Marco teórico
Circuitos eléctricos
Pregunta de partida
¿Por qué las luces de tu casa no se apagan todas cuando quemas un bombillo? Thomas Edison tardó años en responder esa pregunta — y la respuesta le hizo rediseñar la primera red eléctrica de Manhattan en 1882. El secreto es la topología del circuito.
Un circuito eléctrico es un camino cerrado por el que circulan electrones. Con solo tres variables — voltaje, corriente y resistencia — puedes predecir el comportamiento de cualquier instalación eléctrica, desde un linterna hasta la red nacional de distribución.
Concepto fundamental
La Ley de Ohm
En 1827, el físico alemán Georg Simon Ohm descubrió que la corriente que circula por un conductor es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a su resistencia. Esta relación, simple y universal, describe el comportamiento de casi todos los circuitos que encuentras en la vida cotidiana.
La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente. Los metales buenos conductores (cobre, aluminio) tienen resistencia muy baja; los aislantes (caucho, madera seca) la tienen altísima. Las bombillas tienen una resistencia diseñada para generar calor y luz al paso de la corriente.
Voltaje (V)
La "presión" que empuja los electrones. Se mide en voltios (V). Una pila AA entrega 1.5 V; una toma de corriente doméstica, 110 V.
Corriente (I)
El flujo de electrones que pasa por segundo. Se mide en amperios (A). Un LED consume milésimas de amperio; un calentador, varios amperios.
Resistencia (R)
La oposición al flujo de corriente. Se mide en ohmios (Ω). Determina cuánta corriente circula para un voltaje dado.
La ecuación clave
I = V / R
Ley de Ohm
I = V / R
I
Corriente (amperios, A)
V
Voltaje (voltios, V)
R
Resistencia (ohmios, Ω)
Más voltaje → más corriente (a resistencia igual). Doblar el voltaje duplica la corriente que circula por el circuito.
Más resistencia → menos corriente (a voltaje igual). Duplicar la resistencia reduce la corriente a la mitad.
El interruptor abierto equivale a resistencia infinita. Sin camino cerrado, la corriente es cero sin importar el voltaje de la fuente.
Topología del circuito
Serie versus paralelo
Circuito en serie
Un solo camino
Los componentes se conectan uno tras otro. La corriente es la misma en todos los puntos. El voltaje se divide entre los componentes en proporción a su resistencia.
R_total = R₁ + R₂
I = V / (R₁ + R₂)
V_bombilla = V / 2 (si R₁ = R₂)
Circuito en paralelo
Caminos múltiples
Cada componente tiene su propia rama entre los mismos dos nodos. El voltaje es el mismo en todas las ramas. La corriente se divide entre ellas.
1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂
I_total = 2V / R (si R₁ = R₂)
V_bombilla = V (voltaje completo)
La diferencia práctica es enorme: con los mismos componentes y la misma batería, una conexión en paralelo puede entregar hasta cuatro veces más potencia que una en serie. Por eso todas las instalaciones eléctricas domésticas son en paralelo — cada tomacorriente recibe los 110 V completos de la red.
Energía por segundo
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica (P) es la energía que convierte un componente por segundo: de electricidad a luz, calor o movimiento. Se mide en vatios (W). Un vatio equivale a un julio por segundo.
P = V × I = I²R = V²/R
Las tres formas son equivalentes — usa la que tenga los datos disponibles
Serie
P = I²R = (V/2R)² · R
Potencia más baja: la corriente es menor.
Paralelo
P = V²/R
Potencia máxima: voltaje completo por bombilla.
Razón P_paralelo / P_serie
= 4
Con mismos componentes, el paralelo consume 4× más potencia.
Comparación: cómo se distribuyen voltaje y corriente según la topología
Conexión con el experimento
Lo que ves en el lab es esto
La batería entrega el voltaje que configuras con el control. Más voltaje = más presión sobre los electrones = mayor corriente.
Las bombillas tienen la resistencia que eliges con el deslizador. A mayor resistencia, menos corriente y menos brillo.
El interruptor abre o cierra el circuito. Abierto = sin corriente, sin importar el voltaje. Cerrado = circuito completo.
Control de topología: alterna entre Serie y Paralelo con los mismos componentes y observa cómo cambia el brillo de las bombillas. La diferencia que ves es la diferencia de potencia — hasta cuatro veces más en paralelo.
Los electrones animados muestran el sentido de la corriente. En paralelo, la corriente se divide entre las dos ramas — por eso cada rama recibe la mitad de la corriente total.
Ciencia · Tecnología · Arte
Los circuitos fuera del laboratorio
Tecnología (1882)
La red eléctrica de Edison
Thomas Edison fue el primero en conectar múltiples bombillas en paralelo en la red de Manhattan. Cada cliente recibía el mismo voltaje y podía encender o apagar su bombilla sin afectar a los demás. Antes de eso, se usaban circuitos en serie y apagar uno apagaba todos.
Ingeniería
Instalaciones eléctricas
Todas las instalaciones domésticas de Colombia (110 V, 60 Hz) son en paralelo. Cada tomacorriente, lámpara y electrodoméstico tiene su propia rama. Por eso puedes apagar la cocina sin apagar la sala, y cada aparato recibe el voltaje completo que necesita.
Electrónica
Circuitos integrados
El chip del celular que tienes en el bolsillo contiene miles de millones de transistores — cada uno es un interruptor en miniatura. Al abrirse o cerrarse, cada transistor representa un 0 o un 1. La Ley de Ohm governa cada uno de esos switches a escala nanométrica.
Referencia curricular
Alineación MEN / ICFES
DBA de referencia
Comprende la Ley de Ohm y la diferencia entre circuitos en serie y en paralelo; calcula voltaje, corriente, resistencia y potencia en circuitos simples, y relaciona la topología con aplicaciones tecnológicas reales.
DBA-Física-9-03 · Grados 9°, 10° y 11°
Competencias ICFES
- · Uso comprensivo del conocimiento científico
- · Explicación de fenómenos
- · Razonamiento cuantitativo
Referencias
- Serway, R. A. & Jewett, J. W. (2015). Física para ciencias e ingeniería (9.ª ed.). Cengage Learning.
- Halliday, D., Resnick, R. & Krane, K. S. (2011). Física (5.ª ed.). CECSA.
- Giancoli, D. C. (2009). Física para ciencias e ingeniería con física moderna (4.ª ed.). Pearson Educación.
- Ministerio de Educación Nacional. (2006). Estándares básicos de competencias en ciencias naturales y ciencias sociales. MEN.
- Sadiku, M. N. O. & Alexander, C. K. (2013). Fundamentos de circuitos eléctricos (5.ª ed.). McGraw-Hill.