¿Qué es el voltaje? Desafortunadamente, encontrará una variedad de respuestas incorrectas y respuestas confusas, muchas de ellas en libros de texto reales. Para cortar todos los bs, primero haga una pregunta diferente. “¿Qué es el voltaje no ?”
- ¿Es el voltaje un tipo de energía? No. No tiene nada que ver con la energía, como tampoco lo hacen la gravedad o los campos magnéticos. El voltaje es “potenciales”.
- ¿No es el voltaje una forma de energía potencial? Sin error. Tenga cuidado con este error, ya que comúnmente aparece en los libros de texto de introducción. El voltaje es un concepto matemático llamado “potencial”. Un autor incauto puede confundir “Energía potencial” con el concepto matemático “Potenciales”, y luego proceder a desinformar a todos los que leen su libro.
- ¿Es el voltaje una especie de presión? Sí, ese es un concepto útil. Pero tampoco, porque si bien el voltaje está asociado con fuerzas eléctricas, no es realmente una fuerza superficial como la presión del fluido.
- ¡Pero el voltaje es realmente solo los julios, los julios por culombio! Completamente equivocado[*]. Eso es al revés, y muy muy engañoso. (Una vez que comprenda por qué esto es un error, comprenderá el voltaje).
OK, entonces, ¿cuál es el voltaje REALMENTE?
La afirmación correcta más simple es: el voltaje es un método para medir los campos electrónicos.
CAMPOS ELECTRÓNICOS? ¿Qué?
En el mundo cotidiano hay tres tipos comunes de campos: gravedad, magnetismo y campos electrónicos (también llamados “campos eléctricos” o, a veces, “campos electrostáticos”, aunque no son estáticos). Este tercer tipo de campo, lamentablemente, no existe. t enseñado en clases de escuelas públicas, a pesar de que es la otra mitad del electromagnetismo (los campos electrónicos forman la parte “E” de la “E y M”). Si los campos eléctricos se mencionan, generalmente están enterrados en su capítulo sobre “electricidad estática” y luego barrido debajo de la alfombra; ignorado como si todo fuera algo inútil y obsoleto de Ben Franklin. Esto es erróneo, porque el estudio de la electricidad “estática” es en realidad el estudio del voltaje mismo. “Estático” solo significa voltaje sin corriente.
Entonces, el voltaje es difícil de entender porque los campos de voltaje, los “campos e”, no se enseñan, excepto más tarde, en las clases de física de nivel universitario.
¿Cómo sería el voltaje si pudiéramos verlo? Responda fácilmente: obtenga un tazón poco profundo de aceite mineral, espolvoree un poco de semilla de hierba en la superficie, luego agite alrededor de un globo con carga eléctrica o tal vez una regla de plástico frotada sobre el cabello. Los objetos de goma o plástico cargados son fuentes de voltaje extremo; muchas decenas de miles de voltios. Las semillas de hierba se alinearán para mostrar el patrón de campo e en el espacio alrededor del objeto cargado. (Para ver los campos magnéticos, utilizamos limaduras de hierro en el papel, mientras que para ver los campos electrónicos usamos semillas de hierba que flotan en el aceite, o tal vez el cabello picado mezclado en una botella de aceite). Y, cuando ves los patrones de los campos electrónicos, Estamos viendo voltaje puro en sí mismo. El voltaje es una forma de describir los campos invisibles. (Las líneas de flujo son otra forma).
Hay una segunda razón por la que el voltaje es difícil de entender. ¡Muchos autores no parecen creer en absoluto en los campos electrónicos! Lo digo en serio. Esto parece imposible, pero es un problema común. En realidad se remonta a los tiempos de la física antes de Michael Faraday.
Hace 150 años atrás, ningún científico adecuado creía en ninguno de estos llamados … “campos”. Los campos de gravedad y los campos magnéticos eran objetos de burla dignos de desprecio. En cambio, los científicos de la época creían en “Acción instantánea a distancia”. Michael Faraday se convirtió en un objeto de desprecio por su propuesta de “campos” magnéticos y eléctricos. Entonces Faraday murió. Murió en ignominia. Faraday nunca vio que sus ideas se incendiaran y tomaran el mundo de la física. Todo eso sucedió años después, después de que JC Maxwell escribió su exposición de varios volúmenes sobre los usos matemáticos de los campos magnéticos y eléctricos; descubriendo que los campos pueden formar ondas que viajan a la velocidad de la luz. Después del trabajo de Maxwell, la corriente de creencias pronto cambió, y todos los que odian a Faraday se convirtieron en adoradores de Faraday. Las ondas de luz son las mismas “cosas” que los campos de Faraday, los imanes estaban rodeados por líneas de flujo invisibles, y una nueva cosa llamada “ondas de radio” resultó ser real.
Pero … aparentemente hubo reservas e incrédulos, y muchos libros de texto de introducción a la ciencia todavía explican el voltaje utilizando Action-At-A-Distance, y sin mencionar los campos electrónicos. Se involucran con cargas de prueba y energía potencial y julios por culombio , y luego concluyen que el voltaje realmente es solo un tipo de energía … bueno, los autores más inteligentes admiten que el voltaje no es exactamente energía. ¿Pero aún afirman que es solo la cantidad de energía por culombio? ¿Derecho? ¡No! Completamente equivocado[*]. Su explicación es un ejemplo perfecto de la vieja teoría desacreditada de “Acción a distancia”; el obsoleto sistema de creencias que Faraday derrotó. La vieja forma era joules-per-coulomb y cargas de prueba no infinitesimales y nunca mencionar “campos”, nunca. Pero la nueva forma moderna era Faraday / Maxwell, y sus campos magnéticos y campos electrónicos, donde los potenciales son una cosa. El voltaje es una forma de describir los campos e en el espacio alrededor de los cables.
Voltios por metro es una medida de la intensidad del campo electrónico, no se requieren cargas.
Demasiado tiempo, no leí! Aquí está el punto esencial de lo anterior: cuando eliminamos los coulombs y eliminamos los julios, el voltaje todavía está allí en el espacio. Es parte del campo electrónico.
De esta manera, los campos de voltaje son como la gravedad y el magnetismo. Por ejemplo, podemos usar la gravedad para almacenar energía potencial al levantar una roca. ¿No significa esto que la gravedad realmente es solo la JOULES PER KILOGRAM de energía almacenada en esa roca? Por supuesto no. Deje que la roca caiga, elimine su energía potencial, retírela y el campo de gravedad todavía está allí en el espacio vacío sobre el suelo. Sin julios, sin kilogramo, pero todavía tenemos la misma gravedad. El voltaje funciona así: el voltaje es un campo invisible en el espacio vacío. Quítese sus culombios y sus julios, y aún así el voltaje está allí, extrañamente colgando en el espacio vacío. El campo de voltaje nunca fue el “julios por kilogramo de roca” en primer lugar. Cualquier libro que diga algo diferente está mal.
En realidad, la verdad es todo lo contrario, ¡y la energía potencial son los voltios por los culombios! Los autores están haciendo las cosas al revés cuando hablan de energía potencial eléctrica. Primero, el campo de voltaje ya está allí. Luego, cuando levantamos una pequeña carga del mundo real contra la fuerza del voltaje, almacenamos una cierta cantidad de energía. Entonces podemos calcular la cantidad de energía usando la diferencia de voltaje conocida y la carga conocida. En otras palabras, ¡los julios son realmente solo voltios por culombios! Podemos usar los voltios y los culombios para definir la energía desconocida.
Pero esto no nos dice qué es el voltaje en sí mismo, al igual que el PE en una roca elevada no puede decirnos qué es realmente un campo de gravedad. Para analizar los campos, tenemos que debatir los campos, y no desviarnos levantando nuestras rocas / cargas y hablando como si solo existiera la Energía Potencial, mientras que los campos no.
A continuación, ¿qué tal algunos conceptos útiles? Los campos e, los campos de voltaje … tienen líneas de flujo al igual que los campos magnéticos. Líneas de fuerza. Pero donde el magnetismo tiene un flujo magnético que se extiende entre un polo norte y sur, el flujo del campo e se extiende entre un polo positivo y negativo. Los objetos cargados son los “polos” del campo electrónico. Obtenga una varilla de plástico, coloque cargas positivas y negativas en los extremos opuestos, y creará patrones de campo con la misma forma que los campos magnéticos de un imán de barra. Pero los campos no son magnéticos, sino que son el segundo tipo de campo, el “electro” en la palabra “electromagnetismo”. Así:
Figura 1: CAMPO ELECTRÓNICO Y CAMPO MAGNÉTICO
Pos y neg … ¿no significa esto que el voltaje es solo electricidad estática? No en realidad no. ¡No, a menos que queramos declarar que las baterías, radios, linternas y computadoras funcionan con electricidad estática! Sin embargo, sí, en cierto modo se ejecutan así, ya que están siendo impulsados por la fuerza electrostática. Todos pueden funcionar porque colocamos electrones móviles en un campo de voltaje, donde los electrones se ven obligados a moverse. “Electricidad estática” es otro nombre para la fuerza de voltaje que impulsa a toda nuestra civilización eléctrica.
Versión simple: mire el lado izquierdo de la Fig. 1 arriba. Ese puede ser un diagrama de los dos cables que salen de una batería. Es una vista final, con un cable conectado al positivo de la batería y otro conectado al negativo. El campo de voltaje invisible se extiende al espacio; extendiéndose entre los dos cables. Ve a buscar una batería de 9V y mira los terminales. No puede verlo, pero hay un gran fajo de líneas de flujo invisibles que se extienden entre los terminales, al igual que el lado izquierdo de la Fig. 1 anterior.
Yo, * casi * puedo verlo, al igual que * casi * puedo ver el campo magnético que sale de los polos de un imán de barra.
Ahora que estamos “viendo” los campos e … ¿qué pasa con el voltaje? ¿Cómo son los voltios? Simple: el voltaje siempre es perpendicular a las líneas de flujo. El voltaje actúa como pilas de planos y superficies invisibles, las llamadas superficies “equipotenciales”. Si las líneas de flujo son como flechas, entonces el voltaje es una pila de papel donde las flechas apuñalan cada capa. Si las flechas se extienden radialmente, entonces las hojas de voltaje deben estar curvadas. Y así, cada carga, cada electrón y protón (y cada terminal de batería) está rodeado por un montón de esferas concéntricas, como una cebolla invisible, donde cada capa de la cebolla tiene un voltaje ligeramente diferente. Si el campo e parece estrellas radiales, como estallidos de fuegos artificiales, entonces el voltaje parece muñecas rusas anidadas.
[*] Bueno, no totalmente totalmente equivocado. En cambio, el voltaje es el valor de los potenciales en el espacio vacío, siempre que exploramos el espacio con una carga de prueba de valor infinitesimal . Los julios son cero y los coulombs son cero, mientras que la unidad llamada “voltios” es la relación joule / coulomb en cada punto del campo electrónico de llenado de volumen. Sin embargo, este proceso describe principalmente la unidad “Volt”, y realmente no explica qué son los potenciales. Podemos usar una carga de prueba imaginaria para calibrar el “Voltio” estándar contra las otras unidades estándar en física. Por otro lado, los potenciales o el voltaje, son su propia cosa, un concepto algo así como “líneas de flujo” o “líneas de fuerza”, pero donde el patrón invisible de potencial parece pilas de membranas infinitamente delgadas, en lugar de infinitamente -fibras finas.
