¿Qué es la Diferencia Potencial? Definición, cálculo y ejemplos

Diferencia potencial definición

La diferencia de potencial eléctrico es una medida de la cantidad de energía potencial en un lugar determinado de un circuito. El concepto también se conoce como «voltaje» y normalmente se mide en «voltios». Se puede pensar en la diferencia de potencial eléctrico (y en el voltaje) como una medida de la presión de los electrones. Responde a la pregunta: «¿Qué tanto quieren moverse los electrones?» En el caso de una batería de 1,5 voltios, no tanto. Pero en el caso de la iluminación ¡muy mal! Los rayos tienen una diferencia de potencial eléctrico de 300 millones de voltios. Suficiente voltaje para hacer que los electrones salten por el aire.

La unidad de voltios está estandarizada de la siguiente manera. Imagine un culombio de carga (alrededor de seis quintillones de electrones) residiendo en un extremo de una batería de 9 voltios. Están bastante apretados y, como cada electrón tiene una carga negativa, se repelen entre sí y quieren escapar. La batería está conectada a un pequeño calentador. Una vez enchufados, los electrones se empujarán entre sí fuera de la batería, a través del cable y luego a través del calentador. En su camino liberarán exactamente 9 julios de calor.

Esto no es una coincidencia. El voltaje es una medida de la energía potencial eléctrica. Un voltio es igual a 1 julio por culombio. Una batería de 9 voltios siempre generará 9 julios de energía por cada culombio de carga que libera.

Cómo calcular la diferencia potencial

Pero no siempre es tan fácil como mirar la etiqueta de una batería. Para calcular el voltaje (diferencia de potencial eléctrico), es necesario saber cuántos electrones se han movido (la carga) y cuánta energía se ha liberado (el cambio de energía potencial). La carga se mide en culombios y el cambio de energía potencial se mide en julios. La fórmula para calcular la diferencia de potencial eléctrico es la siguiente.

{eq}dV=dPE/q {/eq}

dV representa el cambio de voltaje y se mide en voltios. dPE significa cambio de energía potencial y se mide en julios. Y q significa carga y se mide en culombios.

¿Cuál es la unidad de diferencia de potencial?

La unidad estándar para la diferencia de potencial es el voltio, que lleva el nombre de Alessandro Volta. Volta fue un físico italiano a quien se le atribuye la invención de la primera batería eléctrica, entre muchos otros descubrimientos. Un voltio está estandarizado para significar 1 julio por culombio, como se mencionó anteriormente. Los julios son una unidad estándar de energía. Un julio se define como la cantidad de energía necesaria para acelerar una masa de 1 kilogramo a una velocidad de 1 m/s por segundo a lo largo de una distancia de un metro. Esta es una cantidad muy pequeña de energía. Para darle una idea de la escala, un galón de gasolina contiene alrededor de 120 millones de julios de energía.

El culombio es la unidad estándar de carga eléctrica. Puedes considerarlo como un grupo de electrones (en realidad, los electrones tienen una carga negativa y -1 Culombio contiene más de seis quintillones de ellos). Para darle una idea de la escala, la batería típica de un teléfono inteligente contiene alrededor de 10.000 culombios cuando está completamente cargada.

Símbolo de diferencia potencial

Los dos símbolos más comunes para la diferencia de potencial eléctrico son «E» y «V». El símbolo E significa diferencia de potencial eléctrico. El símbolo V significa voltaje. Los dos símbolos se pueden usar indistintamente, aunque el símbolo V es más común. Ambos símbolos hacen referencia al mismo concepto; es una medida de la presión de los electrones, o de cuánto quieren moverse los electrones. Se mide comparando directamente dos puntos en un circuito y se cuantifica midiendo la cantidad de energía que gana un grupo de electrones (1 culombio) al atravesar del punto A al punto B.

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Ejemplos de diferencia potencial

Usando la fórmula explicada anteriormente, se puede calcular la cantidad de diferencia de potencial en un circuito. Imagine un teléfono inteligente en pleno uso. Su pantalla brilla, sus parlantes suenan a todo volumen, envía ondas de radio a torres cercanas y también genera calor durante su uso. Después de muchas horas, el teléfono celular se apaga y estimamos las siguientes liberaciones de energía:

Pantalla = 17.000 julios

Altavoces = 4.000 julios

Señales de radio = 6.000 julios

Calor = 11.000 julios

Dada la caída total de energía potencial anterior, y dado que sabemos que una batería típica de un teléfono inteligente contiene alrededor de 10,000 culombios cuando está completamente cargada, se puede usar nuestra fórmula para calcular el voltaje de la batería.

{eq}dV=dPE/q {/eq}

PE = 17.000 + 4.000 + 6.000 + 11.000 = 38.000 julios

V = 38.000/10.000 = 3,8 voltios

Los números anteriores varían significativamente de un teléfono a otro y de un usuario a otro. También dependen de las aplicaciones que esté ejecutando, el brillo de la pantalla, el volumen del altavoz, etc. Pero el proceso para calcular la diferencia de potencial es tal como se describe. Es necesario saber cuánta energía se restó (o se añadió) al sistema. Es necesario saber cuántos electrones (cuántos culombios) se movieron. Y a partir de ahí se puede calcular la presión de los electrones, cantidad conocida como voltaje o «diferencia de potencial eléctrico».

Resumen de la lección

La diferencia de potencial eléctrico es una medida de la cantidad de energía potencial en un lugar determinado de un circuito. El concepto también se conoce como «voltaje» y normalmente se mide en «voltios». Se puede pensar en la diferencia de potencial eléctrico (y en el voltaje) como una medida de la presión de los electrones. Responde a la pregunta: «¿Qué tanto quieren moverse los electrones?» Un voltio es igual a 1 julio por culombio. Por ejemplo, una batería de 9 voltios siempre generará 9 julios de energía por cada culombio de carga que libera.

Para calcular la diferencia de potencial eléctrico, se debe utilizar la fórmula {eq}dV=dPE/q {/eq}. V significa voltaje y se mide en voltios. PE significa energía potencial y se mide en julios. Y q significa carga y se mide en culombios. Para calcular la diferencia de potencial eléctrico, se debe saber cuánta energía se restó (o agregó) del sistema, así como cuántos electrones (cuántos culombios) se movieron.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador