CONCEPTOS BÁSICOS DE VOLTAJE, CORRIENTE, POTENCIA Y RESISTENCIA

CONCEPTOS BÁSICOS DE VOLTAJE, CORRIENTE, POTENCIA Y RESISTENCIA

Tensión (electricidad) o Voltaje

Señal de peligro eléctrico, comúnmente conocido como alta tensión eléctrica.

La tensión eléctrica o diferencia de potencial

(en algunos países también se denomina voltaje ) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro. La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es un campo conservativo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero.

Polaridad en corriente continua

Figura 1: Polaridad de una diferencia de potencial.

Cuando entre dos puntos de un circuito puede circular una corriente eléctrica continua, la polaridad de la tensión viene determinada por el sentido que sigue la corriente (cargas positivas), que es opuesto al sentido que siguen los electrones (cargas negativas); esto es, desde el punto con mayor potencial hacia el que tiene menor potencial. Por lo tanto, si por el resistor R de la figura 1 circula una corriente de intensidad I, desde el punto A hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la polaridad indicada.

Tensión en componentes pasivos

La diferencia de potencial entre los terminales de un componente pasivo dependen de las características del componente y de la intensidad de corriente eléctrica.

Tensión en una resistencia eléctrica

Se puede expresar la tensión entre los bornes de una resistencia en función de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos, tal como indica la ley de Ohm:

Tensión en un condensador

Tensión en una bobina

Tensión eficaz

Un multímetro con la función de voltímetro seleccionada. En corriente alterna indica el valor eficaz de la tensión.

La tensión eficaz o valor eficaz de la tensión es el valor medido por la mayoría de los voltímetros de corriente alterna. Equivale a una tensión constante que, aplicada sobre una misma resistencia eléctrica, consume la misma potencia eléctrica, transformando la energía eléctrica en energía térmica por efecto Joule.

La energía consumida en un periodo de tiempo T por una resistencia eléctrica es igual a

donde W es la energía consumida, P es la potencia, T es el periodo de tiempo, Ief es la intensidad eléctrica, Vef es la tensión eficaz y V(t) es el valor instantáneo de la tensión en función del tiempo t.

Despejando la tensión eficaz se obtiene la media cuadrática de la tensión:

En corriente alterna, la tensión varía conforme una onda senoidal

donde se expresa la tensión V en función del tiempo t. V0 es la amplitud de la tensión, ω es la frecuencia angular y φ es el desfase.

Tomando como periodo de integración el periodo de la onda (T = 2π / ω), se tiene:

Como la amplitud de la tensión V0 es constante puede sacarse fuera de la integral

Aplicando una identidad trigonométrica para eliminar la potencia cuadrática de una función trigonométrica:

Integrando:

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica está definida por convenio en el sentido contrario al desplazamiento de los electrones

Diagrama del efecto Hall, mostrando el flujo de electrones. (en vez de la corriente convencional).

Leyenda:

1. Electrones

2. Sensor o sonda Hall

3. Imanes

4. Campo magnético

5. Fuente de energía

Descripción

En la imagen A, una carga negativa aparece en el borde superior del sensor Hall (simbolizada con el color azul), y una positiva en el borde inferior (color rojo). En B y C, el campo eléctrico o el magnético están invertidos, causando que la polaridad se invierta. Invertir tanto la corriente como el campo magnético (imagen D) causa que la sonda asuma de nuevo una carga negativa en la esquina superior.

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Historia

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo y sin embargo posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son negativos, estos son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional. En resultas, el sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones fluyen desde el polo negativo hasta llegar al positivo (sentido real), cosa que no contradice que dicho movimiento se inicia al lado del polo positivo donde el primer electrón se ve atraído por dicho polo creando un hueco para ser cubierto por otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polo negativo (sentido convencional) es decir la corriente eléctrica es el paso de electrones desde el polo negativo al positivo comenzando dicha progresión en el polo positivo.

En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con

...