Circuitos en serie y en paralelo
Lección patrocinada por KEYSIGHT Technologies
Esta lección demuestra circuitos simples y las diferencias entre el diseño y las funciones de circuitos paralelos y seriales. Los estudiantes trabajan en equipos para predecir la diferencia entre los dos diseños de circuitos y luego construyen ejemplos de los dos circuitos diferentes utilizando cables, bombillas y baterías.
- Aprenda que los diferentes diseños de circuitos dan como resultado diferentes comportamientos eléctricos.
- Aprender sobre el flujo de corriente y las diferencias operativas entre circuitos en serie y en paralelo.
- Aprender a predecir resultados y sacar conclusiones.
- Aprender sobre el trabajo en equipo y el trabajo en grupo.
Rangos de Edad: 8 – 14
Materiales de construcción y prueba (para cada equipo)
Materiales necesarios (2 juegos para cada equipo)
- 6 piezas de alambre de campana (6 ″ cada una) con los extremos pelados
- Soporte de la batería
- Enchufe
- Tres o más bombillas de 1.5 voltios
- Pilas tamaño D
Reto de Diseño
Eres un equipo de ingenieros que trabajan juntos para diseñar un sistema en el que un interruptor puede encender varias luces. Un ejemplo podría ser una cadena de luces.
Criterios
- Debe diagramar un circuito paralelo
- Debe construir y probar tanto un circuito en serie como en paralelo
Limitaciones
Utilizar solo los materiales proporcionados.
- Divida la clase en equipos de 2-4.
- Reparta la hoja de trabajo Circuitos en serie y paralelo, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Analice los temas de la sección Conceptos básicos. Proporcione definiciones de circuitos en serie y paralelo y analice las diferencias.
- Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
- Proporcione a cada equipo sus materiales (2 juegos para cada equipo). Antes de que los estudiantes comiencen a construir, considere proporcionar definiciones de circuitos en serie y paralelo y analice las diferencias.
- Circuitos en serie: la electricidad tiene un solo camino por el que viajar.
- Circuitos paralelos: la electricidad tiene más de un camino por el que viajar.
- Explique que cada equipo debe hacer un circuito en serie y en paralelo. Indíqueles que examinen el esquema de un circuito en serie en la Hoja de trabajo del estudiante y que dibujen su propio plan para un circuito en paralelo.
- Anuncie el tiempo que tienen para realizar sus circuitos (se recomienda 1 hora).
- Utilice un temporizador o un cronómetro en línea (función de cuenta atrás) para asegurarse de mantener el tiempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dé a los estudiantes “avisos de tiempo” regulares para que se mantengan concentrados. Si tienen dificultades, hágales preguntas que los llevarán a una solución más rápido.
- Los equipos construyen sus circuitos.
- Después de que los equipos construyan ambos circuitos, pídales que hagan las siguientes predicciones y que las registren en la hoja de trabajo del estudiante:
● ¿Crees que una cadena de luces es un ejemplo de bombillas en paralelo o en serie en un circuito? Explicar por qué.
● ¿Crees que las bombillas del circuito paralelo o del circuito en serie brillarán más? Explicar por qué.
● Si quita una bombilla de su circuito paralelo, ¿las otras bombillas seguirán encendidas? Explicar por qué.
● Si quita una bombilla de su circuito en serie, ¿las otras bombillas seguirán encendidas? Explicar por qué. - Haga que cada grupo de estudiantes pruebe sus predicciones usando sus circuitos y compare sus resultados con sus predicciones.
- Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)
- ¿Fueron acertadas tus predicciones sobre el brillo de las bombillas? Si no, ¿qué sucedió que fue diferente de lo que esperaba tu grupo?
- ¿Fueron precisas sus predicciones sobre lo que sucedía si se retiraba una bombilla de los circuitos en serie y paralelo? Si no, ¿qué sucedió que fue diferente de lo que esperaba su grupo?
Tips
- Los profesores pueden querer configurar el circuito en serie antes de la clase y pedir a los estudiantes que creen el circuito paralelo para ahorrar tiempo.
- Los maestros deben considerar distribuir las hojas de recursos para los estudiantes como material de lectura / tarea para la noche antes de que se lleve a cabo la actividad en clase.
- Anime a los estudiantes a comparar todos los circuitos construidos por diferentes grupos de estudiantes.
Modificación de Tiempo
La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.
¿Qué es un circuito simple?
Un circuito simple consta de tres elementos mínimos que se requieren para completar un circuito eléctrico en funcionamiento: una fuente de electricidad (batería), un camino o conductor por el que fluye la electricidad (cable) y una resistencia eléctrica (lámpara) que es cualquier dispositivo que requiera electricidad para operar. La siguiente ilustración muestra un circuito simple que contiene una batería, dos cables, un interruptor y una bombilla. El flujo de electricidad es desde el terminal de alto potencial (+) de la batería a través de la bombilla (encendiéndolo), y de regreso al terminal negativo (-), en un flujo continuo cuando el interruptor está en la posición de encendido, por lo que la corriente puede fluir.
Diagrama Esquemático de un Circuito Simple
El siguiente es un diagrama esquemático del circuito simple que muestra los símbolos electrónicos de la batería, el interruptor y la bombilla.
Serie y paralelo describe dos tipos diferentes arreglos de circuitos. Cada disposición proporciona una forma diferente para que la electricidad fluya a través de un circuito.
Circuitos en Serie
En un circuito en serie, la electricidad solo tiene un camino por el que viajar. En el ejemplo de la derecha, dos bombillas funcionan con una batería en un diseño de circuito en serie. La electricidad fluye de la batería a cada bombilla, una a la vez, en el orden en que están conectadas al circuito. En este caso, debido a que la electricidad solo puede fluir en un camino, si una de las bombillas se apagara, la otra bombilla no podría encenderse porque el flujo de corriente eléctrica se habría interrumpido. De la misma manera, si se desatornillara una bombilla, se interrumpiría el flujo de corriente a ambas bombillas.
Circuitos Paralelos
En un circuito paralelo, la electricidad tiene más de un camino por el que viajar. En el ejemplo de la derecha, dos bombillas funcionan con una batería en un diseño de circuito paralelo. En este caso, debido a que la electricidad puede fluir en más de un camino, si una de las bombillas se funde, la otra bombilla aún podría encenderse porque el flujo de electricidad a la bombilla rota no detendría el flujo de electricidad hacia la bombilla buena. De la misma manera, si se desenrosca una bombilla, no evitará que la otra bombilla se encienda.
¿Y la Resistencia?
El flujo de electricidad depende de cuánta resistencia haya en el circuito. En nuestros ejemplos, las bombillas proporcionan resistencia. En un circuito en serie, la resistencia en el circuito es igual a la resistencia total de todas las bombillas. Cuantas más bombillas haya en el circuito, más tenue se encenderán. En un circuito en paralelo, hay varias rutas a través de las cuales puede fluir la corriente, por lo que la resistencia del circuito general es menor de lo que sería si solo hubiera una ruta disponible. La menor resistencia significa que la corriente será mayor y las bombillas arderán más en comparación con el mismo número de bombillas dispuestas en un circuito en serie.
- Circuito: El bucle por el que fluye la electricidad. Un circuito comienza en una fuente de energía, como una batería, y fluye a través de cables y componentes eléctricos (como luces, motores, etc.).
- Conductor: Material que permite que la electricidad fluya a través de él.
- Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
- Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades principales en ingeniería (ver infografía).
- Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas.
- Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
- Aislante: Material que no permite que la electricidad fluya a través de él.
- Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
- Circuito paralelo: permite múltiples caminos para que fluya la electricidad.
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
- Resistencia: el aislamiento se mide en resistencia. Cuanto más aislante es un material, más resistencia tiene.
- Circuito en serie: permite un camino para que fluya la electricidad.
- Cortocircuito: cuando los cables que no deben entrar en contacto entre sí se tocan.
Lectura Recomendada
- Serie DK Eyewitness: Electricidad (ISBN: 0751361321)
- Make Cool Gadgets for Your Room por Amy Pinchuk y Teco Rodriques (ISBN: 1894379128)
- My World of Science: Conductors and Insulators por Angela Royston (Heinemann Educational Books, ISBN: 0431137269)
Actividad de Escritura
Escriba un ensayo (o párrafo dependiendo de la edad del estudiante) que describa cómo reemplazar una luz en una cadena de bombillas con una luz “parpadeante” haría que todas las luces de la cadena también parpadearan. ¿Es este un ejemplo de circuito en paralelo o en serie? ¿Por qué?
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Los planes de lecciones de esta serie están alineados con uno o más de los siguientes conjuntos de estándares:
- Estándares de educación científica de EE. UU. (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Estándares de ciencia de la próxima generación de EE. UU. (http://www.nextgenscience.org/)
- Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Profesores de Matemáticas de EE. UU. (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Estándares Estatales Básicos Comunes de EE. UU. Para Matemáticas (http://www.corestandards.org/Math)
- Estándares de Informática de la Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (de 4 a 9 años)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Luz, calor, electricidad y magnetismo.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de ciencia y tecnología.
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (edades 10-14)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Transferencia de energía
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de ciencia y tecnología.
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 3-5 (Edades 8-11)
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 4-PS3-4. Aplique ideas científicas para diseñar, probar y perfeccionar un dispositivo que convierte energía de una forma a otra.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
Diseño
- Estándar 8: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los atributos del diseño.
- Estándar 9: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del diseño de ingeniería.
- Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.
Instrucciones
¡Eres el ingeniero! ¡Necesita diseñar un sistema en el que un interruptor pueda encender varias luces! Un ejemplo podría ser una cadena de luces navideñas. Ahora, construya un circuito en serie y un circuito en paralelo utilizando las baterías, los cables y las bombillas que se le proporcionaron. Su circuito en serie se parecerá al dibujo a continuación:
Dibuje su propio diagrama a continuación que ilustre cómo se verá su circuito paralelo:
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Predicciones de grupo
Después de haber construido un circuito de bombilla en serie y en paralelo, haga algunas predicciones sobre lo siguiente como grupo:
1. ¿Crees que las luces navideñas son un ejemplo de bombillas en paralelo o en serie en un circuito? Explicar por qué:
2. ¿Crees que las bombillas del circuito paralelo o del circuito en serie brillarán más? Explicar por qué:
3. Si quita una bombilla de su circuito paralelo, ¿las otras bombillas seguirán encendidas? Explicar por qué:
4. Si quita una bombilla de su circuito en serie, ¿las otras bombillas seguirán encendidas? Explicar por qué:
Prueba y resultados
Ahora pruebe sus predicciones para las preguntas 2, 3 y 4 anteriores. Luego responda las preguntas a continuación:
1. ¿Fueron precisas sus predicciones sobre el brillo de las bombillas? Si no, ¿qué sucedió que fue diferente de lo que esperaba su grupo?
2. ¿Fueron precisas sus predicciones sobre lo que sucedía si se quitaba una bombilla de los circuitos en serie y paralelo? Si no, ¿qué sucedió que fue diferente de lo que esperaba su grupo?