Conceptos básicos sobre la tensión eléctrica.
En este artículo vamos a hablar de la tensión; aprenderemos qué es la tensión y la diferencia de potencial, cómo medir la tensión, la diferencia entre tensión y corriente continua y alterna, y también por qué varían las tensiones en todo el mundo.
El voltaje es lo que impulsa a los electrones a circular por un circuito. Sin voltaje, los electrones libres se moverían entre los átomos, pero lo harían de forma aleatoria, por lo que no nos serían de mucha utilidad. Solo cuando aplicamos voltaje a un circuito, los electrones libres se mueven todos en la misma dirección, generando corriente.
Es fácil imaginar el voltaje como la presión en una tubería de agua. Si tenemos un recipiente completamente lleno de agua, la masa de toda esa agua generará una enorme presión en el extremo de la tubería.
Si tenemos un depósito de agua que solo está parcialmente lleno, habrá mucha menos presión en la tubería.
Si abrimos la válvula para dejar que el agua fluya, saldrá más agua a mayor velocidad del depósito de alta presión, en comparación con el de baja presión. Lo mismo ocurre con la electricidad: cuanto más voltaje tengamos, más corriente podrá fluir.
El voltaje puede existir sin corriente. Por ejemplo, podemos medir la presión en una tubería de agua con la válvula cerrada, sin que fluya agua, y así vemos que está presurizada. Lo que realmente estamos midiendo es la diferencia de presión entre el interior de la tubería y el exterior.
Lo mismo ocurre si tenemos una batería conectada a un circuito con un interruptor abierto. El voltaje sigue presente, podemos medirlo, y tan pronto como se cierre el interruptor, empujará a los electrones libres por el circuito.
A veces oímos referirse al voltaje como «diferencia de potencial». Esto significa realmente cuánto trabajo se puede realizar potencialmente en un circuito.
Volviendo a nuestra analogía con el agua, si tenemos dos lagos al mismo nivel, entonces no hay potencial para realizar trabajo porque el agua no fluye.
Pero si elevamos un lago por encima del otro, entonces este lago más alto tiene ahora el potencial de fluir hacia el segundo. Si le proporcionamos un camino, fluirá. Si colocamos una turbina en su camino, podemos utilizar su energía para alimentar una luz o toda una ciudad.
Volviendo al circuito eléctrico, la batería tiene una diferencia de potencial de 1,5 V entre su terminal negativo y el positivo.
Si conectamos un trozo de cable a ambos terminales de una batería, la presión de la batería obligará a los electrones a fluir en la misma dirección a lo largo del mismo camino. Podemos entonces colocar componentes eléctricos en el camino de estos electrones para que hagan el trabajo por nosotros; por ejemplo, si colocamos una lámpara en el circuito, esta se encenderá a medida que los electrones fluyan a través de ella.
Si luego añadimos otra batería al circuito en serie, los electrones recibirán un impulso efectivo de la segunda batería, ya que solo pueden fluir por este camino y se está añadiendo más energía. Esto combinará los voltajes y así obtendremos 3 voltios. Más voltios = más presión, lo que significa más fuerza de empuje, por lo que fluirán más electrones y la lámpara brillará más.
Sin embargo, si moviéramos la pila y la conectáramos en paralelo, la trayectoria de los electrones se dividiría: algunos fluirían hacia la primera pila y otros hacia la segunda; por lo tanto, ambas pilas proporcionarían la misma cantidad de energía, de modo que el voltaje no se combinaría ni se potenciaría. Solo obtenemos 1,5 V. La carga de trabajo se divide entre las pilas y la lámpara permanecerá encendida durante más tiempo, pero brillará menos.
Medimos la diferencia de potencial o voltaje con la unidad de voltios y utilizamos la letra V mayúscula para indicarlo. Si miras tus aparatos eléctricos, verás un número junto a una V, que indica para cuántos voltios está diseñado el producto.
En este ejemplo, los fabricantes de este disco duro USB nos indican que el dispositivo debe conectarse a una fuente de alimentación de 5 V CC (corriente continua) y que necesita 1 A de corriente para funcionar.
El término «voltio» proviene de un físico italiano llamado Alessandro Volta, quien inventó la pila voltaica, que fue la primera batería eléctrica capaz de proporcionar una corriente eléctrica a un ritmo constante en un circuito.
El voltaje y los voltios son diferentes. Recuerda que el voltaje es la presión y los voltios son simplemente las unidades en las que lo medimos. Es lo mismo que sabemos que una tubería tiene presión, pero utilizamos unidades para medir esta presión, como bares, PSI, kPa, etc.
Como vimos anteriormente, podemos medir los voltios con un voltímetro, que puede ser independiente o formar parte de un multímetro.
Para medir el voltaje, tenemos que conectarnos al circuito en paralelo entre dos puntos de los que queramos conocer el voltaje o la diferencia de potencial.
Así, en el caso de una sola pila en un circuito, medimos 1,5 V a través de la pila y también medimos 1,5 V a través de la lámpara. La pila suministra 1,5 V a la lámpara y la lámpara utiliza 1,5 V para producir luz y calor.
En un circuito en serie con dos lámparas, medimos 1,5 V en la batería, 1,5 V en las dos lámparas juntas, pero 0,75 V en cada lámpara por separado. La tensión o potencial se ha repartido entre las lámparas para que ambas proporcionen luz y calor; las lámparas brillan menos porque la tensión se ha repartido o dividido. Volveremos a tratar este tema con más detalle en nuestros tutoriales sobre circuitos eléctricos.
Así que antes vimos que el voltaje y los voltios son diferentes: el voltaje es la presión y el voltio es la unidad de medida, entonces, ¿qué significa un voltio?
Se necesita un voltio para impulsar un culombio, o aproximadamente seis quintillones, doscientos cuarenta y dos cuatrillones (6,242×10^18) de electrones a través de una resistencia de un ohmio en un segundo.
Otra forma de explicarlo: para alimentar una lámpara de 1,5 W con una batería de 1,5 V se necesitaría que 1 culombio, o seis quintillones, doscientos cuarenta y dos cuatrillones (6,242×10^18) de electrones, fluyeran desde la batería a través de la lámpara cada segundo para que esta permanezca encendida.
Para alimentar una lámpara de 0,3 W con una batería de 1,5 V, se necesitarían 0,2 culombios, es decir, aproximadamente un quintillón, ochocientos setenta y dos cuatrillones, seiscientos billones (1,8726×10^18) de electrones que fluyeran desde la batería a través de la lámpara cada segundo para que esta permaneciera encendida.
Si intentáramos utilizar un voltaje más bajo, la lámpara se encendería, pero su brillo disminuiría a medida que el voltaje disminuye, ya que hay menos presión para forzar el paso de los electrones a través de ella. Cuantos menos electrones fluyan, menos luz podrá producir la lámpara.
Las lámparas solo están diseñadas para un voltaje y una corriente determinados. Si utilizamos un voltaje más alto, la lámpara se volverá más brillante porque fluyen más electrones a través de ella. Pero si añadimos demasiado voltaje, la lámpara se fundirá porque demasiados electrones intentarán pasar a la vez.
Las baterías son fuentes de voltaje directo, lo que significa que la presión que proporcionan mueve a los electrones en una corriente constante en una sola dirección, como el flujo del agua por un río.
El voltaje directo se representa normalmente con una V mayúscula con algunos puntos encima y una pequeña línea horizontal. Si representáramos gráficamente este voltaje en función del tiempo, se obtendría una línea recta.
El voltaje de nuestros enchufes de pared es voltaje alterno, que es un tipo diferente de electricidad; en este tipo, los electrones alternan entre fluir hacia adelante y hacia atrás porque la polaridad del circuito cambia como la marea del mar; si representáramos este voltaje en función del tiempo, obtendríamos una onda sinusoidal que avanza y asciende hasta su máximo y luego comienza a descender, pasa por el cero y entonces la corriente fluye hacia atrás, pero alcanza su mínimo y vuelve a invertir la dirección.
Esto se suele representar con una V mayúscula con una línea ondulada encima.
El voltaje de los enchufes de pared varía dependiendo de en qué parte del mundo nos encontremos. La mayor parte del mundo utiliza 220-240 V, pero América del Norte, América Central y parte de América del Sur, así como algunos otros países repartidos por todo el planeta, utilizan 100-127 V.
La razón de las diferentes tensiones en todo el mundo se remonta a los inicios de la distribución de la electricidad: no existía una estandarización, por lo que cada red de distribución tenía su propia tensión y frecuencia según lo que sus ingenieros consideraran más adecuado. Con el tiempo, algunas empresas crecieron y dominaron el mercado, por lo que la tensión y la frecuencia se estandarizaron a medida que se expandían sus productos y servicios; los gobiernos también intervinieron y aprobaron leyes para que la gente pudiera comprar productos fácilmente y también comerciar con otros países.
Esto sigue siendo un problema hoy en día; por ejemplo, si tomamos un secador de pelo de EE. UU., con una potencia nominal de 110 V, y lo enchufamos a una toma de corriente en Europa, que tiene 220 V, el secador se quemará a plena potencia porque hay demasiado voltaje o demasiada presión y el dispositivo no puede soportarlo.
Si tomamos un secador de pelo de Europa y lo enchufamos a una toma de corriente de EE. UU., probablemente no se encenderá y, si lo hace, será muy débil porque no hay suficiente presión para que funcione.
Algunos productos pueden utilizarse con diferentes voltajes. Es necesario consultar las etiquetas del fabricante en el producto para comprobar primero si este ha sido diseñado para soportar diferentes voltajes.
Deja una respuesta