Fuente de alimentación, base múltiple para bombillas, base individual para bombillas, bombillas, interruptores, cables de cocodrilo, polímetro (opcional).

En un circuito eléctrico, la corriente se produce por el campo eléctrico generado por baterías o generadores en los elementos de dicho circuito. Las cargas en movimiento, electrones, no son aceleradas indefinidamente, sino que van chocando con los iones del material por donde se mueven. Si consideramos la corriente en un hilo conductor, observamos una caída de potencial entre sus extremos. Al cociente entre esa caída y la intensidad de corriente es lo que llamamos resistencia. Esa relación (que como se ha indicado es simplemente una definición de la resistencia), es lo que llamamos Ley de Ohm.

En un circuito con más de una resistencia, a menudo estas se pueden combinar para simplificarlo, calculando la resistencia equivalente. En el caso de dos o más resistencias en serie (toda la corriente pasa por todas), la resistencia equivalente sería la suma de las resistencias. Para resistencias en paralelo (donde la corriente se bifurca entre ellas), la inversa de la resistencia equivalente es la suma de las inversas de cada resistencia.

En esta demostración vamos a mostrar cómo “ver” la diferencia entre estos dos casos comparando el brillo de unas bombillas que van a trazar la potencia consumida por cada bombilla.

La base para bombillas permite diversas configuraciones de circuito. Una vez que se han explicado las diferencias entre serie y paralelo y se han mostrado algunos ejemplos, se puede animar a los estudiantes a predecir cómo el brillo en las bombillas aumentará o disminuirá.

Para que pueda hacer una comparación lo más inmediata posible y así mostrar mejor el efecto, se construye el circuito de manera que haya dos ramas, que activaremos con los interruptores correspondientes. En una de las ramas se usarán dos de las bombillas de la base múltiple en paralelo mientras que en la otra rama se usará la tercera bombilla de la base múltiple y la individual en serie.

Se podrá mostrar que, para un voltaje fijo dado por el generador, el brillo de las bombillas cambia apreciablemente según activemos la rama del paralelo o de la serie. Previamente se puede haber hecho una “encuesta” entre los alumnos para ver si puede predecir en qué caso el brillo será mayor. Posteriormente se puede razonar con ellos por qué las bombillas conectadas en paralelo brillan más. La potencia consumida por cada bombilla es P=I2R=V2/R. Cuando están en paralelo, la caída de potencial en ambas bombillas es V=Vgen, siendo Vgen la diferencia de potencial en el generador. Cuando están en serie, la caída de potencial en cada bombilla es V=Vgen/2. Por lo tanto,la potencia consumida por una bombilla en cada caso será: Ppar=Vgen2/R y Pser=Vgen2/(4R), es decir, Ppar=4·Pser. Para que los que razonen que la potencia expresada como P=I2R daría mayor potencia cuando están en serie porque la intensidad no se divide, hay que explicarles que la intensidad en ambos circuitos no es la misma, justamente porque las resistencias equivalentes no son iguales.

Se puede simular el circuito de la figura 1 en este enlace: https://tinyurl.com/y92ozfuc.

Se puede comentar que la sensación no es proporcional al estímulo, sino logarítmica, de manera que el doble de luz no va a ser percibido como el doble de intensidad (ley de Weber-Fechner).

Se puede explicar que la ley de Ohm para el filamento de una bombilla no se cumple estrictamente ya que al calentarse el filamento, cambia su resistividad.

También es conveniente hacer un recordatorio sobre la importancia de las medidas de seguridad a la hora de trabajar con aparatos eléctricos.

Hay que tener cuidado para no romper las bombillas durante el transporte de la demostración, ya que van directamente en la bolsa, ya instaladas.

El panel cuenta con un elemento abatible para que se pueda mantener vertical: como el ángulo no es muy abierto, hay que abrirlo bien y tener cuidado para que no se cierre y caiga al colocarlo.

Para que se vea mejor la diferencia, se recomienda hacer la demostración en las condiciones de máxima oscuridad posible.