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Tensión (electricidad)

La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también denominada 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]​ Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el voltio.

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

La tensión entre dos puntos y es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de dichos puntos y 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. Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

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

En muchas ocasiones, se adopta como potencial nulo al de la tierra.

Analogía hidráulica

Suele usarse una analogía para entender de forma sencilla e intuitiva los conceptos básicos de electricidad. Se supone un camino cerrado de tuberías en forma de círculo, compuesto por:

  1. Agua: Son los electrones que se mueven para hacer algún trabajo.
  2. Bomba propulsora de agua: En el equivalente eléctrico sería la fuente de tensión, que ejerce presión sobre los electrones (agua). Si la bomba está apagada no fluye agua o electrones. Si la bomba está encendida hay una diferencia de presión (tensión) que mueve el agua (electrones).
  3. Zona de la tubería muy estrecha. El agua tendrá dificultades para pasar por una tubería estrecha. Es el equivalente a la resistencia eléctrica, que impide el paso de electrones.

En el caso de existir un potencial eléctrico en   diferente al del punto  , se llama diferencia de potencial a  . Si   es mayor que   se establecerá un campo eléctrico que moverá los electrones desde el punto   hacia el  . Como el campo eléctrico es conservativo debe existir un camino cerrado desde el punto   al   para que se produzca flujo eléctrico y trabajo en la carga.[4]

Tensión en componentes pasivos

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

Tensión en una resistencia

Viene dada por la ley de Ohm:

 

Tensión en una bobina

Una bobina es un conductor o alambre enrollado en espiral. Las bobinas se emplean mayormente en corriente alterna, que es una corriente que cambia de magnitud con el tiempo, generando una diferencia de potencial en sus terminales que resulta:

 

Si L es constante:

 

Tensión en un condensador

Dos placas paralelas de un material conductor en un medio aislante eléctrico forman un condensador sencillo. La tensión en un condensador produce un flujo de electrones en donde en una placa queda un exceso de electrones y en la otra falta de ellos, por lo tanto, la ecuación típica es:[5]

 

Si C es constante:

 

De la cual se deduce la diferencia de tensión Vb-Va. Suponiendo Va = 0 o tierra. La tensión en una de las placas paralelas sería:

 

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 en un período, transformando la energía eléctrica en energía térmica por efecto Joule.

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

 ,

donde   es la energía consumida,   es la potencia,   es el periodo de tiempo,  ef es el valor eficaz de la intensidad eléctrica,  ef es la tensión eficaz y  ( ) es el valor instantáneo de la tensión en función del tiempo  .

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

 .

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

 ,

donde se expresa la tensión   en función del tiempo  ,  0 es la amplitud de la tensión,   es la frecuencia angular y   es la fase o el desfase.

Tomando como periodo de integración el periodo de la onda ( ), se tiene:

 ;

Como la amplitud de la tensión  0 es constante puede sacarse fuera de la integral.

 .

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

 ;

Integrando:

 
 
 

Relaciones matemáticas

La tensión es una de las tres variables comunes que se usan en electricidad, en conjunto con la corriente y la impedancia eléctrica. Existen dos leyes importantes básicas que relacionan a la tensión; estas son:

  1. Ley de Ohm: relaciona la tensión con la impedancia   y la corriente   por medio de la relación  .
  2. Segunda ley de Kirchhoff o de las tensiones: establece que la suma de todas las caídas de potencial en un circuito cerrado es igual a cero.

Véase también

Referencias

  1. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española. «tensión». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). 
  2. Lévy, Élie (2004). «Voltaje.» Diccionario de física. Ediciones AKAL. ISBN 978-84-460-1255-9. En Google Books.
  3. Burbano de Ercilla, Santiago y Carlos Gracía Muñoz Física general. En Google Books.
  4. «Reformas». 
  5. «Tensión». 
  •   Datos: Q25428
  •   Multimedia: Voltage

tensión, electricidad, debe, confundirse, potencial, eléctrico, tensión, eléctrica, diferencia, potencial, también, denominada, voltaje, magnitud, física, cuantifica, diferencia, potencial, eléctrico, entre, puntos, también, puede, definir, como, trabajo, unid. No debe confundirse con Potencial electrico La tension electrica o diferencia de potencial tambien denominada voltaje 1 2 es una magnitud fisica que cuantifica la diferencia de potencial electrico entre dos puntos Tambien se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo electrico sobre una particula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas Se puede medir con un voltimetro 3 Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades SI es el voltio Senal de peligro electrico comunmente conocido como alta tension electrica La tension entre dos puntos A displaystyle A y B displaystyle B es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial electrico de dichos puntos A displaystyle A y B displaystyle B en el campo electrico que es un campo conservativo Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor se producira un flujo de electrones Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladara a traves del conductor al punto de menor potencial y en ausencia de una fuente externa generador esta corriente cesara cuando ambos puntos igualen su potencial electrico Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente electrica Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un solo punto o potencial se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algun otro donde el potencial se defina como cero En muchas ocasiones se adopta como potencial nulo al de la tierra Indice 1 Analogia hidraulica 2 Tension en componentes pasivos 2 1 Tension en una resistencia 2 2 Tension en una bobina 2 3 Tension en un condensador 3 Tension eficaz 4 Relaciones matematicas 5 Vease tambien 6 ReferenciasAnalogia hidraulica EditarSuele usarse una analogia para entender de forma sencilla e intuitiva los conceptos basicos de electricidad Se supone un camino cerrado de tuberias en forma de circulo compuesto por Agua Son los electrones que se mueven para hacer algun trabajo Bomba propulsora de agua En el equivalente electrico seria la fuente de tension que ejerce presion sobre los electrones agua Si la bomba esta apagada no fluye agua o electrones Si la bomba esta encendida hay una diferencia de presion tension que mueve el agua electrones Zona de la tuberia muy estrecha El agua tendra dificultades para pasar por una tuberia estrecha Es el equivalente a la resistencia electrica que impide el paso de electrones En el caso de existir un potencial electrico en A displaystyle A diferente al del punto B displaystyle B se llama diferencia de potencial a V a V b D V displaystyle V a V b Delta V Si V a displaystyle V a es mayor que V b displaystyle V b se establecera un campo electrico que movera los electrones desde el punto A displaystyle A hacia el B displaystyle B Como el campo electrico es conservativo debe existir un camino cerrado desde el punto A displaystyle A al B displaystyle B para que se produzca flujo electrico y trabajo en la carga 4 Tension en componentes pasivos EditarLa diferencia de potencial entre los terminales de un componente pasivo depende de las caracteristicas del componente y de la intensidad de corriente electrica Tension en una resistencia Editar Viene dada por la ley de Ohm V I R displaystyle V I cdot R Tension en una bobina Editar Una bobina es un conductor o alambre enrollado en espiral Las bobinas se emplean mayormente en corriente alterna que es una corriente que cambia de magnitud con el tiempo generando una diferencia de potencial en sus terminales que resulta V d F c d t d L i d t displaystyle V d Phi c over dt dLi over dt Si L es constante V L d i d t displaystyle V L cdot frac di dt Tension en un condensador Editar Dos placas paralelas de un material conductor en un medio aislante electrico forman un condensador sencillo La tension en un condensador produce un flujo de electrones en donde en una placa queda un exceso de electrones y en la otra falta de ellos por lo tanto la ecuacion tipica es 5 i d q d t d C V d t displaystyle i dq over dt d CV over dt Si C es constante i C d V d t displaystyle i C cdot frac dV dt De la cual se deduce la diferencia de tension Vb Va Suponiendo Va 0 o tierra La tension en una de las placas paralelas seria V 1 C q 1 C 0 t i d t q 0 C displaystyle V frac 1 C cdot q frac 1 C cdot int 0 t i cdot dt frac q 0 C Tension eficaz Editar Un multimetro con la funcion de voltimetro seleccionada En corriente alterna indica el valor eficaz de la tension La tension eficaz o valor eficaz de la tension es el valor medido por la mayoria de los voltimetros de corriente alterna Equivale a una tension constante que aplicada sobre una misma resistencia electrica consume la misma potencia electrica en un periodo transformando la energia electrica en energia termica por efecto Joule La energia consumida en un periodo de tiempo T displaystyle T por una resistencia electrica es igual a W P T I e f 2 R T 1 R V e f 2 T 1 R 0 T V 2 t d t displaystyle W P cdot T I rm ef 2 cdot R cdot T frac 1 R cdot V rm ef 2 cdot T frac 1 R cdot int 0 T V 2 t dt donde W displaystyle W es la energia consumida P displaystyle P es la potencia T displaystyle T es el periodo de tiempo I displaystyle I ef es el valor eficaz de la intensidad electrica V displaystyle V ef es la tension eficaz y V displaystyle V t displaystyle t es el valor instantaneo de la tension en funcion del tiempo t displaystyle t Despejando la tension eficaz se obtiene la media cuadratica de la tension V e f 1 T 0 T V 2 t d t displaystyle V rm ef sqrt 1 over T int 0 T V 2 t dt Onda sinusoidal En corriente alterna senoidal la tension varia conforme una onda senoidal V t V 0 sin w t ϕ displaystyle V t V 0 cdot sin omega t phi donde se expresa la tension V displaystyle V en funcion del tiempo t displaystyle t V displaystyle V 0 es la amplitud de la tension w displaystyle omega es la frecuencia angular y ϕ displaystyle phi es la fase o el desfase Tomando como periodo de integracion el periodo de la onda T 2 p w displaystyle T 2 pi omega se tiene V e f w 2 p 0 2 p w V 0 2 sin 2 w t d t displaystyle V rm 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 tension V displaystyle V 0 es constante puede sacarse fuera de la integral V e f V 0 2 w 2 p 0 2 p w sin 2 w t d t displaystyle V rm ef sqrt frac V 0 2 omega 2 pi int 0 frac 2 pi omega sin 2 omega t dt Aplicando una identidad trigonometrica para eliminar la potencia cuadratica de una funcion trigonometrica V e f V 0 2 w 2 p 0 2 p w 1 cos 2 w t 2 d t displaystyle V rm 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 e f V 0 2 w 2 p t 2 sin 2 w t 4 w 0 2 p w displaystyle V rm 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 e f V 0 2 w 2 p p w displaystyle V rm ef sqrt frac V 0 2 omega 2 pi cdot frac pi omega V e f 1 2 V 0 displaystyle V rm ef frac 1 sqrt 2 V 0 Relaciones matematicas EditarLa tension es una de las tres variables comunes que se usan en electricidad en conjunto con la corriente y la impedancia electrica Existen dos leyes importantes basicas que relacionan a la tension estas son Ley de Ohm relaciona la tension con la impedancia Z displaystyle Z y la corriente I displaystyle I por medio de la relacion V Z I displaystyle V ZI Segunda ley de Kirchhoff o de las tensiones establece que la suma de todas las caidas de potencial en un circuito cerrado es igual a cero Vease tambien EditarElectricidad Corriente Corriente alterna Corriente continua Impedancia Resistencia AdmitanciaReferencias Editar Real Academia Espanola y Asociacion de Academias de la Lengua Espanola tension Diccionario de la lengua espanola 23 ª edicion Levy Elie 2004 Voltaje Diccionario de fisica Ediciones AKAL ISBN 978 84 460 1255 9 En Google Books Burbano de Ercilla Santiago y Carlos Gracia Munoz Fisica general En Google Books Reformas Tension Datos Q25428 Multimedia VoltageObtenido de https es wikipedia org w index php title Tension electricidad amp oldid 138190002, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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