Voltaje en circuitos en serie y paralelo Guía

FísicaPrincipianteTiempo de lectura: 3 min

Resumen

El voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. La relación entre los voltajes individuales y el voltaje total difiere significativamente según el método de conexión. Este experimento utiliza voltímetros en tiempo real para ayudarte a explorar el efecto de división de voltaje en circuitos en serie y la característica de igualdad de voltaje en circuitos en paralelo.

Antecedentes

En 1845, el físico alemán Gustav Kirchhoff, a la edad de 21 años, formuló la famosa Ley de Voltaje de Kirchhoff (LVK): la suma algebraica de las subidas y caídas de voltaje en cualquier bucle cerrado es cero. Esta ley sentó las bases teóricas para la división de voltaje en circuitos en serie y la igualdad de voltaje en circuitos en paralelo. En la era de la telegrafía, los ingenieros utilizaron el principio del divisor de voltaje en serie para la transmisión de señales de larga distancia y la propiedad de igualdad de voltaje en paralelo para garantizar un voltaje estable en cada nodo. Hoy en día, estas leyes siguen siendo la piedra angular del diseño de circuitos electrónicos.

Conceptos clave

Voltaje Terminal

U

El voltaje a través de una fuente de alimentación o componente del circuito. En la simulación, el voltaje total se controla directamente mediante el deslizador de voltaje de la fuente de alimentación.

División de Voltaje

U_n \propto R_n

En un circuito en serie, el voltaje total se distribuye entre los resistores. Cuanto mayor es la resistencia, mayor es la parte del voltaje que recibe.

Voltaje Igual

U_1 = U_2 = U

En un circuito en paralelo, el voltaje a través de cada rama es igual y también es igual al voltaje total.

Fórmulas y derivación

Ley de Voltaje en Serie

U = U_1 + U_2

En un circuito en serie, el voltaje total es igual a la suma de los voltajes individuales. La energía disminuye paso a paso a medida que pasa a través de cada resistor.

Ley de Voltaje en Paralelo

U = U_1 = U_2

En un circuito en paralelo, el voltaje a través de cada rama es igual y es igual al voltaje de la fuente de alimentación.

Pasos del experimento

1
Configurar Circuito en Serie
Selecciona 'Circuito en Serie' en el panel. Inicialmente, ambos resistores son de $10\Omega$ . Puedes ajustar $R_2$ a $20\Omega$ u otro valor. Cierra el interruptor y observa las lecturas de los tres voltímetros $U$ , $U_1$ y $U_2$ . ¿Suman $U_1$ y $U_2$ igual a $U$ ?
2
Explorar Efecto de la Resistencia
En modo serie, intenta cambiar la resistencia de $R_1$ o $R_2$ . Encontrarás: la parte con mayor resistencia tiene una lectura de voltímetro ____? Esto muestra que los circuitos en serie distribuyen el voltaje en proporción a la resistencia.
3
Cambiar a Circuito en Paralelo
Cambia el circuito a 'Circuito en Paralelo'. Observa las lecturas del voltímetro a través de $R_1$ y $R_2$ . Incluso si los valores de resistencia de las dos ramas se establecen de manera diferente, ¿sus voltajes permanecen consistentes?
4
Cambiar Voltaje Total
Ajusta el deslizador de voltaje de la fuente de alimentación. Observa cómo cambia el voltaje a través de cada rama en el circuito en paralelo con el voltaje total. Piensa: ¿Cuál es la relación entre los voltajes de las ramas y el voltaje de la fuente de alimentación?

Resultados del aprendizaje

Entender la relación aditiva del voltaje total y los voltajes de los componentes en circuitos en serie
Dominar la característica física de que el voltaje a través de ramas paralelas es igual
Ser capaz de predecir valores de voltaje en serie basados en proporciones de resistencia
Aprender a usar voltímetros virtuales para medir la diferencia de potencial en circuitos

Aplicaciones reales

Circuitos Divisores de Voltaje: Los dispositivos electrónicos a menudo usan dos resistores en serie para obtener un voltaje de referencia más bajo
Tomas de Corriente Domésticas: Todos los electrodomésticos están conectados en paralelo a una fuente de alimentación de 220V (o 110V) para asegurar que cada uno reciba su voltaje nominal
Extensión de Rango del Voltímetro: Se conecta una resistencia grande en serie con el cabezal del medidor para permitirle medir voltajes más altos

Errores comunes

Error

En un circuito en serie, el voltaje a través de todos los resistores debería ser igual

Correcto

Incorrecto. El voltaje se divide por igual solo cuando los resistores en serie son iguales. Diferentes resistencias resultan en diferentes distribuciones de voltaje.

Error

En un circuito en paralelo, la rama con mayor resistencia tiene mayor voltaje

Correcto

Incorrecto. El voltaje a través de ramas paralelas es exactamente igual, independientemente de la resistencia. La resistencia solo afecta la corriente en esa rama.

Lectura adicional

¿Listo para empezar?

Ahora que entiendes lo básico, ¡comienza el experimento interactivo!

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