Voltaje
El voltaje se utiliza a menudo como término abreviado de la diferencia de voltaje, que es otro nombre para la diferencia de potencial. El voltaje mide la energía que obtendrá una carga si se mueve entre dos puntos del espacio. La unidad del voltaje es el voltio (V) y 1 voltio = 1 J/C.[2]
Tanto los enchufes como las baterías tienen voltajes asociados. De hecho, siempre que se suministra electricidad a cualquier distancia, hay un voltaje (también conocido como diferencia de potencial) entre el punto inicial y el final. Cuando se aplica un voltaje, es energéticamente preferible que una carga eléctrica se mueva hacia el punto de menor voltaje del cable; es una forma elegante de decir que una carga eléctrica positiva gana energía al ir de un punto de alto voltaje a un punto de bajo voltaje. Una carga eléctrica negativa obtendría energía al ir en la otra dirección.
Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la ganancia de energía al desplazarse entre los dos puntos. Además, cuanto mayor es la carga que viaja a través de un voltaje, mayor es la energía cinética ganada por la carga. La ecuación que modela esto es:
[math]\displaystyle{ E=Q\Delta V }[/math]
Un solo punto no tiene voltaje, ya que el voltaje se define como la diferencia de energía entre dos puntos. El voltaje siempre depende de algún punto de referencia que se define como 0 V. Por comodidad, la Tierra se define casi siempre como 0 V (en las clases de física se suele considerar que 0 V es el potencial en el punto infinitamente lejano, pero eso no es útil en electrónica). El voltaje genera el flujo de electrones (corriente eléctrica) a través de un circuito. El nombre específico de la fuente de energía que crea el voltaje para hacer fluir la corriente es fuerza electromotriz. Esta relación entre el voltaje y la corriente viene dada por la ley de Ohm.
Una analogía suele ser útil:
La energía potencial gravitatoria es la energía que almacena una pelota cuando está sobre una mesa. La altura multiplicada por la aceleración debida a la gravedad (g) da la energía total que se transforma en energía cinética en caso de que la pelota caiga desde esa altura. La fuerza electromotriz es lo que sigue levantando la bola y poniéndola de nuevo sobre la mesa (esto es lo que impulsa el flujo de bolas que caen de la mesa).
La energía eléctrica es la energía liberada cuando una carga "cae" a través de una diferencia de potencial (voltaje). El voltaje existe tanto si la carga está presente como si no.
En aplicaciones domésticas
Una toma de corriente en una casa tiene 120 V (en Canadá y Estados Unidos) a través de los dos orificios. Ese voltaje está siempre presente y cuando una carga eléctrica entra en el circuito (al enchufar un aparato, por ejemplo), ese voltaje hace que la corriente fluya por el circuito.
Los generadores eléctricos mueven imanes cerca de bobinas de cables para crear los voltajes en la red eléctrica.
La generación de corriente continua crea voltajes utilizando la energía de la luz en las células fotovoltaicas, o la energía de las reacciones químicas, normalmente dentro de las baterías, e incluso las diferencias de temperatura mediante el uso de termopares. Para saber más sobre la física del voltaje, consulta la hiperfísica.
Una pila de 9V tiene un voltaje de 9V. Las pilas doble A, AAA, C y D tienen todas voltajes (diferencias de potencial) de 1,5 V.
Simulación de Phet
Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la corriente que circule por un circuito. La Universidad de Colorado nos ha permitido amablemente utilizar la siguiente simulación de Phet. Utilizando la simulación que aparece a continuación, investiga cómo el aumento del voltaje incrementa la corriente en un circuito:
Ver lecturas adicionales
Para más información, consulte las páginas relacionadas a continuación:
- Corriente continua
- Corriente alterna
- Red eléctrica
- Energía eléctrica por país
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