el análisis, incluso de los circuitos más complejos, tales como los circuitos relacionados con transistores, amplificadores operacionales, circuitos integrados con cientos de elementos.

-Kirchhoff Ley de Voltajes:

La suma de las tensiones en torno a una trayectoria en bucle cerrado  es 0:

El circuito debe estar cerrado, pero los conductores no se deben cerrar.

Para aplicar la ley a un circuito, primero asumir una dirección de la corriente en cada rama del circuito. A continuación, asignar la polaridad correcta del elemento en la dirección de la corriente. (Cuando la corriente presunta entra en un elemento pasivo, un signo más se muestra, y donde las salidas de los elementos actuales de la supuesta muestra un menor.) La polaridad de la tensión a través de una fuente de tensión y la dirección de la corriente a través de una fuente de corriente debe mantenerse siempre tal como se da. Ahora desde cualquier punto del circuito (por ejemplo, el nodo de la figura) y la dirección del bucle en la dirección de las agujas del reloj o en sentido contrario a la misma, forman la suma de los voltajes a través de cada elemento y asignar a cada señal de voltaje de encuentro algebraica primera en cada elemento del bucle. Para calcular el resultado sería:

- V1 – V2 + V3 + … – Vn= 0

-Kirchhoff Ley Corrientes:

La suma de las corrientes que fluyen en una superficie cerrada o nodo es 0. Con referencia a la figura:

Tenga en cuenta que las corrientes que salen de un nodo o una superficie se le asigna un valor negativo.

Es importante destacar que, al analizar un circuito, se supone arbitrariamente direcciones actuales y el esquema de direcciones se indican con flechas.

Si el resultado se calcula para una corriente negativa, la corriente fluye realmente en la dirección opuesta. Además, las caídas de tensión alegados deben ser coherentes con las direcciones actuales se supone. Si un voltaje negativo se calcula, su polaridad es opuesta a la mostrada.

I1 + I2 – I3 = 0

Ley de Joule

Para poder comprender con facilidad la Ley de Joule, antes debemos entender el concepto de Resistencias Eléctricas.

Una resistencia es el componente físico que transforma la energía eléctrica en energía calorífica, esto debido al choque de electrones generado por el material conductor de dicha resistencia, generando así energía calorífica.

Resistencias Electricas (Para mas detalle de RESISTENCIAS)

Con la ley de Joule podemos determinar la cantidad de energía (eléctrica) disipada en forma de calor debido a las colisiones atómicas ya mencionadas. Esta cantidad de calor depende de la intensidad de corriente que circule por la resistencia y por el tiempo que este conectada.

Resistencias Electricas

Una resistencia es un elemento de disipación que convierte energía eléctrica en calor. La ley de Ohm define la relación voltaje- corriente característica de una resistencia ideal:

V = IR

La unidad de resistencia es el ohm (Ω). La resistencia es una propiedad del material cuyo valor es la pendiente de la curva voltaje-corriente de la resistencia. En una resistencia ideal, la relación voltaje-corriente es lineal y la resistencia es constante. Sin embargo, las resistencias reales por lo general no son lineales debido a los efectos de la temperatura. Conforme aumenta la corriente aumenta la temperatura, lo que resulta en mayor resistencia. Además, una resistencia real tiene una capacidad  limitada de disipación de potencia que se designa en watts, y puede fallar después de que se alcanza este límite.

Si el material de una resistencia es homogéneo y tiene un área transversal constante, como el cilindro , entonces la resistencia está dada por:

R = r L/A

donde r es la resistividad o resistencia específica del material; L es la longitud del alambre, y A es el área transversal.

Las resistencias que se usan al ensamblar circuitos están empacadas en varias formas, incluidos componentes axiales, componentes de montaje superficial, el encapsulado en línea (DIP) y el encapsulado simple en línea (SIP), que contienen múltiples resistencias en un paquete que encaja convenientemente en tarjetas de circuito impreso.

El valor y la tolerancia de una resistencia axial usualmente se codifica con cuatro bandas de color (a, b, c, tol):

El valor y la tolerancia (tol) de una resistencia se expresa como :

R = ab  X  10c +/- tolerancia (%)

Donde la banda a representa decenas, la banda b representa unidades, la banda c representa la potencia de 10 y la banda rol representa la tolerancia o incertidumbre como porcentaje de valor de resistencia codificado. El conjunto de valores  estándar para los primeros dos dígitos son 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82 y 91. Con frecuencia, los valores de resistencia están en el rango de kΩ y en ocasiones la unidad se abrevia como k en lugar de kΩ. Por ejemplo, 10k junto a una resistencia en un esquema eléctrico implica 10 kΩ.

Las resistencias más comunes que se usan en circuitos electrónicos ordinarios son de carbono o película metálica de 1/4 de watt y 5 % de tolerancia. Los valores de resistencia de este tipo varían en valor entre 1 Ω y 24 Ω. También están disponibles resistencias con clasificaciones de mayor potencia. La clasificación 1/4 de watt significa que la resistencia puede fallar si se le  requiere disipar más potencia que ésta.

Las resistencias de precisión de película metálica tienen incertidumbres de 1% o menos y están disponibles en un amplio rango de valores en comparación con las de tolerancia más baja. Por lo general tienen un código numérico de cuatro dígitos impreso directamente en el cuerpo de la resistencia. Los tres primeros dígitos denotan el valor de la resistencia y el último dígito indica la potencia de 10 por la cual multiplicar.

Aclarando el tema del efecto de los electrones en las resistencias:

La conductividad de un metal puro y libre de defectos está determinada por la estructura electrónica de los átomos. Pero podemos modificar la conductividad al cambiar la movilidad de los portadores.

Efecto de la temperatura: Cuando se incrementa la temperatura de un metal, la energía térmica hace que los átomos vibren. En cualquier instante, el átomo puede no estar en su posición de equilibrio, y por ello interactuará y dispersará los electrones, Se reducirán la trayectoria media libre y la movilidad de los electrones , y aumentará la resistividad. En cambio la resistividad de un metal puro como función de la temperatura puede estimarse a partir de la ecuación:

r = r _RT ( 1 + a _R ∆T)