¿Por qué las bombillas brillan más cuando se conectan en paralelo?

Las bombillas solo aparecerán más brillantes si la corriente disponible para el sistema no está limitada. En ese caso, las bombillas en serie tendrán un voltaje más bajo en cada bombilla individual y aparecerán más tenues. Si la entrada de energía al circuito es constante, la salida total de vatios de todas las bombillas también es constante y todas las bombillas aparecerán iguales (suponiendo que los filamentos de las bombillas tengan la misma resistencia).

En un circuito simple típico, la fuente de alimentación será una batería que intenta mantener un voltaje constante en todo el circuito. En este caso, el voltaje entre las bombillas en paralelo será igual al voltaje de la batería y la corriente a través de la bombilla estará definida por$V = IR$donde$R$es la resistencia del filamento. Esto significa que se extraerá más corriente (y, por lo tanto, más potencia) de una batería en el circuito paralelo que en una serie y el circuito paralelo aparecerá más brillante (pero agotará la batería más rápido).

En primer lugar , elaboré esta respuesta para esta pregunta , pero como se cerró, la publicaré aquí para al menos contribuir.

1) El brillo de una bombilla depende de varios parámetros, la mayoría de ellos son propiedades intrínsecas de las bombillas. Esencialmente, el brillo depende del flujo luminoso de la fuente de luz. Sin embargo, las fuentes de luz que emiten luz con diferentes longitudes de onda pero con el mismo flujo luminoso pueden percibirse con diferentes niveles de brillo. Por lo tanto, el flujo luminoso es útil si estamos comparando el brillo de las fuentes de luz que emiten luz con la misma longitud de onda.

Para las bombillas incandescentes, el brillo o flujo luminoso está directamente relacionado con la energía térmica debido a la corriente que fluye en un conductor, ya que este tipo de bombillas se utilizan calentando el filamento hasta que emite luz visible (suponiendo que aquí tenemos una bombilla incandescente). porque otras fuentes de luz como el LED tendrán propiedades diferentes). ¿Cuál es el término usado para especificar la energía térmica generada por la corriente que fluye por unidad de tiempo? Poder. Por lo tanto, debemos aumentar la potencia debida a una fuente de corriente tanto como sea posible para aumentar el brillo de la bombilla. Para encontrar con qué parámetros debemos jugar para aumentar la potencia, podemos usar la ley de Joule-Lenz que establece que:

2) Como señalaron todos los que respondieron, cuando conectamos las bombillas en paralelo en lugar de en serie, disminuimos la resistencia equivalente del circuito; y por tanto aumentar la corriente que pasa por los filamentos de las bombillas. Esto conduce a más potencia que recibe cada bombilla (debido a la ley de Joule-Lenz) y bombillas más brillantes.

Piense en la potencia suministrada a la bombilla. Suponga por un momento una fuente de voltaje constante y una resistencia constante para cada bombilla (no es cierto para la bombilla pero se usa a menudo para simplificar la discusión en este nivel), luego en serie tiene una resistencia total de$2R$y poder$P= VI = \frac{V^2}{2R}$. Esta potencia se divide entre dos bombillas, de modo que cada una ve$V^2/4R$. Cuando las bombillas están en paralelo, cada bombilla ve el voltaje completo$V$asi que$P=\frac{V^2}{R}$. Dado que una bombilla brilla más cuando recibe más potencia, las que están en paralelo brillarán más.

Mira, la combinación en paralelo de resistencias reduce la resistencia efectiva del circuito. La caída de tensión en cada resistencia es la misma que la aplicada. Por lo tanto, la mayor parte del voltaje suministrado (la energía eléctrica) llega a la bombilla. Por lo tanto, brilla más. Ahora, en el caso de la combinación en serie de resistencias, la resistencia efectiva del circuito aumenta. Esto, a su vez, maximiza la caída de voltaje en la resistencia efectiva a medida que se suma la caída de voltaje en cada resistencia. La energía que queda solo llega a la bombilla. Es por eso que la bombilla brilla menos en la combinación de resistencias en serie.

Veamos primero los casos en los que este no es el caso.
Cuando las lámparas están conectadas a una fuente de corriente constante , la corriente se "divide" entre las lámparas en paralelo. Suponiendo que la resistencia R sea igual, las bombillas verán una corriente de I/2 y la potencia disipada en cada una es I²R/4 o en total I²R/2. En el caso de las bombillas en serie, la corriente I fluirá por ambas bombillas, y la potencia consumida es I²R para cada una y 2I²R en total. Al contrario de lo que se afirma en la pregunta, las bombillas en serie brillarán más .

Lo mismo podría ser cierto cuando se conectan a un generador de CC con derivación . Las bombillas en paralelo tienen una resistencia equivalente total más baja, tirando más corriente y reduciendo el voltaje terminal. Dependiendo de la potencia nominal del generador y de los focos, podría ser que los focos en paralelo representen una carga demasiado grande para el generador, bajando demasiado el voltaje sobre la derivación, lo que reduce el campo magnético, lo que hace que el voltaje inducido disminuya. bajar, bajando aún más el campo magnético, etc. Las bombillas en serie tienen una resistencia total más alta y no bajarán tanto el voltaje. Entonces, en este caso, podrían volver a ser los que arden más brillantes.

Cuando las bombillas están conectadas a una fuente de voltaje , el voltaje se divide entre las dos bombillas en serie y la potencia consumida por cada una será U²/4R. Cada una de las bombillas en paralelo tiene un voltaje de U sobre ellas y, por lo tanto, cada una consume energía U²/R. En este caso, la afirmación en la pregunta es correcta. las bombillas en paralelo son las más brillantes. Esta es la situación habitual, las fuentes de voltaje son mucho más comunes que las fuentes de corriente.

Los primeros dos ejemplos asumen que las bombillas en paralelo y las bombillas en serie no estaban todas (cuatro) conectadas al mismo tiempo. Si ese fuera el caso, aquellos en paralelo siempre brillarían más.

Nota: ¡la suposición de que las bombillas incandescentes tienen una resistencia constante es completamente incorrecta! La resistencia cambia con la temperatura:
para algunos metales, una función lineal se ajusta mejor:$R=R_0[1+\alpha(T-T_0)]$
Para otros, como el tungsteno, una función de potencia encaja mejor:

$\rho=0.06052*T^{1.203}$
con$\rho$en$n\Omega.m$T en Kelvin

Puede encontrar una tabla de valores medidos aquí A 2400°K, la resistencia será 14 veces mayor que a 273°K

Por lo tanto, todas las explicaciones dadas anteriormente son solo cualitativamente correctas (el resultado no cambiará, las mismas bombillas serán las más brillantes). Si es necesario, se puede derivar una expresión para la dependencia de R de U o I a partir de la ley de Stefan-Boltzmann .

Tome una batería de 4,5 V. Tome una bombilla y algunos cables y organice un circuito simple, mida la corriente y digamos que es de 2 A. Luego, tome otra bombilla y conéctela en paralelo a la primera. La corriente general ahora será de 4 A, aumentará. La regla está intacta, como puede ver, porque en cada rama ahora tiene 2A que suman un total de 4 A. Es porque agregó un nuevo cable al sistema, que está conectado a la batería y los electrones en ese nuevo cable. ahora están en una diferencia de potencial de 4,5, igual que en el primer cable. Ambos producen la misma corriente, 2 A, y estas corrientes suman 4. Entonces, agregar más bombillas en paralelo aumenta la corriente y disminuye R.

Comencemos con dos bombillas, 120v AC, 60W cada una. Si los conecta en paralelo a la red, cada uno recibe 120v, 0,5A (= 60W). Si ahora los conecta en serie, cada bombilla ahora recibe solo 60v (debido a la división de voltaje), y suponiendo la misma corriente (0.5A), ¡solo recibe 30W! Por lo tanto, si las bombillas se encienden, cada una solo tiene 30 vatios de potencia, por lo que serán más tenues.

Considerar$n$bombillas, cada una de resistencia$R$, conectado en serie a una batería de tensión$V$. Entonces la resistencia equivalente de este circuito en serie es$nR$, y como es un circuito en serie, la corriente que circula por cada foco es la misma y viene dada por$\frac{V}{nR}$. Por lo tanto, el poder$P$disipada por cada bombilla se puede calcular como:

Por el contrario, para$n$bombillas, cada una de resistencia$R$, conectado en paralelo a una batería de tensión$V$, el voltaje a través de cada una de las bombillas también es$V$, entonces el poder$P$que cada bombilla se disipa es simplemente: