¿En qué se diferencia un circuito paralelo de un circuito en serie?

Los circuitos eléctricos que se utilizan en los aparatos electrónicos y electrodomésticos cotidianos pueden parecer confusos. Pero comprender los principios fundamentales de la electricidad y el magnetismo que los hacen funcionar puede permitirle comprender en qué se diferencian los diferentes circuitos entre sí.

Para comenzar a explicar la diferencia entre las conexiones en serie y en paralelo en los circuitos, primero debe comprender en qué se diferencian los circuitos en paralelo y en serie.Circuitos paralelosutilice ramas que tengan diferentes elementos de circuito, ya sean resistencias, inductores, condensadores u otros elementos eléctricos, entre ellos.

​Circuitos en serie, por el contrario, organice todos sus elementos en un solo bucle cerrado. Esto significa queActual, el flujo de carga en un circuito, yVoltaje, la fuerza electromotriz que hace que fluya la corriente, las mediciones entre los circuitos en paralelo y en serie también difieren.

Los circuitos en paralelo se utilizan generalmente en escenarios en los que varios dispositivos dependen de una sola fuente de alimentación. Esto asegura que puedan comportarse independientemente unos de otros para que, si uno dejara de funcionar, los demás seguirían trabajando. Las luces que usan muchas bombillas pueden usar cada bombilla en paralelo entre sí para que cada una pueda encenderse independientemente una de la otra. Los enchufes eléctricos en los hogares generalmente usan un solo circuito para manejar diferentes dispositivos.

Aunque los circuitos en paralelo y en serie difieren entre sí, puede utilizar los mismos principios de la electricidad para examinar su corriente, voltaje yresistencia, la capacidad de un elemento de circuito para oponerse al flujo de carga.

Para ejemplos de circuitos en paralelo y en serie, puede seguirLas dos reglas de Kirchhoff. La primera es que, tanto en un circuito en serie como en uno paralelo, puede establecer la suma de las caídas de voltaje en todos los elementos en un circuito cerrado igual a cero. La segunda regla es que también puede tomar cualquier nodo o punto en un circuito y establecer las sumas de la corriente que ingresa a ese punto igual a la suma de la corriente que sale de ese punto.

En los circuitos en serie, la corriente es constante en todo el circuito, por lo que puede medir la corriente de un solo componente en un circuito en serie para determinar la corriente de todos los elementos del circuito. En circuitos paralelos, las caídas de voltaje en cada rama son constantes.

En ambos casos, usaLey de Ohm​ ​V = IRpara voltajeV(en voltios), corrienteI(en amperios o amperios) y resistenciaR(en ohmios) para cada componente o para todo el circuito. Si supiera, por ejemplo, la corriente en un circuito en serie, podría calcular el voltaje sumando las resistencias y multiplicando la corriente por la resistencia total.

​Resumiendo resistenciasvaría entre ejemplos de circuitos en paralelo y en serie. Si tiene un circuito en serie con diferentes resistencias, puede sumar las resistencias agregando cada valor de resistencia para obtener elresistencia total, dado por la ecuación

para cada resistencia.

En circuitos paralelos, la resistencia a través de cada rama se suma alinversa de la resistencia totalagregando sus inversas. En otras palabras, la resistencia de un circuito en paralelo viene dada por

para cada resistencia en paralelo para representar la diferencia entre la combinación de resistencias en serie y en paralelo.

Estas diferencias en la suma de resistencias dependen de las propiedades intrínsecas de la resistencia. La resistencia representa la oposición del elemento del circuito al flujo de carga. Si la carga fluyera en un circuito cerrado de un circuito en serie, solo hay una dirección para que fluya la corriente, y este flujo no se divide ni se resume en cambios en las rutas para que fluya la corriente.

Esto significa que, a través de cada resistencia, el flujo de carga permanece constante y el voltaje, cuánto potencial de La carga está disponible en cada punto, difiere porque cada resistencia agrega más y más resistencia a esta ruta de la Actual.

Por otro lado, si la corriente de una fuente de voltaje, como una batería, tuviera múltiples caminos para tomar, se dividiría como es el caso en un circuito paralelo. Pero, como se indicó anteriormente, la cantidad de corriente que ingresa a un punto dado debe ser igual a la cantidad de corriente que sale.

Siguiendo esta regla, si la corriente se ramificara en diferentes caminos desde un punto fijo, debería ser igual a la corriente que vuelve a entrar en un solo punto al final de cada rama. Si las resistencias en cada rama difieren, entonces la oposición a cada cantidad de corriente difiere, y esto daría lugar a diferencias en las caídas de voltaje a través de las ramas del circuito en paralelo.

Finalmente, algunos circuitos tienen elementos tanto en paralelo como en serie. Al analizar estoshíbridos en serie-paralelos, debe tratar el circuito como en serie o en paralelo dependiendo de cómo estén conectados. Esto le permite volver a dibujar el circuito general utilizando circuitos equivalentes, uno de los componentes en serie y el otro en paralelo. Luego use las reglas de Kirchhoff tanto en el circuito en serie como en el paralelo.

Usando las reglas de Kirchhoff y la naturaleza de los circuitos eléctricos, puede idear un método general para abordar todos los circuitos, independientemente de si están en serie o en paralelo. Primero, rotule cada punto en el diagrama del circuito con las letras A, B, C,... para facilitar la indicación de cada punto.

Ubique las uniones, donde se conectan tres o más cables, y etiquételas usando las corrientes que entran y salen de ellas. Determine los bucles en los circuitos y escriba ecuaciones que describan cómo los voltajes suman cero en cada bucle cerrado.

Los ejemplos de circuitos en paralelo y en serie también difieren en otros elementos eléctricos. Además de la corriente, la tensión y la resistencia, existen condensadores, inductores y otros elementos que varían en función de si están en paralelo o en serie. Las diferencias entre los tipos de circuito también dependen de si la fuente de voltaje utiliza corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).

Los circuitos de CC permiten que la corriente fluya en una sola dirección, mientras que los circuitos de CA alternan la corriente entre las direcciones de avance y retroceso a intervalos regulares y toman la forma de una onda sinusoidal. Los ejemplos hasta ahora han sido circuitos de CC, pero esta sección se centra en los de CA.

En los circuitos de CA, los científicos e ingenieros se refieren a la resistencia cambiante comoimpedancia, y esto puede explicarcondensadores, elementos de circuito que almacenan carga a lo largo del tiempo, yinductores, elementos de circuito que producen un campo magnético en respuesta a la corriente en el circuito. En los circuitos de CA, la impedancia fluctúa con el tiempo de acuerdo con la entrada de energía de CA, mientras que la resistencia total es el total de los elementos de resistencia, que permanece constante en el tiempo. Esto hace que la resistencia y la impedancia sean diferentes.

Los circuitos de CA también describen si la dirección de la corriente está en fase entre los elementos del circuito. Si dos elementos sonen fase, entonces la onda de las corrientes de los elementos está sincronizada entre sí. Estas formas de onda te permiten calcularlongitud de onda, la distancia de un ciclo de onda completo,frecuencia, el número de ondas que pasan sobre un punto dado cada segundo, yamplitud, la altura de una ola, para circuitos de CA.

Mide la impedancia de un circuito de CA en serie usando

Para elimpedancia del condensador​ ​X_Cyimpedancia del inductor​ ​X​_L porque las impedancias, tratadas como resistencias, se suman linealmente como es el caso de los circuitos de CC.

La razón por la que usa la diferencia entre las impedancias del inductor y el condensador en lugar de su suma es porque estas dos elementos del circuito fluctúan en la cantidad de corriente y voltaje que tienen a lo largo del tiempo debido a las fluctuaciones del voltaje de CA fuente.

Estos circuitos sonCircuitos RLCsi contienen una resistencia (R), un inductor (L) y un condensador (C). Los circuitos RLC paralelos suman las resistencias como

de la misma manera que las resistencias en paralelo se suman usando sus inversas, y este valor1 / Ztambién se conoce como elentradade un circuito.

En ambos casos, puede medir las impedancias comoX_C = 1 / ωCyX_L = ωLpara frecuencia angular "omega" ω, capacitanciaC(en Faradios) e inductanciaL(en Henries).

CapacidadCpuede relacionarse con el voltaje comoC = Q / VoV = Q / Cpara cargar en un condensadorQ(en culombios) y voltaje del condensadorV(en voltios). La inductancia se relaciona con el voltaje comoV = LdI / dtpara el cambio en la corriente a lo largo del tiempodI / dt, voltaje del inductorVe inductanciaL. Utilice estas ecuaciones para resolver la corriente, el voltaje y otras propiedades de los circuitos RLC.

Aunque puede sumar los voltajes alrededor de un circuito cerrado como igual a cero en un circuito paralelo, sumar las corrientes es más complicado. En lugar de establecer la suma de los valores actuales que ingresan a un nodo igual a la suma de los valores actuales que salen del nodo, debe usar los cuadrados de cada corriente.

Para un circuito RLC en paralelo, la corriente a través del condensador y el inductor como

para corriente de suministroI_S, corriente de resistenciaI_R, corriente inductoraI_Ly corriente del condensadorI​_C utilizando los mismos principios para sumar los valores de impedancia.

En los circuitos RLC, puede calcular el ángulo de fase, qué tan fuera de fase está un elemento del circuito del otro, usando la ecuación para el ángulo de fase "phi".ΦcomoΦ = bronceado^-1((X_L -X_C) / R)en el cualbroncearse​​^-1 ()representa la función de tangente inversa que toma una proporción como entrada y devuelve el ángulo correspondiente.

En los circuitos en serie, los condensadores se resumen utilizando sus inversos como

mientras que los inductores se resumen linealmente como

para cada inductor. En paralelo, los cálculos se invierten. Para un circuito en paralelo, los condensadores se suman linealmente

y los inductores se resumen usando sus inversos

para cada inductor.

Los condensadores funcionan midiendo la diferencia de carga entre dos placas que están separadas por un material dieléctrico entre ellas, lo que disminuye el voltaje y aumenta la capacitancia. Los científicos e ingenieros también miden la capacitanciaCcomoC = ε₀ε_rAnunciocon "épsilon nught" ε₀ como el valor de la permitividad para el aire que es 8.84 x 10-12 F / m.ε_res la permitividad del medio dieléctrico utilizado entre las dos placas del condensador. La ecuación también depende del área de las placas.AEn m² y distancia entre las placasDEn m.