Circuits
17 Mar, 2013
Print 
PDFIn series and in parallel
PRESENTATION: This setup makes it possible to connect a set of similar lamps in series or in parallel observing the different illumination according to the current that circulates in each case.
- ‘‘Feeling’’ series and parallel resistances, Robert A. Morse, Phys. Teach. 31, 347 (1993)
INTRODUCTION: In a circuit in series the receptors are installed one after the other, in such a way that the current (I) which goes through the first of them will be the same as that which goes through the last, not so its potential, which will drop progressively. However, in a circuit in parallel each receptor connected to the power supply will be connected independently from the rest and so its current will be divided depending on the opposition presented by each branch (resistances). However, the fall of tension is the same for each one of the receptors, and equal to that of the supply.
OBJECTIVE: To check the differences in the designs and functions of simple circuits in series and in parallel.
MATERIALS: 4.5 volts battery, wiring, scissors, 3 light bulbs.
SET UP: In series: a peeled wire at both ends is taken from a battery pole (+) to the end of a light bulb. Another cable from the other end of this light bulb to the end of the other and so with the 3 light bulbs until the last end is attached to the pole (-) of the battery closing the circuit.
In parallel: this time we will connect the battery with the light bulbs, but starting from the same point, that is, we peel the wire at both ends: one will go to the battery and the other will be split in two branches, each one with its light bulb(s) which will end at another point where a cable will close the circuit connecting it with the (-) pole of the battery.
EXPLANATION: The light bulbs connected in parallel will shine more because the resistance that opposes the flow of current is less, the difference of potential is the same in each of them and the intensity depends on the resistance of each light bulb. However, the light bulbs connected in series shine less because the resistance which opposes the current flow is higher, the intensity is the same in all the bulbs and the difference in potential depends on the resistance of each of them.
CONCEPTS: electric potential, associations of resistances in series and in parallel, circuits in series and in parallel, intensity.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- 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.
STUDENTS 2011-2012: Luis García, Mauro Vázquez, Miguel Vicente, Brais Vidal
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
13 responses to "Circuits"
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.
Valuable information. Lucky me I found your web site accidentally, and I am surprised why this twist of fate didn’t came about in advance! I bookmarked it.
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.