Tensión eléctrica

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Símbolo internacional de seguranza: "Atención, risco de choque eléctrico" (ISO 3864).

A tensión eléctrica, tamén denominada diferenza de potencial ou voltaxe, é a diferenza de potencial eléctrico entre dous puntos[1]. A súa unidade de medida é o Volt, en homenaxe ao físico italiano Alessandro Volta. É, pois, unha magnitude física. Tamén se pode definir como o traballo por unidade de carga exercido polo campo eléctrico sobre unha partícula cargada para movela entre dúas posicións determinadas. Pódese medir cun voltímetro.[2]

A tensión é independente do camiño percorrido pola carga e depende exclusivamente do potencial eléctrico dos puntos A e B no campo eléctrico, que é un campo conservativo.

Se dous puntos que teñen unha diferenza de potencial se unen mediante un condutor, producirase un fluxo de electróns. Parte da carga que crea o punto de maior potencial trasladarase a través do condutor ao punto de menor potencial e, en ausencia dunha fonte externa (xerador), esta corrente cesará cando ambos puntos igualen o seu potencial eléctrico (lei de Henry). Este traslado de cargas é o que se coñece como corrente eléctrica.

Cando se fala sobre unha diferenza de potencial nun só punto, ou potencial, refírese á diferenza de potencial entre este punto e algún outro onde o potencial se defina como cero.

Características[editar | editar a fonte]

O potencial eléctrico mide a forza que unha carga eléctrica experimenta no seo dun campo eléctrico, expresa pola lei de Coulomb, polo tanto a tensión é a tendencia que unha carga ten de ir dun punto para outro. Normalmente tómase un punto que se considera de tensión cero e mídese a tensión do resto dos puntos relativos a este.

A tensión eléctrica entre dous puntos, ou sexa [(+) e (-)] é definida matematicamente como a integral de liña do campo eléctrico:

V_a - V_b = \int _a ^b \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l} = \int _a ^b E \cos \phi dl.

Para facilitar o entendemento da tensión eléctrica pódese facer un paralelo desta coa presión hidráulica[3]. Canto maior a diferenza de presión hidráulica entre dous puntos, maior será o fluxo, caso haxa comunicación entre estes dous puntos. O fluxo (que en electrodinámica sería a corrente eléctrica) será así unha función da presión hidráulica (tensión eléctrica) e da oposición á pasaxe do fluído (resistencia eléctrica). Este é o fundamento da lei de Ohm, para a corrente continua:

U = R \cdot I

onde:

  • R = Resistencia (Ohms)
  • I = Intensidade da corrente (Ampères)
  • U = Diferenza de potencial ou tensión (Volts)

En corrente alternada, substitúese a resistencia pola impedancia:

U = Z \cdot I

onde:

Polo método fasorial, en corrente alternada, todas as variábeis da ecuación son complexas. A impedancia representa, alén da resistencia a pasaxe de corrente eléctrica, tamén o deslocamento angular na forma de onda producido polo equipamento (capacitores e bobinas ou indutores).

Polaridade en corrente continua[editar | editar a fonte]

Polaridade dunha diferenza de potencial.

Cando entre dous puntos dun circuíto pode circular unha corrente eléctrica continua, a polaridade da tensión vén determinada polo sentido que segue a corrente (cargas positivas), que é oposto ao sentido que seguen os electróns (cargas negativas); isto é, desde o punto con maior potencial cara ao que ten menor potencial. Polo tanto, se polo resistor R da figura da dereita circula unha corrente de intensidade I, desde o punto A até o B, producirase unha caída de tensión na mesma coa polaridade indicada.

Tensión en compoñentes pasivos[editar | editar a fonte]

A diferenza de potencial entre os terminais dun compoñente pasivo dependen das características do compoñente e da intensidade da corrente eléctrica.

Tensión nun condensador[editar | editar a fonte]

V = \frac{1}{C} \cdot q = \frac{1}{C} \cdot \int_{0}^{t} i \cdot dt + \frac{q_0}{C}

Tensión nunha bobina[editar | editar a fonte]

V = L \cdot \frac{di}{dt}

Tensión eficaz[editar | editar a fonte]

Un multímetro coa función de voltímetro seleccionada. En corrente alterna indica o valor eficaz da tensión.

A tensión eficaz ou valor eficaz da tensión é o valor medido pola maioría dos voltímetros de corrente alterna. Equivale a unha tensión constante que, aplicada sobre unha mesma resistencia eléctrica, consume a mesma potencia eléctrica, transformando a enerxía eléctrica en enerxía térmica por efecto Joule.

A enerxía consumida nun período de tempo T por unha resistencia eléctrica é igual a

W = P \cdot T = I_{ef}^2 \cdot R \cdot T = \frac{1}{R} \cdot V_{ef}^2 \cdot T = \frac{1}{R} \cdot {\int_{0}^{T} {V^2(t)}\, dt},

onde W é a enerxía consumida, P é a potencia, T é o período de tempo, Ief é a intensidade eléctrica, Vef é a tensión eficaz e V(t) é o valor instantáneo da tensión en función do tempo t.

Despexando a tensión eficaz obtense a media cuadrática da tensión:

V_{ef} = \sqrt {{1 \over {T}} {\int_{0}^{T} {V^2(t)}\, dt}}.

En corrente alterna, a tensión varía conforme unha onda sinusoidal.

V(t)=V_0 \cdot \sin(\omega t + \phi),

onde se expresa a tensión V en función do tempo t. V0 é a amplitude da tensión, \omega é a frecuencia angular e \phi é o desfase.

Tomando como período de integración o período da onda (T = 2\pi/\omega), tense:

V_{ef} = \sqrt {{\frac{\omega}{2\pi}} {\int_{0}^{\frac{2\pi}{\omega}} {V_0^2 \sin^2(\omega t)}\, dt}};

Como a amplitude da tensión V0 é constante pode sacarse fóra da integral.

V_{ef} = \sqrt {{\frac{V_0^2\omega}{2\pi}} {\int_{0}^{\frac{2\pi}{\omega}} {\sin^2(\omega t)}\, dt}}.

Aplicando unha identidade trigonométrica para eliminar a potencia cuadrática dunha función trigonométrica:

V_{ef} = \sqrt {{\frac{V_0^2\omega}{2\pi}} {\int_{0}^{\frac{2\pi}{\omega}} {{1 - \cos(2\omega t) \over 2}}\, dt}};

Integrando:

V_{ef} = \sqrt {{\frac{V_0^2\omega}{2\pi}} \Big [ {\frac{t}{2}-\frac{\sin({2\omega t})}{4\omega}} \Big ]_{0}^{\frac{2\pi}{\omega}} }
V_{ef} = \sqrt {{\frac{V_0^2\omega}{2\pi}} \cdot \frac{\pi}{\omega} }
V_{ef} = \frac{1}{\sqrt {2}} V_0

Notas[editar | editar a fonte]

  1. De acordo coa IEC.
  2. Física general, escrito por Santiago Burbano de Ercilla, Carlos Gracía Muñoz (en castelán)
  3. Understanding electrecity: an analogy with water [1]