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Física y Química 3.º ESO · Resistencias en serie

Recuerda: el circuito en serie

Objetivo: Al terminar, sabrás reconocer un montaje en serie, predecir cómo brillan las bombillas al añadir más, saber cómo se reparte la tensión y explicar por qué se apagan todas si una se funde.

Recuerda

El circuito en serie

En un circuito en serie los elementos están conectados uno a continuación de otro, formando un único camino para la corriente. No hay ningún punto donde el camino se divida.

Aquí describiremos los circuitos con su recorrido: empezamos en el polo positivo (+) de la pila y vamos pasando por los elementos hasta volver al polo negativo (−). Por ejemplo:

polo + de la pila → interruptor → bombilla $L_1$ → bombilla $L_2$ → polo − de la pila

Si en el recorrido pasas por todos los elementos y en ningún punto tienes que elegir entre dos caminos, están en serie.

Propiedades del circuito en serie

La intensidad es la misma en todos los puntos. Un amperímetro marca lo mismo esté donde esté: la corriente no tiene otro camino.
Si se funde o se quita una bombilla, el circuito se abre y se apagan todas. Lo mismo ocurre al abrir un interruptor, esté donde esté.
La tensión (el voltaje) de la pila se reparte entre las bombillas. Con dos bombillas iguales, cada una recibe la mitad.
Al añadir bombillas iguales en serie, todas brillan menos: la resistencia total aumenta, la intensidad disminuye y cada bombilla recibe menos tensión.

Si los receptores no son iguales

Si las bombillas son distintas, la tensión no se reparte a partes iguales, pero se sigue cumpliendo que la suma de las tensiones de todos los receptores es igual a la tensión de la pila. Lo comprobamos con un voltímetro: $V_{\text{pila}} = V_1 + V_2 + \dots$ La intensidad sigue siendo la misma en todas. La bombilla que recibe más tensión transforma más energía y brilla más.

Dónde aparece

El interruptor de una lámpara está en serie con ella: al abrirlo, corta el único camino.
Las pilas de una linterna o de un mando a distancia suelen ir en serie (una tras otra, el + de una tocando el − de la siguiente): sus tensiones se suman. Dos pilas de 1,5 V dan 3 V.
Algunas guirnaldas antiguas de luces tenían todas las bombillitas en serie: se fundía una y se apagaba la tira entera.

Puntos clave

En serie hay un único camino: los elementos van uno detrás de otro.
La intensidad es la misma en todo el circuito.
Si una bombilla se funde o se abre un interruptor, se apagan todas.
La tensión de la pila se reparte entre los receptores.
Cuantas más bombillas iguales en serie, menos brilla cada una.
Con receptores distintos, la suma de sus tensiones es igual a la tensión de la pila; la intensidad sigue siendo la misma en todos.

Errores frecuentes

ErrorPensar que la primera bombilla (la más cercana al polo +) brilla más porque «le llega antes la corriente» o «se gasta» la corriente al pasar.
Cómo corregirloLa corriente no se gasta: es la misma en todo el circuito. Si las bombillas son iguales, todas brillan igual, estén donde estén.
ErrorCreer que dos elementos están en serie solo porque en el dibujo están en la misma línea.
Cómo corregirloLo que importa son las conexiones, no la posición en el papel: sigue el recorrido de la corriente y comprueba que no hay ningún punto donde el camino se divida.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Una, dos y tres bombillas en serie experimental (laboratorio)
En el laboratorio se monta una pila de 4,5 V con bombillas iguales en serie y un amperímetro. Primero con una bombilla, luego con dos y luego con tres. El recorrido del circuito con tres bombillas es:

polo + → amperímetro → $L_1$ → $L_2$ → $L_3$ → polo −

Las lecturas aproximadas del amperímetro son:

Bombillas en serie Intensidad (A) Brillo

1 0,30 muy brillante

2 0,17 menos

3 0,12 débil

a) ¿Qué ocurre con la intensidad y con el brillo al añadir bombillas? b) Si cambiamos el amperímetro de sitio y lo ponemos entre $L_2$ y $L_3$ , ¿qué marcará con las tres bombillas? c) ¿Qué pasa si desenroscamos $L_2$ ?

Resolución
a) Al añadir bombillas en serie, la resistencia total aumenta y la intensidad disminuye (0,30 A → 0,17 A → 0,12 A). Por eso todas brillan menos. Además, la tensión de 4,5 V se reparte: con dos bombillas iguales, cada una recibe unos 2,25 V; con tres, 1,5 V.

b) Marcará lo mismo, 0,12 A: en serie la intensidad es igual en todos los puntos.

c) Se abre el circuito: deja de pasar corriente, el amperímetro marca 0 y se apagan las tres.
Ejemplo 2. La guirnalda que se apaga entera situación real
Una guirnalda antigua de luces de Navidad tiene 20 bombillitas iguales conectadas en serie y se enchufa a la red de 230 V. Un día se funde una y se apaga la tira completa. a) ¿Por qué se apagan todas? b) ¿Qué tensión recibe cada bombillita cuando funcionan todas? c) ¿Cómo encontrarías la bombillita fundida?

Resolución
a) En serie hay un único camino. La bombillita fundida tiene el filamento roto: el circuito queda abierto y no pasa corriente por ninguna.

b) Las 20 son iguales, así que la tensión se reparte a partes iguales: $\frac{230\ \text{V}}{20} = 11{,}5\ \text{V}\ \text{cada una (aproximadamente)}$ Por eso estas bombillitas son pequeñas: no aguantarían 230 V cada una.

c) Probando a cambiar las bombillitas una a una por otra que funcione: cuando sustituyes la fundida, se enciende toda la tira.

Bombillas en serie	Intensidad (A)	Brillo
1	0,30	muy brillante
2	0,17	menos
3	0,12	débil

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Indica cuál de estos dos circuitos está en serie y explica por qué.

Circuito A. polo + de la pila → interruptor → bombilla $L_1$ → bombilla $L_2$ → polo − de la pila.

Circuito B. Del polo + de la pila sale un cable hasta un punto P. En P el cable se divide en dos: uno pasa por la bombilla $L_1$ y el otro por la bombilla $L_2$ . Los dos se vuelven a juntar en un punto Q, y de Q un cable vuelve al polo − de la pila.

Ver solución
El A está en serie; el B no (tiene dos caminos).
A: la corriente recorre todos los elementos uno detrás de otro y nunca tiene que elegir camino → en serie.

B: en P la corriente se divide entre dos caminos (unos electrones pasan por $L_1$ y otros por $L_2$ ) → no está en serie (es un montaje en paralelo).
2. Fácil
Tres bombillas iguales están conectadas en serie a una pila de 4,5 V, con este recorrido: polo + → $L_1$ → $L_2$ → $L_3$ → polo −. a) ¿Cuál brilla más? b) Un amperímetro colocado entre la pila y $L_1$ marca 0,12 A. ¿Qué marcaría colocado entre $L_2$ y $L_3$ ? c) ¿Qué tensión recibe cada bombilla? d) Si quitamos $L_3$ y cerramos el circuito con un cable, ¿las otras dos brillan más o menos que antes?

Ver solución
a) Las tres igual. b) 0,12 A. c) 1,5 V cada una. d) Brillan más.
a) Son iguales y por todas pasa la misma intensidad → brillan igual. b) En serie la intensidad es la misma en todos los puntos → 0,12 A. c) La tensión se reparte a partes iguales: $4{,}5 : 3 = 1{,}5$ V cada una. d) Con dos bombillas la resistencia total es menor, la intensidad aumenta y cada una recibe $4{,}5 : 2 = 2{,}25$ V → brillan más.
3. Media
En un circuito en serie con una pila, una bombilla y un timbre, Lucía quiere poner un interruptor que apague las dos cosas a la vez. Su compañero dice que hay que ponerlo justo al lado del polo + de la pila, «porque es por donde sale la corriente». ¿Tiene razón? ¿Dónde puede ir el interruptor?

Ver solución
No: en serie el interruptor puede ir en cualquier punto del circuito.
En un circuito en serie hay un único camino. Al abrir el interruptor, ese camino se corta, esté donde esté, y deja de pasar corriente por todo el circuito. Puede ir junto al polo +, entre la bombilla y el timbre o junto al polo −: en los tres casos apaga las dos cosas.

Para practicar más

1. Fácil
Di si son verdaderas o falsas y corrige las falsas: a) En un circuito en serie, la intensidad es mayor cerca del polo positivo de la pila. b) Si en un circuito en serie se funde una bombilla, las demás siguen encendidas. c) Al añadir una bombilla igual en serie, todas brillan menos. d) En serie, la tensión de la pila se reparte entre los receptores.

Ver solución
a) F. b) F. c) V. d) V.
a) Falsa. La intensidad es la misma en todos los puntos de un circuito en serie. b) Falsa. Se abre el único camino y se apagan todas. c) Verdadera. Aumenta la resistencia total, baja la intensidad y cada bombilla recibe menos tensión. d) Verdadera.
2. Fácil
Una linterna lleva dos pilas de 1,5 V colocadas en serie (el polo + de una toca el polo − de la otra) y dos bombillas iguales también en serie. a) ¿Qué tensión total dan las pilas? b) ¿Qué tensión recibe cada bombilla? c) Si una bombilla se funde, ¿qué le pasa a la otra?

Ver solución
a) 3 V. b) 1,5 V cada una. c) Se apaga.
a) Las tensiones de pilas en serie se suman: $1{,}5 + 1{,}5 = 3$ V. b) Las bombillas son iguales y están en serie: $3 : 2 = 1{,}5$ V cada una. c) El circuito queda abierto: se apaga también.
3. Media
Explica con tus palabras por qué no se conectan en serie las lámparas y los electrodomésticos de una casa. Da al menos dos razones.
Ver solución
Si uno se estropea o se apaga, se apagan todos; y la tensión de 230 V se repartiría entre todos, de modo que ninguno funcionaría bien.
- Habría un único camino: al apagar o estropearse un aparato, se apagarían todos los demás.
- La tensión de la red (230 V) se repartiría entre todos los aparatos: ninguno recibiría los 230 V que necesita, y al encender más aparatos todos funcionarían peor.
- No se podría encender cada aparato por separado con su propio interruptor.