El voltaje o diferencia de potencial eléctrico, es una magnitud física que indica la diferencia de la tensión eléctrica entre dos puntos en un circuito eléctrico. Coincide con el voltaje eléctrico e indica la energía o trabajo necesario para separar cargas eléctricas de signo opuesto.
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.
Si unimos dos puntos que tienen una diferencia de potencial mediante un material conductor se producirá un flujo de electrones a través del circuito cerrado que hemos creado. Parte de la carga se trasladará desde el punto de mayor potencial al punto de menor potencial (corriente eléctrica).
La definición de voltaje eléctrico y la unidad de medida voltio 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.
¿Cuál es la unidad de medida del voltaje?
El voltaje se mide en voltios (V) según el sistema internacional de unidades. El aparato electrónico para medir la diferencia de potencial entre dos puntos es el voltímetro.
Concepto de voltaje con un ejemplo: analogía hidráulica
El concepto de voltaje se puede explicar haciendo una analogía con un circuito hidráulico. La diferencia de tensión 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. El equivalente de la disipación de energía eléctrica sería a 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, el flujo de agua puede fluir desde un punto de alta presión a un punto de baja presión. De la misma manera las cargas que se mueven entre dos puntos con diferente potencial constituyen una corriente eléctrica.
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.
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.
Fuerza electromotriz inducida por un campo magnético variable
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.
Cuándo sometemos un material conductor a un campo electromagnético variable se produce una tensión eléctrica que se llama voltaje inducido.
Ley de Ohm
En la base del comportamiento de los circuitos con una carga puramente resistiva, está la ley de Ohm. Afirma el voltaje aplicado a una resistencia es proporcional a la intensidad y a la resistencia:
V = I · R
La corriente eléctrica que pasa a través de un componente resistivo (R) genera una disipación de potencia cuyo valor viene dado por el producto de la intensidad (I) por la diferencia de potencial (V):
P = V · I
Este fenómeno se llama efecto Joule.
¿Cómo se clasifican los diferentes tipos de voltajes?
La clasificación de la tensión eléctrica es diferente según la zona a la que se refiera y el tipo de corriente alterna o corriente continua.
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:
|
Abreviatura |
Categoría |
En corriente alterna |
En corriente continua |
|
|
Muy baja tensión |
BBT |
0 |
≤ 50 V |
≤ 120 V (en corriente continua ondulada) |
|
Baja tensión |
BT |
I |
50-1.000 V |
120-1.500 V |
|
Voltaje medio |
MT |
II |
1-30 kV |
1,5-30 kV |
|
Alta tensión |
AT |
III |
> 30 kV |
> 30 kV |
En algunos países la alta tensión se divide en tensión de primera, segunda y tercera categoría o de categoría especial.
