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Fisica 1° · 2024
Libro de Física 1 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Diseño de un circuito serie-paralelo con seis resistencias

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

Ej. 4: R_T \approx 514 \, \Omega; I_T \approx 23{,}4 \, \text{mA}; V_1 = 2{,}34\,\text{V}, V_{23} = 1{,}61\,\text{V}, V_{45} = 0{,}35\,\text{V}, V_6 = 7{,}71\,\text{V}. Ej. 5: depende de la figura (no incluida en la página).

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 3 min lectura

Solución — Página 140

Fisica 1° · 2024

4
Ejercicio 4

Diseña un circuito con al menos seis resistencias, en configuración serie-paralelo, con valores comerciales; dibuja el circuito y resuélvelo manualmente (luego verifica con un simulador).

Solución orientativa (ejemplo de circuito válido): se propone una fuente de V = 12 \, \text{V}, R_1 = 100 \, \Omega en serie con el resto del circuito, y dos bloques en paralelo (R_2 = 220 \, \Omega con R_3 = 100 \, \Omega; y R_4 = 47 \, \Omega con R_5 = 22 \, \Omega), seguidos de R_6 = 330 \, \Omega en serie. Total: 6 resistencias, todos los valores comerciales de la serie E24.

  1. Equivalente del bloque 1 (R_2 \parallel R_3): R_{23} = \frac{R_2 \cdot R_3}{R_2 + R_3} = \frac{220 \cdot 100}{220 + 100} = \frac{22\,000}{320} = 68{,}75 \, \Omega

  2. Equivalente del bloque 2 (R_4 \parallel R_5): R_{45} = \frac{R_4 \cdot R_5}{R_4 + R_5} = \frac{47 \cdot 22}{47 + 22} = \frac{1\,034}{69} \approx 15{,}0 \, \Omega

  3. Resistencia total (todo está en serie): R_T = R_1 + R_{23} + R_{45} + R_6 = 100 + 68{,}75 + 15{,}0 + 330 = 513{,}75 \, \Omega \approx 514 \, \Omega

  4. Corriente total (Ley de Ohm): I_T = \frac{V}{R_T} = \frac{12 \, \text{V}}{513{,}75 \, \Omega} \approx 0{,}0234 \, \text{A} = 23{,}4 \, \text{mA}

  5. Caídas de tensión en serie (son las mismas corrientes): V_1 = I_T \cdot R_1 = 23{,}4 \, \text{mA} \cdot 100 \, \Omega = 2{,}34 \, \text{V} V_{23} = I_T \cdot R_{23} = 23{,}4 \, \text{mA} \cdot 68{,}75 \, \Omega \approx 1{,}61 \, \text{V} V_{45} = I_T \cdot R_{45} = 23{,}4 \, \text{mA} \cdot 15{,}0 \, \Omega \approx 0{,}35 \, \text{V} V_6 = I_T \cdot R_6 = 23{,}4 \, \text{mA} \cdot 330 \, \Omega \approx 7{,}71 \, \text{V} Comprobación (Ley de Kirchhoff de voltajes): 2{,}34 + 1{,}61 + 0{,}35 + 7{,}71 = 12{,}01 \, \text{V} \approx 12 \, \text{V} \quad \checkmark

  6. Corrientes parciales dentro de cada bloque en paralelo: I_2 = \frac{V_{23}}{R_2} = \frac{1{,}61 \, \text{V}}{220 \, \Omega} \approx 7{,}32 \, \text{mA}, \qquad I_3 = \frac{V_{23}}{R_3} = \frac{1{,}61 \, \text{V}}{100 \, \Omega} = 16{,}1 \, \text{mA} I_2 + I_3 = 7{,}32 + 16{,}1 = 23{,}4 \, \text{mA} = I_T \quad \checkmark \ \text{(Ley de Kirchhoff de corrientes)} I_4 = \frac{V_{45}}{R_4} = \frac{0{,}35 \, \text{V}}{47 \, \Omega} \approx 7{,}45 \, \text{mA}, \qquad I_5 = \frac{V_{45}}{R_5} = \frac{0{,}35 \, \text{V}}{22 \, \Omega} \approx 15{,}9 \, \text{mA}

  7. Potencia disipada por cada resistencia (P = I^2R): P_1 = (23{,}4 \, \text{mA})^2 \cdot 100 \approx 54{,}8 \, \text{mW}, \quad P_6 = (23{,}4 \, \text{mA})^2 \cdot 330 \approx 181 \, \text{mW}

  8. En la simulador (links de la página) se reproduce el mismo circuito y se comprueban I_T \approx 23{,}4 \, \text{mA} y las tensines de paso.

Respuesta

R_T \approx 514 \, \Omega, I_T \approx 23{,}4 \, \text{mA}, V_1 = 2{,}34 \, \text{V}, V_{23} = 1{,}61 \, \text{V}, V_{45} = 0{,}35 \, \text{V}, V_6 = 7{,}71 \, \text{V}.

5
Ejercicio 5

Planteamiento: En una práctica de laboratorio se prueba la efectividad de un grupo de resistencias experimentales; los sensores entregan información con base en el circuito determinado en la figura. Se pide realizar actividades en una hoja aparte.

  1. El circuito debe extraerse de la figura que acompaña al planteamiento; en esta página no aparece, así que no se pueden calcular valores concretos.
  2. Cuando se tenga la figura: identificar nodos y establecer qué elementos están en paralelo y cuáles en serie.
  3. Sustituir en R_{eq} = R_1 + \frac{1}{\frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}} + \dots hasta reducir el circuito a una sola resistencia equivalente.
  4. Aplicar I = \frac{V}{R_{eq}} y, con la ley de divisor de tensión V_x = V \cdot \frac{R_x}{R_{eq}}, obtener las lecturas esperadas de los sensores.
  5. Comparar lecturas teóricas y experimentales para concluir sobre la efectividad del grupo de resistencias.

Respuesta orientativa: el procedimiento es reducir la figura a R_{eq}, calcular I y distribuir tensiones; la conclusión se obtiene comparando valores medidos y calculados.

Contenido de la página

Texto de Física — pág. 139 (continuación)

a) Creo un circuito con, por lo menos, seis resistencias. Procuro usar configuraciones serie-paralelo y dibujo el circuito. No olvido colocar valores comerciales.

b) Resuelvo de manera manual mi circuito.

c) Accedo a cualquiera de los siguientes simuladores y verifico mi respuesta (puedo investigar más simuladores).

5. Leo el siguiente planteamiento y realizo, en una hoja aparte, las actividades a continuación:

En una práctica de laboratorio se prueba la efectividad de un grupo de resistencias experimentales; los sensores entregan información con base en el circuito determinado en la figura.

En la página aparece un recuadro en blanco para el dibujo del circuito del ítem 4.

Ejemplos resueltos

Circuito con V = 12 \, \text{V}, R_1 = 100\,\Omega en serie con (R_2 = 220\,\Omega \parallel R_3 = 100\,\Omega), luego (R_4 = 47\,\Omega \parallel R_5 = 22\,\Omega) y R_6 = 330\,\Omega en serie.

R_{23} = 68{,}75\,\Omega, R_{45} \approx 15{,}0\,\Omega, R_T = 513{,}75\,\Omega \approx 514\,\Omega; I_T = 23{,}4\,\text{mA}; V_1 = 2{,}34\,\text{V}, V_{23} = 1{,}61\,\text{V}, V_{45} = 0{,}35\,\text{V}, V_6 = 7{,}71\,\text{V} (suma \approx 12\,\text{V}).

Tabla

Elemento Valor Conexión Corriente Tensión
R_1 100\,\Omega serie 23{,}4\,\text{mA} 2{,}34\,\text{V}
R_2 220\,\Omega paralelo con R_3 7{,}32\,\text{mA} 1{,}61\,\text{V}
R_3 100\,\Omega paralelo con R_2 16{,}1\,\text{mA} 1{,}61\,\text{V}
R_4 47\,\Omega paralelo con R_5 7{,}45\,\text{mA} 0{,}35\,\text{V}
R_5 22\,\Omega paralelo con R_4 15{,}9\,\text{mA} 0{,}35\,\text{V}
R_6 330\,\Omega serie 23{,}4\,\text{mA} 7{,}71\,\text{V}

Diagrama

flowchart LR
  V((V=12V)) --> R1[R1=100Ω]
  R1 --> B1{Paralelo: R2∥R3}
  B1 --> B2{Paralelo: R4∥R5}
  B2 --> R6[R6=330Ω]
  R6 --> V

Fórmulas y ecuaciones

R_{eq,\text{paralelo}} = \frac{R_a R_b}{R_a + R_b}

R_T = R_1 + R_{23} + R_{45} + R_6

I_T = \frac{V}{R_T}

R_{eq,\text{serie}} = R_1 + R_2 + \dots + R_n

R_{eq,\text{paralelo}} = \frac{1}{\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots + \frac{1}{R_n}}

R_{23} = \frac{R_2 R_3}{R_2 + R_3} = \frac{220 \cdot 100}{220 + 100} = 68{,}75 \, \Omega

R_{45} = \frac{R_4 R_5}{R_4 + R_5} = \frac{47 \cdot 22}{47 + 22} \approx 15{,}0 \, \Omega

R_T = R_1 + R_{23} + R_{45} + R_6 = 513{,}75 \, \Omega

I_T = \frac{V}{R_T} = \frac{12 \, \text{V}}{513{,}75 \, \Omega} \approx 23{,}4 \, \text{mA}

\sum V_i = V_{fuente} \ \text{(Kirchhoff de voltajes)}

\sum I_{paralelo} = I_{total} \ \text{(Kirchhoff de corrientes)}

Glosario (4)

Resistencia equivalente
Valor de una única resistencia que reemplaza a varias conectadas, manteniendo la misma corriente total para la misma tensión.
Configuración serie-paralelo
Circuito mixto que contiene ramas en paralelo unidas en serie con otros elementos.
Valores comerciales
Valores estándar de resistencias (series E12, E24) que realmente se fabrican y se consiguen en el mercado.
Simulador de circuitos
Software que modela el comportamiento eléctrico de un circuito para verificar resultados teóricos.

Preguntas para practicar

¿Por qué es recomendable usar valores comerciales al diseñar un circuito?

Porque los valores comerciales (series E12, E24) son los únicos que existen físicamente en el mercado; un circuito diseñado con valores arbitrarios no podría construirse y solo serviría en la teoría o en simuladores.

¿Qué simuladores en línea pueden usarse para verificar un circuito serie-paralelo?

Se pueden usar los enlaces indicados en la página (CircuitLab, Falstad Circuit Simulator, EveryCircuit, Tinkercad Circuits, SimPy). En todos se dibuja el circuito, se aplican las tensiones y se leen corrientes y tensiones para compararlas con el cálculo manual.

Temas y conceptos clave

Diseño de circuitos serie-paraleloResistencia equivalenteCorrientes y tensiones parcialesUso de simuladores de circuitosresistencias en serieresistencias en paraleloresistencia equivalenteley de Ohmley de Kirchhoff de voltajesley de Kirchhoff de corrientesvalores comerciales

Fuentes y referencias

  • https://bit.ly/3tEdyE1
  • https://bit.ly/3vhrZOT
  • https://bit.ly/3vfjI3s
  • https://bit.ly/3aAScjg
  • https://bit.ly/3vboUQ5
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Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se calcula la resistencia equivalente de un circuito serie-paralelo?
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¿Qué ley de Kirchhoff se usa para verificar las corrientes en un circuito mixto?
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📌 Antes de leer esto
  • • Ley de Ohm
  • • Resistencias en serie y en paralelo
  • • Leyes de Kirchhoff de voltajes y corrientes
  • • Notación de valores comerciales E24
Siguiente tema sugerido
Resolución del circuito de la figura del planteamiento 5 y análisis de lecturas de sensores
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 747 caracteres

a) Creo un circuito con, por lo menos, seis resistencias. Procuro usar configuraciones serie paralelo y dibujo el circuito. No olvido colocar valores comerciales. b) Resuelvo de manera manual mi circuito.

XY y

c) Accedo a cualquiera de los siguientes simuladores y verifico mi respuesta (puedo investigar más simuladores).

https://bit.ly/3tEdyE1 https://bit.ly/3vhrZOT https://bit.ly/3vfjl3s

https://bit.ly/3aAScjg

https://bit.ly/3vboUQ5

  1. Leo el siguiente planteamiento y realizo en una hoja aparte, las actividades a continuación:

En una práctica de laboratorio se prueba la efectividad de un grupo de resistencias experimentales; los sensores entregan información con base en el circuito determinado en la figura.

Texto de Física | 139

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