Voltaje electrico

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Voltaje
U, V
Dimensión	L 2 MT -3 I -1
Unidades
SI	voltio

La tensión eléctrica entre los puntos A y B de un circuito eléctrico o campo eléctrico es una cantidad física escalar , cuyo valor es igual al trabajo del campo eléctrico efectivo (incluidos los campos externos) realizado al transferir una unidad de carga eléctrica de prueba desde el punto A al punto B [1] [2] .

En este caso, se considera que la transferencia de carga de prueba no cambia la distribución de cargas en las fuentes de campo (por definición de carga de prueba ). El voltaje en el caso general se forma a partir de las contribuciones de dos trabajos: el trabajo de las fuerzas eléctricas y el trabajo de las fuerzas externas . Si no hay fuerzas externas actuando sobre la sección del circuito (es decir, ), el trabajo de desplazamiento incluye solo el trabajo del campo eléctrico potencial (que no depende del camino a lo largo del cual se mueve la carga), y el voltaje eléctrico entre puntos A y B coincide con la diferencia de potencial entre estos puntos (porque ). En el caso general, el voltaje entre los puntos A y B difiere de la diferencia de potencial entre estos puntos [3] por el trabajo de fuerzas externas al mover una unidad de carga positiva. Este trabajo se llama fuerza electromotriz en esta sección del circuito: $A_{{AB}}^{{el}}$ $A_{AB}^{ex}$ $A_{{AB}}^{{ex}}=0$ $A_{{AB}}^{{el}}$ $U_{{AB}}$ $\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}=A_{{AB}}^{{el}}/q$ $U_{{AB}}$ ${\mathcal E}_{{AB}}$ ${\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.$

$U_{{AB}}=\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}+{\mathcal E}_{{AB}}.$

La definición de voltaje eléctrico se puede escribir de otra forma. Para hacer esto, debe representar el trabajo como una integral a lo largo de la trayectoria L , establecida desde el punto A hasta el punto B. $A_{{AB}}^{{ef}}$

$U_{{AB}}=\int \limits_{L}{\vec E}_{{ef}}d{\vec l}$ es la integral de la proyección de la intensidad de campo ${\vec{E}}_{ef}$ efectiva (incluidos los campos externos) sobre la tangente a la trayectoria L , cuya dirección en cada punto de la trayectoria coincide con la dirección del vector en ese punto. En un campo electrostático, cuando no hay fuerzas externas, el valor de esta integral no depende del camino de integración y coincide con la diferencia de potencial . $d{\vec {l))$

La dimensión del voltaje eléctrico en el Sistema Internacional de Magnitudes ( English International System of Quantities, ISQ ), en el que se basa el Sistema Internacional de Unidades (SI) , es L 2 MT -3 I -1 . La unidad SI de voltaje es el voltio (designación rusa: V ; internacional: V ).

El concepto de voltaje fue introducido por Georg Ohm en su obra de 1827, en la que se proponía un modelo hidrodinámico de la corriente eléctrica para explicar la ley empírica de Ohm descubierta por él en 1826 : . $U\!=IR$

Voltaje en circuitos DC

El voltaje en el circuito de CC entre los puntos A y B es el trabajo que realiza el campo eléctrico al transferir una carga positiva de prueba del punto A al punto B.

Voltaje en circuitos AC

Los siguientes voltajes se utilizan para describir los circuitos de CA :

tensión instantánea;
valor de amplitud del voltaje;
valor de voltaje promedio;
valor de tensión rms;
valor medio de la tensión rectificada.

La tensión instantánea es la diferencia de potencial entre dos puntos medidos en un momento dado. Depende del tiempo (es una función del tiempo):

u=u(t).

El valor de amplitud de la tensión es el valor de módulo máximo de la tensión instantánea para todo el período de oscilación :

U_{M}=\max(|u(t)|).

Para fluctuaciones de tensión armónicas (sinusoidales), el valor de tensión instantáneo se expresa como:

u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).

Para un voltaje sinusoidal de CA de 220 V rms, el voltaje máximo es de aproximadamente 311 V.

El voltaje de amplitud se puede medir usando un osciloscopio .

El valor medio de la tensión (la componente constante de la tensión) es la tensión determinada durante todo el período de oscilación, como:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.

Para una sinusoide , el valor de voltaje promedio es cero.

El valor cuadrático medio de la tensión (nombres electrotécnicos: efectivo , efectivo ) es el voltaje determinado para todo el período de oscilación, como:

U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt)).

El valor de voltaje de la raíz cuadrada media es más conveniente para los cálculos prácticos, ya que realiza el mismo trabajo en una carga activa lineal (por ejemplo, una lámpara incandescente tiene el mismo brillo incandescente, un elemento calefactor emite la misma cantidad de calor) que un voltaje constante igual a él.

Para un voltaje sinusoidal, la igualdad es verdadera:

U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0.707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q} \aprox. 1414U_{q}.

En tecnología y en la vida cotidiana, cuando se usa corriente alterna, el término "voltaje" se refiere al valor cuadrático medio del voltaje, y todos los voltímetros se calibran según su definición. Sin embargo, de manera constructiva, la mayoría de los dispositivos en realidad no miden la raíz cuadrática media, sino el valor de voltaje rectificado promedio (ver a continuación), por lo tanto, para una señal no sinusoidal, sus lecturas pueden diferir del valor real.

El valor medio de la tensión rectificada es el valor medio del módulo de tensión:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.

Para un voltaje sinusoidal, la igualdad es verdadera:

U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0.637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0.9U_{q}).

Rara vez se usa en la práctica, sin embargo, la mayoría de los voltímetros de CA (aquellos en los que se rectifica la corriente antes de la medición ) en realidad miden exactamente este valor, aunque su escala está calibrada a valores RMS.

Tensión en circuitos de corriente trifásicos

En los circuitos de corriente trifásicos se distinguen tensiones de fase y lineales. La tensión de fase se entiende como la raíz cuadrática media de la tensión en cada una de las fases de la carga con respecto al neutro, y la tensión lineal es la tensión entre los hilos de fase de alimentación. Cuando la carga está conectada a un triángulo, la tensión de fase es igual a la tensión lineal, y cuando está conectada a una estrella (con una carga simétrica o con un neutro sólidamente puesto a tierra), la tensión lineal es varias veces mayor que la tensión de fase. $\sqrt{3}$

En la práctica, la tensión de una red trifásica se denota por una fracción, en cuyo numerador está la fase cuando está conectada a una estrella (o, lo que es lo mismo, el potencial de cada una de las líneas respecto a tierra) , y en el denominador - el voltaje lineal. Entonces, en Rusia, las redes con un voltaje de 220/380 V son las más comunes ; A veces también se utilizan redes de 127/220 V y 380/660 V.

Significados característicos y estándares

Un objeto	Tipo de voltaje	Valor (en la entrada del consumidor)	Valor (salida de origen)
Electrocardiograma	Legumbres	1-2 mV	-
antena de televisión	Alta frecuencia variable	1-100 mV	-
Celda galvánica de zinc tipo AA ("dedo")	permanente	1,5 V	-
celda de litio	permanente	3-3,5 V	-
Señales lógicas de los componentes de la computadora	Legumbres	3,3 V; 5 voltios	-
Batería tipo 6F22 ("Corona")	permanente	9V	-
Fuente de alimentación de los componentes de la computadora	permanente	5V, 12V	-
Equipo eléctrico del vehículo	permanente	12/24 V	-
Fuente de alimentación para portátiles y monitores LCD	permanente	19V	-
Red de baja tensión "segura" para entornos peligrosos	variable	12-42 V	-
El voltaje de la quema más estable de la vela Yablochkov.	permanente	55V	-
Voltaje de la línea telefónica (colgado)	permanente	60 V	-
Tensión de alimentación de Japón	Trifásico variable	100/172 V	-
Voltaje eléctrico doméstico de EE. UU.	Trifásico variable	120 V / 240 V ( fase dividida )	-
Voltaje en redes eléctricas domésticas en Rusia	Trifásico variable	220/380V	230/400 V
Descarga de rayos eléctricos	permanente	hasta 200—250 V	-
Red de contactos de tranvías y trolebuses	permanente	550 V	600 V
Descarga de anguila eléctrica	permanente	hasta 650 V	-
Red de contactos de metro	permanente	750 V	825 V
Red de contactos de ferrocarril electrificado (Rusia, corriente continua)	permanente	3 kV	3,3 kV
Línea de transmisión aérea de distribución de pequeña potencia	Trifásico variable	6-20 kV	6,6-22 kV
Generadores de centrales eléctricas , potentes motores eléctricos	Trifásico variable	10-35 kV	-
En el ánodo del cinescopio	permanente	7-30 kV	-
Electricidad estática	permanente	1-100 kV	-
En una bujía de automóvil	Legumbres	10-25kV	-
Red de contactos de ferrocarril electrificado (Rusia, corriente alterna)	variable	25kV	27,5 kV
Desglose de aire a una distancia de 1 cm.		10-20 kV	-
bobina Ruhmkorff	Legumbres	hasta 50 kV	-
Desglose de una capa de aceite de transformador de 1 cm de espesor		100-200 kV	-
Línea eléctrica aérea de alta potencia	Trifásico variable	35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV	38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
maquina de electroforos	permanente	50-500 kV	-
Línea eléctrica aérea de voltaje extra alto (entre sistemas)	Trifásico variable	500 kV, 750 kV, 1150 kV	545 kV, 800 kV, 1250 kV
transformador tesla	Pulso de alta frecuencia	hasta varios MV	-
Generador Van de Graaff	permanente	hasta 7 MV	-
nube de trueno	permanente	2 a 10 GW	-

Véase también

Notas

↑ Miller M. A., Permitin G. V. Voltaje eléctrico // Enciclopedia física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 pág. - 48.000 ejemplares. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Voltaje eléctrico / Yuryev Yu. V. // Gran Enciclopedia Rusa : [en 35 volúmenes] / cap. edición Yu. S. Osipov . - M. : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.
↑ Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Curso de física. - 1977. - T. 2.

Literatura

Miller M. A., Permitin G. V. Voltaje eléctrico // Enciclopedia física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 pág. - 48.000 ejemplares. — ISBN 5-85270-019-3 .
Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. . Curso de física. Electricidad y magnetismo. - M. : "ESCUELA SECUNDARIA", 1977. - T. 2.

Enlaces

Voltaje eléctrico // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
Sobre diferencia de potencial, fuerza electromotriz y voltaje
"Glossary.ru": Diccionario de ciencias naturales.