Corriente eléctrica y fuerza electromotriz: bases de los circuits

Q: ¿Por qué no se encienden las luces en todo el barrio cuando se va la luz en mi casa de Barranquilla?

Porque tu casa está conectada en > al resto del barrio. En un circuito paralelo, cada casa (o bombilla) tiene su propia conexión independiente a la red eléctrica. Si hay un problema en tu casa (como un cortocircuito), solo se apaga tu circuito, no el de tus vecinos. Esto es gracias a los interruptores termomagnéticos y fusibles que protegen cada instalación individualmente.

¿Alguna vez te has preguntado por qué tu celular se enciende aunque no esté conectado a la corriente? La respuesta está en dos conceptos clave: la corriente eléctrica y la fuerza electromotriz. En Colombia, donde el uso de dispositivos electrónicos crece cada día —desde los buses del TransMilenio hasta los electrodomésticos en las casas de Medellín—, entender estos principios no es solo un tema de examen, sino una herramienta para usar mejor la energía que pagamos en nuestro recibo de COP.

¿Qué es la corriente eléctrica y cómo se mide?

Imagina que estás en el mercado de Paloquemao en Bogotá a las 7 de la mañana. Miles de personas se mueven en todas direcciones llevando sus compras. En un circuito eléctrico, los electrones hacen algo parecido: fluyen por los cables como si fueran compradores en una feria. La corriente eléctrica, que representamos con la letra I, es exactamente eso: la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto del circuito en cada segundo. Se mide en amperios (A), y su fórmula básica es $I = \frac{Q}{t}$ , donde $Q$ es la carga en coulombs y $t$ el tiempo en segundos.

Corriente eléctrica

En clair : Es como el agua fluyendo por una manguera: si abres más la llave, el agua (o la corriente) aumenta.

Définition : Corriente eléctrica se define como la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección transversal de un conductor por unidad de tiempo: $I = \frac{Δ Q}{Δ t}$ . En el Sistema Internacional, la unidad es el amperio (A), equivalente a 1 coulomb por segundo.

À ne pas confondre : No es lo mismo que la fuerza electromotriz (que veremos después), ni que la energía que transporta la corriente.

Recuerda: la corriente es el movimiento de electrones, pero la energía la proporciona la fuerza electromotriz de la batería o generador.

Corriente en tu cargador de celular

Estás en tu casa en Medellín cargando el celular con un cargador que dice '5V 2A' en la parte de atrás. El cargador está conectado a un tomacorriente de 110V.

El voltaje de 5V es la fuerza que empuja a los electrones (fuerza electromotriz).
La corriente de 2A significa que pasan 2 coulombs de carga por segundo por el cable.
Si usas el cargador 3 horas al día, la energía consumida es $E = V \times I \times t = 5 V \times 2 A \times 3 \times 3600 s = 108000 J$ (julios).
En términos de dinero: si 1 kWh cuesta unos 600 COP y tu cargador consume 0.01 kWh por carga, cargarlo 30 veces al mes cuesta aproximadamente 180 COP al mes.

La corriente eléctrica en tu cargador es como el 'caudal' de electrones que fluyen para dar energía a tu celular: más corriente = más electrones pasando por segundo.

Fórmula de la corriente eléctrica

I = \frac{Δ Q}{Δ t}

La intensidad de corriente se calcula con la siguiente relación fundamental:

¡Cuidado con confundir corriente con voltaje! Son como la velocidad y la presión del agua en una manguera:

Calcula la intensidad de la corriente eléctrica en el circuito. Expresa el resultado en miliamperios (mA).

Carga que pasa: 0.3 C
Tiempo transcurrido: 2 s

Solution

Datos — Tenemos la carga $Q = 0.3 C$ y el tiempo $Δ t = 2 s$ .
Aplicar fórmula — Usamos la fórmula de la corriente: $I = \frac{Q}{Δ t}$ .
$I = \frac{0.3 C}{2 s} = 0.15 A$
Convertir unidades — Convertimos amperios a miliamperios: $1 A = 1000 mA$ .
$0.15 A = 0.15 \times 1000 mA = 150 mA$

→ La intensidad de la corriente eléctrica es 150 mA.

Ahora que ya sabes qué es la corriente eléctrica, hablemos de su 'motor': la fuerza electromotriz. Imagina que estás en el teleférico de Medellín y quieres subir a la parte alta de la ciudad. Necesitas energía para vencer la gravedad, ¿verdad? En un circuito eléctrico pasa algo similar: los electrones necesitan un 'empujón' inicial para empezar a moverse. Ese empujón es lo que llamamos fuerza electromotriz (fem), representada con la letra E o ε. No es una fuerza en el sentido tradicional (como la gravedad), sino una medida de la energía que una fuente (como una batería) proporciona por cada coulomb de carga que mueve.

Fuerza electromotriz (fem)

En clair : Es como el trabajo que hace un bombero para subir agua desde el río hasta la parte alta de la ciudad: sin ese esfuerzo inicial, el agua no subiría.

Définition : Matemáticamente, $E = \frac{W}{Q}$ , donde $W$ es el trabajo realizado (en julios) y $Q$ es la carga (en coulombs). En una batería ideal, la fem es igual a la diferencia de potencial entre sus terminales cuando no hay corriente circulando.

À ne pas confondre : No es lo mismo que la diferencia de potencial en un circuito con corriente (que puede ser menor que la fem debido a la resistencia interna).

La fem es la 'energía por carga' que la fuente proporciona, pero en la práctica parte de esa energía se pierde en calentar la batería.

La analogía hidráulica: bomba vs batería

Para entender mejor la fem, usemos una analogía que usan hasta los ingenieros:

→ La fem es como el trabajo que hace la bomba para subir el agua: sin ese esfuerzo inicial, el agua (o los electrones) no circularían.

Fem en una batería de carro

En una carrera de motos en Cartagena, el carro de seguridad usa una batería de 12V para alimentar sus luces y sistemas eléctricos. Cuando el motor está apagado, la batería proporciona exactamente 12V de fem.

La fem de 12V significa que la batería puede entregar 12 julios de energía por cada coulomb de carga que circula.
Si conectas una lámpara que consume 2A, la batería entrega $P = V \times I = 12 V \times 2 A = 24 W$ de potencia.
En 1 hora, la energía total entregada es $E = P \times t = 24 W \times 3600 s = 86400 J$ (o 0.024 kWh).
A un costo de 600 COP por kWh, esto cuesta aproximadamente 14.4 COP por hora de funcionamiento.

La fem de 12V en la batería es la energía que proporciona por cada coulomb de carga, permitiendo que funcionen los sistemas eléctricos del carro.

Fórmula de la fuerza electromotriz

E = \frac{W}{Q}

La energía entregada por la fuente por unidad de carga se calcula con:

¡Ojo con este error común en Colombia! Muchos estudiantes piensan que:

Componentes básicos de un circuito eléctrico

¿Alguna vez has visto a un electricista trabajando en tu casa en Barranquilla y te has preguntado qué son todos esos cables y dispositivos? Un circuito eléctrico es como un sistema de tuberías por donde circula la 'electricidad', pero en lugar de agua, transporta energía. Los cuatro componentes esenciales que siempre encuentras son: la fuente de energía (batería o tomacorriente), los conductores (cables), los dispositivos de control (interruptores) y los dispositivos de consumo (bombillas, motores, resistencias). Vamos a ver cada uno con ejemplos que conoces bien.

Fuente de energía

En clair : Es como el tanque de agua que alimenta todo el sistema de riego: sin él, no hay flujo.

Définition : En un circuito de corriente continua (CC), la fuente ideal tiene fem $E$ y resistencia interna despreciable. En corriente alterna (CA), la fuente es el generador de la empresa de energía (como Codensa o Empresas Públicas de Medellín).

À ne pas confondre : No es lo mismo que la corriente: la fuente proporciona la energía, pero la corriente es el flujo resultante.

En Colombia, las fuentes más comunes son las baterías en dispositivos portátiles y el tomacorriente de 110V en las casas.

Conductores y resistencias

En clair : El conductor es como una autopista de 8 carriles: los electrones pasan rápido. La resistencia es como un peaje que reduce la velocidad y genera calor.

Définition : La resistencia $R$ se mide en ohmios (Ω) y sigue la ley de Ohm: $V = I \cdot R$ . Los conductores ideales tienen resistencia cero, pero en la práctica siempre hay alguna resistencia.

À ne pas confondre : No todos los materiales son conductores: el plástico, la madera y el vidrio son aislantes (no dejan pasar la corriente).

Los conductores permiten el flujo, las resistencias lo controlan. Juntos hacen que los circuitos funcionen.

Cómo armar un circuito simple en casa

Si quieres experimentar con circuitos como los ingenieros de la Universidad Nacional, sigue estos pasos con materiales que encuentras en cualquier ferretería de Cali:

Consigue una pila de 9V, un portalámparas pequeño, una bombilla LED de 9V, y dos cables con pinzas cocodrilo.
Conecta el terminal positivo (+) de la pila al portalámparas usando un cable.
Conecta el terminal negativo (-) de la pila al otro extremo del portalámparas con el segundo cable.
Cierra el circuito: la bombilla debe encenderse. Si no enciende, revisa las conexiones (¡los cables deben hacer buen contacto!).
Abre el circuito en cualquier punto: la bombilla se apaga. Esto es el interruptor en acción.

Siempre verifica que el circuito esté desconectado antes de manipularlo y usa cables con protección para evitar cortocircuitos.

Consumo de una nevera en Bogotá

En una casa típica de estrato 3 en Bogotá, la nevera consume aproximadamente 1.5 kWh al día. Si la red eléctrica proporciona 110V, ¿cuál es la corriente promedio que circula por el circuito de la nevera?

Energía diaria: 1.5 kWh = 1500 Wh = 1500 × 3600 J = 5 400 000 J
Tiempo en segundos: 24 horas × 3600 s/h = 86 400 s
Potencia promedio: $P = \frac{E}{t} = \frac{5400000 J}{86400 s} = 62.5 W$
Voltaje de la red: 110 V
Corriente: $I = \frac{P}{V} = \frac{62.5 W}{110 V} \approx 0.57 A$

La nevera en Bogotá consume una corriente promedio de 0.57 amperios, lo que equivale a unos 62.5 vatios de potencia continua.

¡Peligro! Estos errores pueden dañar tu circuito o causar incendios:

Ley de Ohm: la relación mágica entre voltaje, corriente y resistencia

¿Recuerdas la analogía del agua en las tuberías? Pues la ley de Ohm es como la fórmula que relaciona la presión del agua (voltaje), el caudal (corriente) y el grosor de la tubería (resistencia). Georg Ohm, un profesor alemán del siglo XIX, descubrió que en muchos materiales (como los resistores que usas en tus experimentos), la corriente que circula es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia. Esta relación es tan fundamental que hasta los ingenieros de la Universidad de los Andes la usan para diseñar circuitos. En Colombia, donde el consumo de energía eléctrica crece un 3% anual, entender esta ley te ayudará a calcular cuánta energía gastan tus dispositivos favoritos.

Ley de Ohm

V = I \cdot R

La relación fundamental que gobierna la mayoría de los circuitos eléctricos es:

Truco para recordar la ley de Ohm Usa el triángulo mágico:V
I   R

Resistencia de un ventilador en una casa de Cali

En una casa de estrato 4 en Cali, tienes un ventilador que consume 0.8A cuando está conectado a un tomacorriente de 110V. ¿Cuál es la resistencia del motor del ventilador?

Voltaje aplicado: V = 110 V
Corriente medida: I = 0.8 A
Aplicamos la ley de Ohm: $R = \frac{V}{I} = \frac{110 V}{0.8 A} = 137.5 Ω$
Costo diario: Si el ventilador funciona 8 horas al día, consume $E = V \times I \times t = 110 V \times 0.8 A \times 8 h = 704 Wh = 0.704 kWh$ . A 600 COP/kWh, cuesta aproximadamente 422 COP al día.

El motor del ventilador tiene una resistencia de 137.5 ohmios, y usarlo 8 horas al día en Cali cuesta unos 12 660 COP al mes.

¡Errores típicos al aplicar la ley de Ohm que veo en mis estudiantes de Bogotá! Evítalos a toda costa:

Calcula la resistencia desconocida usando la ley de Ohm.

Voltaje aplicado: 12 V
Corriente medida: 150 mA = 0.15 A

Solution

Convertir unidades — Convertimos la corriente de miliamperios a amperios: $150 mA = 0.15 A$ .
Aplicar ley de Ohm — Usamos la fórmula $R = \frac{V}{I}$ .
$R = \frac{12 V}{0.15 A} = 80 Ω$

→ La resistencia desconocida tiene un valor de 80 ohmios.

Circuitos en serie y en paralelo: ¿cómo se conectan tus dispositivos?

¿Alguna vez has visto las luces de Navidad en una casa de Cartagena durante las fiestas? Todas las bombillas están conectadas de tal manera que si una se quema, todas se apagan. Eso es un circuito en serie. Pero si miras el alumbrado público de Bogotá, cada bombilla funciona independientemente: si una se apaga, las demás siguen encendidas. Eso es un circuito en paralelo. La diferencia entre conectar tus dispositivos en serie o en paralelo es crucial, porque afecta la corriente total, el voltaje disponible y hasta la seguridad de tu instalación. Vamos a ver cómo funcionan ambos tipos de conexión con ejemplos que conoces bien.

Característica	Circuito en serie	Circuito en paralelo
Corriente total	Misma en todos los componentes ( $I_{t o t a l} = I_{1} = I_{2} = . . .$ )	Suma de corrientes ( $I_{t o t a l} = I_{1} + I_{2} + . . .$ )
Voltaje total	Suma de voltajes ( $V_{t o t a l} = V_{1} + V_{2} + . . .$ )	Mismo en todos los componentes ( $V_{t o t a l} = V_{1} = V_{2} = . . .$ )
Resistencia equivalente	$R_{e q} = R_{1} + R_{2} + . . .$	$\frac{1}{R_{e q}} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}} + . . .$
Si un componente falla	Todo el circuito se apaga	Solo ese componente se apaga
Ejemplo en Colombia	Luces de Navidad, portalámparas antiguos	Alumbrado público, enchufes domésticos

Conexión de bombillas en una casa de Barranquilla

En una casa de estrato 3 en Barranquilla, tienes dos bombillas LED conectadas a un circuito. La primera tiene una resistencia de 220 Ω y la segunda de 330 Ω. Si las conectas en serie a una batería de 9V, ¿cuál es la corriente total y el voltaje en cada bombilla?

Resistencias: $R_{1} = 220 Ω$ , $R_{2} = 330 Ω$
Voltaje total: $V_{t o t a l} = 9 V$
Resistencia equivalente en serie: $R_{e q} = R_{1} + R_{2} = 220 Ω + 330 Ω = 550 Ω$
Corriente total: $I = \frac{V_{t o t a l}}{R_{e q}} = \frac{9 V}{550 Ω} \approx 0.0164 A = 16.4 mA$
Voltaje en cada bombilla: $V_{1} = I \times R_{1} = 0.0164 A \times 220 Ω \approx 3.6 V$ ; $V_{2} = I \times R_{2} = 0.0164 A \times 330 Ω \approx 5.4 V$

En serie, la corriente es la misma para ambas bombillas (16.4 mA), pero el voltaje se reparte: 3.6V en la primera y 5.4V en la segunda. Si una bombilla se quema, el circuito completo se apaga.

Conexión de enchufes en un apartamento de Bogotá

En un apartamento de 70 m² en el norte de Bogotá, tienes tres enchufes conectados en paralelo a un mismo circuito de 110V. El primer enchufe alimenta un computador que consume 0.5A, el segundo una lámpara de 60W, y el tercero un cargador de celular de 10W. ¿Cuál es la corriente total que circula por el circuito principal?

Potencia del computador: $P_{1} = V \times I_{1} \Rightarrow I_{1} = \frac{P_{1}}{V}$ . Pero no tenemos $P_{1}$ , así que usamos los datos de corriente directamente: $I_{1} = 0.5 A$
Potencia de la lámpara: $P_{2} = 60 W$
Potencia del cargador: $P_{3} = 10 W$
Corriente en la lámpara: $I_{2} = \frac{P_{2}}{V} = \frac{60 W}{110 V} \approx 0.545 A$
Corriente en el cargador: $I_{3} = \frac{P_{3}}{V} = \frac{10 W}{110 V} \approx 0.091 A$
Corriente total: $I_{t o t a l} = I_{1} + I_{2} + I_{3} = 0.5 + 0.545 + 0.091 \approx 1.136 A$

En paralelo, la corriente total es la suma de las corrientes individuales (1.136 A). Si un dispositivo se apaga, los demás siguen funcionando normalmente.

¡Atención! Estos errores en conexiones paralelas son comunes en Colombia y pueden causar sobrecargas:

Resuelve el circuito paralelo con los datos proporcionados.

Resistencias: $R_{1} = 100 Ω$ , $R_{2} = 200 Ω$ , $R_{3} = 300 Ω$
Voltaje de la batería: 12 V

Solution

Calcular resistencia equivalente — Usamos la fórmula para resistencias en paralelo: $\frac{1}{R_{e q}} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}} + \frac{1}{R_{3}}$ .
$\frac{1}{R_{e q}} = \frac{1}{100} + \frac{1}{200} + \frac{1}{300} = 0.01 + 0.005 + 0.00333 = 0.01833 Ω^{- 1}$
Invertir para obtener $R_{e q}$ — Calculamos $R_{e q} = \frac{1}{0.01833} \approx 54.55 Ω$ .
$R_{e q} = \frac{1}{0.01833} \approx 54.55 Ω$
Calcular corriente total — Usamos la ley de Ohm: $I_{t o t a l} = \frac{V}{R_{e q}} = \frac{12 V}{54.55 Ω} \approx 0.22 A$ .
$I_{t o t a l} = \frac{12}{54.55} \approx 0.22 A$
Calcular corrientes individuales — Para cada resistencia, $I_{n} = \frac{V}{R_{n}}$ :
$I_{1} = \frac{12}{100} = 0.12 A, I_{2} = \frac{12}{200} = 0.06 A, I_{3} = \frac{12}{300} = 0.04 A$

→ La resistencia equivalente es 54.55 Ω, la corriente total es 0.22 A, y las corrientes individuales son 0.12 A, 0.06 A y 0.04 A respectivamente.

Aplicaciones prácticas de la corriente y la fem en Colombia

Colombia es un país de contrastes: desde las nevadas de la Sierra Nevada hasta los calores de La Guajira, pasando por las selvas del Amazonas. En todos estos lugares, la electricidad es esencial para la vida moderna. Pero, ¿cómo llega la energía desde las hidroeléctricas de EPM o ISAGEN hasta tu celular en Cartagena? La respuesta está en los principios que hemos visto: corriente eléctrica, fuerza electromotriz y circuitos bien diseñados. Vamos a explorar cómo estos conceptos se aplican en situaciones reales que vivimos todos los días en el país, desde el transporte público hasta los electrodomésticos en nuestras casas.

Datos clave de la electricidad en Colombia Algunos números que todo estudiante colombiano debería conocer:

Costo de operar un aire acondicionado en Medellín

En una oficina en el centro de Medellín, tienes un aire acondicionado de 2 000W que funciona 8 horas al día durante 20 días al mes. ¿Cuánto cuesta operarlo al mes? ¿Cuál es la corriente que circula por su circuito?

Potencia del aire acondicionado: $P = 2000 W = 2 kW$
Tiempo de operación mensual: $t = 8 h/día \times 20 días = 160 h$
Energía consumida: $E = P \times t = 2 kW \times 160 h = 320 kWh$
Costo mensual: $320 kWh \times 600 COP/kWh = 192000 COP$
Corriente: $I = \frac{P}{V} = \frac{2000 W}{110 V} \approx 18.18 A$

Operar un aire acondicionado de 2 kW en Medellín durante 20 días cuesta unos 192 000 COP al mes y requiere una corriente de 18.18 amperios, lo que explica por qué muchos circuitos domésticos tienen interruptores de 20A.

Sistema eléctrico del TransMilenio en Bogotá

El TransMilenio usa trenes eléctricos que funcionan con corriente continua de 750V. Cada tren tiene 4 motores eléctricos, cada uno con una resistencia de 0.5 Ω. Si la corriente total que circula por los motores es de 500A, calcula: a) la potencia total entregada a los motores, b) la fem proporcionada por la fuente, y c) la energía consumida en un viaje de 30 minutos.

Número de motores: 4
Resistencia por motor: $R = 0.5 Ω$
Corriente total: $I = 500 A$
Voltaje por motor: $V = I \times R = 500 A \times 0.5 Ω = 250 V$
Potencia por motor: $P = V \times I = 250 V \times 500 A = 125000 W = 125 kW$
Potencia total: $P_{t o t a l} = 4 \times 125 kW = 500 kW$
Energía en 30 minutos: $E = P \times t = 500 kW \times 0.5 h = 250 kWh$
Costo energético: $250 kWh \times 600 COP/kWh = 150000 COP$ por viaje

El TransMilenio consume 500 kW de potencia por tren, lo que equivale a 250 kWh por viaje de 30 minutos. A 600 COP/kWh, cada viaje cuesta unos 150 000 COP en energía eléctrica.

Leyes de Kirchhoff — Para analizar circuitos complejos (como los de los sistemas de transporte o las redes eléctricas), usamos dos leyes fundamentales desarrolladas por Gustav Kirchhoff:

Ley de corrientes (o nodos): La suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de corrientes que salen.
Ley de voltajes (o mallas): La suma algebraica de los voltajes en una malla cerrada es cero.

Las leyes de Kirchhoff son la base para resolver cualquier circuito, por complejo que sea.

Aplicación de las leyes de Kirchhoff en un circuito doméstico

En una casa de estrato 4 en Cali, tienes un circuito con dos resistencias en paralelo ( $R_{1} = 100 Ω$ , $R_{2} = 200 Ω$ ) conectadas a una batería de 12V. Usa las leyes de Kirchhoff para calcular la corriente que circula por cada resistencia.

Primero, calculamos la resistencia equivalente en paralelo: $R_{e q} = \frac{R_{1} \cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}} = \frac{100 \times 200}{300} = 66.67 Ω$ .
Corriente total: $I_{t o t a l} = \frac{V}{R_{e q}} = \frac{12}{66.67} \approx 0.18 A$ .
Aplicamos la ley de corrientes en el nodo: $I_{t o t a l} = I_{1} + I_{2}$ .
Aplicamos la ley de voltajes en cada malla: $V = V_{1} = V_{2} = 12 V$ (porque están en paralelo).
Corriente en $R_{1}$ : $I_{1} = \frac{V}{R_{1}} = \frac{12}{100} = 0.12 A$ .
Corriente en $R_{2}$ : $I_{2} = \frac{V}{R_{2}} = \frac{12}{200} = 0.06 A$ .
Verificamos: $I_{1} + I_{2} = 0.12 + 0.06 = 0.18 A = I_{t o t a l}$ .

Las leyes de Kirchhoff nos permiten verificar que las corrientes en paralelo suman la corriente total, y que el voltaje es el mismo en todas las ramas.

Resolución de problemas tipo ICFES: pon a prueba lo que sabes

El ICFES Saber 11 evalúa no solo tu conocimiento, sino tu capacidad para aplicar conceptos en situaciones nuevas. En esta sección, resolveremos problemas similares a los que podrías encontrar en el examen, usando los conceptos de corriente eléctrica, fuerza electromotriz y circuitos que hemos visto. Recuerda: en el ICFES, lo importante no es memorizar fórmulas, sino entender cómo funcionan los principios físicos. ¡Vamos a practicar con ejemplos que podrían aparecer en tu prueba!

Problema 1: Circuito con batería y resistencia

Resuelve el circuito con los datos proporcionados.

Fuerza electromotriz de la batería: 12 V
Resistencia del resistor: 400 Ω
Tiempo de operación: 10 minutos = 600 s

Solution

Calcular corriente — Usamos la ley de Ohm: $I = \frac{V}{R} = \frac{12 V}{400 Ω} = 0.03 A = 30 mA$ .
$I = \frac{12}{400} = 0.03 A$
Calcular potencia — La potencia disipada en el resistor es $P = V \times I = 12 V \times 0.03 A = 0.36 W$ .
$P = 12 \times 0.03 = 0.36 W$
Calcular energía — La energía consumida es $E = P \times t = 0.36 W \times 600 s = 216 J$ .
$E = 0.36 \times 600 = 216 J$

→ La corriente es 30 mA, la potencia disipada es 0.36 W, y la energía consumida en 10 minutos es 216 julios.

Problema 2: Circuitos en serie y paralelo

Resuelve ambos circuitos con los datos proporcionados.

Resistencias: $R_{1} = 150 Ω$ , $R_{2} = 300 Ω$
Voltaje de la batería: 9 V

Solution

Conexión en serie — Resistencia equivalente: $R_{e q} = R_{1} + R_{2} = 150 Ω + 300 Ω = 450 Ω$ .
$R_{e q} = 150 + 300 = 450 Ω$
Corriente en serie — Corriente total: $I = \frac{V}{R_{e q}} = \frac{9 V}{450 Ω} = 0.02 A = 20 mA$ .
$I = \frac{9}{450} = 0.02 A$
Voltaje en cada resistencia (serie) — Voltaje en $R_{1}$ : $V_{1} = I \times R_{1} = 0.02 A \times 150 Ω = 3 V$ ; Voltaje en $R_{2}$ : $V_{2} = I \times R_{2} = 0.02 A \times 300 Ω = 6 V$ .
$V_{1} = 0.02 \times 150 = 3 V, V_{2} = 0.02 \times 300 = 6 V$
Conexión en paralelo — Resistencia equivalente: $\frac{1}{R_{e q}} = \frac{1}{150} + \frac{1}{300} = 0.00667 + 0.00333 = 0.01 Ω^{- 1} \Rightarrow R_{e q} = 100 Ω$ .
$\frac{1}{R_{e q}} = \frac{1}{150} + \frac{1}{300} = 0.01 Ω^{- 1} \Rightarrow R_{e q} = 100 Ω$
Corriente en paralelo — Corriente total: $I = \frac{V}{R_{e q}} = \frac{9 V}{100 Ω} = 0.09 A = 90 mA$ .
$I = \frac{9}{100} = 0.09 A$

→ En serie: corriente 20 mA, voltajes 3V y 6V. En paralelo: resistencia equivalente 100 Ω, corriente total 90 mA.

Problema 3: Fem y resistencia interna

Resuelve el problema usando los datos de la batería.

Fem de la batería: 1.5 V
Resistencia interna: 0.5 Ω
Corriente medida: 1 A

Solution

Diferencia de potencial en terminales — La diferencia de potencial es $V = E - I \cdot r = 1.5 V - (1 A \times 0.5 Ω) = 1.0 V$ .
$V = 1.5 - (1 \times 0.5) = 1.0 V$
Potencia total entregada — La potencia total es $P_{t o t a l} = E \times I = 1.5 V \times 1 A = 1.5 W$ .
$P_{t o t a l} = 1.5 \times 1 = 1.5 W$
Potencia disipada en resistencia interna — La potencia disipada es $P_{r} = I^{2} \cdot r = {(1 A)}^{2} \times 0.5 Ω = 0.5 W$ .
$P_{r} = 1^{2} \times 0.5 = 0.5 W$

→ El voltaje en terminales es 1.0 V, la potencia total es 1.5 W, y la potencia disipada en la resistencia interna es 0.5 W.

¿Puedes explicar qué es la corriente eléctrica y cómo se mide en amperios?
¿Sabes la diferencia entre corriente eléctrica y fuerza electromotriz?
¿Aplicas correctamente la ley de Ohm en circuitos con resistencias?
¿Diferencias entre circuitos en serie y en paralelo, y sus características?
¿Calculas la resistencia equivalente en circuitos complejos?
¿Entiendes cómo funcionan las baterías y su resistencia interna?
¿Puedes resolver problemas tipo ICFES sobre circuitos eléctricos?

FAQ

¿Por qué se queman los bombillos cuando hay un pico de voltaje en mi casa de Bogotá?

Cuando hay un pico de voltaje (aumento brusco de voltaje), la corriente que circula por el filamento del bombillo aumenta mucho más de lo normal. Como la potencia disipada es $P = V \times I$ , y el filamento tiene una resistencia fija, el aumento de voltaje causa un aumento de potencia que calienta el filamento hasta fundirlo. Es como si abrieras demasiado la llave del agua: la tubería no aguanta la presión y se rompe.

¿Cómo funciona la batería de un carro eléctrico como los de Medellín?

Un carro eléctrico usa una batería de iones de litio que proporciona una fem de cientos de voltios (por ejemplo, 400V). Esta fem impulsa la corriente que alimenta los motores eléctricos. La batería almacena energía química que se convierte en energía eléctrica cuando los electrones fluyen desde el ánodo al cátodo a través del circuito. En Medellín, empresas como Ecopetrol están invirtiendo en electromovilidad, y ya hay estaciones de carga en lugares como el Parque de los Pies Descalzos.

¿Qué voltaje usan los enchufes en Colombia: 110V o 220V?

En la mayoría de las ciudades colombianas (Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla), el voltaje estándar en los hogares es de 110V. Sin embargo, en algunas zonas rurales o en edificios antiguos, puedes encontrar enchufes de 220V. Siempre revisa la etiqueta de tus dispositivos: si dice '110-220V', funcionan en ambos voltajes, pero si solo dice '220V', no los conectes a un tomacorriente de 110V.

¿Por qué no se encienden las luces en todo el barrio cuando se va la luz en mi casa de Barranquilla?

Porque tu casa está conectada en paralelo al resto del barrio. En un circuito paralelo, cada casa (o bombilla) tiene su propia conexión independiente a la red eléctrica. Si hay un problema en tu casa (como un cortocircuito), solo se apaga tu circuito, no el de tus vecinos. Esto es gracias a los interruptores termomagnéticos y fusibles que protegen cada instalación individualmente.

¿Cómo puedo calcular cuánto gasta mi nevera en energía eléctrica cada mes?

Busca la etiqueta de eficiencia energética de tu nevera (generalmente en la parte trasera o en el manual). Ahí encontrarás la potencia en vatios (W) o kilovatios (kW). Multiplica esa potencia por las horas que funciona al día y por 30 días. Por ejemplo, si tu nevera es de 200W y funciona 8 horas al día, consume $0.2 kW \times 8 h \times 30 días = 48 kWh$ al mes. A 600 COP/kWh, cuesta unos 28 800 COP al mes.

¿Qué pasa si conecto muchos dispositivos en un mismo enchufre usando un 'triple' en Cali?

Si la corriente total supera la capacidad del circuito (generalmente 15A o 20A), el interruptor termomagnético saltará para proteger la instalación. Esto es común en casas antiguas o en barrios como Siloé en Cali, donde las instalaciones eléctricas no están diseñadas para soportar tanta carga. Si saltan los plomos frecuentemente, es señal de que necesitas una revisión eléctrica profesional.

¿Qué es la corriente eléctrica y cómo se mide?

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Problema 1: Circuito con batería y resistencia

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Fuentes