alt=|miniaturadeimagen|Un circuito de serie con una fuente de voltaje y 3 resistencias. Los componentes de un circuito eléctrico pueden contenerse de distintas maneras según el diseño y la función del sistema. Entre todas las configuraciones posibles, las dos más comunes y fundamentales son el circuito en serie y el circuito en paralelo.
Comprender la diferencia entre ambos circuitos es esencial para analizar el comportamiento de cualquier sistema eléctrico, desde los más simples hasta los más complejos.
En un circuito en serie, los componentes se conectan a lo largo de una única trayectoria continua, esto implica que la corriente eléctrica no tiene más que un camino para poder circular, por lo que el mismo valor de corriente recorre todos y cada uno de los componentes del circuito. En cambio, el voltaje total del circuito es igual a la suma de las caídas del voltaje individuales de cada elemento.
En un circuito paralelo, los componentes se conectan a través de múltiples trayectorias independientes entre sí, todas están unidas a los mismos dos puntos del circuito. La corriente se divide entre las distintas ramas, mientras que el voltaje aplicado a cada componente es idéntico al voltaje total de la fuente.
Elementos de un circuito eléctrico
Resistor: componente electrónico pasivo que limita la circulación de la corriente eléctrica, el valor de la resistencia de este componente esta dada por la longitud, área transversal y resistividad de un material. Capacitor: componente que almacena energía eléctrica, está compuesto por dos conductores separados por un aislante. Los capacitores almacenan carga cuando existe una diferencia de potencial entre sus conductores. Inductor: es un componente eléctrico pasivo que almacena energía a través de un campo magnético. centro|miniaturadeimagen|500x500px|Simbología elementos de un circuito
Circuito en serie
Los circuitos en serie a veces se denominan acoplados por corriente o acoplados en cadena. La corriente en un circuito en serie atraviesa todos los componentes del circuito. Por lo tanto, todos los componentes en una conexión en serie llevan la misma corriente. (Todos los receptores utilizan el mismo generador eléctrico).
La característica principal de un circuito en serie es que solo tiene una ruta en la que su corriente puede fluir. Abrir o romper un circuito en serie en cualquier punto hace que todo el circuito se "abra" o deje de funcionar.
Corriente En los circuitos en serie, la corriente es idéntica en todos los componentes del circuito. Al existir una única ruta, los electrones deben atravesar cada elemento de forma secuencial.
Voltaje El voltaje total es la suma de las caídas de tensión en cada componente. La energía se distribuye a lo largo de la ruta.
Resistencias La resistencia total es la suma directa de todas las resistencias individuales. El resultado siempre es mayor que cualquier resistencia por separado.
Esto es un esquema de varios resistors, fin conectado para acabar, con la misma cantidad de actual a través de cada.
La resistencia en serie permite que la conductancia eléctrica presente una cantidad recíproca de resistencia, es decir, la conductancia total de una serie de circuitos de resistencias puras, por lo tanto, se puede calcular a partir de la siguiente expresión:
Inductores Sin acoplamiento magnético, la inductancia total es la suma de las inductancias individuales. Con acoplamiento mutuo, se añaden o restan términos adicionales según la orientación de los campos.
Un esquema de varios inductors, fin conectado para acabar, con la misma cantidad de actual pasando por cada.|alt=
Sin embargo, en algunas situaciones, es difícil evitar que los inductores adyacentes se influyan entre sí, ya que el campo magnético de un dispositivo se acopla con los devanados de sus vecinos. Esta influencia está definida por la inductancia mutua M. Por ejemplo, si dos inductores están en serie, hay dos inductancias equivalentes posibles dependiendo de cómo los campos magnéticos de ambos inductores se influyen entre sí.
Cuando hay más de dos inductores, la inductancia mutua entre cada uno de ellos y la forma en que las bobinas se influyen entre sí complica el cálculo. Para un número mayor de bobinas, la inductancia combinada total se da por la suma de todas las inductancias mutuas entre las diversas bobinas, incluida la inductancia mutua de cada bobina dada consigo misma, que denominamos autoinducción o simplemente inductancia. Para tres bobinas, hay seis inductancias mutuas M12, M13, M23 y M21, M31 y M32 También están las tres autoinducciones de las tres bobinas: M1, M22 yM33.
Por lo tanto
Por reciprocidad = para que los dos últimos grupos se puedan combinar. Los tres primeros términos representan la suma de las autoinducciones de las distintas bobinas. La fórmula se extiende fácilmente a cualquier número de bobinas en serie con acoplamiento mutuo. El método se puede usar para encontrar la autoinducción de grandes bobinas de alambre de cualquier forma de sección transversal al calcular la suma de la inductancia mutua de cada vuelta de alambre en la bobina con cada otra vuelta ya que en tal bobina todas las vueltas son en serie.↵
Condensadores La capacitancia total es el recíproco de la suma de los recíprocos. El resultado siempre es menor que el condensador más pequeño de la cadena.
Un esquema de varios capacitors, fin conectado para acabar, con la misma cantidad de actual pasando por cada.
De este modo se afirma que el valor de la capacitancia equivalente de un circuito en serie siempre será menor a las capacitancias del circuito.
Interruptores Dos o más interruptores en serie forman un AND lógico; la corriente solo fluye si todos los interruptores están cerrados simultáneamente.
S1 + S2 + S3
Celdas y baterías Una batería es una colección de celdas electrolíticas. Si las celdas están conectadas en serie, el voltaje de la batería será la suma de los voltajes de las celdas.
Voltaje En un circuito en serie, el voltaje es la suma de todos los voltajes en los componentes.
El voltaje para capacitores en serie se puede obtener mediante la telacion carga/capacitancia, de forma que se puede expresar como:
Circuitos paralelos
Si dos o más componentes están conectados en paralelo, tendrán la misma diferencia de potencial (voltaje) en sus extremos, es decir las diferencias de potencial entre los componentes son iguales en magnitud y además tendrán polaridades idénticas. En este tipo de sistema la corriente eléctrica total es igual a la suma de las corrientes individuales debido a que la corriente se redistribuye a través de múltiples rutas para recorrer todo el sistema.
En un circuito paralelo complejo que no se puede reducir a una combinación simple de sus componentes la corriente será igual en cualquier parte del circuito esto de acuerdo con la ley actual de Kirchhoff.
Voltaje En un circuito paralelo, la tensión entre las terminales de cada uno de los elementos es la misma.
Corriente La corriente total será igual a la suma de las corrientes individuales, en una configuración en paralelo la corriente se divide en cada rama para pasar por cada componente. De acuerdo con la Ley de Kirchhoff cada componente del circuito recibe una fracción de corriente según su resistencia.
Resistencias La resistencia total del circuito paralelo se obtiene con la sumatoria de los recíprocos de las resistencias (Ri) . La resistencia equivalente puede expresarse como: , dada esta relación su valor siempre será menor que el valor de la resistencia más pequeña:
Un esquema de varios resistors, lado por lado, ambas ventajas de cada conectados a los mismos cables.
Para un circuito con solo dos resistencias, la expresión no recíproca es bastante simple, y también se conoce con el mnemotécnico «producto sobre suma».
Para N resistencias iguales en paralelo, la expresión de suma recíproca se simplifica a:
y por lo tanto se obtiene la expresión:
Para encontrar la corriente en un componente con resistencia Ri, se usa la ley de Ohm :
Los componentes dividen la corriente según sus resistencias recíprocas, por lo que, en el caso de dos resistencias
Un término antiguo para dispositivos conectados en paralelo es múltiple, como conexiones múltiples para lámparas de arco.
Dado que la conductancia eléctrica G es recíproca a la resistencia, la expresión para la conductancia total de un circuito paralelo de resistencias dice
Las relaciones para conductancia total y resistencia están en una relación complementaria: la expresión para una conexión en serie de resistencias es la misma que para la conexión paralela de conductancias, y viceversa.
Inductores En un circuito de inductores en paralelo la inductancia sigue la misma ley de recíprocos, la inductancia total de inductores no acoplados será igual a la suma de los recíprocos de sus inductancias individuales:
Un esquema de varios inductors, lado por lado, ambas ventajas de cada conectados a los mismos cables.
Si los inductores están situados en los campos magnéticos de cada uno, este enfoque no es válido debido a la inductancia mutua. Para el caso de inductancia mutua M el inductor equivalente es:
En el caso de que dos inductancias sean iguales, la inductancia total es:
El signo de M depende de cómo se influyen mutuamente los campos magnéticos . Para dos bobinas iguales acopladas estrechamente, la inductancia total es cercana a la de cada bobina individual . Si la polaridad de una bobina se invierte para que M sea negativa, entonces la inductancia paralela es casi cero o la combinación es casi no inductiva. Se asume que en el caso "estrechamente acoplado", M es casi igual a L. Sin embargo, si las inductancias no son iguales y las bobinas están estrechamente acopladas, puede haber condiciones cercanas al cortocircuito y altas corrientes de circulación para valores positivos y negativos de M, lo que puede causar problemas.
Más de tres inductores se vuelven más complejos y se debe considerar la inductancia mutua de cada inductor entre sí y su influencia sobre el otro. Para tres bobinas, hay tres inductancias mutuas M12, M13 y M23 Esto se maneja mejor mediante métodos matriciales y sumando los términos del inverso de la matriz L (3 por 3 en este caso).
Las ecuaciones pertinentes son de la forma:
Capacitores La capacitancia total de los capacitores en paralelo es igual a la suma de sus capacitancias individuales y por tanto la capacitancia total será mayor al valor de cualquiera de las capacitancias individuales del circuito:
Un esquema de varios capacitors, lado por lado, ambas ventajas de cada conectados a los mismos cables.
El voltaje de trabajo de una combinación paralela de capacitores siempre está limitado por el voltaje de trabajo más pequeño de un capacitor individual.
Interruptores Dos o más interruptores en paralelo forman un OR lógico; el circuito transporta corriente si al menos un interruptor está cerrado. Ver puerta OR.
Celdas y baterías Si las celdas de una batería están conectadas en paralelo, el voltaje de la batería será el mismo que el voltaje de la celda, pero la corriente suministrada por cada celda será una fracción de la corriente total. Por ejemplo, si una batería comprende cuatro celdas idénticas conectadas en paralelo y entrega una corriente de 1 amperio, la corriente suministrada por cada celda será de 0.25 amperios. Las baterías conectadas en paralelo fueron ampliamente utilizadas para alimentar los filamentos de las válvulas en radios portátiles. Las baterías recargables de ion de litio (especialmente las baterías de los portátiles) a menudo se conectan en paralelo para aumentar la clasificación de amperios / hora. Algunos sistemas solares eléctricos tienen baterías en paralelo para aumentar la capacidad de almacenamiento; una aproximación cercana de las amp-horas totales es la suma de todas las amp-horas de baterías en paralelo.
Cuadro comparativo