Antes de entender voltaje o diferencia de potencial eléctricoes importante investigar primero cómo una partícula cargada se mueve en un campo eléctrico estático uniforme.
Teoría de la tensión
Consideremos dos placas paralelas, que están conectadas a un batería. La placa superior está conectada con positivo terminal de una batería. Por lo tanto, esta placa está cargada positivamente, y la placa inferior está conectada a Negativo terminal de la batería y por lo tanto esta placa inferior está cargada negativamente.
Estos placas producen un campo eléctrico estático entre ellas que es proporcional a la densidad de carga superficial de ambas placas, deja que la densidad de carga superficial de la placa superior sea . Entonces la densidad de carga superficial de la placa inferior será . El campo eléctrico producido por la única placa positiva es la densidad de carga superficial dividida por el doble de la permeabilidad del espacio entre las placas, es decir.
De manera similar, un campo eléctrico estático producido por la placa negativa es
Por lo tanto, el campo eléctrico resultante entre las placas es
Asumamos ahora que una partícula cargada positivamente entra en ese campo eléctrico. Si la partícula tiene una carga de q Coulomb, entonces electrostática la fuerza aplicada sobre esa partícula será
Fe = q.E
Donde, E es el vector del campo eléctrico y es constante para un campo eléctrico uniforme.
Ahora la aceleración de la partícula,
Donde m es la masa de la partícula.
Por lo tanto, la velocidad de la partícula en cualquier momento t puede ser escrito como,
Donde vo es la velocidad inicial de la partícula en la entrada de un uniforme campo eléctrico.
Así que.., posición de la partícula en cualquier momento t puede ser escrito como,
Donde po es la posición inicial de la partícula en la entrada de un uniforme campo eléctrico.
El camino es la función de una parábola. Por lo tanto, se puede predecir a partir de la función que el movimiento de una partícula cargada en un campo eléctrico uniforme es el movimiento de un proyectil en una trayectoria parabólica.
Si prefieres una explicación en video, puedes ver el video sobre el voltaje abajo:
Diferencia de potencial eléctrico y definición de voltaje
Podemos usar el vector del campo eléctrico para caracterizar estática campo eléctrico en el espacio. Observando el movimiento de las partículas cargadas dentro de un campo eléctrico, se puede predecir las características exactas de ese campo.
Si el campo es lo suficientemente fuerte, la desviación de una partícula cargada en una trayectoria parabólica será más aguda, y si el campo es débil, la desviación es menor. Pero no es la forma práctica de medir la intensidad de una campo eléctrico. Otra cantidad física es la que es mucho más fácil de medir y también se utiliza para caracterizar un campo eléctrico, y esta cantidad se conoce como diferencia de potencial eléctrico.
Potencial eléctrico V(t) de una posición en el campo eléctrico es tal que, la energía potencial eléctrica es necesaria para colocar una partícula de carga q en esa posición, sería el producto de la carga de la partícula q y el potencial de esa posición V(t). Es decir, la energía potencial U(t) = q.V(t).
El Unidad del SI de potencial eléctrico es Volt, llamado así por el físico italiano Alessandro Volta (1745 1827).
Voltímetros se utilizan para medir la diferencia de potencial entre dos puntos.
Hay un concepto erróneo sobre el potencial y el voltaje. Muchos de nosotros pensamos que ambos son lo mismo. Pero el voltaje no es exactamente potencial; es la medida de el potencial eléctrico diferencia entre dos puntos.
Potencial eléctrico y vector del campo eléctrico
Potencial eléctrico y el vector del campo eléctrico, ambos caracterizan la misma cosa que es el espacio del campo eléctrico. Ya que ambos potencial eléctrico… y el vector del campo eléctrico describen un campo eléctricoestán relacionados.
dV = E.ds donde dV es la diferencia de potencial entre dos puntos separados por una distancia ds y el vector del campo eléctrico es E.
Definición de diferencia de potencial o voltaje
Después de pasar por la porción anterior de teoría del voltaje ahora podemos establecer un definición de la diferencia de potencial, definición de voltaje en pocas palabras. Que dice El voltaje es la diferencia de energía eléctrica potencial por unidad de carga entre dos puntos.
El voltaje es el trabajo que debe hacerse, sobre una unidad de carga para moverse entre dos puntos, contra un campo eléctrico estático. Un voltaje que es una medida de la diferencia de potencial eléctrico, es la causa de corriente eléctrica para que fluya en un circuito cerrado.
