Corriente y tensión con cableado paralelo, serie y mixto

Los circuitos eléctricos reales generalmente no incluyen un cable, sino varios cables conectados entre sí de alguna manera. En su forma más simple circuito eléctrico solo hay una "entrada" y una "salida", es decir, dos salidas para conectarse a otros cables a través de los cuales la carga (corriente) tiene la capacidad de fluir hacia el circuito y salir del circuito. Con una corriente constante en el circuito, los valores de corriente de entrada y salida serán los mismos.

Si observa un circuito eléctrico que incluye varios cables diferentes y considera un par de puntos (entrada y salida), entonces, en principio, el resto del circuito puede considerarse como una sola resistencia (en términos de su resistencia equivalente). ).

Con este enfoque, dicen que si la corriente I es la corriente en el circuito y el voltaje U es el voltaje terminal, es decir, la diferencia de potencial eléctrico entre los puntos de "entrada" y "salida", entonces la relación U / I puede considerarse como el valor de la resistencia equivalente del circuito R en su totalidad.

Si Ley de Ohm se satisface, la resistencia equivalente se puede calcular con bastante facilidad.

Corriente y voltaje con conexión en serie de cables.

En el caso más simple, cuando se conectan dos o más conductores en un circuito en serie, la corriente en cada conductor será la misma, y ​​el voltaje entre la "salida" y la "entrada", es decir, en las terminales del circuito completo, será igual a la suma de los voltajes en las resistencias que componen el circuito. Y como la ley de Ohm es válida para cada una de las resistencias, podemos escribir:

Entonces, los siguientes patrones son característicos de la conexión en serie de cables:

• Para encontrar la resistencia total del circuito, se suman las resistencias de los alambres que componen el circuito;

• La corriente a través del circuito es igual a la corriente a través de cada uno de los cables que forman el circuito;

• El voltaje entre los terminales de un circuito es igual a la suma de los voltajes en cada uno de los cables que forman el circuito.

Corriente y voltaje con conexión paralela de cables.

Cuando se conectan varios cables en paralelo entre sí, el voltaje en los terminales de dicho circuito es el voltaje de cada uno de los cables que componen el circuito.

Los voltajes de todos los cables son iguales entre sí e iguales al voltaje aplicado (U). La corriente a través de todo el circuito, en la "entrada" y la "salida", es igual a la suma de las corrientes en cada una de las ramas del circuito, combinadas en paralelo y formando este circuito. Sabiendo que I = U/R, obtenemos que:

Entonces, los siguientes patrones son característicos de la conexión paralela de cables:

• Para encontrar la resistencia total del circuito, sume los recíprocos de las resistencias de los alambres que forman el circuito;

• La corriente a través del circuito es igual a la suma de las corrientes a través de cada uno de los cables que forman el circuito;

• El voltaje en los terminales de un circuito es igual al voltaje en cada uno de los cables que forman el circuito.

Circuitos equivalentes de circuitos simples y complejos (combinados)

En la mayoría de los casos, los diagramas eléctricos que representan una conexión combinada de cables se prestan a una simplificación paso a paso.

Los grupos de partes del circuito conectadas en serie y en paralelo se reemplazan por resistencias equivalentes de acuerdo con el principio anterior, calculando paso a paso las resistencias equivalentes de las partes y luego llevándolas a un valor equivalente de la resistencia de todo el circuito.

Y si al principio el circuito parece bastante confuso, luego, simplificado paso a paso, se puede dividir en circuitos más pequeños de cables conectados en serie y en paralelo, y así al final se simplifica enormemente.

Mientras tanto, no todos los esquemas se pueden simplificar de una manera tan simple. Un circuito de cables "puente" aparentemente simple no puede investigarse de esta manera. Algunas reglas deben aplicarse aquí:

• Para cada resistencia se cumple la ley de Ohm;

• En cada nodo, es decir, en el punto de convergencia de dos o más corrientes, la suma algebraica de las corrientes es cero: la suma de las corrientes que entran al nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo (La primera regla de Kirchhoff);

• La suma de los voltajes en las secciones del circuito cuando se desvía cada ruta de "entrada" a "salida" es igual al voltaje aplicado al circuito (segunda ley de Kirchhoff).

Cables de puente

Para considerar un ejemplo del uso de las reglas anteriores, calculamos un circuito ensamblado a partir de cables combinados en un circuito de puente. Para que los cálculos no sean demasiado complicados, supondremos que algunas de las resistencias de los cables son iguales entre sí.

Denotemos las direcciones de las corrientes I, I1, I2, I3 en el camino desde la "entrada" al circuito, hasta la "salida" del circuito. Se puede ver que el circuito es simétrico, por lo que las corrientes a través de las mismas resistencias son las mismas, por lo que las denotaremos con los mismos símbolos. De hecho, si cambia la «entrada» y la «salida» del circuito, entonces el circuito será indistinguible del original.

Para cada nodo puede escribir las ecuaciones actuales, basándose en el hecho de que la suma de las corrientes que fluyen hacia el nodo es igual a la suma de las corrientes que fluyen fuera del nodo (la ley de conservación de la carga eléctrica), obtiene dos ecuaciones:

El siguiente paso es escribir las ecuaciones de las sumas de los voltajes para las secciones individuales del circuito a medida que recorre el circuito desde la entrada hasta la salida de diferentes maneras. Dado que el circuito es simétrico en este ejemplo, dos ecuaciones son suficientes:

En el proceso de resolver un sistema de ecuaciones lineales, se obtiene una fórmula para encontrar la magnitud de la corriente I entre los terminales de "entrada" y "salida", en función del voltaje especificado U aplicado al circuito y las resistencias de los cables. :

Y para la resistencia equivalente total del circuito, en base a que R = U/I, la fórmula sigue:

Incluso puede verificar la corrección de la solución, por ejemplo, conduciendo a los casos límite y especiales de los valores de resistencia:

Ahora sabe cómo encontrar la corriente y el voltaje para cables paralelos, en serie, mixtos e incluso de conexión aplicando la ley de Ohm y las reglas de Kirchhoff. Estos principios son muy simples, e incluso el circuito eléctrico más complejo con su ayuda finalmente se reduce a una forma elemental a través de unas pocas operaciones matemáticas simples.