Voltio: Unidad de Voltaje – Definición
El voltio se define como el potencial eléctrico existente entre dos puntos de un cable conductor cuando una corriente eléctrica de un amperio disipa un vatio de potencia entre esos puntos. Esta unidad es fundamental para medir el potencial eléctrico, la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) y la fuerza electromotriz.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el potencial eléctrico se expresa en unidades de julios por culombio (J⋅C-1), o voltios (V). El voltio lleva el nombre del físico italiano Alessandro Volta (1745–1827). Un culombio equivale a 6.28 x 1018 (billones de billones) de electrones. Por ejemplo, si un objeto gana un culombio de carga negativa, ha adquirido 6,280,000,000,000,000,000 electrones adicionales. Un voltio se define como la diferencia de potencial que hace que un culombio de corriente realice un joule de trabajo.
El voltaje también se define de manera que los objetos con carga negativa se sientan atraídos hacia voltajes más altos, mientras que los objetos con carga positiva hacia voltajes más bajos. Por lo tanto, la corriente convencional en un cable o resistencia siempre fluye de un voltaje más alto a uno más bajo. La ley de Ohm establece que un voltio es la cantidad de fuerza necesaria para impulsar un amperio de corriente a través de un ohmio de resistencia.
Voltajes Típicos
Para comparar diferentes órdenes de magnitud, la siguiente lista describe niveles de voltaje típicos:
- 1.5V (CC) – Voltaje de circuito abierto común para baterías alcalinas no recargables (por ejemplo, pilas AAA, AA y C).
- 3.8V (CC) – Casi todas las baterías de teléfonos inteligentes funcionan a 3.8 voltios.
- 12V (CC) – Un voltaje común para las baterías de automóviles es de 12 voltios (CC).
- 110 – 120V (CA) – El enchufe eléctrico más común en cualquier hogar en América.
- 3kV – Voltaje necesario para generar cada 1mm de un arco eléctrico.
- 110kV – El voltaje en líneas de transmisión de energía eléctrica.
- 300 MV – Un rayo típico es de aproximadamente 300 millones de voltios y unos 30,000 amperios.
Métodos de Producción de Voltaje
El voltaje o el potencial eléctrico pueden ser producidos por los siguientes métodos:
- Electricidad estática – Se produce por el efecto triboeléctrico.
- Electroquímica – Las reacciones químicas entre ciertos metales generan energía eléctrica.
- Inducción magnética – Se produce al girar bobinas de alambre a través de un campo magnético estacionario o viceversa.
- Efecto piezoeléctrico – Doblar o torcer ciertos materiales provoca la salida de electrones.
- Termoelectricidad – El calentamiento de dos materiales disímiles unidos causa la transferencia de electrones.
- Efecto fotoeléctrico – La emisión de fotoelectrones de un material cuando la radiación electromagnética golpea su superficie.
- Emisión termoiónica – Los electrones se liberan de una superficie caliente.
Analogía Hidráulica del Voltio
La analogía hidráulica, o la analogía eléctrico-fluido, es una herramienta didáctica ampliamente utilizada para enseñar y comprender el funcionamiento de los circuitos. Dado que la corriente eléctrica es invisible y los procesos en electrónica son difíciles de demostrar, los diversos componentes electrónicos se representan mediante equivalentes hidráulicos.
La relación entre voltaje y corriente se define (en dispositivos óhmicos como resistencias) por la ley de Ohm. Esta ley es análoga a la ecuación de Hagen–Poiseuille, ya que ambos son modelos lineales que relacionan flujo y potencial en sus respectivos sistemas. El voltaje es como la diferencia de presión que empuja el agua a través de la manguera, medida en voltios (V), de manera que un voltio es como un pascal en un circuito hidráulico con una bomba.
Preguntas Frecuentes
¿Por qué las baterías alcalinas (AAA o AA) se hacen para ser de 1.5V mientras que las recargables son de 1.2V? Las celdas primarias disminuyen gradualmente en voltaje con el uso; comienzan en 1.5 voltios, bajan a 1.2 y continúan hasta 1.0, donde el aparato deja de funcionar. Las celdas secundarias operan más uniformemente incluso con solo 1.2 voltios; tienen una descarga plana donde permanecen en 1.2 voltios hasta agotarse y luego caen rápidamente a menos de 1.0 voltios.
¿Cuáles son los voltajes típicos para dispositivos en el hogar? Los dispositivos comunes como baterías alcalinas y cargadores de teléfonos inteligentes utilizan voltajes que van desde 1.5V (CC) hasta 12V (CC). Los enchufes eléctricos en América operan a 110 – 120V (CA), mientras que en Europa, Asia y África utilizan 220 a 240 voltios (CA).
