Física y Química 3.º ESO · La corriente eléctrica y el circuito
Ampliación: diseña circuitos con interruptores, conmutadores y motores
Objetivo: Al terminar, sabrás predecir qué receptores funcionan en un circuito con varios interruptores, y diseñar circuitos sencillos con interruptores, conmutadores, bombillas y motores que hagan lo que se pide.
Explicación
Cómo leer un circuito descrito con una tabla
Los circuitos se describen con puntos (A, B, C…) y una tabla que dice entre qué dos puntos está cada elemento; los puntos con la misma letra están unidos por cable. Por ejemplo, «Bombilla L1: entre A y B» significa que un extremo de L1 está unido al punto A y el otro al punto B. Para saber si un receptor funciona, busca si hay un camino cerrado que salga del polo + de la pila, pase por él y vuelva al polo −, sin atravesar ningún interruptor abierto ni ningún elemento roto.
Receptores en serie y en paralelo
- En serie: uno detrás de otro, en un solo camino. Si uno se funde o se desconecta, se apagan todos.
- En paralelo: cada uno en su propio camino (rama) entre los mismos dos puntos. Si uno se funde, los demás siguen funcionando. Así está conectada la instalación de una casa.
Dónde se coloca el interruptor
- En el tramo por el que pasa toda la corriente (junto a la pila): controla todo el circuito (interruptor general).
- En una rama: controla solo esa rama.
El conmutador
Tiene tres terminales: uno común y dos de salida (1 y 2). En cada posición une el común con una de las salidas. Sirve para:
- elegir qué receptor funciona (por ejemplo, luz verde o luz roja);
- encender y apagar una luz desde dos sitios, como en un pasillo o una escalera, con dos conmutadores (circuito conmutado).
Motores, LED y cortocircuitos
- Un motor de corriente continua gira en un sentido; si das la vuelta a la pila, gira en el sentido contrario.
- Un LED solo luce si está conectado en el sentido correcto (su patilla larga, hacia el polo +).
- Si un cable une directamente los dos extremos de un receptor, la corriente pasa por el cable y ese receptor se apaga: es un puente o cortocircuito. Si el cable une directamente los dos polos de la pila, la intensidad es enorme: la pila se calienta y se descarga. Nunca lo hagas.
Puntos clave
- Un receptor funciona si hay un camino cerrado de + a − que pase por él sin interruptores abiertos.
- En serie: un solo camino; si falla uno, fallan todos. En paralelo: cada uno en su rama; son independientes.
- Un interruptor en el tramo general controla todo; en una rama, solo esa rama.
- Un conmutador une su terminal común con una de sus dos salidas; con dos conmutadores se controla una luz desde dos sitios.
- Invertir la pila invierte el giro de un motor; un LED solo luce en un sentido.
Errores frecuentes
ErrorPensar que una bombilla luce solo porque está «cerca» de la pila en el dibujo.
Cómo corregirloSigue el camino de la corriente con el dedo desde el + hasta el −. Si no puedes volver al − pasando por la bombilla, no luce.
ErrorCreer que un cable puesto en paralelo con una bombilla «le da más corriente».
Cómo corregirloEse cable es un puente: la corriente prefiere el camino sin resistencia y la bombilla se apaga.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. ¿Qué bombillas lucen? razonamiento sobre un circuito
Una pila tiene su polo + en el punto A y su polo − en el punto D. Los demás elementos están así:
Elemento Entre los puntos Bombilla L1 A y B Bombilla L2 B y D Bombilla L3 B y C Interruptor S C y D ¿Qué bombillas lucen: a) con S abierto; b) con S cerrado; c) con S cerrado si L2 se funde; d) con S cerrado si L1 se funde?
Resolución
Toda la corriente sale de A y pasa por L1 hasta B. Desde B hay dos ramas hasta D: una por L2 y otra por L3 y S.
a) S abierto: la rama de L3 está cortada. Camino: A → L1 → B → L2 → D. Lucen L1 y L2.
b) S cerrado: funcionan las dos ramas. Lucen L1, L2 y L3.
c) L2 fundida: queda la rama de L3 (S cerrado). Lucen L1 y L3.
d) L1 fundida: toda la corriente tenía que pasar por L1. No luce ninguna.
Ejemplo 2. La luz del pasillo: el circuito conmutado diseño (situación real)
En el pasillo de casa, la luz se puede encender y apagar desde los dos extremos. Se consigue con dos conmutadores, C1 y C2 (cada uno con su terminal común y sus salidas 1 y 2), así:
Conexión Entre Cable polo + de la pila y común de C1 Cable a salida 1 de C1 y salida 1 de C2 Cable b salida 2 de C1 y salida 2 de C2 Bombilla común de C2 y polo − de la pila Completa la tabla de funcionamiento y explica por qué, cambiando cualquiera de los dos conmutadores, la luz cambia de estado.
Resolución
La corriente va del + al común de C1, sale por la salida en la que esté C1 (cable a o cable b) y solo llega al común de C2 si C2 está en la misma posición.
C1 C2 ¿Luce? 1 1 Sí (camino por el cable a) 1 2 No 2 1 No 2 2 Sí (camino por el cable b) Al mover uno de los dos conmutadores, las posiciones pasan de iguales a distintas o al revés: si estaba encendida, se apaga, y si estaba apagada, se enciende. Por eso da igual desde qué extremo del pasillo pulses.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Una pila tiene el polo + en A y el − en D. Elementos: interruptor S1 entre A y B; bombilla L1 entre B y D; bombilla L2 entre B y C; interruptor S2 entre C y D. ¿Qué bombillas lucen: a) S1 abierto y S2 cerrado; b) S1 cerrado y S2 abierto; c) los dos cerrados? ¿Qué interruptor es el general?
Ver solución
a) Ninguna. b) L1. c) L1 y L2. El general es S1.
Toda la corriente pasa por S1 (de A a B). Desde B hay dos ramas hasta D: L1, y L2 con S2. a) S1 abierto: no llega corriente a B → ninguna. b) S1 cerrado, S2 abierto: solo la rama de L1 → L1. c) Las dos ramas → L1 y L2. S1 es el interruptor general: controla todo; S2 controla solo L2.
2. Media
Diseña un circuito con una pila, una bombilla, un motor y dos interruptores en el que la bombilla y el motor se puedan encender y apagar cada uno por separado. Descríbelo con una tabla de puntos y elementos y dibuja su esquema.
Ver solución
Bombilla y motor en paralelo, cada uno en serie con su interruptor. Por ejemplo: pila + en A y − en D; S1 entre A y B, bombilla entre B y D; S2 entre A y C, motor entre C y D.
Para que sean independientes, deben ir en paralelo, cada uno en su rama con su propio interruptor:
Elemento Entre los puntos Pila A (+) y D (−) Interruptor S1 A y B Bombilla B y D Interruptor S2 A y C Motor C y D Con S1 se controla la bombilla y con S2 el motor. (Son válidas otras letras si el circuito es equivalente.)
3. Difícil
La salida de un garaje tiene un semáforo con una luz verde y una roja, y nunca deben estar encendidas las dos a la vez ni apagadas las dos. Diseña el circuito con una pila, las dos bombillas y un conmutador (terminal común y salidas 1 y 2). Descríbelo con una tabla.
Ver solución
Común del conmutador al polo +; salida 1 a la luz verde; salida 2 a la luz roja; el otro extremo de las dos luces, al polo −.
Elemento Entre Cable polo + y común del conmutador Luz verde salida 1 y polo − Luz roja salida 2 y polo − En la posición 1 se cierra solo el camino de la luz verde; en la posición 2, solo el de la roja. Siempre hay una y solo una encendida.
Para practicar más
1. Media
Un coche de juguete tiene un motor y dos LED como faros, y un único interruptor que enciende todo a la vez. a) Diseña el circuito para que, si un LED se estropea, el motor y el otro LED sigan funcionando (descríbelo con una tabla). b) Al cambiar las pilas, un niño las pone al revés. ¿Qué les pasa al motor y a los LED?
Ver solución
a) Interruptor general junto a la pila y motor, LED1 y LED2 en paralelo. b) El motor gira al revés (el coche va marcha atrás) y los LED no lucen.
a) Interruptor en el tramo general y los tres receptores en paralelo:
Elemento Entre Pila A (+) y D (−) Interruptor A y B Motor B y D LED 1 B y D LED 2 B y D Si un LED se estropea, se corta solo su rama.
b) Con la pila invertida, el motor gira en sentido contrario (el coche va marcha atrás) y los LED no lucen, porque solo funcionan en un sentido.
2. Media
En el circuito conmutado del pasillo (ejemplo 2), la luz está encendida con C1 en la posición 2. a) ¿En qué posición está C2? b) Ana mueve C2. ¿Qué pasa? c) Después, Luis mueve C1. ¿Qué pasa? d) ¿Por qué no se podría hacer lo mismo con dos interruptores normales en serie?
Ver solución
a) En la 2. b) Se apaga. c) Se enciende. d) Con dos interruptores en serie, la luz solo se enciende si los dos están cerrados, y desde un extremo solo se podría apagar, no siempre encender.
a) Luce cuando los dos están en la misma posición: C2 está en la 2. b) C2 pasa a la 1: posiciones distintas → se apaga. c) C1 pasa a la 1: las dos en la 1 → se enciende. d) Con dos interruptores en serie, la luz solo luce si los dos están cerrados. Si Ana abre el suyo, Luis no puede encenderla desde el otro extremo, por mucho que mueva el suyo.
3. Difícil
Vuelve al circuito del ejemplo 1 (pila + en A y − en D; L1 entre A y B; L2 entre B y D; L3 entre B y C; interruptor S entre C y D) con S cerrado. Por error, alguien une con un cable los puntos B y D. ¿Qué bombillas lucen ahora? ¿Alguna luce más que antes?
Ver solución
Solo luce L1, y más que antes. L2 y L3 se apagan porque el cable hace de puente.
El cable entre B y D es un puente: la corriente que llega a B vuelve a D por el cable, que no tiene casi resistencia, en lugar de pasar por L2 o por L3. L2 y L3 se apagan.
Ahora toda la tensión de la pila queda aplicada solo a L1 (antes la compartía con las bombillas de las ramas), así que por L1 pasa más corriente y luce más.