Tensión (electricidad)

Para otros usos de este término, véase Tensión.

No debe confundirse con Expresión errónea: operador tan inesperado.

Señal de peligro eléctrico, comúnmente conocido como alta tensión eléctrica.

La tensión eléctrica o diferencia de potencial (en algunos países también se denomina voltaje^[1] ^[2] ) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro.^[3]

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es un campo conservativo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se defina como cero.

Polaridad en corriente continua

Figura 1: Polaridad de una diferencia de potencial.

Cuando entre dos puntos de un circuito puede circular una corriente eléctrica continua, la polaridad de la tensión viene determinada por el sentido que sigue la corriente (cargas positivas), que es opuesto al sentido que siguen los electrones (cargas negativas); esto es, desde el punto con mayor potencial hacia el que tiene menor potencial. Por lo tanto, si por el resistor R de la figura 1 circula una corriente de intensidad I, desde el punto A hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la polaridad indicada.

Tensión en componentes pasivos

La diferencia de potencial entre los terminales de un componente pasivo dependen de las características del componente y de la intensidad de corriente eléctrica.

Tensión en una resistencia eléctrica

Se puede expresar la tensión entre los bornes de una resistencia en función de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos, tal como indica la ley de Ohm:

$V = {R} \cdot{I} \,$

Tensión en un condensador

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

Tensión en una bobina

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

Tensión eficaz

Un multímetro con la función de voltímetro seleccionada. En corriente alterna indica el valor eficaz de la tensión.

La tensión eficaz o valor eficaz de la tensión es el valor medido por la mayoría de los voltímetros de corriente alterna. Equivale a una tensión constante que, aplicada sobre una misma resistencia eléctrica, consume la misma potencia eléctrica, transformando la energía eléctrica en energía térmica por efecto Joule.

La energía consumida en un periodo de tiempo T por una resistencia eléctrica es igual a

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

donde W es la energía consumida, P es la potencia, T es el periodo de tiempo, I_ef es la intensidad eléctrica, V_ef es la tensión eficaz y V(t) es el valor instantáneo de la tensión en función del tiempo t.

Despejando la tensión eficaz se obtiene la media cuadrática de la tensión:

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

Onda senoidal.

En corriente alterna, la tensión varía conforme una onda senoidal.

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

donde se expresa la tensión V en función del tiempo t. V₀ es la amplitud de la tensión, $ω$ es la frecuencia angular y $ϕ$ es el desfase.

Tomando como periodo de integración el periodo de la onda ( $T = 2π / ω$ ), se tiene:

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

Como la amplitud de la tensión V₀ es constante puede sacarse fuera de la integral.

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

Aplicando una identidad trigonométrica para eliminar la potencia cuadrática de una 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:

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

$V_{ef} = \sqrt {{\frac{V_0^2\omega}{2\pi}} \cdot \frac{\pi}{\omega} }$

$V_{ef} = \frac{1}{\sqrt {2}} V_0$

Véase también

Referencias

↑ «Tensión», en Diccionario de la lengua española (22.ª ed.). Real Academia Española (2001).
↑ Lévy, Élie (2004). «Voltaje», en Diccionario de física. Ediciones AKAL. ISBN 9788446012559.
↑ Física general, escrito por Santiago Burbano de Ercilla, Carlos Gracía Muñoz

Categorías:

Magnitudes electromagnéticas
Potencial

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