circuitos de electronica

1. Entiendo el funcionamiento de los circuitos eléctricos
El estudio de la electricidad es repleto de conceptos abstractos y de difícil comprensión,
tales como: campo eléctrico, diferencia de potencial, corriente eléctrica, entre otros. Un
largo camino hasta que los estudiantes tengan conocimiento suficiente para entender el
funcionamiento de los circuitos eléctricos básicos, compuestos de resistores asociados en
serie, paralelo o asociación mixta. El contenido es extenso y su estudio es arduo,
provocando el desinterés de muchos alumnos. Ese cuadro puede ser, en parte, revertido
con actividades experimentales lúdicas y desafiadoras para los alumnos. Esas actividades
consisten en el profesor proponer a los alumnos prevean cuáles lámparas encenderán en
una determinada conexión eléctrica y con qué intensidad luminosa. Funciona como un
juego donde gana quién acertar la previsión. La práctica cotidiana establece que una
lámpara enciende cuando el conmutador es conectado. Es también ampliamente
conocido que una lámpara incandescente de 100 W ilumina más un ambiente que una
lámpara de 40 W, o sea, lámparas de mayor potencia nominal emiten mayor intensidad de
luz. Esa lógica, bien conocida, está en perfecto acuerdo con el estudio de la electricidad,
en particular, de los circuitos eléctricos. Sin embargo, cabe al profesor destacar, y a los
alumnos comprender, que ese comportamiento de las lámparas es consecuencia del tipo
de conexión a que están sujetas en las residencias, escuelas, y demasiado
establecimientos. Cambiando la conexión entre las lámparas, se altera su funcionamiento.
De esta forma, se puede afirmar que el comportamiento de las lámparas en las
instalaciones domésticas y comerciales es sólo un caso particular de los tipos de
conexiones eléctricas posibles que son estudiadas en electricidad. Lámparas
incandescentes comportan- se como los resistores eléctricos estudiados en la teoría de
los circuitos. En las actividades experimentales que serán propuestas, las lámparas
incandescentes harán el papel de los resistores, y la intensidad de luz emitida dará la
percepción visual de la potencia disipada en cada lámpara. Con eso, será posible volver a
ver y comprobar los contenidos previamente enseñados Durante las actividades
experimentales, el alumno percibirá que él sólo tendrá éxito en sus previsiones sobre
cuáles lámparas encenderán utilizarse correctamente los conceptos estudiados en sala de
clase, en particular, en el caso de la conexión mixta.
Metodología
El método consiste en inicialmente presentar a los alumnos los contenidos teóricos sobre
electrodinámica, entre ellos: d.d.p., corriente eléctrica, resistencia eléctrica, ley de Ohm,
así como las asociaciones de resistores, destacando las principales características de
cada una de esas asociaciones. Después de todos los contenidos estudiados, es
propuesta una serie de demostraciones experimentales con objetivo de aplicación, fijación
y comprensión del funcionamiento de los circuitos eléctricos

2. Actividades experimentales
Para la realización de las actividades experimentales, es utilizado un montaje con material
fácilmente encontrado en cualquier tienda de material tranvía. El montaje deberá
posibilitar la demostración de las conexiones serie, paralela y mixta.
Lista de materiales
Hoja de Eucatex - 40 cm x 40 cm
3 lámparas incandescentes de 15 W
7 tomas externas
1 lámpara incandescente de 7 W
1 conmutador externo
3 m de hilo paralelo de 2,5 mm2
1 disyuntor 30 A
2 tomas macho
Hilo 2,5 mm2
5 boquillas con toma macho
1 lámpara incandescente de 60 W
La Fig. 1 presenta el montaje del circuito que será utilizado para las conexiones eléctricas
propuestas, y la Fig. 2 muestra las lámparas e hilos que serán utilizados en las diversas
conexiones.
Procedimiento
La primera demostración debe ser la asociación paralela, pues ayuda los alumnos a
comprender la teoría de los circuitos eléctricos a partir de sus conocimientos empíricos.
Después de presentada la conexión paralela, se debe presentar la conexión serie. En
esta, se puede mostrar que el funcionamiento de las lámparas ocurre en clara oposición a
la conexión paralela. En ambas conexiones presentadas, es posible quitar conclusiones
generales sobre la potencia nominal de las lámparas y el respectivo brillo suministrado por
ellas cuando conectadas en serie o paralelo.

3. La conexión mixta, sin embargo, no permite cualquier predictibilidad sobre el
funcionamiento de las lámparas, la menos que se utilice la teoría de los circuitos
eléctricos. Por eso, la conexión se hace más desafiadora. Ese es el foco céntrico de los
experimentos: motivar los alumnos para que, de forma lúdica, semejante a un juego, ellos
utilicen sus conocimientos teóricos para determinar, con antelación, cuáles lámparas
encenderán en una determinada conexión mixta.
Conexión paralela
La conexión paralela debe ser montada utilizando lámparas de potencias nominales
diferentes a fin de que los alumnos perciban que lámparas de mayor potencia nominal
suministran mayor intensidad luminosa. Se puede muestre aunque, al desconectarse una
lámpara, el funcionamiento de las demás es inalterado. Esas observaciones
experimentales se verifican en el cotidiano del alumno. Desconectar la lámpara de un
ambiente no implica desconectar obligatoriamente las lámparas de los demás ambientes.
A partir de esas observaciones, es posible concluir que la conexión residencial es una
asociación paralela. La conexión paralela es presentada en la Fig. 3.
Conexión serie.
Para efecto de comparación, se deben utilizar las mismas lámparas empleadas en la
conexión paralela para montar la conexión serie, conforme la Fig. 4. Cuáles lámparas
encenderán? Al conectar el conmutador, el desconformo de los alumnos es evidente. Las
lámparas de mayor potencia nominal emiten menos luz. Eventualmente, una o más
lámparas no encenderán en función de la baja potencia disipada en ellas. ES justamente
el caso presentado en la Fig. 4.

4. La comprensión técnica de ese circuito es presentado en la Fig. 5:
Determinación de la resistencia de las lámparas:
P = V2/R.
Lámpara de 7 W:
R7 W = 1102/7 ≈ 1700 Ω
Lámpara de 15 W:
R15 W = 1102/15 ≈ 800 Ω
Lámpara de 60 W:
R60 W = 1102/60 ≈ 200 Ω
Resistencia equivalente del circuito serie:
Req = 200+800+1700 = 2700 Ω
Corriente eléctrica del circuito serie:
i = 110/2700 ≈ 40 mA
Potencia disipada en cada lámpara
L1 (60 W):P = r.i2 = 200.(40 mA)2 ≈ 0,3 W
L2 (15 W): P = r.i2 = 800.(40 mA)2 ≈ 1,3 W
L3 (7 W): P = r.i2 = 1700.(40 mA)2 ≈ 2,7 W
La potencia disipada en la lámpara de 60 W es prácticamente nula, lo que explica ella
permanezca “borrada” en la Fig. 4. La lámpara de 7 W disipa la mayor potencia entre las
lámparas, emitiendo mayor intensidad luminosa. La potencia disipada prevista en la
lámpara de 15 W es cerca de 10% de su potencia nominal. Por eso, sólo su filamento
queda enrudecido, sin emisión significativa de luz. Después de las observaciones
experimentales, se pueden quitar conclusiones generales. Lámparas de más pequeña
potencia nominal tienen mayor resistencia eléctrica (R = V2/P). En un circuito serie, la
corriente eléctrica es igual para todos los resistores. Como P = R.i2, cuánto mayor la
resistencia, mayor la potencia y, consecuentemente, mayor la intensidad luminosa emitida
por la lámpara. ES el opuesto del que acontece en la conexión paralela, donde lámparas
de mayor potencia nominal emiten más intensidad luminosa. Habiendo visto las
conexiones paralela y serie, los alumnos perciben que, cambiando la forma de conexión
de las lámparas, la luz emitida por ellas también cambia. Aún con el estrechamente, los
alumnos concluyen que, en una conexión serie, lámparas de mayor potencia nominal
emitirán más pequeña intensidad de luz. ES un comportamiento general y válido para

5. cualquier circuito serie. Hay, por lo tanto, un comportamiento previsible en las conexiones
paralela y serie. El mejor está por venir.
Conexión mixta
En el montaje de la conexión mixta, las lámparas deben ser encajadas en las tomas de
modo aleatorio, de preferencia con la participación de los alumnos. Con las lámparas
conectadas, queda la expectativa: cuáles lámparas encenderán? Al cerrar el conmutador,
se verifica que ni todas encienden. ES interesante intercambiarlas de posición algunas
veces para que los alumnos perciban que no es posible hacer cualquier previsión
confiable sobre cuáles de ellas encenderán. Enseguida, se escoge una asociación
cualquiera de lámparas sin conectar el conmutador. Delante de la incertidumbre en cuanto
al funcionamiento de la nueva asociación, se puede demostrar que, aplicando la teoría de
los circuitos eléctricos a la conexión escogida, se obtiene una previsión bastante
razonable sobre cuáles lámparas encenderán. Para eso, basta determinar la potencia
disipada en cada una de ellas y compararla con su valor nominal. A continuación, serán
presentadas dos conexiones mixtas para evidenciar que, aún utilizando las mismas
lámparas, la emisión de luz puede cambiar completamente se sean alteradas sus
posiciones en el circuito.
Primer montaje con conexión
mixta
El primer montaje con la conexión
mixta será hecha conforme la Fig.
6. El esquema eléctrico de la Fig. 6
es presentado abajo en la Fig. 7 y
debe ser mostrado a los alumnos
para la debida comparación entre el
aparato
experimental
y
su
representación.
Resistencia equivalente de la
conexión paralela de las lámparas L2 y L3
Req 2,3 = 400 Ω.
Resistencia equivalente de la
conexión paralela de las lámparas L4
y L5
Req4,5=200*800/200+800=160 Ω.

6. La resistencia equivalente total del circuito será dada por la conexión serie formada por la
lámpara L1,
Req 2,3 y Req 4,5 Rreq = 1700+400+160 = 2260 Ω
Determinación de la corriente eléctrica en la lâmpada L1.
Determinación de la d.d.p. entre los puntos B y C VBC = R.i = 400 x 0,049 = 19,6 V
Determinación de la d.d.p. entre los puntos C y D VCD = R.i = 160 x 0,049 = 7,8 V
Determinación de la potencia en las lâmpadas:
L1: P = r.i2 = 1700 x (0,049)2 = 4 W
L2 = L3: P = V2/R = 19,62/800 = 0,48 W
L4: P = V2/R = 7,82/200 ≈ 0,3 W
L5: P = V2/R = 7,82/800
Análisis de los resultados y previsión de las lámparas que encenderán
Las lámparas L2, L3, L4 y L5 tienen potencias disipadas previstas menores que 0,5 W.
Este valor, comparado a las potencias nominales de las referidas lámparas, es
prácticamente cero. Por eso, esas lámparas no encenderán. La lámpara L1, en
consonancia con los cálculos, deberá disipar una potencia de 4 W, cerca de 60% de la
potencia nominal, por lo tanto esta lámpara encenderá. La comprobación de las
previsiones es hecha al conectarse el circuito. Con el conmutador conectado, el resultado
puede ser observado en la Fig. 8.

7. Segundo montaje con conexión mixta
El segundo montaje es presentado en la Fig. 9. El esquema eléctrico es mostrado en la
Fig. 10. Determinación de la resistencia equivalente: la resistencia equivalente de la
conexión paralela es .
La resistencia equivalente total del circuito será dada por la conexión serie formada por la
lámpara L1, Req 2,3,4 y L5. Rreq = 200 320 800 = 1320 Ω Determinación de la corriente
eléctrica en las lámparas L1 y L5 (que es la propia corriente en el generador)
i = 110/1320 ≈ 83 mA
Determinación de la d.d.p. entre los puntos B y
C
VBC = r.i = 320.0,083 = 26,6 V
Potencia disipada en las lámparas
L1: P60 W = r.i2 = 200.0,0832 = 1,4 W
L2 y L4: P15 W = V2/R = 26,62/800 ≈ 0,9 W
L3: P7 W = V2/R = 26,62/1700 ≈ 0,4 W
L5: P’15 W = r.i2 = 800.0,0832 = 5,5 W

8. Análisis de los resultados y previsión de las lámparas que encenderán
La lámpara L1 no encenderá. La potencia prevista para ser disipada en esa lámpara es
cerca de 2% de su potencia nominal. Las lámparas L2, L3 y L4 tienen potencia prevista de
cerca de 6% de su potencia nominal. Este valor deja duda sobre la lámpara no encender o
ser posible percibir sólo el filamento enrudecido. Ese margen de error no compromete el
experimento, crea inclusive una expectativa saludable en la turma sobre el resultado del
mismo. La lámpara L5 ciertamente encenderá, pues la potencia disipada prevista es cerca
de 35% de su potencia nominal. El resultado es presentado en la Fig. 11.
Evaluación, desafíos y la diversión
Como forma de evaluación de la clase, es
posible intercambiar las lámparas de posición y
pedir a los alumnos que determinen cuáles de
ellas encenderán. Cuando los alumnos
terminen los cálculos, el profesor puede hacer
una consulta previa a la turma sobre sus
expectativas de funcionamiento antes de
conectar el conmutador. Habiendo cualquier
discrepancia entre el resultado teórico y el
experimental, el profesor podrá analizar y
discutir con los alumnos eventuales fallos
cometidos en los cálculos.
Consideraciones finales
El montaje inicial con el circuito paralelo sirve para el alumno confirmar su concepto sobre
potencia de los resistores, comparando a la intensidad de la luz emitida. En el circuito
serie la lógica se invierte: la lámpara de mayor potencia nominal emite más pequeña
intensidad de luz. ES el momento del profesor acordar que las lámparas incandescentes
vendidas en el comercio fueron proyectadas para disipar la potencia nominal cuando
sometidas a d.d.p. especificada (110 V o 220 V) en el bulbo de la lámpara. En la conexión
serie, a d.d.p. aplicada a un resistor depende de la resistencia equivalente del circuito y de
la corriente eléctrica. Por eso, la intensidad de luz emitida por una lámpara conectada en
serie depende de las demás lámparas del circuito. La conexión mixta es completamente
imprevisible, lo que hace la actividad experimental un verdadero desafío: descubrir cuáles
lámparas encenderán. Ese desafío será vencido por aquellos que dominen los contenidos
de electricidad. No hay márgenes establecidos sobre el porcentual del valor nominal de la
lámpara para determinar si ella encenderá o no. La incertidumbre forma parte de la
previsión y debe ser discutida con los alumnos, hasta porque la plantilla teórica utilizado
desconsidera algunas variables, como: la variación de la resistencia eléctrica de las
lámparas con a temperatura, la correspondiente variación de la d.d.p. aplicada a las
lámparas y la consecuente variación de la intensidad luminosa emitida. Esos factores
pueden provocar pequeñas discrepancias entre la previsión teórica y el resultado
experimental.

9. Notas
1. La previsión de la intensidad luminosa restrinja- se-á a la comparación entre la
luminosidad emitida por las lámparas, estableciendo cual(es) enciende (m) más
fuerte, más débil y, eventualmente, cual(es) no enciende (m).
2. Potencia nominal es la potencia establecida por el fabricante y presentada en el
bulbo de la lámpara.
3. Una alternativa es presentar, durante las clases teóricas sobre cada una de las
asociaciones de resistores, la respectiva actividad experimental con la
correspondiente conexión de las lámparas. Sugiero, en este caso, la secuencia de
clases sobre: asociación paralela, asociación serie y asociación mixta. La
justificación para esa secuencia es presentada al inmediatamente del texto.
4. En el experimento, lámparas de 60 W, 15 W y 7 W.
5. Los cálculos presentados considerarán la tensión en la toma de 110 V. No será
considerada la variación de la resistencia eléctrica de las lámparas incandescentes
con la temperatura.