¡Todo cambió con solo “agarrar” la conexión! La razón por la que un experimento de voltaje produjo datos increíblemente perfectos (La naturaleza del voltaje)
Soy Ken Kuwako, de Science Trainer. Cada día es un experimento.
La electricidad es invisible, pero cambia completamente su comportamiento dependiendo de cómo conectemos el circuito. ¿En serie o en paralelo? Solo esa diferencia hace que el reparto del voltaje cambie por completo. En esta ocasión, usamos datos experimentales para revelar con claridad esas “reglas ocultas” de los circuitos eléctricos. Los resultados fueron tan perfectos que terminé exclamando en plena clase: “¡Qué belleza de datos!”. Mientras tanto, los estudiantes me miraban con cara de “¿eh?”.
Calentando motores: cómo usar correctamente el voltímetro digital
Antes de entrar en el tema principal, repasamos cómo utilizar un voltímetro digital. Construimos un circuito sencillo con una resistencia de 20 ohmios y una fuente de alimentación de 3V, y medimos el voltaje alrededor de la resistencia y el de la fuente de alimentación.
Algunos grupos obtuvieron valores idénticos, mientras que otros notaron pequeñas diferencias.
Entonces probamos algo curioso: apretar suavemente con los dedos las conexiones del circuito. Y sorprendentemente, los valores comenzaron a coincidir mucho más entre todos los grupos.
Esto nos enseñó una lección importante sobre los circuitos eléctricos: los malos contactos son una enorme fuente de error experimental. Basta una separación microscópica entre el cable y el terminal para que aparezca una resistencia extra llamada “resistencia de contacto”, alterando las mediciones de voltaje.
Al presionar las conexiones, aumenta el área de contacto y disminuye la resistencia. Parece algo simple, pero es una observación fundamental.
A partir de esta experiencia, compartimos varias reglas importantes antes de empezar cualquier experimento:
・Después de montar el circuito, acomodar bien las conexiones antes de medir.
・Completar primero todo el circuito y luego medir los voltajes paso a paso.
・Cada grupo tiene un solo voltímetro: medir con calma y por turnos.
Primero la hipótesis, después el experimento: esta vez usando fórmulas
El tema principal del día era descubrir las reglas del voltaje en circuitos en serie y en paralelo.
Antes del experimento, cada grupo formuló sus propias hipótesis. Esta vez, en lugar de compartirlas con toda la clase, las discutieron solo dentro de cada equipo. Además, no bastaba con decir “creo que será así”: debían expresarlo usando fórmulas matemáticas.
Por ejemplo:
V₁ + V₂ = V
Usar símbolos y ecuaciones facilita muchísimo comparar la predicción con los resultados reales.
Las resistencias utilizadas fueron de 10 ohmios y 20 ohmios.
¡Y comenzó el experimento!
Resultados del circuito en serie: ¡la suma coincidió perfectamente!
Todos los datos de la clase se recopilaron en una sola hoja de cálculo compartida. Cada estudiante ingresó sus resultados para reunir datos de ocho experimentos diferentes y así detectar tendencias más fácilmente.
Y el resultado fue increíblemente limpio.
Voltaje en resistencia A + voltaje en resistencia B = voltaje de la fuente
Esa relación apareció claramente en prácticamente todos los grupos.
En un circuito en serie, el voltaje se reparte proporcionalmente al valor de las resistencias. Como la relación entre 10Ω y 20Ω es de 1:2, el voltaje también debería dividirse en proporción 1:2.
Y exactamente eso mostraron los datos.
La energía eléctrica se “consume” a medida que atraviesa las resistencias. La energía impulsada por la fuente va disminuyendo poco a poco hasta regresar finalmente a cero. Así funciona el voltaje en un circuito en serie.
Resultados del circuito en paralelo: ¡todo era igual!
Después analizamos el circuito en paralelo, y nuevamente los datos quedaron impresionantemente ordenados.
El voltaje de la fuente, el de la resistencia A y el de la resistencia B resultaron prácticamente iguales.
En un circuito en paralelo, cada resistencia está conectada directamente a la fuente de alimentación. Por eso todas reciben exactamente el mismo voltaje.
De hecho, así funcionan los enchufes de nuestras casas. El televisor, el refrigerador y las luces reciben todos los mismos 100V porque están conectados en paralelo.
¿Por qué esta vez obtuvimos datos tan perfectos?
Curiosamente, este experimento suele producir resultados bastante desordenados, lo que dificulta encontrar patrones claros. Aquí pueden ver datos de una práctica anterior sobre circuitos en paralelo:
Los valores presentan mucha dispersión y cuesta distinguir la regla.
Pero esta vez obtuvimos probablemente los resultados más claros hasta ahora. Hay dos razones principales que podrían explicarlo.
La primera fue insistir en “apretar las conexiones” del circuito. Esto redujo la resistencia de contacto y estabilizó las mediciones.
La segunda fue reemplazar los cables por otros nuevos. Los cables viejos pueden tener daños internos o conexiones inestables debido al desgaste del aislamiento.
Una vez más quedó claro que el estado del material experimental influye enormemente en la calidad de los resultados.
Material de referencia
・Aquí está la hoja de cálculo utilizada en el experimento. Tiene permisos de solo lectura, así que hagan una copia para utilizarla.
・También pueden consultar registros de experimentos anteriores.
Circuito en serie
Circuito en paralelo
・Referencia: flujo de clases hasta ahora
- Circuito con lápiz — Clase 1
- Cómo dibujar diagramas eléctricos — Clase 2
- Cómo usar un amperímetro — Clase 3
- ¿Qué ocurre con la corriente antes y después de una bombilla? — Clase 4
- Reglas de la corriente eléctrica — Circuitos en serie y en paralelo — Clase 5
- Del voltímetro analógico al digital — Clase 6
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