Voltaje vs corriente: ¿Cuáles son las similitudes y diferencias?

Si es nuevo en la física de la electricidad, términos comoVoltajeyamperiospueden parecer casi intercambiables según la forma en que se utilizan. Pero en realidad, son cantidades muy diferentes, aunque están estrechamente vinculadas por cómo funcionan juntas en un circuito eléctrico, como lo describe la ley de Ohm.

Realmente, los "amperios" son una medida de corriente eléctrica (que se mide enamperios), y voltaje es un término que significa potencial eléctrico (medido envoltios), pero a menos que haya aprendido los detalles, es comprensible que pueda confundir los dos entre sí.

Para comprender la diferencia, y nunca volver a confundirlos, solo necesita una introducción básica sobre lo que significan y cómo se relacionan con un circuito eléctrico.

¿Qué es el voltaje?

El voltaje es otro término para la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, y se puede definir simplemente como la energía potencial eléctrica por unidad de carga.

Así como el potencial gravitacional es la energía potencial que tiene un objeto en virtud de su posición dentro de un campo gravitacional, el potencial eléctrico es la energía potencial que tiene un objeto cargado en virtud de su posición en un campo eléctrico. El voltaje describe específicamente esto por unidad de carga eléctrica, por lo que se puede escribir:

V = \ frac {E_ {el}} {q}

DóndeVes el voltaje,miel es la energía potencial eléctrica yqes la carga eléctrica. Dado que la unidad de energía potencial eléctrica es el julio (J) y la unidad de carga eléctrica es el culombio (C), la unidad de voltaje es el voltio (V), donde 1 V = 1 J / C, o en palabras, un voltio es igual a un julio por culombio.

Esto le dice que si permite que una carga de 1 culombio pase a través de una diferencia de potencial (es decir, un voltaje) de 1 V, ganar 1 J de energía, o viceversa, se necesitará un julio de energía para mover un culombio de carga a través de una diferencia de potencial de 1 V. El voltaje también se conoce a veces comofuerza electromotriz(EMF).

La diferencia de voltaje (o diferencia de potencial) entre dos puntos, como a cada lado de un elemento en un circuito eléctrico, se puede medir conectando un voltímetro en paralelo con el elemento que está interesado en. Como sugiere el nombre, un voltímetro mide el voltaje entre dos puntos del circuito, pero cuando usa uno, debe estar conectadoen paralelopara evitar interferencias con la lectura de voltaje o daños al dispositivo.

¿Qué es actual?

La corriente eléctrica, que a veces se denomina amperaje (ya que tiene la unidad del amperio), es la tasa de flujo de la carga eléctrica que pasa por un punto de un circuito. La carga eléctrica es transportada por electrones, las partículas cargadas negativamente que rodean el núcleo de un átomo, por lo que la cantidad de corriente realmente indica la velocidad de flujo de los electrones. Una definición matemática simple de corriente eléctrica es:

Yo = \ frac {q} {t}

DóndeIes la corriente (en amperios),qes la carga eléctrica (en culombios) ytes el tiempo transcurrido (en segundos). Como muestra esta ecuación, la definición de un amperio (A) es 1 A = 1 C / s, o un flujo de una carga eléctrica de 1 culombio por segundo. En términos de electrones, esto es aproximadamente 6.2 × 1018 electrones (alrededor de seis mil millones de billones) que pasan por el punto de referencia por segundo para un flujo de corriente de solo 1 A.

La corriente se puede medir en un circuito eléctrico conectando un amperímetro en serie, es decir, en el ruta de la corriente principal: con la sección del circuito que desea medir la cantidad de corriente mediante.

Flujo de agua: una analogía

Si todavía tiene dificultades para comprender los roles que juegan la diferencia de voltaje y la corriente eléctrica Dentro de un circuito eléctrico, una analogía ampliamente utilizada entre electricidad y agua debería ayudar a aclarar cosas. Se pueden usar dos escenarios diferentes para representar el voltaje en un circuito eléctrico: una tubería de agua que baja por una colina o un tanque de agua lleno con un pico de salida en la parte inferior.

Para la tubería de agua con un extremo en la cima de una colina y el otro extremo en la parte inferior, su intuición debe decirle que el agua fluiría a través de él más rápido si la colina fuera más alta y más lento si la colina fuera más baja. Para el ejemplo del tanque de agua, si hubiera dos tanques de agua llenos a diferentes niveles, esperaría el tanque más lleno para liberar agua de la salida a un ritmo más rápido que el que se llena a un nivel más bajo nivel.

Ya sea el potencial de la altura de la colina (debido al potencial gravitacional) o el potencial creado por la presión del agua en el tanque, ambos ejemplos transmiten un hecho clave sobre el voltaje diferencias. Cuanto mayor sea el potencial, más rápido fluirá el agua (es decir, la corriente).

El flujo de agua en sí es análogo a la corriente eléctrica. Si midió el agua que pasa por un solo punto en la tubería por segundo, esto es como el flujo de corriente en un circuito, excepto con agua en lugar de carga eléctrica en forma de electrones. Entonces, si todo lo demás es igual, un voltaje alto conduce a una corriente alta y viceversa. La parte final de la imagen es la resistencia, que es análoga a la fricción entre las paredes de la tubería y el agua, o una obstrucción física colocada en la tubería que bloquea parcialmente el agua flujo.

Similitudes y diferencias

\ def \ arraystretch {1.5} \ begin {array} {c: c} \ text {Similitudes} & \ text {Diferencias} \\ \ hline \ hline \ text {Ambos pertenecen a circuitos eléctricos} & \ text {Unidades diferentes, el voltaje es medido en voltios, donde 1 V = 1 J / C} \\ & \ text {mientras que la corriente se mide en amperios, donde 1 A = 1 C / s} \\ \ hline \ text {Ambos afectan la cantidad de energía que se disipa en un circuito element} & \ text {La corriente se distribuye por igual en todos los componentes cuando está en serie} \\ & \ text {mientras que la caída de voltaje entre los componentes puede diferir} \\ \ hline \ text {Ambos pueden alternar polaridad (p. ej., alterna} & \ text {La caída de tensión es igual en todos los componentes} \\ \ text {tensión alterna o corriente) o polaridad directa} & \ text {conectados en paralelo, la corriente difiere} \\ \ hline \ text {Son directamente proporcionales entre sí de acuerdo con la ley de Ohm} & \ text {El voltaje produce un campo eléctrico mientras que la corriente produce un campo magnético field} \\ \ hline & \ text {El voltaje causa corriente, mientras que la corriente es el efecto del voltaje} \\ \ hline & \ text {La corriente solo fluye cuando el circuito está completo, pero las diferencias de voltaje permanecer} \ end {matriz}

Como muestra la tabla, la corriente eléctrica y el voltaje tienen más diferencias que similitudes, pero también hay algunas similitudes. La mayor diferencia entre los dos es el hecho de que describen diferentes cantidades por completo, por lo que una vez que comprenda los conceptos básicos de cada uno, es poco probable que los confunda con uno otro.

Relación entre voltaje y corriente

La diferencia de voltaje y la corriente eléctrica son directamente proporcionales entre sí de acuerdo con la ley de Ohm, una de las ecuaciones más importantes en la física de los circuitos eléctricos. La ecuación relaciona el voltaje (es decir, la diferencia de potencial creada por la batería u otra fuente de energía) a la corriente en el circuito y la resistencia al flujo de corriente creado por los componentes del circuito.

La ley de Ohm establece:

V = IR

DóndeVes el voltaje,Ies la corriente eléctrica yRes la resistencia (medida en ohmios, Ω). Por esta razón, la ley de Ohm a veces se denomina ecuación de voltaje, corriente y resistencia. Si conoce dos cantidades cualesquiera en esta ecuación, puede reorganizar la ecuación para encontrar la otra cantidad, lo que lo hace útil para resolver la mayoría de los problemas electrónicos que encontrará en física clase.

Vale la pena señalar que la ley de Ohm no essiempreválida, y como tal no es una ley "verdadera" de la física, sino una aproximación útil para lo que se llamaóhmicomateriales. La relación lineal que implica entre la corriente y el voltaje no es válida para cosas como un filamento. bulbo, donde el aumento de temperatura provoca un aumento de la resistencia y por lo tanto impacta el relación. Sin embargo, en la mayoría de los casos (y ciertamente en la mayoría de los problemas físicos que se le plantearán sobre voltaje y corriente eléctrica) se puede utilizar sin problemas.

Ley de Ohm para el poder

La ley de Ohm se usa principalmente para relacionar el voltaje con la corriente y la resistencia; sin embargo, existe una extensión de la ley que le permite usar las mismas cantidades para calcular la potencia eléctrica disipada en un circuito, donde la potenciaPAGes la tasa de transferencia de energía en vatios (donde 1 W = 1 J / s). La forma más simple de esta ecuación es:

P = IV

Entonces, en palabras, la potencia es igual a la corriente multiplicada por el voltaje. Por lo tanto, esta es un área clave en la que la diferencia de voltaje y la corriente eléctrica son similares: ambas comparten una relación directamente proporcional con la potencia disipada en un circuito. Si no conoce la corriente, puede usar una reordenación de la ley de Ohm (I = V / R) para expresar la potencia como:

\ begin {alineado} P & = \ frac {V} {R} × V \\ & = \ frac {V ^ 2} {R} \ end {alineado}

O usando la forma estándar de la ley de Ohm, puede reemplazar el voltaje y escribir:

P = I ^ 2R

Al reorganizar estas ecuaciones, también puede expresar voltaje, resistencia o corriente en términos de potencia y otra cantidad.

Leyes de voltaje y corriente de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son dos de las otras leyes más importantes para los circuitos eléctricos y son particularmente útiles cuando se analiza un circuito con múltiples componentes.

La primera ley de Kirchhoff a veces se llama ley de la corriente, porque establece que la corriente total que fluye hacia una unión es igual a la corriente que sale de ella, esencialmente esa carga es conservado.

La segunda ley de Kirchhoff se llama ley del voltaje y establece que para cualquier circuito cerrado en un circuito, la suma de todos los voltajes debe ser igual a cero. Para la ley del voltaje, trata la batería como un voltaje positivo y trata las caídas de voltaje en cualquier componente como un voltaje negativo.

En combinación con la ley de Ohm, estas dos leyes se pueden usar para resolver esencialmente cualquier problema que pueda encontrar relacionado con circuitos eléctricos.

Voltaje y corriente: cálculos de ejemplo

Imagine que tiene un circuito que incluye una batería de 12 V y dos resistencias, conectadas en serie, con resistencias de 30 Ω y 15 Ω. La resistencia total del circuito está dada por la suma de estas dos resistencias, por lo que 30 Ω + 15 Ω = 45 Ω. Tenga en cuenta que cuando las resistencias están dispuestas en paralelo, la relación implica recíprocos, pero esto no es importante para comprender la relación entre la diferencia de voltaje y la corriente, por lo que este simple ejemplo será suficiente para el presente propósitos.

¿Cuál es la corriente eléctrica que fluye a través del circuito? Intente aplicar la ley de Ohm usted mismo antes de seguir leyendo.

La siguiente forma de la ley de Ohm:

I = \ frac {V} {R}

Le permite calcular:

\ begin {alineado} I & = \ frac {12 \ text {V}} {45 \ text {Ω}} \\ & = 0.27 \ text {A} \ end {alineado}

Ahora, conociendo la corriente a través del circuito, ¿cuál es la caída de voltaje en la resistencia de 15 Ω? La ley de Ohm en la forma estándar se puede utilizar para abordar esta pregunta. Insertando los valores deI= 0,27 A yR= 15 Ω da:

\ begin {alineado} V & = IR \\ & = 0.27 \ text {A} × 15 \ text {Ω} \\ & = 4.05 \ text {V} \ end {alineado}

A los efectos de utilizar las leyes de Kirchhoff, será un voltaje negativo (es decir, una caída de voltaje). Como ejercicio final, ¿puede demostrar que el voltaje total alrededor del circuito cerrado será igual a cero? Recuerde que la batería tiene un voltaje positivo y todas las caídas de voltaje son negativas.

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