Por Jeffrey Ober | 21 de abril de 2023 | 13:06 EST
La diferencia de potencial, comúnmente conocida como voltaje, es la fuerza impulsora detrás de la corriente eléctrica. Un voltaje más alto empuja más corriente a través de un circuito, del mismo modo que una colina más empinada fomenta un giro más rápido. En un circuito cerrado, el voltaje es la energía por unidad de carga que mueve una partícula cargada de un punto a otro. Expresado en julios por culombio, su unidad SI es el voltio (V).
Matemáticamente, el voltaje se define como:
V =E / Q =J / C
Aquí, E es la energía eléctrica en julios (J), y Q es la carga eléctrica en culombios (C). El voltaje determina con qué fuerza se empuja una carga positiva (o una carga negativa en la dirección opuesta) a lo largo de una distancia determinada.
Volt lleva el nombre de Alessandro Volta, un pionero en electricidad y magnetismo.
El voltaje también se puede ver como una fuerza (newtons) que actúa a lo largo de una distancia (metros). En este sentido, representa el trabajo realizado para mover carga entre dos puntos.
En los circuitos prácticos, el voltaje normalmente se mide a través de una batería, una resistencia o cualquier otro elemento. La diferencia de potencial de la batería entre sus terminales negativo y positivo determina el flujo de corriente. La resistencia, a su vez, limita este flujo, manteniendo el equilibrio.
Estas tres cantidades fundamentales (corriente (I), voltaje (V) y resistencia (R) están unidas por la ley de Ohm:
I =V/R
La corriente cuantifica la cantidad de carga que pasa por un punto por segundo, medida en amperios (A). Un amperio equivale a un culombio por segundo. Aunque la definición es circular (un amperio equivale a culombios por segundo), esta representación aclara que la corriente es un flujo de carga real y mensurable.
La corriente convencional supone que las cargas positivas se mueven desde el terminal positivo de la batería al negativo. En realidad, los electrones (partículas cargadas negativamente) viajan en dirección opuesta, pero ambas descripciones reflejan la misma transferencia de energía.
Los electricistas, ingenieros y científicos suelen utilizar un multímetro para medir voltaje, corriente y resistencia en un solo dispositivo.
Incluso las cargas estacionarias generan un campo eléctrico descrito por la ley de Coulomb:
E =kQ/r²
donde Q es la carga en culombios, k es la constante de Coulomb y r es la distancia desde la carga en metros. La intensidad de este campo nos permite calcular la energía potencial eléctrica en un punto determinado.
La misma relación conduce a la fuerza eléctrica entre cargas:F =Eq . Esta rama de la física se conoce como electrostática.
Usando una carga de prueba, podemos derivar el potencial eléctrico debido a una carga puntual:
V =kQ/r
A diferencia del campo eléctrico, que disminuye con el cuadrado de la distancia, el potencial disminuye linealmente con la distancia.
El voltaje es la piedra angular de la electrónica moderna:tomas de corriente, baterías de automóviles, teléfonos inteligentes e iluminación. En circuitos más complejos, componentes como condensadores (dos placas separadas por un dieléctrico) e inductores dan forma al flujo de corriente para lograr los efectos deseados.
Además, las cargas en movimiento generan campos magnéticos, vinculando la diferencia de potencial eléctrico con el espectro electromagnético más amplio. Esta interacción sustenta tecnologías como la radio, la comunicación por satélite y la transferencia inalámbrica de energía.
