Definición de Voltaje

Se denomina voltaje a la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. El término voltaje es más común escucharlo cuando se habla de circuitos eléctricos y dispositivos electrónicos.

Ángel Zamora Ramírez | Agosto 2022
Licenciado en Física

Cuando hay una distribución de cargas eléctricas en algún punto, existe un campo eléctrico asociado a dicha distribución de cargas. A su vez, podemos definir un potencial eléctrico que está asociado al campo eléctrico generado. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga realizado por el campo eléctrico para mover una carga eléctrica de un punto a otro. En este sentido, el voltaje estaría relacionado con la capacidad que se tiene para mover cargas eléctricas y generar una corriente eléctrica en particular.

Potencial eléctrico

Como mencionado, el potencial eléctrico es una cantidad física asociada a un campo eléctrico, aunque, cabe destacar que el verdadero significado físico del potencial eléctrico se encuentre en las diferencias de potencial entre un punto y otro y no en el potencial en sí.

El campo eléctrico es un campo conservativo, esto permite establecer una relación entre el campo eléctrico y el potencial eléctrico que está dada por:

\(\vec E = - \nabla V\)

Donde \(\vec E\) es el campo eléctrico, \(\nabla \) es un operador llamado gradiente y \(V\) es el campo eléctrico. Con esta relación podemos obtener, por ejemplo, el potencial eléctrico de una carga puntual \(Q\) a cierta distancia \(r\) de esta:

Las unidades del potencial eléctrico en el Sistema Internacional (SI) son los Volts (V).

El papel de la Ley de Ohm

Un circuito eléctrico es un conjunto de dispositivos eléctricos conectados entre sí y que forman una trayectoria cerrada a través de la cual fluye una corriente eléctrica. El circuito eléctrico más simple que podemos imaginar es uno compuesto por una fuente de voltaje, cómo una batería, en cuyos extremos se conecta un alambre conductor. El voltaje, o diferencia de potencial, entre los dos extremos del alambre conductor hace que a través de él comience a fluir una corriente eléctrica. A este circuito le agregamos un resistor o cualquier dispositivo eléctrico que tenga cierta resistencia eléctrica.

La pregunta que podría surgir aquí es, ¿Cuál es la magnitud de la corriente eléctrica que estará fluyendo a través de nuestro circuito? Para ello necesitamos hacer uso de la Ley de Ohm, la cual se expresa como:

\(V = IR\)

Donde \(V\) es el voltaje, \(I\) es la corriente eléctrica y \(R\) es la resistencia eléctrica. Lo que nos dice la Ley de Ohm es que el voltaje que se aplica sobre dos extremos de un circuito es directamente proporcional a la magnitud de la corriente eléctrica que fluye a través de dicho circuito, en este caso la resistencia \(R\) es la constante de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente eléctrica. Otra forma más intuitiva en que podemos escribir la Ley de Ohm es:

\(I = \frac{V}{R}\)

En este caso podemos decir que la intensidad de la corriente eléctrica que fluye a través de un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado sobre el circuito e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica. Es decir, entre mayor sea el voltaje, mayor será la corriente eléctrica, pero, entre mayor sea la resistencia eléctrica, menor será la corriente que fluye por el circuito.

Voltajes y corrientes alternas

En la actualidad, la mayoría de los sistemas de distribución de energía para uso doméstico e industrial operan con voltajes y corrientes alternas. Para suministrar corriente alterna a un circuito se requiere de una fuente de voltajes alternos, es decir, una fuente que otorgue un voltaje sinusoidal que tiene la forma:

\(v = V\cos 2\pi ft\)

Donde \(v\) es el voltaje instantáneo, \(V\) es el valor máximo del voltaje, \(f\) es la frecuencia y \(t\) es el tiempo. Este voltaje alterno es capaz de inducir una corriente alterna que también tiene la forma:

\(i = I\cos 2\pi ft\)

En este caso \(i\) es la corriente instantánea e \(I\) es la intensidad máxima de la corriente.
Los valores máximos del voltaje alterno y su frecuencia varían alrededor del mundo. En Norteamérica, Centroamérica y parte de Sudamérica se utilizan voltajes máximos que se encuentran entre los 100 y 127 V y cuya frecuencia de oscilación es de 60 Hz. En prácticamente toda Europa, Asia, África y Oceanía se opera con voltajes máximos que tienen valores entre los 220 y 240 V y que oscilan a una frecuencia de 50 Hz.

Es por esta razón que los dispositivos electrónicos que se fabrican en una región en específico cuentan con características que les permiten operar a los voltajes y las frecuencias que se utilizan en dicha región. Si un dispositivo que fue fabricado por ejemplo en Estados Unidos, se quisiese utilizar en Europa, se tendría que utilizar un regulador de voltaje para evitar dañar el dispositivo.

 
 
 
 
Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Estudiante de la Maestría en Ingeniería y Física Biomédicas del Cinvestav.
Art. actualizado: Agosto 2022; sobre el original de enero, 2009.
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Referencias

David J. Griffiths. (2013). Introduction to Electrodynamics. United States: Pearson.

Hugh D. Young, Roger A. Freedman. (2009). Física Universitaria. Decimosegunda Edición. México: Pearson Education.
 
 
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