Diferencia de voltaje o potencial eléctrico: definición, unidad, símbolo, ejemplos

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Como sabemos, ninguna corriente fluye a través de un conductor a menos que algún dispositivo (como una batería) proporcione energía a los electrones libres. Decimos que la batería es la fuente de fuerza de movimiento de electrones o fuerza electromotriz, generalmente abreviada como EMF.

La fuerza electromotriz es una propiedad que distingue una fuente de energía del resto de un circuito.

Para ayudar a entender la relación entre la energía y el flujo, considere la operación del planta de energía hidroeléctrica se muestra en la Figura 1.

El agua ingresa a un túnel en el fondo de la presa, fluye a través de una turbina y luego se derrama en el río que se encuentra debajo. Al caer 100 m, el agua pierde parte de su energía potencial gravitatoria mientras gana energía cinética.

La turbina transfiere parte de esta energía cinética al generador o dínamo, que convierte la mayor parte en energía eléctrica.

Figura 1 Una sección simplificada de una central hidroeléctrica

Dado que los objetos en la superficie terrestre están a 6400 km de la gravedad terrestre, la diferencia entre la fuerza gravitatoria que actúa sobre un metro cúbico de agua por encima y por debajo de la central eléctrica es insignificante. Bebiót que existe una diferencia significativa en la energía potencial de un metro cúbico de agua por encima y por debajo de la estación.

el es ley de la conservación de la energía requiere que la diferencia de energía potencial entre una unidad de volumen de agua por encima y por debajo de la central eléctrica sea igual a la energía gastada para elevar la unidad de volumen de agua 100 m contra la fuerza de la gravedad.

La Figura 2 muestra el circuito eléctrico con la batería girada de lado paralela al flujo de agua Figura 1.

Diferencia de potencial eléctrico

Figura 2 Diferencia de potencial eléctrico

Los electrones libres en el conductor se mueven desde el terminal negativo de la batería hacia el terminal positivo.

Para mantener las cargas negativa y positiva en ambos terminales de la batería, se debe mover una cantidad igual de electrones dentro de la batería desde el terminal positivo al terminal negativo. estos electrones alejarse de la terminal positiva y acercarse a la terminal negativa. Por lo tanto, los electrones dentro de la batería se mueven contra las fuerzas eléctricas que actúan sobre ellos, similar al movimiento del agua contra la fuerza de la gravedad cuando se bombea hacia arriba.

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Los electrones ganan energía potencial a expensas de la energía química almacenada en la batería. Por lo tanto, un electrón que se mueve dentro de la batería tiene más energía potencial cuando llega al terminal negativo que cuando sale del terminal positivo.

Hay una diferencia de potencial eléctrico entre los terminales negativo y positivo de la batería, los electrones del terminal negativo tienen un potencial mayor que los del terminal positivo.

Bajo la influencia de la gravedad, el agua en la planta hidroeléctrica de la Figura 1 se hunde constantemente a un nivel de energía potencial más bajo.

Del mismo modo, los electrones en el terminal negativo de una fuente de energía tienden a «caer» a un nivel de energía potencial más bajo. Pueden cambiar a un potencial más bajo a través del conductor externo conectado entre los terminales de la batería.

A medida que fluyen de la terminal negativa a la terminal positiva a través del circuito externo, los electrones pierden tanta energía potencial como la que ganaron al moverse dentro de la batería desde la terminal positiva a la terminal negativa. Esta es energía «perdida» en el circuito externo para convertirse en luz, calor u otra forma de energía, dependiendo de la naturaleza del circuito.

Diferencia de potencial eléctrico Definición

Atravesando todo el circuito alrededor del bucle cerrado de la Figura 2, los electrones ven un aumento de potencial en la batería y una caída de potencial correspondiente en el circuito.

el es diferencia de potencial electrico entre dos puntos cualesquiera de un circuito es el aumento o la disminución de la energía potencial asociada con el movimiento de una cantidad unitaria de carga de un punto a otro. El símbolo alfabético de la diferencia de potencial es E o V.

CEM es la energía por unidad de carga que transforma una batería u otra fuente de energía creando una diferencia de potencial entre sus terminales.

Dado que la fuerza tiene las dimensiones de aceleración masa-tiempo, EMF no es realmente una fuerza. La fuerza electromotriz es un término tradicional que poco a poco está dejando de ser de uso común.

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La Volta

El trabajo es energía transferida a un cuerpo o sistema. Por ejemplo, la fuerza de la gravedad actúa sobre un cuerpo que cae. Este trabajo aumenta la energía cinética del cuerpo y disminuye su energía potencial.

W es el símbolo de la letra para el trabajo y la energía.

El joule (símbolo J) es la unidad SI de trabajo y energía.

Un julio es igual a un newton metro: 1 J = 1 Nm = 1 kg.m2/s2.

Cuando una fuerza mueve un cuerpo, el trabajo, W, realizado es igual a la cantidad, F, de la fuerza multiplicada por la distancia, d, que se mueve el cuerpo:[Wtext{ }=text{ }Fd]

Podemos expresar la diferencia de potencial eléctrico en términos de julios por culombio o voltios.

El voltaje (símbolo V) es la unidad SI de diferencia de potencial.

el es diferencia de potencial entre dos puntos es un volt si una carga gana o pierde un joule de energía cuando se mueve de un punto a otro: 1 V = 1 J/C.

Esta ecuación relaciona la diferencia de potencial con la carga y la energía:

[begin{matrix}   E=frac{W}{Q}~~~~~~~ & or & V=frac{W}{Q}  end{matrix}]

Donde E (o V) es la diferencia de potencial en voltios, W es la energía en julios y Q es la carga en culombios.

Tenga en cuenta que EMF se mide en voltios y la fuerza se mide en newtons.

Ejemplo 1 voltaje

Una fuente de alimentación entrega 55 J cuando 50 C de electrones pasan de su terminal negativa a su terminal positiva. Encuentre la diferencia de potencial entre los terminales.

La solución

[E=frac{W}{Q}=frac{55J}{50C}=1.1V]

Ejemplo 2 voltaje

Una corriente de 0,30 A que pasa por el filamento CRT produce 9,45 J de calor en 5,0 s. ¿Cuál es la diferencia de potencial a través del filamento?

La solución

Ya que,

[I=frac{Q}{t}]

[Q=It=0.30Atimes 5s=1.5C]

[V=frac{W}{Q}=frac{9.45J}{1.5C}=6.3V]

FEM, diferencia de potencial y voltaje

CEM es la energía convertida por unidad de cantidad de carga eléctrica transferida de un terminal a otro dentro de la fuente.

Sin embargo, la FEM es igual al aumento de potencial entre los terminales de la fuente cuando el circuito está abierto y no fluye corriente (I = 0).

A medida que la corriente fluye a través del circuito, las ineficiencias en el proceso de conversión de energía hacen que el potencial aumente menos que la FEM interna de la fuente.

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En el circuito que se muestra en la Figura 3, a la izquierda voltímetro mide la diferencia de potencial entre los terminales de la batería. Incluso con el interruptor abierto, esta diferencia de potencial no es la misma que la FEM de la batería porque el voltímetro mismo extrae corriente de la batería.

Medición de fuente de voltaje y caída de voltaje en un circuito eléctrico básico

imagen 3 Mida los voltajes de la fuente y las caídas de voltaje en un circuito electrico basico

Para muchos cálculos de circuitos, se supone que la fuente de alimentación es perfectamente eficiente, de modo que su FEM interna y la diferencia de potencial entre sus terminales son iguales. Sin embargo, el término EMF no debe usarse para referirse al aumento de potencial entre las terminales de un dispositivo generador.

El término tensión ahora se usa comúnmente es una representación más simple de la diferencia de potencial. Podemos distinguir entre subida y bajada de potencial utilizando los términos fuente de tensión o tensión aplicada para la subida de potencial entre los terminales de la fuente y el término caída de tensión para la caída de potencial en la carga del circuito.

Símbolo de voltaje

E es el símbolo alfabético de voltaje de fuente o voltaje aplicado. V es el símbolo alfabético de la caída de tensión.

La diferencia entre el voltaje de la fuente y la caída de voltaje se muestra en la Figura 3.

Cuando el el interruptor esta cerradoAmbos voltímetros muestran la misma lectura ya que la corriente a través de la lámpara crea una caída de voltaje en los terminales de la lámpara igual al voltaje de la fuente (o voltaje aplicado).

Cuando el el interruptor esta abierto, el voltímetro conectado a los terminales de la batería todavía registra el voltaje de la fuente, pero el voltímetro conectado a los terminales de la lámpara muestra cero. Solo se puede ver una caída de voltaje en los terminales de la lámpara cuando pasan los electrones.

un punto importante

A voltaje o diferencia de potencial medido entre dos puntos, de un punto a otro, o a través de un elemento de circuito. No hay «tensión de un punto». Por otro lado, hablamos de ello. Energia electrica hacia o a través de otro conductor o componente.

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