Fuentes de voltaje: conversión de energía y ejemplos

Fuentes de voltaje y voltaje

Cuanto mayor sea el voltaje en una fuente de energía, más fuerte será la corriente de energía.

Las fuentes de voltaje son los héroes olvidados de nuestras vidas electrónicas. Sin ellos, los electrones nunca estarían motivados para alimentar los circuitos de nuestros teléfonos celulares, computadoras portátiles, televisores o cualquier otro dispositivo electrónico. Es posible que ya haya adivinado que las baterías son un tipo de fuente de voltaje. Otro tipo es el generador de la planta de energía que suministra electricidad a su hogar. Vamos a ver estos dos tipos de fuentes de voltaje en detalle para comprender mejor cómo funcionan, pero primero debemos hablar sobre el voltaje.

El voltaje es el potencial de un grupo de partículas cargadas para trabajar en un circuito eléctrico. En términos prácticos, los electrones a un voltaje más alto encenderán una bombilla de luz más brillante o harán girar un motor más rápido que los electrones a un voltaje más bajo. Para comparar este comportamiento con algo un poco más tangible, podemos decir que el voltaje se parece mucho a la presión del agua. Una manguera contra incendios de alta presión hará girar una rueda de bicicleta mucho más rápido que una manguera de jardín de baja presión. Al igual que la presión empuja el agua a través de una tubería, el voltaje empuja los electrones a través de un circuito.

Baterías

Las baterías son uno de los tipos más comunes de fuentes de voltaje en nuestro día a día. Hay muchos tipos diferentes de baterías, pero todas tienen una cosa en común: una batería usa reacciones químicas para generar voltaje. Cada batería consta de dos electrodos hechos de diferentes metales y una solución de electrolito que ayuda a las reacciones químicas. En el extremo positivo de la batería hay un electrodo, llamado cátodo, y en el extremo negativo está el otro electrodo, llamado ánodo.

Las reacciones químicas entre los electrodos y el electrolito hacen que los electrones se muevan desde el ánodo al cátodo dentro de la batería. La acumulación de electrones en el ánodo es lo que genera voltaje. Sin embargo, para que la reacción química continúe, es necesario mitigar el déficit de electrones en el ánodo y no pueden regresar por donde vinieron. Para equilibrar la carga tenemos que proporcionar un camino externo a la batería en forma de puente de sal. Este puente de sal está formado por una sustancia iónica que proporciona iones negativos al ánodo a medida que los electrones se alejan de él hacia el cátodo. Dado que los electrones son tan enérgicos y motivados para ir del ánodo al cátodo, podemos colocar algo como una bombilla o un motor en el circuito para que los electrones hagan un trabajo útil en el camino.

Las reacciones químicas hacen que los electrones se muevan del ánodo al cátodo.

Como todos sabemos por experiencia, las baterías pierden su voltaje en algún momento. Esto sucede cuando todos los reactivos químicos de la batería se han agotado y ya no pueden sostener reacciones. Sin embargo, algunos tipos de baterías son capaces de recargarse, como las de nuestros teléfonos móviles, portátiles o coches. Las baterías recargables están hechas de materiales especiales que utilizan reacciones químicas reversibles. Al aplicar una fuente de voltaje más fuerte a través de los terminales de la batería, se puede hacer que los electrones fluyan hacia atrás, desde el cátodo al ánodo. Esto es lo que sucede cuando coloca baterías recargables en un cargador.

Volviendo a nuestra analogía del agua de antes, podemos pensar en una batería como uno de esos tanques de agua gigantes que se ven en algunos pueblos pequeños. ¿Alguna vez te has preguntado por qué esos tanques son tan altos? Bueno, como ves, a medida que subes el agua cada vez más, la presión disponible en el suelo aumenta, lo que significa que el agua puede hacer más trabajo cuando sale.

Esto es como aumentar el voltaje de nuestra batería para que los electrones hagan más trabajo cuando fluyan en un circuito eléctrico. Las similitudes no terminan ahí. Al igual que nuestra batería solo puede suministrar voltaje durante un tiempo, el tanque de agua eventualmente se quedará sin agua y la presión disminuirá a medida que se agote el último bit.

Generadores

Los generadores son responsables de casi toda la energía que llega a su casa. En una central eléctrica se consume gas nuclear, carbón o gas natural para producir vapor, que hace girar una turbina conectada a un generador. Tanto la energía hidroeléctrica como la eólica utilizan un fluido en movimiento (agua o aire) para hacer girar el generador directamente. No importa con qué recurso empiece, todos los generadores utilizan energía mecánica para generar voltaje.

En una central eléctrica, el vapor producido hace girar la turbina del generador y genera electricidad.

En su forma más simple, un generador puede estar hecho de nada más que un imán y un trozo de alambre. Mueva el imán más allá del cable y, por un breve momento, los electrones en el cable se moverán todos hacia un extremo, lo que genera un voltaje. La capacidad de un campo magnético cambiante para ejercer una fuerza sobre partículas cargadas, como los electrones, se denomina inducción electromagnética .

Si conectamos este cable a un circuito completo, podríamos hacer que los electrones fluyan por el circuito muy brevemente. El problema con este simple generador es que una vez que pase el imán, los electrones se redistribuirán a sus lugares originales y el voltaje desaparecerá. En un generador del mundo real, este problema se resuelve colocando muchos imanes en un eje giratorio, de modo que a medida que un imán pasa, otro toma su lugar, asegurándose de que los electrones sigan moviéndose.

Volviendo a nuestra analogía con el agua, podemos pensar en un generador como una bomba de agua. Un generador ‘bombea’ electrones a un voltaje más alto para que se muevan a través de un circuito eléctrico, al igual que una bomba de agua bombea agua a una presión más alta para que se mueva a través de una tubería. Incluso hay una similitud cuando se trata de velocidad. Si hace girar una bomba de agua más rápido, genera una presión de agua más alta. De la misma manera, hacer girar un generador más rápido generará un voltaje más alto.

Otros tipos de fuentes de voltaje

Si bien las baterías y los generadores son los tipos más comunes de fuentes de voltaje, no son los únicos. Los paneles solares fotovoltaicos convierten la energía luminosa del sol a través de un fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico. Los generadores termoeléctricos pueden convertir la energía térmica directamente en energía eléctrica, pero no se utilizan mucho porque son caros y no muy eficientes. Hay materiales, conocidos como piezoeléctricos, que generan un voltaje muy pequeño cuando se aprietan, pero no lo suficiente para alimentar gran parte de cualquier cosa. Las pilas de combustible de hidrógeno convierten la energía química, de forma similar a una batería, pero pueden seguir generando voltaje siempre que se suministren hidrógeno y agua de forma continua.

Los paneles solares son otro tipo de fuente de voltaje.

Como puede ver, existen muchos tipos diferentes de fuentes de voltaje, pero muchas de ellas aún no son buenas alternativas a las baterías y los generadores. El único punto en común que une a todas las fuentes de voltaje es que toman un tipo de energía y la convierten en energía eléctrica para generar un voltaje.

Resumen de la lección

Repasemos lo que hemos aprendido. Las fuentes de voltaje son responsables de proporcionar la energía a los electrones para que trabajen en un circuito eléctrico. Las baterías son un tipo de fuente de voltaje que convierte la energía química en energía eléctrica para generar voltaje. Las reacciones químicas entre los electrodos y el electrolito hacen que los electrones se muevan del ánodo al cátodo de la batería. Un puente de sal externo permite que una carga negativa fluya hacia el ánodo para sostener las reacciones químicas.

Las energías nuclear, de carbón, de gas natural, hidroeléctrica y eólica utilizan generadores para generar voltaje. Los generadores utilizan imanes móviles e inducción electromagnética para empujar los electrones en un cable en una dirección, lo que genera un voltaje. Hay muchos tipos diferentes de fuentes de voltaje, pero todas comparten una cosa en común: que toman un tipo de energía y la convierten en energía eléctrica para generar voltaje.

Resultado de aprendizaje

Después de ver este video, debería poder:

• Identificar fuentes de voltaje
• Explicar la energía química para producir voltaje.
• Describir la inducción electromagnética en la creación de energía para generadores.
• Determinar fuentes de voltaje alternativas

Rodrigo Ricardo Editor y fundador