¿Qué significa conexión paralela? Conexión serie y paralelo. Circuitos con múltiples conductores.

A la hora de resolver problemas, se acostumbra transformar el circuito para que sea lo más sencillo posible. Para ello se utilizan transformaciones equivalentes. Equivalentes son aquellas transformaciones de una parte de un circuito eléctrico en las que las corrientes y tensiones en la parte no transformada permanecen sin cambios.

Hay cuatro tipos principales de conexiones de conductores: serie, paralelo, mixta y puente.

Conexión en serie

Conexión en serie- Se trata de una conexión en la que la intensidad de la corriente en todo el circuito es la misma. Un ejemplo sorprendente de conexión en serie es una vieja guirnalda de árbol de Navidad. Allí las bombillas están conectadas en serie, una tras otra. Ahora imagina que una bombilla se funde, el circuito se rompe y el resto de las bombillas se apagan. La falla de un elemento provoca el apagado de todos los demás; esta es una desventaja importante de una conexión en serie.

Cuando se conectan en serie, se suman las resistencias de los elementos.

Conexión paralela

Conexión paralela- se trata de una conexión en la que el voltaje en los extremos de la sección del circuito es el mismo. La conexión en paralelo es la más común, principalmente porque todos los elementos están bajo el mismo voltaje, la corriente se distribuye de manera diferente y cuando uno de los elementos sale, todos los demás siguen funcionando.

En una conexión en paralelo, la resistencia equivalente se encuentra como:

En el caso de dos resistencias conectadas en paralelo

En el caso de tres resistencias conectadas en paralelo:

Compuesto mixto

Compuesto mixto– una conexión, que es una colección de conexiones en serie y en paralelo. Para encontrar la resistencia equivalente, es necesario "colapsar" el circuito transformando alternativamente las secciones del circuito en paralelo y en serie.

Primero, encontremos la resistencia equivalente para la sección paralela del circuito y luego agreguemos la resistencia restante R 3 . Debe entenderse que después de la conversión, la resistencia equivalente R 1 R 2 y la resistencia R 3 se conectan en serie.

Entonces, eso deja la conexión de conductores más interesante y compleja.

Circuito puente

El diagrama de conexión del puente se muestra en la siguiente figura.

Para colapsar el circuito del puente, uno de los triángulos del puente se reemplaza por una estrella equivalente.

Y encuentre las resistencias R 1, R 2 y R 3.

Además, estos pueden ser no solo conductores, sino también condensadores. Aquí es importante no confundirse acerca de cómo se ve cada uno de ellos en el diagrama. Y sólo entonces aplicar fórmulas específicas. Por cierto, debes recordarlos de memoria.

¿Cómo se puede diferenciar entre estos dos compuestos?

Mire atentamente el diagrama. Si imagina los cables como una carretera, los automóviles que circulan por ella desempeñarán el papel de resistencias. En una carretera recta y sin bifurcaciones, los coches circulan uno tras otro, en cadena. La conexión en serie de conductores tiene el mismo aspecto. En este caso, la carretera puede tener un número ilimitado de curvas, pero ni una sola intersección. No importa cómo se tuerza la carretera (cables), las máquinas (resistencias) siempre estarán ubicadas una tras otra, en una cadena.

Es una cuestión completamente diferente si se considera una conexión en paralelo. Luego, las resistencias se pueden comparar con las de los atletas en la línea de salida. Cada uno sigue su propio camino, pero su dirección de movimiento es la misma y la línea de meta está en el mismo lugar. Lo mismo ocurre con las resistencias: cada una tiene su propio cable, pero todas están conectadas en algún punto.

Fórmulas para la fuerza actual.

Siempre se trata en el tema “Electricidad”. Las conexiones en paralelo y en serie tienen diferentes efectos sobre el valor de las resistencias. Para ellos se han derivado fórmulas que pueden recordarse. Pero basta con recordar el significado que se les da.

Por tanto, la corriente al conectar conductores en serie es siempre la misma. Es decir, en cada uno de ellos el valor actual no es diferente. Se puede establecer una analogía comparando un cable con una tubería. El agua siempre fluye por él de la misma manera. Y todos los obstáculos en su camino serán barridos con la misma fuerza. Lo mismo ocurre con la fuerza actual. Por lo tanto, la fórmula para la corriente total en un circuito con resistencias conectadas en serie se ve así:

Yo total = Yo 1 = Yo 2

Aquí la letra I denota la fuerza actual. Esta es una designación común, por lo que es necesario recordarla.

La corriente en una conexión en paralelo ya no será un valor constante. Usando la misma analogía con una tubería, resulta que el agua se dividirá en dos corrientes si la tubería principal tiene un ramal. El mismo fenómeno se observa con la corriente cuando aparece un cable bifurcado en su camino. Fórmula para la corriente total en:

Yo total = Yo 1 + Yo 2

Si la bifurcación se compone de más de dos cables, entonces en la fórmula anterior habrá más términos con el mismo número.

Fórmulas para voltaje

Cuando consideramos un circuito en el que los conductores están conectados en serie, el voltaje en toda la sección está determinado por la suma de estos valores en cada resistencia específica. Puedes comparar esta situación con las placas. Una persona puede sostener fácilmente uno de ellos; también puede tomar el segundo que está cerca, pero con dificultad. Una persona ya no podrá sostener tres platos uno al lado del otro; será necesaria la ayuda de una segunda persona. Etcétera. Los esfuerzos de la gente suman.

La fórmula para el voltaje total de una sección del circuito con una conexión en serie de conductores se ve así:

U total = U 1 + U 2, donde U es la designación adoptada para

Una situación diferente surge cuando se considera que cuando los platos están apilados uno encima del otro, aún pueden ser sostenidos por una sola persona. Por tanto, no es necesario doblar nada. La misma analogía se observa al conectar conductores en paralelo. El voltaje en cada uno de ellos es el mismo e igual al de todos a la vez. La fórmula para el voltaje total es:

U total = U 1 = U 2

Fórmulas para la resistencia eléctrica.

Ya no es necesario memorizarlos, sino conocer la fórmula de la ley de Ohm y derivar de ella la necesaria. De esta ley se deduce que el voltaje es igual al producto de la corriente y la resistencia. Es decir, U = I * R, donde R es la resistencia.

Entonces, la fórmula con la que necesitas trabajar depende de cómo estén conectados los conductores:

• secuencialmente, lo que significa que necesitamos igualdad para el voltaje - Yo total * R total = Yo 1 * R 1 + Yo 2 * R 2;
• Paralelamente, es necesario utilizar la fórmula para la intensidad actual. Utot / Rtot = U 1 / R 1 + U 2 / R 2 .

Lo que sigue son transformaciones simples, que se basan en que en la primera igualdad todas las corrientes tienen el mismo valor, y en la segunda, los voltajes son iguales. Esto significa que se pueden reducir. Es decir, se obtienen las siguientes expresiones:

1. R total = R 1 + R 2 (para conexión en serie de conductores).
2. 1 / R total = 1 / R 1 + 1 / R 2 (para conexión en paralelo).

A medida que aumenta la cantidad de resistencias conectadas a la red, la cantidad de términos en estas expresiones cambia.

Vale la pena señalar que las conexiones de conductores en paralelo y en serie tienen diferentes efectos sobre la resistencia total. El primero de ellos reduce la resistencia de la sección del circuito. Además, resulta ser más pequeño que la más pequeña de las resistencias utilizadas. Con una conexión en serie todo es lógico: los valores se suman, por lo que el número total siempre será el mayor.

Trabajo actual

Las tres cantidades anteriores constituyen las leyes de conexión en paralelo y disposición en serie de conductores en un circuito. Por tanto, es imperativo conocerlos. Sobre trabajo y potencia, sólo hay que recordar la fórmula básica. Está escrito así: A = I * U * t, donde A es el trabajo realizado por la corriente, t es el tiempo que pasa por el conductor.

Para determinar el trabajo general para una conexión en serie, es necesario reemplazar el voltaje en la expresión original. El resultado es la igualdad: A = I * (U 1 + U 2) * t, abriendo los paréntesis en los que resulta que el trabajo en todo el tramo es igual a su suma en cada consumidor actual específico.

El razonamiento es similar si se considera un esquema de conexión en paralelo. Sólo se debe reemplazar la potencia actual. Pero el resultado será el mismo: Un = Un 1 + Un 2.

poder actual

Al derivar la fórmula para la potencia (designación "P") de una sección del circuito, nuevamente es necesario usar una fórmula: P = U * I. Después de un razonamiento similar, resulta que las conexiones en paralelo y en serie se describen mediante la siguiente fórmula de potencia: P = P 1 + P 2.

Es decir, no importa cómo estén trazados los circuitos, la potencia total será la suma de los implicados en el trabajo. Esto explica el hecho de que no puedas conectar muchos dispositivos potentes a la red de tu apartamento al mismo tiempo. Ella simplemente no puede soportar tal carga.

¿Cómo afecta la conexión de conductores a la reparación de una guirnalda de Año Nuevo?

Inmediatamente después de que una de las bombillas se queme, quedará claro cómo estaban conectadas. Cuando se conectan en serie, ninguno de ellos se iluminará. Esto se explica por el hecho de que una lámpara que ha quedado inutilizable crea una rotura en el circuito. Por lo tanto, debe verificar todo para determinar cuál está quemado, reemplazarlo y la guirnalda comenzará a funcionar.

Si utiliza una conexión en paralelo, entonces no deja de funcionar si falla una de las bombillas. Después de todo, la cadena no se romperá por completo, sino solo una parte paralela. Para reparar dicha guirnalda, no es necesario verificar todos los elementos del circuito, solo aquellos que no se encienden.

¿Qué le sucede a un circuito si incluye capacitores en lugar de resistencias?

Cuando se conectan en serie, se observa la siguiente situación: las cargas de los polos positivos de la fuente de alimentación se suministran solo a las placas exteriores de los condensadores exteriores. Los que están entre ellos simplemente transfieren esta carga a lo largo de la cadena. Esto explica el hecho de que en todas las placas aparezcan cargas idénticas, pero con signos diferentes. Por tanto, la carga eléctrica de cada condensador conectado en serie se puede escribir de la siguiente manera:

q total = q 1 = q 2.

Para determinar el voltaje en cada capacitor, necesitarás conocer la fórmula: U = q/C. En él, C es la capacitancia del condensador.

El voltaje total obedece la misma ley que se aplica a las resistencias. Por lo tanto, reemplazando el voltaje con la suma en la fórmula de capacitancia, obtenemos que la capacitancia total de los dispositivos debe calcularse usando la fórmula:

C = q / (U 1 + U 2).

Puedes simplificar esta fórmula invirtiendo las fracciones y reemplazando la relación voltaje-carga con capacitancia. Obtenemos la siguiente igualdad: 1/C = 1/C1 + 1/C2.

La situación parece algo diferente cuando los condensadores están conectados en paralelo. Entonces la carga total está determinada por la suma de todas las cargas que se acumulan en las placas de todos los dispositivos. Y el valor del voltaje todavía se determina según las leyes generales. Por lo tanto, la fórmula para la capacitancia total de capacitores conectados en paralelo se ve así:

C = (q 1 + q 2) / U.

Es decir, este valor se calcula como la suma de cada uno de los dispositivos utilizados en la conexión:

C = C 1 + C 2.

¿Cómo determinar la resistencia total de una conexión arbitraria de conductores?

Es decir, aquel en el que los tramos sucesivos sustituyen a los paralelos, y viceversa. Todas las leyes descritas siguen siendo válidas para ellos. Sólo necesitas aplicarlos paso a paso.

Primero, debes desplegar mentalmente el diagrama. Si es difícil de imaginar, entonces debes dibujar lo que obtengas. La explicación quedará más clara si la consideramos con un ejemplo concreto (ver figura).

Es conveniente empezar a dibujarlo desde los puntos B y C. Deben colocarse a cierta distancia entre sí y de los bordes de la hoja. Un cable se acerca al punto B desde la izquierda y dos ya se dirigen hacia la derecha. El punto B, por el contrario, a la izquierda tiene dos ramas, y después hay un cable.

Ahora necesitas llenar el espacio entre estos puntos. A lo largo del cable superior debes colocar tres resistencias con coeficientes 2, 3 y 4, y la que tenga un índice igual a 5 irá debajo. Los primeros tres están conectados en serie. Son paralelos a la quinta resistencia.

Las dos resistencias restantes (la primera y la sexta) están conectadas en serie con la sección considerada del BV. Por lo tanto, el dibujo puede simplemente complementarse con dos rectángulos a cada lado de los puntos seleccionados. Queda por aplicar las fórmulas para calcular la resistencia:

• primero el indicado para la conexión serial;
• luego para paralelo;
• y nuevamente para mantener la coherencia.

De esta manera, puede implementar cualquier esquema, incluso el más complejo.

Problema en la conexión en serie de conductores.

Condición. Dos lámparas y una resistencia están conectadas en un circuito, una detrás de la otra. El voltaje total es 110 V y la corriente es 12 A. ¿Cuál es el valor de la resistencia si cada lámpara tiene una potencia nominal de 40 V?

Solución. Dado que se considera una conexión en serie, se conocen las fórmulas de sus leyes. Sólo necesitas aplicarlos correctamente. Comience por averiguar el voltaje a través de la resistencia. Para hacer esto, reste el voltaje de una lámpara dos veces del total. Resulta 30 V.

Ahora que conocemos dos cantidades, U e I (la segunda de ellas se da en la condición, ya que la corriente total es igual a la corriente en cada consumidor en serie), podemos calcular la resistencia de la resistencia usando la ley de Ohm. Resulta ser igual a 2,5 ohmios.

Respuesta. La resistencia de la resistencia es de 2,5 ohmios.

Problema paralelo y serial

Condición. Hay tres condensadores con capacidades de 20, 25 y 30 μF. Determine su capacitancia total cuando se conectan en serie y en paralelo.

Solución. Es más fácil comenzar. En esta situación, solo es necesario sumar los tres valores. Por tanto, la capacitancia total es igual a 75 µF.

Los cálculos serán algo más complicados cuando estos condensadores estén conectados en serie. Después de todo, primero debes encontrar la proporción de uno a cada uno de estos contenedores y luego sumarlos entre sí. Resulta que uno dividido por la capacidad total es igual a 37/300. Entonces el valor deseado es aproximadamente 8 µF.

Respuesta. La capacitancia total para una conexión en serie es de 8 µF, para una conexión en paralelo: 75 µF.

Por lo general, a todos les resulta difícil responder. Pero este enigma, cuando se aplica a la electricidad, se resuelve definitivamente.

La electricidad comienza con la ley de Ohm.

Y si consideramos el dilema en el contexto de conexiones en paralelo o en serie, considerando una conexión como una gallina y la otra como un huevo, entonces no hay ninguna duda.

Porque la ley de Ohm es el circuito eléctrico original. Y sólo puede ser coherente.

Sí, se les ocurrió una celda galvánica y no sabían qué hacer con ella, así que inmediatamente se les ocurrió otra bombilla. Y esto es lo que surgió de ello. Aquí, un voltaje de 1,5 V fluyó inmediatamente como corriente, en estricto cumplimiento de la ley de Ohm, a través de la bombilla hasta la parte posterior de la misma batería. Y dentro de la propia batería, bajo la influencia de la química de la hechicera, las cargas terminaron nuevamente en el punto original de su viaje. Y por tanto, donde el voltaje era de 1,5 voltios, sigue siendo así. Es decir, el voltaje es siempre el mismo y las cargas se mueven constantemente y pasan sucesivamente a través de la bombilla y la celda galvánica.

Y generalmente se dibuja en el diagrama así:

Según la ley de Ohm I=U/R

Entonces la resistencia de la bombilla (con la corriente y el voltaje que escribí) será

R= 1/U, DóndeR = 1 Ohm

Y el poder será liberado PAG = I * Ud. , es decir, P=2,25 Vm

En un circuito en serie, sobre todo con un ejemplo tan sencillo e innegable, queda claro que la corriente que lo recorre de principio a fin es la misma todo el tiempo. Y si ahora tomamos dos bombillas y nos aseguramos de que la corriente pase primero por una y luego por la otra, volverá a suceder lo mismo: la corriente será la misma tanto en la bombilla como en la otra. Aunque de diferente tamaño. La corriente ahora experimenta la resistencia de dos bombillas, pero cada una de ellas tiene la misma resistencia que antes y sigue siendo la misma, porque está determinada únicamente por las propiedades físicas de la propia bombilla. Calculamos nuevamente la nueva corriente usando la ley de Ohm.

Resultará igual a I=U/R+R, es decir 0,75A, exactamente la mitad de la corriente que había al principio.

En este caso, la corriente tiene que superar dos resistencias, se vuelve menor. Como se puede ver por el brillo de las bombillas, ahora están encendidas a máxima intensidad. Y la resistencia total de una cadena de dos bombillas será igual a la suma de sus resistencias. Conociendo la aritmética, en un caso particular se puede utilizar la acción de la multiplicación: si se conectan en serie N bombillas idénticas, entonces su resistencia total será igual a N multiplicado por R, donde R es la resistencia de una bombilla. La lógica es impecable.

Y continuaremos nuestros experimentos. Ahora hagamos algo similar a lo que hicimos con las bombillas, pero solo en el lado izquierdo del circuito: agreguemos otro elemento galvánico, exactamente igual que el primero. Como puede ver, ahora nuestro voltaje total se ha duplicado y la corriente ha vuelto a 1,5 A, lo que lo indican las bombillas, que se encienden nuevamente a plena potencia.

Concluimos:

• Cuando un circuito eléctrico se conecta en serie, las resistencias y voltajes de sus elementos se suman y la corriente en todos los elementos permanece sin cambios.

Es fácil comprobar que esta afirmación es cierta tanto para los componentes activos (celdas galvánicas) como para los pasivos (bombillas, resistencias).

Es decir, esto significa que el voltaje medido en una resistencia (se llama caída de voltaje) se puede sumar de manera segura con el voltaje medido en otra resistencia, y el total será el mismo 3 V. Y en cada una de las resistencias será igual a la mitad, entonces hay 1,5 V. Y esto es justo. Dos celdas galvánicas producen sus voltajes y dos bombillas los consumen. Porque en una fuente de voltaje la energía de los procesos químicos se convierte en electricidad, que toma la forma de voltaje, y en las bombillas la misma energía se convierte de eléctrica en calor y luz.

Volvamos al primer circuito, conectemos en él otra bombilla, pero de otra manera.

Ahora el voltaje en los puntos que conectan las dos ramas es el mismo que en el elemento galvánico: 1,5 V. Pero como la resistencia de ambas bombillas también es la misma, la corriente a través de cada una de ellas fluirá 1,5 A - "pleno corriente "brillante".

La celda galvánica ahora les suministra corriente al mismo tiempo, por lo que ambas corrientes salen de ella a la vez. Es decir, la corriente total de la fuente de voltaje será 1,5 A + 1,5 A = 3,0 A.

¿Cuál es la diferencia entre este circuito y el circuito en el que se conectaron las mismas bombillas en serie? Sólo en el brillo de las bombillas, es decir, sólo en la corriente.

Entonces la corriente era de 0,75 A, pero ahora es inmediatamente de 3 A.

Resulta que si lo comparamos con el circuito original, entonces al conectar las bombillas en serie (esquema 2), había más resistencia a la corriente (por eso disminuyó y las bombillas perdieron su luminosidad), y una conexión en paralelo tiene MENOS resistencia, aunque la resistencia de las bombillas se mantuvo sin cambios. ¿Qué pasa?

Pero el caso es que olvidamos una verdad interesante: que toda espada es un arma de doble filo.

Cuando decimos que una resistencia resiste la corriente, parecemos olvidar que todavía conduce corriente. Y ahora que las bombillas se han conectado en paralelo, ha aumentado su capacidad general para conducir corriente en lugar de resistirla. Bueno, y, en consecuencia, una cierta cantidad. GRAMO, por analogía con la resistencia R y debería llamarse conductividad. Y hay que resumirlo en una conexión en paralelo de conductores.

Bueno aqui esta ella

La ley de Ohm entonces será

I = Ud.* GRAMO&

Y en el caso de una conexión en paralelo, la corriente I será igual a U*(G+G) = 2*U*G, que es exactamente lo que observamos.

Reemplazo de elementos del circuito por un elemento equivalente común.

Los ingenieros a menudo necesitan reconocer corrientes y voltajes en todas las partes de los circuitos. Pero los circuitos eléctricos reales pueden ser bastante complejos y ramificados y pueden contener muchos elementos que consumen electricidad activamente y están conectados entre sí en combinaciones completamente diferentes. A esto se le llama cálculo de circuito eléctrico. Se hace al diseñar el suministro energético de casas, apartamentos y organizaciones. En este caso, es muy importante qué corrientes y voltajes actuarán en el circuito eléctrico, aunque solo sea para seleccionar las secciones de cable adecuadas, las cargas en toda la red o en sus partes, etc. Y creo que todo el mundo comprende lo complejos que son los circuitos electrónicos, que contienen miles o incluso millones de elementos.

Lo primero que se sugiere es utilizar el conocimiento de cómo se comportan las corrientes de voltaje en conexiones de red tan simples como en serie y en paralelo. Hacen esto: en lugar de una conexión en serie que se encuentra en la red de dos o más dispositivos de consumo activos (como nuestras bombillas), dibujan uno, pero de modo que su resistencia sea la misma que la de ambos. Entonces la imagen de corrientes y voltajes en el resto del circuito no cambiará. Lo mismo ocurre con las conexiones paralelas: en lugar de ellas, dibuja un elemento cuya CONDUCTIVIDAD sería la misma que ambas.

Ahora, si volvemos a dibujar el circuito, reemplazando las conexiones en serie y en paralelo con un elemento, obtendremos un circuito llamado "circuito equivalente equivalente".

Este procedimiento puede continuar hasta que nos quedemos con el más simple, con el que ilustramos la ley de Ohm al principio. Solo que en lugar de una bombilla habrá una resistencia, que se llama resistencia de carga equivalente.

Ésta es la primera tarea. Nos permite utilizar la ley de Ohm para calcular la corriente total en toda la red, o la corriente de carga total.

Este es un cálculo completo de la red eléctrica.

Ejemplos

Deje que el circuito contenga 9 resistencias activas. Podrían ser bombillas o algo más.

Se aplica un voltaje de 60 V a sus terminales de entrada.

Los valores de resistencia para todos los elementos son los siguientes:

Encuentre todas las corrientes y voltajes desconocidos.

Es necesario seguir el camino de buscar tramos de red en paralelo y en serie, calcular sus resistencias equivalentes y simplificar gradualmente el circuito. Vemos que R 3, R 9 y R 6 están conectados en serie. Entonces su resistencia equivalente R e 3, 6, 9 será igual a su suma R e 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ohm = 6 Ohm.

Ahora reemplazamos la pieza paralela de resistencia R 8 y R e 3, 6, 9, obteniendo R e 8, 3, 6, 9. Sólo al conectar conductores en paralelo será necesario añadir la conductividad.

La conductividad se mide en unidades llamadas siemens, el recíproco de los ohmios.

Si le damos la vuelta a la fracción, obtenemos la resistencia R e 8, 3, 6, 9 = 2 Ohm

Exactamente igual que en el primer caso, combinamos las resistencias R 2, R e 8, 3, 6, 9 y R 5, conectadas en serie, obteniendo R e 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1 + 2. + 1 = 4 ohmios.

Quedan dos pasos: obtener una resistencia equivalente a dos resistencias para la conexión en paralelo de los conductores R 7 y R e 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Es igual a R e 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ohm

En el último paso, sumamos todas las resistencias conectadas en serie R 1, R e 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 y R 4 y obtenemos una resistencia equivalente a la resistencia de todo el circuito R e e igual a la suma de estas tres resistencias

R e = R 1 + R e 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 ohmios

Bueno, recordemos en cuyo honor se nombró la unidad de resistencia que escribimos en la última de estas fórmulas, y usemos su ley para calcular la corriente total en todo el circuito I.

Ahora, avanzando en la dirección opuesta, hacia una complejidad cada vez mayor de la red, podemos obtener, según la ley de Ohm, corrientes y tensiones en todas las cadenas de nuestro circuito bastante simple.

Así es como se suelen calcular los esquemas de suministro de energía de los apartamentos, que constan de secciones en paralelo y en serie. Lo cual, por regla general, no es adecuado en electrónica, porque allí muchas cosas funcionan de manera diferente y todo es mucho más complicado. Y un circuito así, por ejemplo, cuando no se sabe si la conexión de los conductores es en paralelo o en serie, se calcula según las leyes de Kirchhoff.

Esta lección analiza la conexión en paralelo de conductores. Se muestra un diagrama de dicha conexión y se muestra una expresión para calcular la intensidad de la corriente en dicho circuito. También se introduce el concepto de resistencia equivalente y se encuentra su valor para el caso de una conexión en paralelo.

Existen diferentes tipos de conexiones de conductores. Pueden ser paralelos, secuenciales y mixtos. En esta lección veremos la conexión en paralelo de conductores y el concepto de resistencia equivalente.

Una conexión en paralelo de conductores es una conexión en la que los principios y extremos de los conductores están conectados entre sí. En el diagrama, dicha conexión se indica de la siguiente manera (Fig.1):

Arroz. 1. Conexión en paralelo de tres resistencias

La figura muestra tres resistencias (un dispositivo basado en la resistencia del conductor) con resistencias R1, R2, R3. Como puede ver, los comienzos de estos conductores están conectados en el punto A, los extremos en el punto B y están ubicados paralelos entre sí. Además, el circuito puede tener una mayor cantidad de conductores conectados en paralelo.

Ahora considere el siguiente diagrama (Fig.2):

Arroz. 2. Esquema para estudiar la intensidad de la corriente al conectar conductores en paralelo.

Tomamos dos lámparas (1a, 1b) como elementos del circuito. También tienen su propia resistencia, por lo que podemos considerarlos a la par de las resistencias. Estas dos lámparas están conectadas en paralelo; están conectadas en los puntos A y B. Cada lámpara tiene su propio amperímetro conectado: A 1 y A 2, respectivamente. También hay un amperímetro A 3, que mide la corriente en todo el circuito. El circuito también incluye una fuente de energía (3) y una llave (4).

Una vez cerrada la llave, controlaremos las lecturas de los amperímetros. El amperímetro A 1 mostrará una corriente igual a I 1 en la lámpara 1a, el amperímetro A 2 mostrará una corriente igual a I 2 en la lámpara 1b. En cuanto al amperímetro A 3, mostrará una intensidad de corriente igual a la suma de las corrientes en cada circuito individual conectado en paralelo: I = I 1 + I 2. Es decir, si sumamos las lecturas de los amperímetros A 1 y A 2, obtendremos las lecturas del amperímetro A 3.

Vale la pena señalar que si una de las lámparas se quema, la segunda seguirá funcionando. En este caso toda la corriente pasará por esta segunda lámpara. Es muy conveniente. Por ejemplo, los aparatos eléctricos de nuestros hogares están conectados en paralelo al circuito. Y si uno de ellos falla, el resto sigue funcionando.

Arroz. 3. Diagrama para encontrar resistencia equivalente en conexión en paralelo.

En el diagrama Fig. 3 dejamos un amperímetro (2), pero agregamos un voltímetro (5) al circuito eléctrico para medir el voltaje. Los puntos A y B son comunes tanto a la primera (1a) como a la segunda lámpara (1b), lo que significa que el voltímetro mide la tensión en cada una de estas lámparas (U 1 y U 2) y en todo el circuito (U). Entonces U = U 1 = U 2.

La resistencia equivalente es la resistencia que puede sustituir a todos los elementos incluidos en un circuito determinado. Veamos a qué será igual en una conexión paralela. De la ley de Ohm podemos obtener que:

En esta fórmula, R es la resistencia equivalente, R 1 y R 2 son la resistencia de cada bombilla, U = U 1 = U 2 es el voltaje que muestra el voltímetro (5). En este caso, utilizamos el hecho de que la suma de las corrientes en cada circuito individual es igual a la intensidad total de la corriente (I = I 1 + I 2). De aquí podemos obtener la fórmula de resistencia equivalente:

Si hay más elementos en el circuito conectados en paralelo, entonces habrá más términos. Luego tendrás que recordar cómo trabajar con fracciones simples.

Vale la pena señalar que con una conexión en paralelo la resistencia equivalente será bastante pequeña. En consecuencia, la fuerza actual será bastante grande. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de enchufar una gran cantidad de aparatos eléctricos. Después de todo, la intensidad de la corriente aumentará, lo que puede provocar un sobrecalentamiento de los cables e incendios.

En la próxima lección veremos otro tipo de conexión de conductores: en serie.

Referencias

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Tarea

1. Página 114-117: preguntas n° 1-6. Peryshkin A.V. Física 8. - M.: Avutarda, 2010.
2. ¿Se pueden conectar más de tres conductores en paralelo?
3. ¿Qué pasa si se funde una de las dos lámparas conectadas en paralelo?
4. Si se conecta otro conductor en paralelo a cualquier circuito, ¿siempre disminuirá su resistencia equivalente?

La corriente en el circuito fluye a través de los conductores hasta la carga desde la fuente. Muy a menudo, el cobre se utiliza como tales elementos. Un circuito puede tener varios receptores eléctricos. Sus resistencias varían. En un circuito eléctrico, los conductores se pueden conectar en paralelo o en serie. También los hay de tipo mixto. Se debe conocer la diferencia entre cada uno de ellos antes de elegir la estructura del circuito eléctrico.

Conductores y elementos de circuito.

La corriente fluye a través de conductores. Se sigue desde la fuente hasta la carga. En este caso, el conductor debe liberar electrones fácilmente.

Un conductor que tiene resistencia se llama resistencia. El voltaje de este elemento es la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia, que es consistente con la dirección del flujo de energía.

La conexión en serie y en paralelo de conductores se caracteriza por un principio general. La corriente fluye en el circuito desde más (se llama fuente) a menos, donde el potencial es cada vez menor. En los diagramas eléctricos, la resistencia de los cables se considera cero, ya que es insignificante.

Por tanto, a la hora de calcular una conexión en serie o en paralelo, se recurre a la idealización. Esto los hace más fáciles de aprender. En los circuitos reales, el potencial disminuye gradualmente a medida que se mueve a lo largo del cable y los elementos que tienen una conexión en paralelo o en serie.

Conexión en serie de conductores.

Si hay una combinación en serie de conductores, las resistencias se activan una tras otra. En esta posición, la intensidad actual en todos los elementos del circuito es la misma. Los conductores conectados en serie crean un voltaje en el área que es igual a su suma en todos los elementos.

Las cargas no tienen la posibilidad de acumularse en los nodos del circuito. Esto conduciría a un cambio en el voltaje y la corriente del campo eléctrico.

En presencia de voltaje constante, la corriente dependerá de la resistencia del circuito. Por lo tanto, con una conexión en serie, la resistencia cambiará debido a un cambio en una carga.

La conexión en serie de conductores tiene una desventaja. Si uno de los elementos del circuito se avería, se interrumpirá el funcionamiento de todos sus demás componentes. Por ejemplo, como en una guirnalda. Si una bombilla se funde, todo el producto no funcionará.

Si los conductores estuvieran conectados en serie en un circuito, su resistencia en cada punto será la misma. La resistencia en la suma de todos los elementos del circuito será igual a la suma de la reducción de voltaje en las secciones del circuito.

La experiencia puede confirmarlo. La conexión en serie de resistencias se calcula mediante instrumentos y verificación matemática. Por ejemplo, se toman tres resistencias constantes de magnitud conocida. Están conectados en serie y conectados a una fuente de alimentación de 60 V.

Después de esto, se calculan los indicadores esperados de los dispositivos si el circuito está cerrado. Según la ley de Ohm, en el circuito existe una corriente, lo que nos permitirá determinar la caída de tensión en todos sus tramos. Después de esto, se resumen los resultados obtenidos y se obtiene la cantidad total de reducción de resistencia en el circuito externo. La conexión en serie de resistencias se puede confirmar aproximadamente. Si no tomamos en cuenta la resistencia interna creada por la fuente de energía, la caída de voltaje será menor que la suma de las resistencias. Utilizando instrumentos se puede comprobar que la igualdad se mantiene aproximadamente.

Conexión en paralelo de conductores.

Cuando se conectan conductores en serie y paralelo en un circuito, se utilizan resistencias. Una conexión en paralelo de conductores es un sistema en el que algunos extremos de todas las resistencias convergen en un nodo común y el otro termina en otro nodo. En estos puntos del circuito convergen más de dos conductores.

Con esta conexión, se aplica el mismo voltaje a los elementos. Las secciones paralelas de una cadena se llaman ramas. Pasan entre dos nodos. Las conexiones en paralelo y en serie tienen sus propias propiedades.

Si hay ramas en el circuito eléctrico, entonces el voltaje en cada una de ellas será el mismo. Es igual al voltaje en la sección no ramificada. En este punto, la fuerza actual se calculará como la suma de la misma en cada rama.

Un valor igual a la suma de las inversas de las resistencias de las ramas será también la inversa de la resistencia del tramo de conexión en paralelo.

Conexión en paralelo de resistencias.

Las conexiones en paralelo y en serie se diferencian en el cálculo de la resistencia de sus elementos. Cuando se conecta en paralelo, la corriente se bifurca. Esto aumenta la conductividad del circuito (reduce la resistencia total), que será igual a la suma de las conductancias de las ramas.

Si se conectan en paralelo varias resistencias del mismo valor, entonces la resistencia total del circuito será menor que una resistencia tantas veces como estén incluidas en el circuito.

La conexión en serie y en paralelo de conductores tiene varias características. En una conexión en paralelo, la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Las corrientes en las resistencias no dependen unas de otras. Por tanto, apagar uno de ellos no afectará al funcionamiento de los demás. Por tanto, muchos aparatos eléctricos cuentan con este tipo de conexión de elementos del circuito.

Mezclado

Las conexiones de conductores en paralelo y en serie se pueden combinar en el mismo circuito. Por ejemplo, los elementos conectados en paralelo se pueden conectar en serie con otra resistencia o grupo de resistencias. Este es un compuesto mixto. La resistencia total de los circuitos se calcula sumando por separado los valores de la unidad conectada en paralelo y de la conexión en serie.

Además, primero se calculan las resistencias equivalentes de los elementos conectados en serie y luego se calcula la resistencia total de las secciones paralelas del circuito. La conexión serial en los cálculos tiene prioridad. Este tipo de circuitos eléctricos son bastante comunes en diversos dispositivos y equipos.

Una vez familiarizado con los tipos de conexiones de los elementos del circuito, podrá comprender el principio de organización de los circuitos de varios dispositivos eléctricos. Las conexiones en paralelo y en serie tienen una serie de características en el cálculo y operación de todo el sistema. Conociéndolos, podrás utilizar correctamente cada uno de los tipos presentados para conectar elementos de circuitos eléctricos.