Diferencia de potencial eléctrico

La diferencia de potencial eléctrico , también llamada voltaje , indica la diferencia entre el potencial eléctrico de dos puntos en el espacio . Coincide con el voltaje eléctrico (a veces indicado incorrectamente con el término voltaje , frenchismo derivado del voltaje ) ^[1] e indica la energía o trabajo necesario para separar cargas eléctricas de signo opuesto en constancia de algunas otras cantidades físicas.

Es la diferencia entre la energía eléctrica potencial que posee una carga en los dos puntos debido a la presencia de un campo eléctrico , dividida por el valor de la carga en sí. En condiciones estacionarias es igual al trabajo realizado para mover una carga unitaria a través del campo de un punto a otro, cambiado de signo. Se mide con un voltímetro , generalmente integrado en un " probador " eléctrico. Bajo el sistema internacional de unidades , la unidad de medida de la diferencia de potencial eléctrico es el voltio (V).

Historia

La definición de "voltaje eléctrico" se debe a Alessandro Volta , quien, junto con los conceptos de " capacidad eléctrica " y " carga eléctrica ", utiliza por primera vez el concepto de "voltaje eléctrico" para dar cuenta de las propiedades intensivas y extensivas de electricidad . Volta habla de ello en sus estudios relacionados con el descubrimiento de la pila voltaica (la primera batería electroquímica ).

Analiza

Analogía entre un circuito hidráulico (izquierda) y un circuito eléctrico (derecha): la diferencia de potencial eléctrico entre los dos puntos A y B del circuito eléctrico es análoga a la diferencia de presión entre los dos puntos A y B del correspondiente circuito hidráulico. circuito. La figura también indica los siguientes dispositivos, que son similares entre sí:
1 - bomba hidráulica / generador de voltaje;
2 - turbina / bombilla;
3 - válvula / resistencia de laminación;
4 - válvula de cierre / interruptor.

En un circuito eléctrico alimentado por un generador de voltaje ideal, la diferencia de potencial eléctrico entre los dos polos del generador es igual a la fuerza electromotriz . Aumenta cuanto más aumenta la carga eléctrica total, aumenta la distancia y la resistencia eléctrica entre las cargas eléctricas . En el caso de un generador real, el voltaje en los extremos del generador es menor debido a la caída de potencial relacionada con la resistencia interna del generador. ^[2]

La energía entregada por el generador se puede disipar en el circuito de diferentes formas, por ejemplo, a través de cargas resistivas o sobretensiones , si hay celdas electroquímicas .

Haciendo una analogía con un circuito hidráulico, la diferencia de presión se puede asociar con la diferencia de presión que se genera en una tubería cerrada llena de líquido con los extremos colocados a diferentes alturas: la tensión entre dos puntos del circuito eléctrico corresponde a la diferencia de presión entre dos puntos del circuito hidráulico. La diferencia de potencial entre los polos del generador eléctrico se puede ver como la diferencia de presión de los tanques del circuito hidráulico análogo, y la disipación de energía eléctrica como consecuencia del rozamiento del líquido con las paredes internas de la tubería. Finalmente, la intensidad de la corriente eléctrica que fluye en el conductor se puede poner en analogía con el caudal de líquido en el tubo.

En esta analogía, así como el flujo de agua puede funcionar fluyendo desde un punto de alta presión a un punto de baja presión, por ejemplo, impulsando una turbina , de la misma manera las cargas que se mueven entre dos puntos con diferente potencial constituyen una corriente eléctrica, que puede accionar, por ejemplo, un motor eléctrico o de otro modo proporcionar energía en otras formas.

Voltaje en un campo eléctrico estático

El voltaje eléctrico a través de un camino se define como la cantidad de trabajo por unidad de carga desarrollado por el campo eléctrico para mover una carga eléctrica y, por lo tanto, es equivalente a la integral de línea del campo eléctrico a lo largo de la curva considerada como el camino. Dado que el campo es conservador en condiciones estacionarias, admite potencial y, por lo tanto, la integral de línea del campo eléctrico depende solo de los extremos de integración. En este caso, el voltaje es igual a la diferencia de potencial y la integral es cero en cualquier línea cerrada.

Explícitamente, la diferencia de potencial $V.$ ${\ Displaystyle V}$ $V.$ entre dos puntos A y B es la integral del campo eléctrico E a lo largo de cualquier línea de $L$ ${\ Displaystyle l}$ $L$ que conecta los dos puntos:

V_{b}-V_{a}=-\int _{a}^{b}{\vec {E}}\cdot \operatorname {d} {\vec {l}}=-\int _{a}^{b}E\cos \varphi \operatorname {d} l

{\ Displaystyle V_ {b} -V_ {a} = - \ int _ {a} ^ {b} {\ vec {E}} \ cdot \ operatorname {d} {\ vec {l}} = - \ int _ {a} ^ {b} E \ cos \ varphi \ operatorname {d} l}

{\ Displaystyle V_ {b} -V_ {a} = - \ int _ {a} ^ {b} {\ vec {E}} \ cdot \ operatorname {d} {\ vec {l}} = - \ int _ {a} ^ {b} E \ cos \ varphi \ operatorname {d} l}

Dónde está $\cdot$ ${\ Displaystyle \ cdot}$ $\ cdot$ representa el producto escalar y φ el ángulo entre el vector de campo eléctrico y el vector de desplazamiento $d{\vec {l}}$ ${\ Displaystyle d {\ vec {l}}}$ ${\ Displaystyle d {\ vec {l}}}$ .

Fuerza electromotriz inducida por un campo magnético variable

El mismo tema en detalle: Ley de Faraday .

En una bobina que encierra una superficie atravesada por un flujo magnético , se genera una fuerza electromotriz proporcional a la tasa de variación del flujo a lo largo del tiempo.

También se genera una diferencia de potencial entre los extremos de un conductor eléctrico que se mueve perpendicularmente a un campo magnético .

Fuerza electromotriz generada por propiedades electroquímicas.

Mismo tema en detalle: Celda galvánica .

Ley de Ohm

El mismo tema en detalle: Ley de Ohm y Efecto Joule .

En la base del comportamiento de los circuitos con una carga puramente resistiva, está la ley de Ohm. Afirma que si se aplica un voltaje $V.$ ${\ Displaystyle V}$ $V.$ a la cabeza de una resistencia $R.$ ${\ Displaystyle R}$ $R.$ , la intensidad $LOS$ ${\ Displaystyle I}$ $LOS$ de la corriente eléctrica resultante que fluye a través de él, es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia:

I={\frac {V}{R}}

{\ Displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

{\ Displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

La corriente eléctrica que pasa a través de un componente resistivo (R) genera una disipación de potencia. $pag.$ ${\ Displaystyle P}$ $pag.$ cuyo valor viene dado por el producto de la intensidad (I) por la diferencia de potencial (V):

P=V\cdot I=R\cdot I^{2}

{\ Displaystyle P = V \ cdot I = R \ cdot I ^ {2}}

{\ Displaystyle P = V \ cdot I = R \ cdot I ^ {2}}

Este fenómeno se llama efecto Joule .

La tensión entre dos o más ramas del circuito colocadas en serie es igual a la suma de las tensiones de las ramas individuales, mientras que dos puntos que en un circuito están conectados por un conductor ideal (es decir, que tienen resistencia cero) tienen una diferencia de potencial igual a cero.

Normativas

Señal de advertencia por la presencia de alto voltaje.

La clasificación de la tensión eléctrica es diferente según la zona a la que se refiera y el tipo de corriente ( alterna o directa ).

En particular, según lo dispuesto en la norma CEI EN 50110-1 "Funcionamiento de sistemas eléctricos" , la tensión eléctrica se clasifica como se indica en la siguiente tabla: ^[3] ^[4]

	Abreviatura	Categoría	En corriente alterna	En corriente continua
Muy baja tensión	BBT	0	≤ 50 V	≤ 120 V (en corriente continua ondulada)
Baja tensión	BT	LOS	50-1.000 V	120-1.500 V
Voltaje medio	MONTE	II	1-30 kV	1,5-30 kV
Alto voltaje	A	III	> 30 kV	> 30 kV

La norma CEI EN 50160 (a la que se refiere la AEEG ), en cambio, reporta los siguientes valores: ^[3]

	Abreviatura	Tensión nominal entre fases
Baja tensión	BT	≤ 1 kV
Voltaje medio	MONTE	1-35 kV
Alto voltaje	A	35-150 kV
Muy alto voltaje	AAT	> 150 kV

Nota

^ Diferencia de potencial eléctrico , en Treccani.it - Vocabulario Treccani en línea , Instituto de la Enciclopedia Italiana.
^ La no idealidad de un generador de voltaje puede ser causada no solo por caídas óhmicas, sino también por caídas de potencial asociadas con cualquier sobrevoltaje dentro del generador, de naturaleza electroquímica (si el generador es una celda galvánica , por ejemplo, una batería ). Para los cálculos de magnitudes eléctricas, los efectos de las sobretensiones se pueden tener en cuenta pensando en la resistencia interna como la suma de las caídas óhmicas y las sobretensiones, pero esta simplificación no se puede utilizar para el cálculo del calor desarrollado por el efecto Joule , ya que la energía disipada por las sobretensiones solo se convierte parcialmente en calor; la otra parte de esta energía se puede convertir en cambio para llevar a cabo varios procesos internos en la celda electroquímica , que incluyen: reacciones de transferencia de carga , transporte de iones en el electrolito y deposición de iones en los electrodos .
^ ^a ^b Voltaje en voltajes - Artículo sobre ElettricoPlus.it
^ Valores nominales - ElectroYou

Otros proyectos

Wikiversity contiene recursos sobre la diferencia de potencial eléctrico
Wikimedia Commons contiene imágenes u otros archivos sobre la diferencia de potencial eléctrico

Control de autoridad	Tesauro BNCF 17230 · GND (DE) 4056001-6

Portal de electromagnetismo

Portal electrotécnico

Portal de ciencia y tecnología

[1] Diferencia de potencial eléctrico , en Treccani.it - Vocabulario Treccani en línea , Instituto de la Enciclopedia Italiana.

[2] La no idealidad de un generador de voltaje puede ser causada no solo por caídas óhmicas, sino también por caídas de potencial asociadas con cualquier sobrevoltaje dentro del generador, de naturaleza electroquímica (si el generador es una celda galvánica , por ejemplo, una batería ). Para los cálculos de magnitudes eléctricas, los efectos de las sobretensiones se pueden tener en cuenta pensando en la resistencia interna como la suma de las caídas óhmicas y las sobretensiones, pero esta simplificación no se puede utilizar para el cálculo del calor desarrollado por el efecto Joule , ya que la energía disipada por las sobretensiones solo se convierte parcialmente en calor; la otra parte de esta energía se puede convertir en cambio para llevar a cabo varios procesos internos en la celda electroquímica , que incluyen: reacciones de transferencia de carga , transporte de iones en el electrolito y deposición de iones en los electrodos .

[eplus-3] Voltaje en voltajes - Artículo sobre ElettricoPlus.it

[4] Valores nominales - ElectroYou

[1]

[2]

[3]

[4]