Circuitos en serie

Dos focos de 12 Ω en serie conectados a una batería de 6 V reciben cada uno 3 V y 0.25 A, y cada uno brilla con la cuarta parte de la potencia que tendría un solo foco.

Un solo camino para la corriente

En un circuito en serie, los componentes se conectan uno tras otro, por lo que solo hay un camino para recorrerlo. Cada culombio que sale de la batería tiene que pasar por todos los componentes en orden. De ahí sale la primera regla de los circuitos en serie: la corriente es la misma en todo el circuito. Si colocas un amperímetro antes del primer foco, entre los focos o después del último, indicará el mismo valor. La carga no puede acumularse en ningún punto, así que toda la que entra en un componente debe salir de él.

Las resistencias se suman

Cada componente recibe una parte del voltaje de la batería. Al recorrer el circuito, las caídas de voltaje en los componentes deben sumar el voltaje de la batería, porque cada culombio entrega toda la energía que recibió. Con la misma corriente I en cada componente, las caídas son I R₁, I R₂, etc., y su suma es I (R₁ + R₂ + ...). Así, toda la cadena actúa como un único resistor de R = R₁ + R₂ + R₃ + ... . Por eso, agregar componentes en serie siempre aumenta la resistencia total y reduce la corriente.

Hagamos los cálculos

Toma el circuito inicial del laboratorio: una batería de 6 V y dos focos de 12 Ω en serie. La resistencia total es 12 + 12 = 24 Ω, así que la corriente es 6 ÷ 24 = 0.25 A. Cada foco tiene V = 0.25 × 12 = 3 V entre sus extremos, y las dos caídas suman 6 V, como debe ser. Un solo foco conectado a la misma batería conduciría 0.5 A y recibiría los 6 V completos. OpenStax resuelve un ejemplo con resistencias diferentes: 1.00 Ω, 6.00 Ω y 13.0 Ω en serie a 12.0 V. El total es 20.0 Ω y la corriente, 0.600 A; las caídas son 0.600 V, 3.60 V y 7.80 V, que suman 12.0 V. Observa que el resistor de mayor resistencia recibe la mayor parte del voltaje.

Ventajas y limitaciones de la conexión en serie

Como solo hay un camino, un único interruptor situado en cualquier punto del circuito lo controla todo. Así funciona un interruptor de luz: está en serie con la lámpara que controla. Los fusibles y los interruptores automáticos también se colocan en serie para que toda la corriente deba atravesarlos. Esta misma propiedad es el punto débil del cableado en serie. Si un foco se funde, su filamento se rompe, el circuito queda abierto y todos los demás focos de la cadena también se apagan. Pruébalo en el laboratorio retirando un foco.

Agregar focos en serie también reduce su brillo. Con tres focos de 12 Ω a 6 V, el total es 36 Ω y la corriente, 6 ÷ 36 ≈ 0.167 A, así que cada foco recibe solo 2 V. El voltaje de la batería se reparte entre cada vez más componentes, y a cada uno le toca menos. Las propias pilas pueden conectarse en serie para sumar sus voltajes: dos pilas de 1.5 V, una tras otra, dan 3 V, y cuatro dan 6 V. Si colocas una al revés, su voltaje se resta.