¿Cuál es el voltaje eléctrico? ¿Qué es el voltaje y la corriente?

El voltaje y la corriente son conceptos cuantitativos que siempre deben recordarse cuando se trata de circuitos electrónicos. Por lo general, cambian con el tiempo, de lo contrario, el funcionamiento del circuito no es de interés.

Voltaje  (símbolo: U). El voltaje entre dos puntos es la energía (o trabajo) que se gasta en mover una sola carga positiva de un punto con un potencial bajo a un punto con un potencial alto (es decir, el primer punto tiene un potencial más negativo en comparación con el segundo). En otras palabras, es la energía que se libera cuando una sola carga "se desliza" de un potencial alto a uno bajo. El voltaje también se llama diferencia de potencial o fuerza electromotriz (e. S.). La unidad de voltaje es un voltio. Típicamente, los voltajes se miden en voltios (V), kilovoltios (1 kV = 103 V), milivoltios (1 mV = 10-3 V) o microvoltios (1 μV = 10-6 V). Para mover una carga de 1 colgante entre puntos que tienen una diferencia de potencial de 1 voltio, es necesario trabajar en 1 julio. (El colgante sirve como unidad de medida de carga eléctrica y es igual a una carga de aproximadamente 6 * 1018 electrones). El voltaje medido en nanovoltios (1 nV = 10-9 V) o en megavoltios (1 MV = 106 V) es raro.

Actual(símbolo: I) La corriente es la velocidad de movimiento de una carga eléctrica en un punto. La unidad de corriente es amperios. Típicamente, la corriente se mide en amperios (A), miliamperios (1 mA = 10-3 A), microamperios (1 μA = 10-6 A), nanoamperios (1 nA = 10-9 A), y algunas veces en picoamperios (1 pcA = 10 -12 A). Se crea una corriente de 1 amperio moviendo una carga de 1 colgante en un tiempo igual a 1 s. Acordamos que la corriente en el circuito fluye desde un punto con un potencial más positivo a un punto con un potencial más negativo, aunque el electrón se mueve en la dirección opuesta.

Recuerde: el voltaje siempre se mide entre dos puntos en un circuito; la corriente siempre fluye a través de un punto en el circuito o a través de algún elemento del circuito.

No se puede decir "voltaje en la resistencia", esto es analfabeto. Sin embargo, a menudo hablan de voltaje en algún punto del circuito. En este caso, siempre significa el voltaje entre este punto y la "tierra", es decir, tal punto en el circuito, cuyo potencial es conocido por todos. Pronto se acostumbrará a este método de medición de voltaje.

El voltaje se crea actuando sobre cargas eléctricas en dispositivos como baterías (reacciones electroquímicas), generadores (interacción de fuerzas magnéticas), células solares (efecto fotovoltaico de la energía de los fotones), etc. Obtenemos corriente aplicando voltaje entre los puntos del circuito.

Aquí, quizás, puede surgir la pregunta: ¿qué es exactamente el voltaje y la corriente, de hecho, qué aspecto tienen? Para responder a esta pregunta, es mejor usar un dispositivo electrónico como un osciloscopio. Con él, puede observar el voltaje (y a veces la corriente) como una función que varía con el tiempo.

En esquemas reales, conectamos los elementos entre sí mediante cables, conductores metálicos, cada uno de los cuales en cada punto tiene el mismo voltaje (en relación, por ejemplo, a la tierra). En el campo de las altas frecuencias o las bajas impedancias, esta afirmación no es del todo cierta. Ahora aceptemos esta suposición sobre la fe. Mencionamos esto para que comprenda que un circuito real no tiene que parecerse a su esquema, ya que los cables se pueden conectar de diferentes maneras.

Recuerde algunas reglas simples sobre corriente y voltaje:
  La suma de las corrientes que fluyen hacia el punto es igual a la suma de las corrientes que fluyen desde él (conservación de carga). Esta regla a veces se llama la ley de Kirchhoff para las corrientes. A los ingenieros les gusta llamar a tal punto en el circuito un nodo. El siguiente corolario se desprende de esta regla: en un circuito en serie (que es un grupo de elementos que tienen dos extremos y están conectados por estos extremos entre sí), la corriente en todos los puntos es la misma.
  Con una conexión paralela de elementos (Fig. 1), el voltaje en cada uno de los elementos es el mismo. En otras palabras, la suma de las caídas de voltaje entre los puntos A y B, medida en cualquier rama del circuito que conecta estos puntos, es igual e igual a la tensión entre los puntos A y B. A veces, esta regla se formula de la siguiente manera: la suma de las caídas de voltaje en cualquier circuito cerrado del circuito es cero. Esta es la ley de tensión de Kirchhoff.
  La potencia (trabajo completado por unidad de tiempo) consumida por el circuito se determina de la siguiente manera:

Recordemos cómo determinamos el voltaje y la corriente, y obtenemos que la potencia es: (trabajo / carga) * (carga / unidad de tiempo). Si el voltaje U se mide en voltios, y la corriente I se mide en amperios, entonces la potencia P se expresará en vatios. Una potencia de 1 vatio es un trabajo de 1 julio completado en 1 s (1 W = 1 J / s).

La energía se disipa en forma de calor (como regla) o, a veces, se gasta en trabajo mecánico (motores), se convierte en energía de radiación (lámparas, no transmisores) o se acumula (baterías, condensadores). Al desarrollar un sistema complejo, uno de los principales es la cuestión de determinar su carga térmica (tome, por ejemplo, una computadora en la que muchos kilovatios de energía eléctrica se disipan en el espacio a medida que el calor se convierte en un subproducto de varias páginas de los resultados de la solución del problema).

En el futuro, cuando estudiemos corrientes y voltajes que cambian periódicamente, generalizamos la expresión simple P = UI. De esta forma, es válido para determinar el valor instantáneo de la potencia. Por cierto, recuerde que no necesita llamar al amperaje actual, esto es analfabeto.

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Libros

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En ingeniería eléctrica, los términos "corriente", "voltaje" y "resistencia" se utilizan para describir los procesos que ocurren dentro de los circuitos eléctricos. Cada uno de ellos tiene su propio propósito con características específicas.

Corriente electrica

La palabra se usa para caracterizar el movimiento de partículas cargadas (electrones, agujeros, cationes y aniones) a través de un medio específico de una sustancia. La dirección y el número de portadores de carga determina el tipo y la fuerza de la corriente.

Las principales características de la corriente afectan su aplicación práctica.

Un requisito obligatorio para el flujo de cargas es la presencia de un circuito o, en otras palabras, un circuito cerrado, creando las condiciones para su movimiento. Si se forma una discontinuidad dentro de las partículas en movimiento, entonces su movimiento dirigido cesa inmediatamente.

Todos los interruptores y protecciones utilizados en electricidad funcionan según este principio. Crean una separación de las partes móviles entre los contactos móviles entre ellos y esta acción interrumpe el flujo de corriente eléctrica, apagando el dispositivo.

En ingeniería de energía, el método de crear una corriente eléctrica a través del movimiento de electrones dentro de metales hechos en forma de cables, barras colectoras u otras partes conductoras es el más utilizado.

Además de este método, también se utiliza la creación de corriente en el interior:

1. gases y líquidos electrolíticos debido al movimiento de electrones o cationes y aniones - iones con signos de carga positivos y negativos;

2. medios de vacío, aire y gases, sujetos al movimiento de electrones causado por el fenómeno de la emisión termiónica;

3. Materiales semiconductores debido al movimiento de electrones y agujeros.

La corriente eléctrica puede ocurrir cuando:

aplicación a partículas cargadas de una diferencia externa en potenciales eléctricos;

conductores de calefacción que actualmente no son superconductores;

reacciones químicas asociadas con la liberación de nuevas sustancias;

el efecto de un campo magnético aplicado al conductor.

La forma de onda de la corriente eléctrica puede ser:

1. constante en línea recta en la línea de tiempo;

2. un armónico sinusoidal variable, bien descrito por las relaciones trigonométricas básicas;

3. serpenteante, más o menos parecido a una sinusoide, pero con ángulos agudos y pronunciados, que en algunos casos se pueden alisar bien;

4. pulsante, cuando la dirección permanece igual sin cambios, y la amplitud varía periódicamente de cero a un valor máximo de acuerdo con una ley bien definida.

Una corriente eléctrica puede hacer un trabajo útil para una persona cuando él:

convertido a radiación de luz;

crea calentamiento de elementos térmicos;

realiza trabajos mecánicos debido a la atracción o repulsión de los anclajes móviles o la rotación de los rotores con transmisiones fijas en los cojinetes;

forma radiación electromagnética en algunos otros casos.

Con el paso de corriente eléctrica a través de los cables, el daño puede ser causado por:

calentamiento excesivo de circuitos y contactos portadores de corriente;

educación en circuitos magnéticos de máquinas eléctricas;

radiación de electricidad al medio ambiente y algunos fenómenos similares.

Los diseñadores de electrodomésticos y los desarrolladores de varios circuitos tienen en cuenta las posibilidades enumeradas de corriente eléctrica en sus dispositivos. Por ejemplo, los efectos nocivos de las corrientes parásitas en transformadores, motores y generadores se reducen mediante el revestimiento de núcleos utilizados para transmitir flujos magnéticos. Al mismo tiempo, la corriente parásita se utiliza con éxito para calentar el medio dentro de hornos eléctricos y hornos de microondas que funcionan según el principio de inducción.

Una corriente eléctrica alterna con una forma de onda sinusoidal puede tener una frecuencia de oscilación diferente por unidad de tiempo - segundo. La frecuencia industrial de las instalaciones eléctricas en diferentes países está estandarizada por los números 50 o 60 hertzios. Para otros fines de ingeniería eléctrica y negocios de radio, se utilizan las siguientes señales:

baja frecuencia, que tiene valores más bajos;

alta frecuencia, que supera significativamente la gama de dispositivos industriales.

En general, se acepta que una corriente eléctrica se crea por el movimiento de partículas cargadas dentro de cierto medio macroscópico y se llama corriente de conductividad. Sin embargo, otro tipo de corriente, llamada convección, puede ocurrir cuando los cuerpos cargados macroscópicos, como las gotas de lluvia, se mueven.

Cómo se forma la corriente eléctrica en los metales

El movimiento de los electrones bajo la acción de la fuerza que se les aplica constantemente puede compararse con una disminución del paracaidista con una cúpula abierta. En ambos casos, se produce un movimiento uniformemente acelerado.

El paracaidista se mueve debido a la gravedad, a la que se opone la fuerza de la resistencia del aire. Los electrones se ven afectados por la fuerza que se les aplica, y las colisiones continuas con otras partículas (iones de las redes cristalinas) interfieren con su movimiento, debido a qué parte del efecto de la fuerza aplicada se suprime.

En ambos casos, la velocidad promedio del paracaidista y el movimiento de los electrones alcanza un valor constante.

Esto crea una situación bastante única cuando la velocidad:

el movimiento apropiado de un electrón está determinado por un valor del orden de 0.1 milímetros por segundo;

el flujo de corriente eléctrica corresponde a un valor mucho mayor: la velocidad de propagación de las ondas de luz: aproximadamente 300 mil kilómetros por segundo.

Por lo tanto, se crea en el lugar donde se aplica el voltaje a los electrones y, como resultado, comienza a moverse con la velocidad de la luz dentro del medio conductor.

Cuando los electrones se mueven dentro de la red cristalina de metal, surge otra regularidad interesante: su colisión ocurre con aproximadamente cada décima contraión. Es decir, alrededor del 90% de las colisiones con iones, él evita con éxito.

Las leyes ayudan a explicar este fenómeno no solo en la física clásica fundamental, como se suele entender por la mayoría de las personas, sino también en las leyes adicionales operativas descritas por la teoría de la mecánica cuántica.

Expresando brevemente su efecto, podemos imaginar que el movimiento de electrones dentro de los metales es impedido por grandes iones "oscilantes" grandes, que proporcionan resistencia adicional.

Este efecto es especialmente notable cuando se calientan metales, cuando los "cambios" de iones pesados ​​aumentan y reducen la conductividad eléctrica de las redes cristalinas de los conductores.

Por lo tanto, cuando los metales se calientan, siempre aumentan la resistencia eléctrica y, cuando se enfrían, aumenta la conductividad. Cuando la temperatura del metal cae a valores críticos cercanos al cero absoluto, en muchos de ellos se produce el fenómeno de la superconductividad.

La corriente eléctrica, dependiendo de su tamaño, puede realizar diversas tareas. Para una evaluación cuantitativa de sus capacidades, se adopta un valor llamado fuerza actual. Su dimensión en el sistema de medición internacional es de 1 amp. Para indicar la fuerza actual en la literatura técnica adoptó el índice "I".

Voltaje eléctrico

Este término se usa como una característica de una cantidad física que expresa el trabajo dedicado a transferir una carga eléctrica de la unidad de prueba de un punto a otro sin cambiar la naturaleza de la colocación de las cargas restantes en las fuentes de campo actuales.

Dado que los puntos de inicio y fin tienen diferentes potenciales de energía, el trabajo de mover la carga, o voltaje, coincide con la relación de la diferencia de estos potenciales.

Se utilizan diferentes términos y métodos para calcular el voltaje dependiendo de las corrientes que fluyen. Puede ser:

1. constante - en circuitos electrostáticos y de corriente continua;

2. alterna - en circuitos con corrientes alternas y sinusoidales.

Para el segundo caso, tales características adicionales y variedades de voltaje se utilizan como:

amplitud: la mayor desviación de la posición cero del eje de abscisas;

valor instantáneo, que se expresa en un punto particular en el tiempo;

efectivo, efectivo o, de otro modo llamado, valor eficaz, determinado por el trabajo activo realizado por medio período;

promedio rectificado, módulo calculado el valor rectificado de un período armónico.

Para la evaluación cuantitativa del voltaje, se introdujo una unidad internacional de 1 volt, y su símbolo se convirtió en el símbolo "U".

Al transportar energía eléctrica a través de cables aéreos, la construcción de soportes y sus dimensiones dependen del valor del voltaje utilizado. Su valor entre los cables de fase se llama lineal, y con respecto a cada cable y tierra se llama fase.

Esta regla se aplica a todos los tipos de líneas aéreas.

En las redes eléctricas domésticas de nuestro país, el estándar adoptado es un voltaje trifásico de 380/220 voltios.

Resistencia eléctrica

El término se utiliza para caracterizar las propiedades de una sustancia para debilitar el paso de la corriente eléctrica a través de ella. En este caso, se pueden seleccionar diferentes medios, la temperatura de la sustancia o sus dimensiones pueden cambiar.

En los circuitos de CC, la resistencia realiza un trabajo activo, por lo que se llama activo. Para cualquier sección, es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la corriente de paso.

Los siguientes conceptos se introducen en los circuitos de CA:

impedancia

impedancia de onda

La impedancia eléctrica también se llama compleja o impedancia con sus partes constituyentes:

activo

reactivo

La resistencia reactiva, a su vez, puede ser:

capacitivo

inductivo

Se describen las relaciones entre los componentes de la impedancia. triángulo de resistencia.

Cuando se realizan cálculos de electrodinámica, la resistencia de la onda de una línea de transmisión de energía se determina por la relación del voltaje de la onda incidente a la magnitud de la corriente que pasa a lo largo de la línea de onda.

El valor de resistencia es una unidad internacional de medida de 1 ohm.

La relación de corriente, voltaje, resistencia.

Un ejemplo clásico de expresar las relaciones entre estas características es una comparación con un circuito hidráulico en el que la fuerza del flujo de la vida (analógica es la magnitud de la corriente) depende del valor de la fuerza aplicada al pistón (voltaje creado) y la naturaleza de las líneas de flujo creadas por las constricciones (resistencia).

El amperímetro mide la corriente que pasa por el circuito. Como no cambia en toda el área cerrada, el amperímetro se inserta en cualquier lugar entre la fuente de voltaje y el consumidor, creando el paso de las cargas a través del cabezal de medición del dispositivo.

Un voltímetro mide el voltaje en los terminales de un consumidor conectado a una fuente de corriente.

Las mediciones de resistencia con un ohmímetro solo se pueden realizar en un consumidor desenergizado. Esto se debe a que el ohmímetro produce un voltaje calibrado y mide la corriente que pasa a través del cabezal de medición, que se convierte en ohmios dividiendo el voltaje por el valor de corriente obtenido.

Cualquier conexión de voltaje extraño de baja potencia durante la medición creará corrientes adicionales y distorsionará el resultado. Teniendo en cuenta que los circuitos internos del ohmímetro se hacen de baja potencia, es bastante frecuente que el dispositivo falle debido al hecho de que quema el circuito interno con mediciones de resistencia erróneas en el voltaje externo suministrado.

Conocer las características básicas de la corriente, el voltaje, la resistencia y las dependencias entre ellos les permite a los electricistas llevar a cabo con éxito su trabajo y operar de manera confiable los sistemas eléctricos, y los errores que se cometen a menudo resultan en accidentes y lesiones.