Circuitos
17 Mar, 2013
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PDFEn serie e en paralelo
PRESENTACIÓN: A montaxe permite conectar un conxunto de lámpadas similares en serie e en paralelo observando a diferente iluminación de acordo coa corrente que circula en cada caso.
- ‘‘Feeling’’ series and parallel resistances, Robert A. Morse, Phys. Teach. 31, 347 (1993)
INTRODUCIÓN: Nun circuíto en serie os receptores están instalados un a continuación doutro, de tal forma que a corrente (I) que atravesa o primeiro deles será a mesma que a que atravesa o último non así o seu potencial que irá caendo. En cambio, nun circuíto en paralelo cada receptor conectado á fonte de alimentación estao de forma independente ao resto polo que a súa corrente dividirase en función da oposición que presente cada rama (resistencias), con todo a caída de tensión é a mesma para cada un dos receptores, e igual á da fonte.
OBXECTIVO: Con circuítos sinxelos en serie e en paralelo comprobar as diferenzas entre os deseños e funcións destes.
MATERIAIS: pila 4.5 voltios, cableado, tesoiras, 3 lámpadas.
MONTAXE: En serie lévase un cable pelado polos dous extremos desde un polo da pila (+) ata un extremo dunha lámpada outro cable desde o outro extremos de está lámpada ata o extremo doutra e así coas 3 lámpadas ata que o último extremo únase co polo (-) da pila pechando o circuíto.
En paralelo uniremos a pila coas lámpadas pero partindo desde un mesmo punto, é dicir, pelamos o cable polos dous lados: un irá á pila e desde o outro sairán dúas ramas cada unha coa súa lámpada/s que morrerán noutro punto onde un cable pechará o circuíto uníndoo co polo (-) da pila.
EXPLICACIÓN: As lámpadas conectadas en paralelo brillan máis porque a resistencia que se opón ao paso da corrente é menor, a diferenza de potencial é igual en cada unha delas e a intensidade depende da resistencia de cada lámpada. En cambio as lámpadas conectadas en serie brillan menos porque a resistencia que se opón ao paso da corrente é maior, a intensidade é a mesma en todas as lámpadas e a diferenza de potencial depende da resistencia de cada unha delas.
CONCEPTOS: diferenza de potencial, asociacións de resistencias en serie e paralelo, circuítos en serie e paralelo, intensidade.
MÁIS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
ALUMNADO 2011-2012: Luis García, Mauro Vázquez, Miguel Vicente, Brais Vidal
ENLACE pdf ALUMNADO (en castelán) :
13 responses to "Circuitos"
Back in scohol, I’m doing so much learning.
Las bombillitas que se usan para adornar los árboles de Navidad están usualmente dispuestas en serie. Hace años cuando se fundía una de ellas el resto dejaban de funcionar y nos obligaban a buscar la estropeada para reemplazarla. Hoy en día esto no ocurre, a pesar de seguir siendo circuitos en serie, gracias al uso de shunt. Un shunt es una pequeña resistencia dispuesta en paralelo con el filamento de cada una de las bombillas, de forma que, si el filamento se rompe, la corriente es desviada a través de esta resistencia y las luces siguen funcionando.
Más información aquí y aquí.
En la naturaleza también encontramos circuitos en serie o estructuras que cumplen con la misma función. Este es el caso de la anguila eléctrica (Electrophorus electricus), pero ¿de dónde sacan la electricidad? El órgano de Hunter de las anguilas está formado por células especializadas (electrocitos) que funcionan como generadores y condensadores eléctricos, siendo capaces de producir un desequilibrio iónico en la membrana que genera una diferencia de tensión a ambos lados de la misma equivalente a 0,1 voltios. Los electrocitos de cada órgano están conectados entre sí en serie, formando una especie de batería eléctrica, que suma las tensiones de todos los electrocitos. La activación de este mecanismo se produce ante un estímulo externo que produce liberación de acetilcolina, una sustancia conductora y produce un bombeo positivo de iones sodio y potasio. El fundamento es el mismo que en un circuito en serie. Los electrones se moverán de zonas más cargadas a menos cargadas buscando un equilibro, cuando lo alcanzan finaliza la corriente eléctrica.
Una aplicación de las conexiones eléctricas en serie y en paralelo se da en el montaje de los paneles fotovoltaicos, tanto dentro de un mismo panel en la conexión de sus celdas como en la conexión entre diferentes paneles para conformar una instalación de generación de energía eléctrica a partir de la energía solar.
Dentro de un mismo panel, cada celda tiene un determinado voltaje y se conectan en serie tantas unidades como sea necesario hasta obtener el voltaje final del panel (es la suma del voltaje de todas las celdas de la serie, las cuales deben ser lo más iguales posibles entre ellas para evitar pérdidas de energía). Estos conjuntos de celdas conectadas en serie se interconectan entre ellos en paralelo, configuración que determinará la intensidad del panel. Dicha intensidad es igual a la intensidad de una de las celdas multiplicada por el número de ramas conectadas en paralelo.
Este mismo razonamiento es el que se aplica para la configuración de una instalación solar fotovoltaica. Por ello, se instalan tantos paneles en serie como se necesiten para conseguir la tensión de salida necesaria para el inversor y se instalarán tantas ramas en paralelo como sean necesarias para conseguir la intensidad requerida para la entrada del inversor.
Se puede ver algún ejemplo en relación a la conexión de los paneles en el siguiente enlace.
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Otra de las aplicaciones más prácticas de las conexiones en serie y en paralelo se da a la hora de conectar baterías, por lo que es muy importante tener claras las diferencias entre ambas conexiones.
Las baterías convencionales que suelen usar los coches y las embarcaciones de recreo son de 12 voltios de forma que tienen en su interior 6 elementos o celdas, cada uno de los cuales entrega 2 voltios, y al sumarse por estar en serie ofrecen los 12 voltios que se suelen necesitar. Por esta misma razón, si necesitáramos 24 voltios simplemente podemos utilizar 2 baterías de 12 voltios y conectarlas en serie.
Por otra parte, la capacidad de la batería está relacionada con la cantidad de superficie activa que tiene cada uno de los elementos y la cantidad de elemento activo que tiene cada placa. Si tenemos dos baterías de 12 voltios y las unimos en paralelo, (rojo con rojo y negro con negro) lo que hemos hecho es doblar la capacidad manteniendo los mismos 12 voltios de tensión. Por ejemplo dos baterías de 125 Ah y conectadas en paralelo serán totalmente equivalentes a una única batería de 250 Ah. Esto es lo que se puede hacer para arrancar un coche sin batería, conectarle otra cargada en paralelo que nos permita realizar el arranque.
En este enlace nos cuentan todo esto y mucho más sobre la instalación de las baterías aplicado al mundo de la náutica de recreo.
http://www.fondear.org/infonautic/Equipo_y_Usos/Electricidad_Energia/Instalar_baterias/Instalar%20Baterias.htm
Este experimento puede ser empleado en la materia de tecnología de la ESO para que los alumnos vean de una forma práctica y real el concepto de las cargas en serie o en paralelo de los circuitos eléctricos. Para completar este experimento sería interesante aportar información sobre como calcular la asociación de resistencias bien sean en serie como en paralelo, para conocer la resistencia equivalente a todas ellas, la corriente que circula por ellas, o la diferencia de potencial entre sus bornas. En este enlace se resumen los conceptos más importantes del cálculo de la asociación de resistencias en serie y en paralelo. A mayores, el concepto de la Ley de Ohm aparece claramente explicado en la página educativa de Espazo Abalar, en el siguiente enlace.
También puede ser útil ver el siguiente vídeo explicativo sobre el funcionamiento del simulador de PhET que se anuncia en el experimento.
Una experiencia divertida sería crear circuitos eléctricos utilizando plastilina como conductor con resistencia, una pila y LEDs como sugiere este documento, dónde propone experiencias sencillas a realizar por el alumnado: circuito abierto, circuito básico, cortocircuito, LEDs en serie, LEDs en paralelo, aumento de la resistencia con la longitud de la plastilina, comparación cualitativa de la resistencia de la plastilina en función de su diámetro. La plastilina conductora puede comprarse o elaborarse de forma casera como explican en este vídeo. Se trata de una experiencia práctica y manipulativa que combina conceptos básicos de electricidad con arte, al poder crearse circuitos muy creativos.
Es un experimento muy sencillo de hacer y con muy poco material, por lo tanto económico, y les permite utilizar las propias bombillas como interruptores, por lo tanto pueden cambiar de seria a paralelo y verificar que pasa en cada caso.
Me parece una forma muy sencilla y económica de enseñarle a los alumnos la instalación de cualquier luminaria, por ejemplo. Con el montaje en serie se muestra también como ya se ha mencionado en otros comentarios que si se funde una bombilla, las demás no funcionan y en estos casos la solución es un shunt.
Actividad que no debe faltar en la Educación Secundaria Obligatoria, ya sea en el bloque 3 de la materia de Física y Química de 3º o en el de la asignatura de Tecnología de 4º, puesto que además de presentar visualmente las diferencias entre los circuitos en serie y en paralelo, muestra también las componentes por las que están formados. Aunque esto último pueda parecer trivial, no lo es, ya que no hace mucho tiempo la única referencia de circuito eléctrico que tenía una buena parte del alumnado de este país era un mero dibujo como los que se muestran en la penúltima página de este proyecto.
En el instituto hicimos varios experimentos sobre esto.El otro día en clase del máster nos dieron una placa y varios materiales para construir y estuvimos colocando los leds en serie y en paralelo para ver cómo se iban encendiendo.
En este experimento, me gustaría comentar otra posibilidad para su realización; si bien estos materiales son baratos, fáciles de conseguir y deberían estar disponibles en cualquier centro educativo. Existen en internet multitud de ejemplos de circuitos realizados con papel de aluminio para sustituir los cables. Además así puede conseguirse que los alumnos reflexionen sobre como material que encuentran en su día a día son conductores de electricidad.