Content

• Passos
• Consells

La manera més senzilla d’imaginar un circuit en sèrie és pensar en una cadena d’elements. Aquests elements estan ordenats consecutivament en la mateixa línia. Així, només hi ha una ruta que els electrons i les càrregues poden prendre. Després d’entendre els detalls implicats en una associació en sèrie, podreu aprendre a calcular el corrent elèctric total.

Passos

Part 1 de 4: Aprenentatge de la terminologia bàsica

1. 

   Comprendre el que és actual. El corrent elèctric és un flux ordenat de partícules carregades elèctricament (com ara electrons) o, matemàticament, el flux de càrregues per unitat de temps. Però, què és una càrrega i un electró? L’electró és una partícula carregada negativament. La càrrega és una propietat física de la matèria usada per identificar si es carrega positivament o negativament. Igual que els imants, les càrregues de senyals iguals es repel·len i les càrregues de senyals oposades.
   • Utilitzem l’aigua com a exemple. L’aigua està formada per la molècula H₂O (dos àtoms d'hidrogen i un àtom d'oxigen units entre si). Sabem que l’àtom d’oxigen i els àtoms d’hidrogen s’uneixen per formar la molècula H₂EL.
   • Un corrent d’aigua està format per milions i milions d’aquestes molècules. Podem comparar el corrent d’aigua amb el corrent elèctric; les molècules d’aigua equivalen als electrons, i la càrrega elèctrica als àtoms d’hidrogen i oxigen.

2. 

   
   
   Comprendre què és la diferència de potencial. La diferència de potencial (també anomenada tensió elèctrica) és la "força" que fa que el corrent elèctric es mogui. Per il·lustrar quina és una diferència de potencial, pensem en una pila: al seu interior hi ha una sèrie de reaccions químiques que condueixen a una aglomeració d’electrons en el seu pol positiu.
   • Si connectem el pol positiu de la bateria al pol negatiu mitjançant un cable, farem que els electrons es moguin junts (això es deu a la repulsió de les càrregues del mateix senyal).
   • Degut al principi de conservació de la càrrega elèctrica (diu que la suma de les càrregues elèctriques en un sistema aïllat ha de ser constant), els electrons intentaran equilibrar les càrregues del sistema des del punt de concentració més alta fins al punt de menor concentració (és a dir, des del pol positiu al pol negatiu de la bateria).
   • Aquest moviment d’electrons produeix una diferència de potencial (o simplement ddp).

3. 

   
   
   Comprendre què és la resistència. La resistència elèctrica és l’oposició al flux de càrregues elèctriques.
   • Les resistències són components d’un circuit que presenten una resistència important. Estan disposats en determinades parts del circuit per regular el flux de càrregues o electrons.
   • Si no hi ha resistències al circuit, no hi haurà control del moviment d’electrons. En aquest cas, l'equip pot rebre un excés de càrregues i acabar danyant-se (o escalfar-se per sobrecàrrega).

Part 2 de 4: Càlcul del corrent elèctric total d’un circuit en sèrie

1. 

   
   
   Calcula la resistència total. Agafeu una palla de plàstic i beu una mica d’aigua. Ara, tritureu algunes parts de la palla i torneu a beure. Heu notat alguna diferència? El líquid hauria d’arribar en menor quantitat. Cada part dentada de la palla actua com a resistor; serveixen per bloquejar el pas de l’aigua (que al seu torn té el paper del corrent elèctric). Com que els dipòsits estan en seqüència, diem que són en sèrie. A partir d’aquest exemple, podem concloure que la resistència total d’una associació de sèries serà igual a:
   • R_(total) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Calcula la diferència de potencial total. En la majoria de les qüestions, el valor ddp total es proporcionarà a la instrucció; si el problema proporciona valors ddp individuals per a cada resistor, podem utilitzar l'equació següent:
   • U_(total) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Per què aquesta equació? Considerem de nou l’analogia de la palla: després d’amassar-la, què passa? Haureu de pressionar més fort perquè l’aigua passi per la palla. La força total que feu depèn de la suma de les forces necessàries en cada punt arrugat de la palla.
   • La "força" necessària és la diferència de potencial; provoca el cabal d’aigua o corrent elèctric. Per tant, podem concloure que el ddp total es calcularà afegint els ddps individuals de cada resistència.

3. 

   Calculeu el corrent elèctric total del sistema. Utilitzant de nou l’analogia de la palla: després d’amassar-la, canvia la quantitat d’aigua? No. Tot i que la velocitat del líquid canvia, la quantitat d’aigua que beu no canvia. Si observeu que l’aigua entra i surt de les parts triturades de la palla, notareu que aquestes dues quantitats són les mateixes; això es deu a la velocitat fixa del flux de líquid. Per tant, podem afirmar que:
   • Jo₁ = Jo₂ = Jo₃ = Jo_(total).

4. 

   Recordeu la primera llei de Oh M. A més de les equacions mostrades, també podeu utilitzar l'equació de la llei de Oh M: relaciona la diferència de potencial (ddp), el corrent total i la resistència del circuit.
   • U_(total) = Jo_(total) x R_(total).

5. 

   Resoleu l’exemple següent. Tres resistències, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω i R₃ = 9Ω, s’associen en sèrie. La diferència de potencial aplicada al circuit és de 2,5V. Calcula el valor del corrent elèctric total. Per començar, calculem la resistència total del circuit:
   • R_(total) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Per tant, R_(total)= 21Ω

6. 

   Aplica la llei de Oh M per determinar el valor de corrent elèctric total:
   • U_(total) = Jo_(total) x R_(total).
   • Jo_(total) = U_(total)/ R_(total).
   • Jo_(total) = 2,5V / 21Ω.
   • Jo_(total) = 0,1190A.

Part 3 de 4: Calcular el corrent elèctric total d’un circuit en paral·lel

1. 

   Comprendre què és un circuit paral·lel. Com el seu nom indica, el circuit paral·lel conté elements disposats en paral·lel. Per a això, s’utilitzen múltiples cables per crear camins pels quals pot circular el corrent elèctric.

2. 

   Calcula la diferència de potencial total. Com totes les terminologies ja s’han explicat a l’apartat anterior, passem directament a la demostració de les equacions aplicades en circuits paral·lels. Per il·lustrar, imagineu-vos una canonada amb dues forquilles (amb diàmetres diferents). Perquè l’aigua passi per les dues canonades, caldrà aplicar forces diferents a cadascuna d’elles? No. Només necessitareu força suficient per fer que l'aigua flueixi. Per tant, tenint en compte que l’aigua té el paper del corrent elèctric i que la força juga el paper de la diferència de potencial, podem dir que:
   • U_(total) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Calcula la resistència elèctrica total. Suposem que voleu regular l’aigua que passa per les dues canonades. Quina seria la millor manera de fer-ho? Utilitzeu només una vàlvula d’aturada a cada forquilla o instal·leu diverses vàlvules consecutivament? La segona opció seria la millor opció. Per a resistències, l'analogia funciona de la mateixa manera. Les resistències connectades en sèrie regulen el corrent elèctric d’una manera molt més eficient que quan es connecten en paral·lel. L’equació utilitzada per calcular la resistència total en un circuit paral·lel és:
   • 1 / R_(total) = (1 / R₁) + (1 / R.)₂) + (1 / R.)₃).

4. 

   Calculeu el corrent elèctric total. Tornant al nostre exemple: es divideix el camí pel qual passa l’aigua. El mateix s'aplica al corrent elèctric. Com que hi ha diversos camins pels quals es poden recórrer les càrregues, diem que el corrent està dividit. Els diferents camins no necessàriament rebran la mateixa quantitat de càrregues. Això depèn de les resistències i materials de cada filferro. Per tant, l'equació per calcular el corrent elèctric total serà la suma dels corrents per a cada ruta:
   • Jo_(total) = Jo₁ + Jo₂ + Jo₃.
   • No podem fer servir aquesta fórmula sense els valors de corrent elèctric individual. Per a aquest cas, també podem aplicar la primera llei de Oh M.

Part 4 de 4: Resolució d’un exemple amb circuits paral·lels i en sèrie

1. 

   Resoleu l’exemple següent. Quatre resistències en un circuit es divideixen en dos cables en paral·lel. La primera cadena conté R₁ = 1Ω i R₂ = 2Ω. El segon fil conté R₃ = 0,5Ω i R₄ = 1,5Ω. Les resistències de cada fil s'associen en sèrie. La diferència de potencial aplicada al primer fil és de 3V. Calcula el valor total del corrent elèctric.

2. 

   Comença per calcular la resistència total. Com que les resistències de cada fil es connecten en sèrie, primer calcular la resistència total de cada fil.
   • R₍₁₊₂₎ = R₁ + R₂.
   • R₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • R₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = R₃ + R₄.
   • R₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   Substituïu els valors del pas anterior de l’equació per associacions paral·leles. Com que els cables s’associen en paral·lel, ara apliquem els valors de l’element anterior a l’equació per a connexions en paral·lel.
   • (1 / R_(total)) = (1 / R.)₍₁₊₂₎) + (1 / R.)₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(total)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(total)) = 5/6.
   • R_(total) = 1,2Ω.

4. 

   Calcula la diferència de potencial total. Com que la diferència de potencial és la mateixa en una associació paral·lela, podem dir que:
   • U_(total) = U₁ = 3V.

5. 

   Aplica la llei de Oh M. Ara, utilitzeu la llei de Oh M per determinar el valor del corrent elèctric total.
   • U_(total) = Jo_(total) x R_(total).
   • Jo_(total) = U_(total)/ R_(total).
   • Jo_(total) = 3V / 1.2Ω.
   • Jo_(total) = 2,5 A.

Consells

• El valor de la resistència total d'un circuit paral·lel és sempre inferior al valor de la resistència de tot la resta de resistències de l’associació.
• Terminologies importants:
  • Circuit elèctric: conjunt de components (resistències, condensadors i inductors) connectats per cables per on passa un corrent elèctric.
  • Resistors: components que poden reduir la intensitat d’un corrent elèctric.
  • Corrent elèctric: flux ordenat de càrregues elèctriques. La vostra unitat S.I. és la amperi (EL).
  • Diferència de potencial (ddp): treball produït per unitat de càrrega elèctrica. La vostra unitat S.I. és la volt (V).
  • Resistència elèctrica: mesura d’oposició al pas del corrent elèctric. La vostra unitat S.I. és la Oh M (Ω).