Diferencia entre voltaje y corriente

Publicado el 2 noviembre, 2020

Movimiento y fuerza

Cuando abre el grifo de la cocina, el agua fluye hacia el fregadero. En algún lugar de su distrito de servicios públicos hay una bomba, o una torre que contiene agua elevada, que crea presión en el extremo más alejado de la tubería; esa presión intenta empujar el agua a través de la tubería. Cuando la válvula de su grifo está cerrada, retiene esa presión, pero cuando abre la válvula, elimina ese bloqueo y comienza el flujo. El agua se mueve debido a la presión sin resistencia. Pero el agua que fluye y la presión que la hace fluir no son lo mismo.

De manera similar, si estaciona su automóvil en una colina y se olvida de poner el freno de mano, su automóvil podría rodar cuesta abajo. La gravedad causa esto, por supuesto. Pero el automóvil en movimiento y la gravedad que lo hace moverse son cosas completamente diferentes.

Todo movimiento en el universo ocurre debido a fuerzas. Las fuerzas crean una tendencia a que las cosas se muevan, y si nada se resiste a ese movimiento, las cosas se mueven. Pero el movimiento y la fuerza que lo causa son siempre conceptos físicos separados. Esto es válido también con respecto al fenómeno eléctrico, donde los conceptos correspondientes son corriente y voltaje.

Actual

En los circuitos eléctricos, la corriente es el flujo de carga eléctrica. En realidad, son electrones (partículas cargadas) que se mueven en circuitos. Por desafortunadas razones históricas, la carga del electrón se define como negativa. La idea de carga, y la definición de lo que era una carga positiva y lo que era una carga negativa, existían antes de que se descubriera el electrón; los físicos nunca se molestaron en cambiar la convención. Entonces, cuando la corriente fluye en alguna dirección en un circuito, el efecto físico real es que los electrones fluyen en la dirección opuesta.

Fuerzas de Coulomb

Si la corriente es una carga en movimiento, ¿cuál es la fuerza que causa este movimiento? Probablemente hayas escuchado que “las cargas iguales se repelen, las cargas opuestas se atraen”. Este es un enunciado no cuantitativo de la ley de Coulomb . Así como Newton propuso que todos los objetos con masa ejercen fuerza (fuerza gravitacional) entre sí, Coulomb propuso que todas las partículas cargadas ejercen una fuerza (fuerza eléctrica) entre sí. Cuantitativamente, los físicos escriben:

F = K * q1 * q2 / r ^ 2

En esta ecuación q1 y q2 cuantifican las dos cargas, y pueden ser positivas o negativas, y r es la distancia que separa las dos cargas. K es una constante de la naturaleza que los científicos determinaron originalmente al realizar mediciones experimentales. F es la fuerza que sentirá cada carga como resultado de la distancia r de la otra carga.

Si q1 y q2 son ambos positivos o negativos, F será positivo. Sabemos que las cargas iguales se repelen, por lo que, como se escribió arriba, la ecuación define la fuerza que intenta alejar las cargas unas de otras. Si q1 y q2 tienen signos opuestos, F será negativo; una fuerza negativa de “separación” es una fuerza de “unión”.

Aparte, tenga en cuenta que la fuerza de Coulomb no tiene nada que ver con el magnetismo. También hay una fuerza magnética y, a menudo, es muy importante en el funcionamiento de los circuitos, pero es algo completamente diferente y no está relacionado con esta lección.

voltaje

Entonces esto explica el origen de la fuerza que hace fluir la corriente. El voltaje está estrechamente relacionado con esta fuerza. Tal vez recuerdes de la escuela secundaria que el trabajo se define como una fuerza que actúa a distancia. La fuerza de Coulomb actúa sobre la carga eléctrica, y cuando esa carga se mueve a lo largo de una distancia, la fuerza ha funcionado. El voltaje cuantifica el trabajo realizado con la carga a medida que se mueve en respuesta a las fuerzas de Coulomb en el circuito.

Para que la carga ‘se mueva a través de una distancia’, tiene que comenzar desde algún lugar (A) en el circuito y viajar a otro lugar (B). Entonces podemos hablar sobre el voltaje entre los puntos A y B. Los ingenieros a menudo hablan sobre el voltaje ‘en’ un punto en un circuito, pero cuando hacen esto, han acordado considerar algún otro punto como un punto de voltaje cero (a menudo llamado tierra ). El voltaje solo tiene sentido en relación con un par de puntos en el circuito. Los ingenieros pueden usar esta abreviatura porque el voltaje entre dos puntos en el circuito siempre tendrá el mismo valor sin importar qué camino entre los dos puntos se use para calcularlo. En lenguaje científico, decimos que cantidades independientes de la trayectoria como esta son conservadoras .

Una clara diferencia entre la naturaleza de la corriente y la tensión surge de estas consideraciones. La corriente se define en un punto , como el flujo de partículas cargadas que pasan por ese punto. El voltaje, por otro lado, se define entre dos puntos . Los físicos llaman cantidades del primer tipo a través de variables y cantidades del segundo tipo a través de variables . Las variables intermedias siempre se relacionan con algún tipo de flujo de material, mientras que las variables transversales siempre se relacionan con el trabajo (positivo o negativo) asociado con la redistribución de material que logra el flujo. Las cantidades de estos dos tipos aparecen y comparten relaciones similares en el estudio de casi todos los dominios físicos (eléctrico, mecánico, hidráulico, etc.)

Resumen de la lección

La corriente es el flujo de partículas cargadas que pasan por cualquier punto de un circuito eléctrico. Las fuerzas de Coulomb actúan sobre las partículas cargadas para crear este flujo, y el voltaje es el trabajo realizado por estas fuerzas cuando mueven la carga entre dos puntos del circuito. El paradigma general de flujo causado por fuerzas, y el trabajo que surge de estas fuerzas que actúan a distancia, son comunes a una amplia gama de dominios físicos. Los flujos (como la corriente) se definen con respecto a puntos individuales en un sistema físico. Los científicos a veces se refieren a tales cantidades como a través de variables , ya que el flujo pasa “a través” de puntos individuales. Las magnitudes relacionadas con el trabajo (como el voltaje) se definen con respecto a un par de puntos. Los científicos a veces se refieren a estos comoa través de variables , ya que se definen entre dos puntos o “a través” de ellos. A menudo, el segundo punto asociado con un valor relacionado con el trabajo como el voltaje está implícito; en los circuitos eléctricos, esto se logra identificando un punto de “tierra” o voltaje cero específico. En términos generales, las variables transversales son causas y las variables intermedias son efectos. En todos estos dominios, incluidos los circuitos eléctricos, las variables transversales son independientes de la trayectoria entre los dos puntos (es decir, son cantidades conservadoras ).

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