Voltaje en circuitos en serie
¿Qué son los Voltajes en Serie?
Un circuito en serie o conexión en serie se refiere a cuando dos o más componentes eléctricos están unidos en una disposición en cadena dentro de un circuito. En este tipo de circuito, solo hay una única vía para que la carga pase a través del circuito. La variación potencial de la carga entre dos puntos en un circuito eléctrico se conoce como voltaje. En este artículo, discutiremos en detalle los voltajes en un circuito en serie.
La batería de un circuito proporciona energía para que la carga pase a través de la batería y cree una diferencia de potencial entre los extremos del circuito externo. Ahora, si asumimos una celda de 2 voltios, creará una diferencia de potencial de 2 voltios en el circuito externo.
El valor del potencial eléctrico en el terminal positivo es 2 voltios mayor que el terminal negativo. Entonces, cuando la carga fluye del terminal positivo al negativo, provoca una pérdida de 2 voltios en el potencial eléctrico.
Esto se denomina caída de voltaje. Esto ocurre cuando la energía eléctrica de la carga se convierte en otras formas (mecánica, calor, luz, etc.) mientras pasa a través de los componentes (resistencias o carga) en el circuito.
Si consideramos un circuito con más de una resistencia conectada en serie y alimentado con una celda de 2V, la pérdida total de potencial eléctrico es 2V. Es decir, habrá una cierta caída de voltaje en cada resistencia conectada. Pero podemos ver que la suma de las caídas de voltaje de todos los componentes será 2V, lo cual es equivalente a la tensión nominal de la fuente de alimentación.
Matemáticamente, podemos expresarlo como
Utilizando la ley de Ohm, las caídas de tensión individuales se pueden calcular como
Ahora, podemos asumir un circuito en serie compuesto por 3 resistencias y alimentado por una fuente de energía de 9V. Aquí, vamos a determinar la diferencia de potencial en diferentes ubicaciones durante el paso de la corriente a lo largo del circuito en serie.
Las ubicaciones están marcadas en color rojo en el circuito a continuación. Sabemos que la corriente pasa en la dirección del terminal positivo hacia el terminal negativo de la fuente. El signo negativo del voltaje o diferencia de potencial representa la pérdida de potencial debido a la resistencia.
La diferencia de potencial eléctrico de diferentes puntos en el circuito puede representarse con la ayuda de un diagrama llamado diagrama de potencial eléctrico que se muestra a continuación.
En este ejemplo, el potencial eléctrico en A = 9V ya que es el terminal de mayor potencial. El potencial eléctrico en H = 0V ya que es el terminal negativo. Cuando la corriente pasa a través de la fuente de 9V, la carga gana 9V de potencial eléctrico, que va de H a A. Mientras la corriente pasa a lo largo del circuito externo, la carga pierde completamente estos 9V.
Aquí, esto sucede en tres pasos. Habrá una caída de tensión cuando la corriente pase a través de las resistencias pero no habrá caída de tensión cuando el paso sea a través del simple cable. Así, podemos ver que entre los puntos AB, CD, EF y GH; no hay caída de tensión. Pero entre los puntos B y C, la caída de tensión es 2V.
Es decir, la tensión de la fuente de 9V se convierte en 7V. A continuación, entre los puntos D y E, la caída de tensión es 4V. En este punto, la tensión de 7V se convierte en 3V. Finalmente, entre los puntos F y G, la caída de tensión es 3V. En este punto, la tensión de 3V se convierte en 0V.
En la parte del circuito entre los puntos G y H, no hay energía para la carga. Por lo tanto, necesita un impulso de energía para pasar nuevamente a través del circuito externo. Esto se proporciona por la fuente de alimentación a medida que la carga pasa de H a A.
Las varias fuentes de tensión en serie pueden reemplazarse por una sola fuente de tensión tomando la suma total de todas las fuentes de tensión. Pero debemos considerar la polaridad como se muestra a continuación.
Fuentes de Tensión AC en Serie
En el caso de las fuentes de tensión AC en serie, las fuentes de tensión pueden sumarse o combinarse para formar una sola fuente, siempre y cuando la frecuencia angular (ω) de las fuentes conectadas sean idénticas. Si las fuentes de tensión AC conectadas en serie tienen diferentes frecuencias angulares, pueden sumarse siempre que la corriente a través de las fuentes conectadas sea la misma.
Aplicación de Tensiones en Circuitos en Serie
Las aplicaciones de tensiones en circuitos en serie incluyen:
