Tensión eléctrica

Símbolo internacional de seguranza: "Atención, risco de choque eléctrico" (ISO 3864).

Electromagnetismo
Electricidade Magnetismo
Electrostática
Carga eléctrica Electricidade estática Campo eléctrico Condutor Illante Triboelectricidade Descarga electrostática Indución Lei de Coulomb Fuxo eléctrico Lei de Gauss Enerxía eléctrica Momento do dipolo eléctrico Polarización eléctrica
Magnetostática
Lei de Ampère Campo magnético Magnetización Fluxo magnético Lei de Biot–Savart Momento do dipolo magnético Lei de Gauss para o magnetismo
Electrodinámica
Forza de Lorentz Indución electromagnética Lei de Faraday Lei de Lenz Corrente de desprazamento Ecuacións de Maxwell Campo electromagnético Radiación electromagnética Tensor de Maxwell Vector de Poynting Potencial de Liénard–Wiechert Ecuacións de Jefimenko Corrente de Foucault
Circuíto eléctrico
Corrente eléctrica Potential eléctrico Voltaxe Resistencia Lei de Ohm Circuíto en serie Circuíto paralelo Corrente continua Corrente alterna Forza electromotriz Capacitancia Indutancia Impedancia
Formulación covariante
Tensor electromagnético Tensor de enerxía-impulso Cuadricorrente Cuadripotencial electromagnético
Científicos
Ampère Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henry Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber Ørsted

A tensión eléctrica, tamén denominada diferenza de potencial ou voltaxe, é a diferenza de potencial eléctrico entre dous puntos. 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.

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

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. 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:

• Z = Impedancia (Ohms)

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

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

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

Tensión nun condensador

$V={\frac {1}{C}}\cdot q={\frac {1}{C}}\cdot \int _{0}^{t}i\cdot dt+{\frac {q_{0}}{C}}$

Tensión nunha bobina

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

Tensión eficaz

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, consome 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, I_ef é a intensidade eléctrica, V_ef 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:

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

Onda sinusoidal.

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:

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

$V_{ef}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}\cdot {\frac {\pi }{\omega }}}}$

$V_{ef}={\frac {1}{\sqrt {2}}}V_{0}$