2.7: Cableado del circuito

Hasta el momento, hemos estado analizando circuitos de una sola batería, de una sola resistencia sin tener en cuenta los cables de conexión entre los componentes, siempre y cuando se forme un circuito completo. ¿La longitud del cable o la “forma” del circuito son importantes para nuestros cálculos? Veamos un par de configuraciones de circuitos y averigüemos:

Cuando dibujamos cables que conectan puntos en un circuito, generalmente asumimos que esos cables tienen una resistencia insignificante. Como tales, no aportan ningún efecto apreciable a la resistencia general del circuito, por lo que la única resistencia con la que tenemos que enfrentarnos es la resistencia en los componentes. En los circuitos anteriores, la única resistencia proviene de las resistencias de 5 Ω, por lo que eso es todo lo que consideraremos en nuestros cálculos. En la vida real, los cables metálicos realmente tienen resistencia (¡y también las fuentes de energía!) , pero esas resistencias son generalmente mucho más pequeñas que la resistencia presente en los otros componentes del circuito que pueden ignorarse con seguridad. Existen excepciones a esta regla en el cableado del sistema eléctrico, donde incluso cantidades muy pequeñas de resistencia del conductor pueden crear caídas de voltaje significativas dados los niveles normales (altos) de corriente.

Si la resistencia del cable de conexión es muy pequeña o nula, podemos considerar los puntos conectados en un circuito como eléctricamente comunes. Es decir, los puntos 1 y 2 en los circuitos anteriores pueden estar físicamente unidos juntos o muy separados, y no importa para ninguna medición de voltaje o resistencia en relación con esos puntos. Lo mismo ocurre con los puntos 3 y 4. Es como si los extremos de la resistencia estuvieran conectados directamente a través de los terminales de la batería, en lo que respecta a nuestros cálculos de la Ley de Ohm y a las mediciones de voltaje. Esto es útil de saber, porque significa que puede volver a dibujar un diagrama de circuito o volver a cablear un circuito, acortando o alargando los cables como se desee sin afectar apreciablemente la función del circuito. Todo lo que importa es que los componentes se unan entre sí en la misma secuencia.

También significa que las mediciones de voltaje entre conjuntos de puntos “eléctricamente comunes” serán las mismas. Es decir, el voltaje entre los puntos 1 y 4 (directamente a través de la batería) será el mismo que el voltaje entre los puntos 2 y 3 (directamente a través de la resistencia). Eche un vistazo de cerca al siguiente circuito e intente determinar qué puntos son comunes entre sí:

Aquí, solo tenemos 2 componentes excluyendo los cables: la batería y la resistencia. Aunque los cables de conexión toman una trayectoria enrevesada en la formación de un circuito completo, hay varios puntos eléctricamente comunes en la trayectoria de los electrónicos. Los puntos 1, 2 y 3 son comunes entre sí, porque están conectados directamente entre sí por cable. Lo mismo ocurre con los puntos 4, 5 y 6.

El voltaje entre los puntos 1 y 6 es de 10 voltios, viniendo directamente de la batería. Sin embargo, dado que los puntos 5 y 4 son comunes a 6, y los puntos 2 y 3 comunes al 1, esos mismos 10 voltios también existen entre estos otros pares de puntos:

Dado que los puntos eléctricamente comunes están conectados entre sí por un cable (resistencia cero), no hay una caída de voltaje significativa entre ellos independientemente de la cantidad de corriente conducida de uno a otro a través de ese cable de conexión. Así, si tuviéramos que leer voltajes entre puntos comunes, deberíamos mostrar (prácticamente) cero:

Esto también tiene sentido matemáticamente. Con una batería de 10 voltios y una resistencia de 5 Ω, la corriente del circuito será de 2 amperios. Con la resistencia del cable siendo cero, la caída de voltaje a través de cualquier estiramiento continuo del cable se puede determinar a través de la Ley de Ohm como tal:

Debe ser obvio que la caída de voltaje calculada a través de cualquier longitud ininterrumpida de cable en un circuito donde se supone que el cable tiene resistencia cero siempre será cero, sin importar cuál sea la magnitud de la corriente, ya que cero multiplicado por cualquier cosa es igual a cero.

Debido a que los puntos comunes en un circuito exhibirán las mismas mediciones de voltaje relativo y resistencia, los cables que conectan los puntos comunes a menudo se etiquetan con la misma designación. Esto no quiere decir que los puntos de conexión del terminal estén etiquetados de la misma manera, solo los cables de conexión. Tomemos este circuito como ejemplo:

Los puntos 1, 2 y 3 son todos comunes entre sí, por lo que el punto de conexión del cable 1 al 2 está etiquetado igual (cable 2) que el punto de conexión del cable 2 a 3 (cable 2). En un circuito real, el cable que se extiende desde el punto 1 al 2 puede que ni siquiera sea del mismo color o tamaño que el cable que conecta el punto 2 al 3, pero deben llevar exactamente la misma etiqueta. Lo mismo ocurre con los cables que conectan los puntos 6, 5 y 4.

Saber que los puntos eléctricamente comunes tienen una caída de voltaje cero entre ellos es un valioso principio de solución de problemas. Si mido para voltaje entre puntos en un circuito que se supone que son comunes entre sí, debería leer cero. Si, sin embargo, leo voltaje sustancial entre esos dos puntos, entonces sé con certeza que no se pueden conectar directamente entre sí. Si se supone que esos puntos son eléctricamente comunes pero registran lo contrario, entonces sé que hay una “falla abierta” entre esos puntos.

Una nota final: para la mayoría de los propósitos prácticos, se puede suponer que los conductores de alambre poseen resistencia cero de extremo a extremo. En realidad, sin embargo, siempre habrá una pequeña cantidad de resistencia encontrada a lo largo de la longitud de un cable, a menos que sea un cable superconductor. Sabiendo esto, hay que tener en cuenta que los principios aprendidos aquí sobre los puntos eléctricamente comunes son todos válidos en gran medida, pero no en un grado absoluto. Es decir, la regla de que se garantiza que los puntos eléctricamente comunes tengan voltaje cero entre ellos se establece con mayor precisión como tal: los puntos eléctricamente comunes tendrán muy poca tensión caída entre ellos. Ese pequeño rastro prácticamente inevitable de resistencia que se encuentra en cualquier pieza de cable de conexión está obligado a crear un pequeño voltaje a lo largo de la misma a medida que se conduce la corriente. Siempre y cuando entiendas que estas reglas se basan en condiciones ideales, no te quedarás perplejo cuando te encuentres con alguna condición que parezca ser una excepción a la regla.

Revisar

• Se supone que los cables de conexión en un circuito tienen resistencia cero a menos que se indique lo contrario.
• Los cables de un circuito se pueden acortar o alargar sin afectar la función del circuito; lo único que importa es que los componentes estén conectados entre sí en la misma secuencia.
• Los puntos conectados directamente entre sí en un circuito por resistencia cero (cable) se consideran eléctricamente comunes.
• Los puntos eléctricamente comunes, con cero resistencia entre ellos, tendrán cero caída de voltaje entre ellos, independientemente de la magnitud de la corriente (idealmente).
• Las lecturas de voltaje o resistencia referenciadas entre conjuntos de puntos eléctricamente comunes serán las mismas.
• Estas reglas se aplican a condiciones ideales, donde se supone que los cables de conexión poseen una resistencia absolutamente nula. En la vida real probablemente este no será el caso, pero las resistencias de los cables deben ser lo suficientemente bajas para que los principios generales aquí señalados todavía se mantengan.