En el campo de la mecatrónica, el entendimiento del potencial eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) es esencial para el desarrollo de sistemas eficientes y seguros. En este artículo, exploraremos en detalle qué es el potencial eléctrico, cómo se mide el voltaje y cómo su aplicación impacta en el diseño y funcionamiento de dispositivos mecatrónicos. ¡Sigue leyendo para descubrir todo lo que necesitas saber para triunfar en el mundo de la mecatrónica!
En esta conferencia aprenderemos sobre el potencial eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico, también conocida como voltaje.
Puede ver el vídeo a continuación o leer el tutorial escrito debajo del vídeo.
Potencial eléctrico
En la conferencia anterior hablamos de la energía potencial eléctrica, que depende de la carga del objeto expuesto al campo eléctrico. Ahora aprendamos sobre el potencial eléctrico, que sólo depende de la posición del objeto.
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Finalmente obtendríamos la cantidad de energía potencial eléctrica que tendría cada unidad de carga en ese momento.
Relacionado: Ley de Coulomb
Unidad de potencial eléctrico
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Diagrama de potencial electrico
Echemos un vistazo a esta gráfica de potencial eléctrico. El eje X muestra la distancia desde la carga mientras que el eje Y muestra el potencial eléctrico en un punto específico.
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Si estás infinitamente lejos de la carga, el potencial de cargas positivas y negativas será cero.
Relacionado: ¿Qué es la carga eléctrica y cómo funciona la electricidad?
Diferencia de potencial eléctrico (voltaje)
Ahora podemos pasar a la diferencia de potencial eléctrico o voltaje.
Por definición, la diferencia de potencial eléctrico o voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre las posiciones final e inicial cuando se realiza trabajo sobre una carga para cambiar su energía potencial.
Ejemplo de diferencia de potencial eléctrico (voltaje)
Ahora veamos un ejemplo que nos ayudará a comprender mejor el concepto de tensión.
Tenemos>-19 C. Es la carga principal que crea el potencial.
El primer círculo es el primer nivel de energía a una distancia de 2,5×10-11 Estoy lejos del cargo. El segundo círculo es el segundo nivel de energía a una distancia de 4,2×10-12 Estoy lejos del cargo.
Para encontrar la diferencia de potencial eléctrico o voltaje, necesitamos encontrar el potencial en el punto A y el potencial en el punto B.
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Primero calculamos el voltaje a medida que nos movemos de A a B y luego de B a A.
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¿Qué significa eso?
A medida que pasamos de A a B, el potencial eléctrico disminuye porque tenemos una carga positiva principal y las líneas del campo eléctrico apuntan hacia afuera. Si colocamos una carga de prueba positiva en el primer nivel de energía, la energía potencial eléctrica será mayor. La carga puntual repele la carga de prueba porque la densidad de las líneas del campo eléctrico es mucho mayor. En B, la densidad de las líneas del campo eléctrico es más débil y la energía potencial eléctrica es menor.
Eso es todo por el potencial eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico. Espero que haya sido útil y hayas aprendido algo nuevo.
Potencial eléctrico y diferencia de potencial eléctrico (voltaje): instrucciones para mecatrónica
En esta conferencia aprenderemos sobre el potencial eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico, que también se conoce como voltaje. Puedes ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación del video.
Potencial Eléctrico
En la conferencia anterior, hablamos sobre la energía potencial eléctrica, que depende de la carga del objeto que experimenta el campo eléctrico. Ahora, vamos a aprender sobre el potencial eléctrico, que solo depende de la posición del objeto.
El potencial eléctrico (o simplemente potencial) es simplemente una medida de la energía potencial eléctrica por unidad de carga.
Fórmula del Potencial Eléctrico
Esta es la ecuación básica para calcular el potencial eléctrico, que muestra que el potencial eléctrico V es igual a la energía potencial eléctrica U, dividida por la carga q que se colocaría en un punto a cierta distancia de la carga principal.
La energía potencial eléctrica U es igual a la constante de Coulomb k, multiplicada por la carga que crea el potencial Q, veces la carga que se colocaría a una cierta distancia de la carga principal q, y dividida por esa distancia r.
Para calcular el potencial eléctrico, solo necesitamos dividir la energía potencial entre q.
Podemos notar que q aparece dos veces en la ecuación, por lo que podemos cancelarlo. Ahora tenemos esta ecuación sencilla.
La ecuación muestra que el potencial es directamente proporcional a la cantidad de carga Q: a medida que la carga aumenta, el potencial aumenta, y al contrario, a medida que la carga disminuye, el potencial disminuye.
Por otro lado, es inversamente proporcional a la distancia r, ya que al alejarse de la carga, el potencial disminuirá, y al acercarse a la carga, el potencial aumentará.
Finalmente, obtendríamos la cantidad de energía potencial eléctrica que cada unidad de carga tendría en ese punto.
Unidad de Potencial Eléctrico
Volviendo a la ecuación básica, sabemos que la energía potencial eléctrica se mide en Julios, y la unidad de carga es el Culombio. Por lo tanto, la unidad de medida del potencial eléctrico es Julios por Culombio, o en una palabra Voltios.
Ejemplo de Potencial Eléctrico
Hay una carga puntual igual a +2 µC, y queremos encontrar el potencial eléctrico a 15 cm (0.15 m) de esa carga. Podemos usar la ecuación para calcularlo y obtener un potencial eléctrico positivo de +1.2×105 V.
Si tuviéramos una carga negativa, digamos -2 µC, el potencial eléctrico en ese mismo punto sería -1.2×105 V. Obtendríamos el mismo valor, pero con el signo negativo.
Gráfico del Potencial Eléctrico
Echemos un vistazo a este gráfico del potencial eléctrico. El eje X muestra la distancia lejos de la carga, mientras que el eje Y muestra el potencial eléctrico en cierto punto.
Tenemos una carga positiva, y el potencial alrededor de una carga positiva siempre es positivo. A medida que te alejas de la carga, a medida que la distancia de la carga aumenta, el potencial se vuelve menos positivo y disminuye a medida que te acercas a cero.
Por otro lado, tenemos una carga negativa, y el potencial alrededor de una carga negativa siempre es negativo. A medida que te alejas de la carga, a medida que la distancia de la carga aumenta, el potencial se vuelve menos negativo y en realidad aumenta, acercándose también a cero.
Si estás infinitamente lejos de la carga, el potencial será cero tanto para cargas positivas como negativas.
Diferencia de Potencial Eléctrico (Voltaje)
Ahora podemos pasar a la diferencia de potencial eléctrico, o voltaje. Por definición, la diferencia de potencial eléctrico, o voltaje, es la diferencia en el potencial eléctrico entre la posición final e inicial cuando se realiza trabajo sobre una carga para cambiar su energía potencial.
Ejemplo de Diferencia de Potencial Eléctrico (Voltaje)
Tomemos un ejemplo que nos ayudará a entender fácilmente el término voltaje. Tenemos una carga positiva de +1.6×10-19 C.
El primer círculo es el primer nivel de energía, a una distancia de 2.5×10-11 m de la carga. El segundo círculo es el segundo nivel de energía, a una distancia de 4.2×10-12 m de la carga.
Para encontrar la diferencia de potencial eléctrico, o voltaje, necesitamos encontrar el potencial en el punto A y el potencial en el punto B.
El potencial en el punto A, que es el primer nivel de energía, será de 57.6 V. El potencial en el punto B, que está a una distancia mayor, será de 34.2 V.
Primero calcularemos el voltaje al movernos de A a B, y luego de B a A.
En el primer caso, A es nuestro potencial inicial, y B es nuestro potencial final. Por lo tanto, la diferencia de potencial será el potencial final menos el inicial, o 34.2-57.6 = -23.4 V.
En el segundo caso, B es nuestro potencial inicial, y A es nuestro potencial final. Por lo tanto, la diferencia de potencial será 57.6-34.2= +23.4 V.
¿Qué significa esto? Al moverse de A a B, el potencial eléctrico disminuye debido a que tenemos una carga principal positiva, y las líneas del campo eléctrico apuntan hacia afuera. Si colocamos una carga de prueba positiva en el primer nivel de energía, la energía potencial eléctrica será mayor. La carga puntual repelerá la carga de prueba, porque la densidad de las líneas del campo eléctrico es mucho más fuerte. En B, la densidad de las líneas del campo eléctrico es más débil y la energía potencial eléctrica es menor.
Eso es todo sobre el potencial eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico. Espero que haya sido útil y que hayas aprendido algo nuevo.
Categorías: Electricidad, Aprender.
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