Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
30Circuitos en serie y en paralelo
Cuando se fundía una bombilla, la guirnalda de fiesta entera se quedaba a oscuras — la maldición del bucle único. Y sin embargo, cuando se funde una bombilla en tu cocina, el resto de la casa sigue iluminada. Alguien montó la instalación de tu casa de una manera más astuta. Hoy la aprendemos: el camino de las ramas.
30.1 Dos maneras de montar un circuito
Ya conoces la primera: en serie, todos los jugadores ensartados en un solo bucle, cuentas de un mismo collar. Aquí está la segunda.
Definición 30.1 (En paralelo)
Los jugadores están en paralelo cuando el circuito se divide en ramas separadas — un jugador por rama — que se bifurcan y vuelven a juntarse. Los puntos donde las carreteras se bifurcan o se vuelven a juntar se llaman nudos. Cada rama es una carretera completa de un borne de la pila al otro.
Método 30.2 (Construirlo)
Con una pila, dos bombillas y cables:
- conecta la primera bombilla a la pila, ella sola, como un bucle corriente — la rama uno;
- conecta ahora la segunda bombilla directamente encima de la primera: un cable desde cada lado de la bombilla 1 hasta el lado correspondiente de la bombilla 2 — la rama dos;
- recorre cada rama con el dedo: saliendo del , todas las carreteras deberían pasar exactamente por una bombilla antes de llegar al .
Las dos bombillas se encienden — y las dos brillan tanto como brillaría una bombilla sola.
30.2 Las reglas de las ramas
Proposición 30.3 (Reglas del circuito en paralelo)
Con cada jugador en su propia rama:
- independencia: un hueco en una rama para solo esa rama — desenrosca una bombilla y la otra sigue encendida;
- brillo completo: cada bombilla brilla como si estuviera sola — el empuje de la pila no se reparte entre las ramas;
- puestos de mando: un interruptor dentro de una rama manda solo sobre esa rama; un interruptor en la carretera común, antes de la bifurcación, manda sobre todos. (El precio: la pila alimenta todas las ramas a la vez, y por eso se gasta más deprisa.)
Ejemplo 30.4 (La prueba del desenroscado, repetida)
Hazle a la pareja en paralelo exactamente lo que en su día mató a la pareja en serie: desenrosca la bombilla 2. La bombilla 1 ni parpadea — su propia rama, su propia carretera completa, sigue intacta. Vuelve a enroscarla y desenrosca ahora la bombilla 1: la bombilla 2 sigue encendida tan tranquila. La maldición del bucle único queda levantada: en paralelo, cada jugador se ocupa de su propia rama.
Ejemplo 30.5 (Tu casa es un circuito en paralelo)
Todas las lámparas, enchufes y electrodomésticos de tu casa viajan por su propia rama de un gran circuito en paralelo. Por eso se puede fundir la bombilla de la cocina mientras en el salón se sigue leyendo sin enterarse; por eso el interruptor de cada habitación manda solo sobre su luz; y por eso un solo interruptor general — el del cuadro de fusibles, junto al contador — puede cortar la casa entera de golpe para hacer reparaciones. Las guirnaldas de fiesta modernas se han apuntado al club: sus bombillas están montadas de modo que una fundida ya no apaga la guirnalda.
Observación 30.6 (Serie y paralelo, una al lado del otro)
Un hueco: en serie — todo a oscuras; en paralelo — una rama a oscuras. Más bombillas: en serie — todas más flojas; en paralelo — todas a pleno brillo, pero la pila se gasta más deprisa. Un solo interruptor para todo: en serie — en cualquier punto; en paralelo — solo antes de la bifurcación. Ninguna de las dos maneras es “mejor”: la linterna es feliz en serie (una bombilla, un interruptor) y la casa es necesariamente en paralelo. La primera pregunta de un electricista ante cualquier circuito es sencillamente: ¿dónde se bifurca la carretera?
30.3 Leer circuitos
Método 30.7 (Recorrer las carreteras)
Para predecir el destino de cualquier bombilla en el dibujo de un circuito:
- pon el dedo en el de la pila y recorre todas las carreteras posibles hasta el , anotando los jugadores por los que pasa cada una;
- una bombilla se enciende si por lo menos una carretera sin cortes pasa por ella;
- los jugadores que comparten todas las carreteras están en serie entre sí; los jugadores de bifurcaciones distintas están en paralelo.
Recorre las carreteras antes de predecir — adivinar solo por la forma del dibujo es como los circuitos engañan a la gente.
30.4 Ejercicios
Ejercicio 30.1 ★
¿Qué es una rama? ¿Y un nudo? En un circuito en paralelo con dos bombillas, ¿cuántas ramas llevan una bombilla?
Ejercicio 30.2 ★
Enuncia las tres reglas del circuito en paralelo.
Solución
Solución de Ejercicio 30.2.
Independencia (un hueco para solo su propia rama); brillo completo (cada bombilla brilla como si estuviera sola, a cambio de que la pila se gaste más deprisa); puestos de mando (un interruptor de rama manda sobre su rama y un interruptor anterior a la bifurcación manda sobre todas).
Ejercicio 30.3 ★
Dos bombillas en paralelo: se desenrosca la bombilla 1. ¿Qué hace la bombilla 2? ¿Y en la pareja en serie: qué hacía allí y por qué la diferencia?
Ejercicio 30.4 ★
Dos bombillas iguales: la pareja A está en serie y la pareja B en paralelo, con las mismas pilas. ¿Qué pareja brilla más por bombilla? ¿Cuál gasta antes su pila?
Solución
Solución de Ejercicio 30.4.
La pareja B (en paralelo) brilla más por bombilla — cada una a pleno brillo. La pareja B gasta también antes su pila: alimenta dos ramas completas a la vez.
Ejercicio 30.5 ★
En la figura de los dos interruptores, ¿qué hace cada bombilla cuando: los dos interruptores están cerrados; el general está abierto; el general está cerrado y el interruptor de rama abierto?
Solución
Solución de Ejercicio 30.5.
Los dos cerrados: las dos bombillas brillan. El general abierto: las dos apagadas — manda sobre la carretera común. El general cerrado y el interruptor de rama abierto: la bombilla 1 brilla y la bombilla 2 está apagada.
Ejercicio 30.6 ★
¿Por qué está montada una casa en paralelo y no en serie? Da dos comodidades cotidianas que dependan de ello.
Solución
Solución de Ejercicio 30.6.
En serie, una bombilla fundida (¡o una lámpara apagada!) dejaría a oscuras la casa entera, y todo se iría atenuando según se sumaran luces. Comodidades del montaje en paralelo: el interruptor de cada habitación manda solo sobre su habitación; una bombilla fundida en la cocina deja el resto de la casa iluminado; todas las lámparas lucen a pleno brillo.
Ejercicio 30.7 ★
¿En qué punto del circuito de una casa manda un interruptor sobre todo a la vez? ¿Cuál es el nombre corriente de ese interruptor y para qué se usa?
Solución
Solución de Ejercicio 30.7.
Antes de la bifurcación — en la carretera común por la que la corriente entra en la casa: el interruptor general del cuadro de fusibles. Corta la casa entera de golpe y se usa para reparaciones y emergencias.
Ejercicio 30.8 ★
Una lámpara de mesilla y su enchufe de pared: ¿están en serie o en paralelo con la luz del techo? ¿Cómo lo sabes por la vida diaria?
Solución
Solución de Ejercicio 30.8.
En paralelo: apagar la luz del techo no mata la lámpara de mesilla, y desenchufar la lámpara no apaga el techo — cada una viaja por su propia rama.
Ejercicio 30.9 ★★
Dibuja (con símbolos) un circuito para un pasillo: una pila, una bombilla y esta comodidad — la bombilla tiene que encenderse y apagarse desde un interruptor situado en cualquiera de los dos extremos del pasillo… Inténtalo con honradez; si tus diseños fracasan tercamente, explica qué es lo difícil. (El conmutador de verdad necesita un interruptor más astuto que el nuestro — el intento enseña más que la respuesta.)
Solución
Solución de Ejercicio 30.9.
Con nuestros interruptores corrientes los diseños fracasan una y otra vez: un interruptor en serie con la bombilla solo se puede abrir desde un extremo; dos interruptores corrientes en serie exigen que los dos estén cerrados (cualquier extremo puede apagar la luz, pero no siempre encenderla); dos en paralelo exigen que los dos estén abiertos para que haya oscuridad. La comodidad del pasillo necesita un interruptor que elija entre dos carreteras en vez de limitarse a cortar una — el conmutador, que los pasillos de verdad usan por parejas.
Ejercicio 30.10 ★★
Una guirnalda de luces de fiesta moderna sigue encendida cuando se funde una bombilla — pero la caja avisa: “No usar la guirnalda con más de tres bombillas quitadas”. Usando las reglas de las ramas, explica la comodidad y, más difícil, una razón sensata para el aviso. (Piensa en lo que recibe de la pila cada rama que queda y en el esfuerzo de la propia pila.)
Solución
Solución de Ejercicio 30.10.
La comodidad: las bombillas viajan por ramas paralelas, así que una fundida solo se apaga a sí misma. El aviso: cada bombilla que falta quita una rama, y la pila (o la pequeña fuente de alimentación de la guirnalda) empuja todo su esfuerzo por las ramas que quedan — si faltan demasiadas, cada superviviente recibe más de lo que se construyó para aguantar, se calienta más de la cuenta y se funde joven.
Ejercicio 30.11 ★★
En la figura de los dos interruptores, un electricista quiere añadir una bombilla más que se encienda solo cuando el interruptor de rama esté cerrado, y que esté apagada en los demás casos — incluso con el interruptor general cerrado. ¿En qué tramo de carretera hay que montar la bombilla nueva y queda entonces en serie o en paralelo con la bombilla 2?
Solución
Solución de Ejercicio 30.11.
En el propio tramo de carretera del interruptor de rama: entre ese interruptor y la bombilla 2 (antes de que su rama se vuelva a juntar con el resto). Ahí se enciende exactamente cuando esa rama funciona — y queda en serie con la bombilla 2, porque las dos viajan por la misma rama.