Resistencias en serie y en paralelo
Fuente: Yong P. Chen, PhD, Departamento de física & Astronomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Purdue, West Lafayette, IN
Este experimento demue…
1. práctica en generar y medir corriente, voltaje y resistencia
- Obtener una fuente de corriente, una fuente de tensión y dos multímetros pueden medir voltaje, corriente, y resistencia.
- Obtener dos resistencias de 100-Ω y dos resistencias de 10-Ω.
- Obtener un protoboard, que es una plataforma conveniente para conectar y organizar elementos de circuito diferente. La protoboard tiene muchos grupos de pines. Los pernos de cada grupo están conectados juntos en la parte posterior de la Junta, y los cables enchufados en el mismo grupo están en cortocircuito juntos. Un cable enchufado en el mismo grupo de pines como un terminal de un elemento de circuito está conectado a ese terminal. Diferentes terminales de un elemento de circuito no pretende estar en corto circuito deben conectarse a grupos de pines diferentes. En el siguiente, la acción de dos terminales de conexión significa que enchufarlos en el mismo grupo de pin (en las figuras, distintivo nodos etiquetados "a", "b" y "c" representan grupos de pin distintivo en la protoboard). Ello, siempre que dichos terminales se hacen de alambres que pueden colocarse convenientemente en un agujero. De lo contrario, es posible utilizar cables, enchufes de plátano y pinzas para hacer las conexiones eléctricas (por ejemplo, desde una terminal en el instrumento a una pierna de pin expuesta en la protoboard).
- Conecte el terminal de salida de la fuente actual a un terminal de la resistencia de 100-Ω y luego conecte la otra terminal de la resistencia a la otra terminal de la fuente actual.
- Generar 1 mA de corriente a través del resistor.
- Seleccionar la medida de voltaje o voltímetro del multímetro y conectar los dos terminales del multímetro a los dos terminales de la resistencia. Medida de la caída de tensión cruzan la resistencia.
- Una lectura positiva significa que el potencial en el terminal positivo del multímetro es mayor que en el polo negativo. Utilizar la lectura de tensión para verificar la relación de ley de Ohm (figura 3).
- A continuación, conecte un terminal de una fuente de tensión a un terminal de la resistencia y conecte la otra terminal de la resistencia a la otra terminal de la fuente de tensión. Producir un 10 V tensión en la resistencia de 100-Ω.
- Utilice el multímetro en el modo amperímetro o medición de corriente y conecte las puntas de prueba en serie con la resistencia. Medir la corriente a través del resistor.
- Una lectura positiva significa que la corriente eléctrica fluye desde el terminal positivo del multímetro al borne negativo. Luego, verificar la ley de Ohm (figura 4).
- Tenga en cuenta que el multímetro debe estar en serie con una resistencia para medir la corriente (amperímetro), pero tiene que ser en paralelo con una resistencia para medir la caída de tensión (voltímetro). En estas mediciones, se asume que la resistencia "interna" del amperímetro es muy pequeña pero que del voltímetro es muy grande. Si esto no es rigurosamente cierto entonces la corriente o el voltaje medido por el medidor sería diferente del valor antes de la conexión del medidor.
- Por último, medir la resistencia con el multímetro (figura 5) directamente seleccionando el modo de medición de resistencia. Conectar los dos terminales del metro con los dos terminales de la resistencia y la resistencia de leer. Confirmar que la resistencia tiene sentido basado en las mediciones de corriente y tensión anteriores.
Figura 3: esquema de una corriente por el resistor R de abastecimiento y medición de tensión.
Figura 4: diagrama del circuito de abastecimiento de un voltaje en el resistor R y medición actual.
Figura 5: conexión de un multímetro para medir resistencia de un resistor.
2. resistores en serie
- Conectar dos resistencias de 100-Ω en serie (ver figura 1). En el protoboard, esto significa conectar los dos extremos de la primera resistencia en dos grupos de diferentes pin (no pone en cortocircuito), dice grupo un y b y conectar los dos extremos de la resistencia de segunda en pin grupos b y c (c es aún otro grupo de pin no pone en cortocircuito para un y b).
- Conectar una corriente común de 10 mA a través de ambos resistores utilizando una fuente de corriente como se describe en el paso 1.4.
- Con un multímetro en modo de voltímetro, medir la caída de tensión en cada resistencia. A continuación, confirme los valores de resistencia de R1 y R2 usando ley de Ohm.
- Ahora use el voltímetro para medir el voltaje V a través de la combinación de toda la serie (entre los puntos a y c en la figura 1) y obtener la resistencia en serie total.
- Introduzca los valores de resistencia, como se muestra en la tabla 1.
- Desconecte las fuentes de energía y metros, luego utilizar una fuente de voltaje para proporcionar un total de 10 V a través de dos resistencias (entre los puntos a y c).
- Usar un multimetro en modo amperímetro para medir la corriente (I1) entrar en R1y la corriente (I2) entrar en R2.
- Verificar que1 es igual2 (o aproximadamente igual, cualquier pequeña diferencia podría deberse a configuraciones ligeramente diferentes, incluyendo las resistencias de alambre que cambió un poco).
- Repita el procedimiento en el paso 2.1 para dos resistores de 10-Ω en serie y medir la resistencia con el multímetro.
- Repita el procedimiento en el paso 2.1 para una resistencia de 100-Ω en serie con el resistor de 10-una Ω y repita las mediciones de resistencia.
3. resistencias en paralelo
- Conectar dos resistencias de 100-Ω en paralelo (ver figura 2). En el protoboard, conecte los dos extremos de cada resistencia en dos grupos de pin, decir a y b.
- Fuente común caída de tensión de V = 10 V mediante una fuente de tensión.
- Utilice un multímetro para medir la corriente I1 entrada R1, confirmando así que R1 = V / I1. Entonces, medir2 en R2, confirmando así que R2 = V / I2.
- Ahora ponga el amperímetro frente a la combinación paralelo (antes del punto a en figura 2) y obtener la resistencia total R = V / I.
- Repita lo anterior en el paso 3.1 para dos resistores de 10-Ω en paralelo y una resistencia de 100-Ω en paralelo con una resistencia de 10 Ω.
4. LED en serie y conexión en paralelo
- Obtener dos pequeñas fuentes de luz LED, que pueden ser tratadas como dos resistencias.
- Conecte la fuente V 1 para LED de potencia 1 (conexión similar como paso 1.5) y observe su brillo.
- Ahora conectar los LEDs en paralelo entre la fuente V 1 (conexión similar como en el paso 3.1) y observar su brillo.
- Ahora conectar los dos LEDs en serie y entre la fuente V 1 (conexión similar como paso 2.1.5) y observar su brillo otra vez.
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Los circuitos simples, como los elementos resistivos conectados en serie o en paralelo, son componentes clave de circuitos eléctricos complejos.
La conexión de resistencias en serie da como resultado una división de voltaje, mientras se comparte la misma corriente.
Por el contrario, cuando las resistencias están conectadas en paralelo, se produce una división de la corriente y el voltaje a través de las resistencias es el mismo. Para entender el funcionamiento de cualquier circuito eléctrico, simple o complejo, se utiliza la ley de Ohm.
Este video cubrirá los conceptos básicos de la conexión de componentes eléctricos resistivos en serie y en paralelo, y explicará los principios de cálculo de voltaje y corriente para estos circuitos según la ley de Ohm.
Según la Ley de Ohm, la corriente 'I' a través de una resistencia de resistencia 'R', es directamente proporcional a la caída de voltaje 'V' a través de la resistencia o la caída de voltaje es el producto de la resistencia 'R' y la corriente 'I'.
Si dos resistencias, R1 y R2, están conectadas en serie, es decir, una después de la otra, entonces la misma corriente fluye a través de ambas resistencias.
En este caso, la caída de voltaje total 'V' es igual a la suma de la caída de voltaje a través de cada resistencia. Al aplicar la ley de Ohm para los voltajes V1 y V2, y dado que las corrientes son iguales, derivamos la caída total de voltaje igual a la suma de las resistencias R1 y R2 por la corriente 'I'.
Al mover I al otro lado de la ecuación se obtiene V/I, que, según la ley de Ohm, es la resistencia efectiva total del circuito 'R'. Por lo tanto, 'R' es simplemente la suma de las resistencias individuales.
Esta regla es aplicable a cualquier número de resistencias conectadas en serie.
Por el contrario, si las dos resistencias están conectadas en paralelo, lo que significa que ambas están conectadas entre dos terminales compartidos, entonces ambas resistencias comparten la misma caída de voltaje.
Sin embargo, la corriente total 'I' se divide entre las resistencias y, por lo tanto, es igual a la suma de las corrientes individuales del circuito. Ahora, si tomamos esta ecuación actual, ¿aplicar? La ley de Ohm, cancela los voltajes en ambos lados ya que son iguales para las resistencias paralelas, y reorganiza la ecuación para la resistencia efectiva 'R', observamos que R es igual al 'producto sobre la suma' de las dos resistencias individuales
Volvamos a la ecuación antes del reordenamiento. El inverso de la resistencia es la conductancia, 'G'. Por lo tanto, para dos resistencias paralelas, la conductancia efectiva es igual a la suma de los dos valores de conductancia.
Esta regla también se puede extender a múltiples resistencias conectadas en paralelo.
El siguiente experimento demuestra el método paso a paso para conectar resistencias en cualquier configuración y analizar los circuitos utilizando la Ley de Ohm.
Para comenzar, reúna los materiales e instrumentos necesarios, a saber, una fuente de corriente, una fuente de voltaje, dos multímetros, dos resistencias de 100 ohmios, dos resistencias de 10 ohmios y una placa de pruebas.
Usando la placa de pruebas, conecte un extremo de una resistencia de 100 ohmios al terminal de salida de la fuente de corriente. Luego conecte el otro extremo de la resistencia de 100 ohmios al terminal opuesto de la fuente.
A continuación, genere una corriente de 10 miliamperios a través de la resistencia y configure el multímetro en modo de medición de voltaje. Ahora conecte los dos terminales del multímetro a los dos terminales de la resistencia y mida la caída de voltaje a través de la resistencia.
Una lectura positiva significa que el potencial en el terminal positivo del multímetro es mayor que el del terminal negativo. Usando esta lectura de voltaje, se puede verificar la ley de Ohm.
A continuación, aplique un voltaje de 1 voltio a través de la resistencia de 100 ohmios. Ahora configure el multímetro en el modo de medición actual. Conecte los terminales del multímetro en serie con la resistencia y mida la corriente a través de ella.
Una lectura de corriente positiva significa que la corriente fluye desde el terminal positivo al terminal negativo del multímetro. Usando la corriente medida, se puede verificar la ley de Ohm.
A continuación, desconecte la fuente de voltaje de la resistencia. Configure el multímetro en el modo de medición de resistencia. Conecte los dos terminales del multímetro a los dos terminales de la resistencia y mida directamente la resistencia.
La resistencia medida debe volver a verificar la ley de Ohm y las mediciones de corriente y voltaje medidas anteriormente.
Primero, conecte dos resistencias de 100 ohmios en serie en la placa de pruebas. Luego conéctelos a la fuente de corriente como se describe en la sección anterior y aplique una corriente de 10 miliamperios a través de ambas resistencias.
Usando el multímetro en modo voltímetro, mida la caída de voltaje en cada resistencia y en toda la combinación de serie.
A continuación, aplique un voltaje de 10 voltios a través de ambas resistencias. Luego configure el multímetro en el modo amperímetro y mida la corriente a través de cada resistencia.
Conecte dos resistencias de 100 ohmios en paralelo. Luego, conéctelos a una fuente de voltaje como se describió anteriormente. Aplique un voltaje de 10 voltios a través de las resistencias.
Usando el multímetro en modo amperímetro, mida la corriente a través de cada resistencia y a través de toda la combinación paralela de resistencias.
El brillo de las bombillas depende no solo del voltaje aplicado, sino también de si están conectadas en serie y/o con otros componentes
Obtenga dos diodos emisores de luz o bombillas, cada uno con una resistencia de unos pocos ohmios, que se pueden usar en lugar de las resistencias. Conecte una bombilla a la fuente de voltaje como se describió anteriormente. Aplique un voltaje de un voltio a través de la bombilla y observe su brillo.
Ahora, apague la fuente de voltaje y conecte la segunda bombilla en paralelo con la primera. Aplique un voltaje de un voltio a través de la combinación paralela y observe el brillo de ambas bombillas.
Finalmente, apague la fuente de voltaje y vuelva a conectar las bombillas en serie. Aplique un voltaje de un voltio a través de la combinación de series y observe el brillo de ambas bombillas.
Ahora que hemos revisado los protocolos, veamos los resultados de conectar resistencias en serie y en paralelo
Los resultados del experimento en serie muestran que, según la ley de Ohm, el voltaje a través de cada resistencia es directamente proporcional a la resistencia respectiva. Además, el voltaje a través de ambas resistencias es la suma de los voltajes a través de cada resistencia; mientras que la corriente que fluye a través de cada resistencia y a través de la combinación es la misma. Además, la resistencia total del circuito es igual a la suma de las dos resistencias individuales.
Esto demuestra las relaciones de voltaje, corriente y resistencia predichas para una combinación en serie.
Por otro lado, cuando las resistencias están conectadas en paralelo, la corriente a través de cada resistencia es inversamente proporcional a la resistencia, de acuerdo con la ley de Ohm. Además, la corriente total que fluye a través de la combinación en paralelo es la suma de las corrientes individuales, pero el voltaje a través de cada resistencia y a través de la combinación es el mismo.
Por último, si convertimos los valores de resistencia en valores de conducancia, los resultados muestran que la conductancia total del circuito es igual a la suma de los dos valores de conductancia individuales. Esto valida las relaciones teóricas de voltaje, corriente y conductancia para una combinación en paralelo.
Cuando las bombillas están conectadas en serie o en paralelo, se observan diferentes niveles de brillo de la bombilla. Cuando las bombillas están conectadas en paralelo, ambas bombillas tienen un brillo similar al de la bombilla única conectada a la misma fuente de voltaje.
Esto se debe a que las bombillas se alimentan por voltaje, y las que están conectadas en paralelo tienen cada una el mismo voltaje de 1 voltio a través de ellas, como en el caso de una sola bombilla.
Por otro lado, las dos bombillas conectadas en serie son más tenues que una sola bombilla. Esto se debe a que las dos bombillas en serie reciben cada una solo 0,5 V, ya que el voltaje se divide entre ellas.
Las conexiones de resistencias en serie y en paralelo son comunes en aplicaciones de circuitos. Veamos ahora algunos ejemplos en los que se utilizan.
Una aplicación común de la conexión en serie es un circuito divisor de voltaje que convierte un voltaje más grande en uno más pequeño. El voltaje de entrada se aplica a través de dos resistencias en serie y el voltaje de salida se obtiene de la conexión entre ellas. La división de voltaje es el resultado de distribuir el voltaje de entrada entre las resistencias del circuito divisor.
El cableado comercial en nuestros hogares, oficinas, laboratorios y aulas está configurado para que se puedan enchufar y usar múltiples electrodomésticos. Esto es posible porque cualquier instrumento eléctrico, cuando se conecta a la toma de corriente de 110 voltios en la pared, está conectado en paralelo a todos los demás instrumentos que ya están en uso.
Por lo tanto, todos comparten el voltaje común de 110 voltios y, en condiciones normales de funcionamiento, pueden funcionar sin afectar a otros instrumentos.
Acabas de ver la introducción de JoVE a las resistencias en serie y en paralelo. Ahora debería comprender cómo conectar fuentes de corriente y voltaje, y medir varios parámetros del circuito eléctrico con el multímetro. Además, ahora también deberías saber cómo conectar resistencias en serie y en paralelo y analizarlas utilizando la Ley de Ohm. ¡Gracias por mirar!
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Q1: What is Ohm's Law and how does it apply to resistor circuits?
Ohm's Law states that the voltage drop across a resistor is equal to the product of resistance and current: V = IR. This fundamental relationship allows you to calculate any one of these three variables if the other two are known. Ohm's Law is essential for analyzing both simple and complex electrical circuits, enabling you to predict how current and voltage behave in series and parallel resistor configurations.
Q2: How does current flow through resistors connected in series?
In a series circuit, the same current flows through all resistors because they are connected one after the other in a single path. The total voltage divides among the resistors proportionally to their individual resistances. The total effective resistance equals the sum of all individual resistances, so higher total resistance results in lower current flow through the entire circuit.
Q3: What happens to voltage and current when resistors are connected in parallel?
In a parallel circuit, all resistors share the same voltage across their terminals. However, the total current splits between the resistors, with each resistor carrying current inversely proportional to its resistance. The reciprocal of the total effective resistance equals the sum of the reciprocals of individual resistances, resulting in lower total resistance than any single resistor.
Q4: Why do lightbulbs have different brightness in series versus parallel configurations?
Lightbulb brightness depends on the voltage across each bulb. In parallel, each bulb receives the full applied voltage, so both shine as brightly as a single bulb at that voltage. In series, the voltage divides between bulbs, so each receives only half the voltage, resulting in dimmer light. This demonstrates how circuit configuration directly affects power distribution and device performance.
Q5: What is a voltage divider circuit and how does it work?
A voltage divider is a series circuit that converts a larger input voltage into a smaller output voltage. Two resistors are connected in series across the input voltage, and the output is taken from the connection point between them. The output voltage is proportional to the ratio of the second resistor to the total resistance, allowing precise voltage reduction for specific circuit applications.
Q6: How are parallel resistors used in household electrical wiring?
Household appliances are wired in parallel so each device receives the full 110-volt supply voltage independently. This parallel configuration allows multiple appliances to operate simultaneously without affecting each other's performance. Each appliance draws current according to its resistance, and the total household current is the sum of individual appliance currents, enabling safe and efficient power distribution.
Q7: How can you measure and verify circuit parameters using a multimeter?
A multimeter can measure voltage by connecting its terminals across a component, current by connecting in series with the circuit, and resistance by connecting across a disconnected component. By measuring these parameters and applying investigation ohm s law for ohmic and nonohmic conductors principles, you can verify theoretical predictions and validate circuit behavior experimentally.