Voltio

El voltio (símbolo: V ), llamado así en honor a Alessandro Volta , es la unidad de medida del potencial eléctrico , la diferencia de potencial eléctrico ( voltaje ) y la fuerza electromotriz en el Sistema Internacional de Unidades (SI) . ^{[ 1 ]}

Un voltio se define como el potencial eléctrico entre dos puntos de un cable conductor cuando una corriente eléctrica de un amperio disipa un vatio de potencia entre esos puntos. ^{[ 2 ]} Se puede expresar en términos de unidades base del SI ( m , kg , s y A ) como

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{potencia}}{\text{corriente eléctrica}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}}{\text{A}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.}$

De forma equivalente, es la diferencia de potencial entre dos puntos que impartirá un julio de energía por cada culombio de carga que pase a través de ellos. Se puede expresar en términos de unidades base del SI ( m , kg , s y A ) como

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{energía potencial}}{\text{carga}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-2}}{{\text{A}}{\cdot }{\text{s}}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.}$

También se puede expresar como amperios por ohmios (corriente por resistencia, ley de Ohm ), webers por segundo (flujo magnético por unidad de tiempo), vatios por amperio (potencia por corriente) o julios por culombio (energía por carga), lo que también es equivalente a electronvoltios por carga elemental :

${\displaystyle {\text{V}}={\text{A}}{\cdot }\Omega ={\frac {\text{Wb}}{\text{s}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {\text{eV}}{e}}.}$

El voltio recibe su nombre de Alessandro Volta . Al igual que todas las unidades del SI que llevan el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (V), pero cuando se escribe completo, sigue las reglas de capitalización de los sustantivos comunes ; es decir, voltio se escribe con mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero en los demás casos se escribe con minúscula.

En la analogía del flujo de agua , que a veces se usa para explicar los circuitos eléctricos comparándolos con tuberías llenas de agua, el voltaje (diferencia de potencial eléctrico) se asemeja a la diferencia de presión del agua, mientras que la corriente es proporcional a la cantidad de agua que fluye. Una resistencia sería un diámetro reducido en algún punto de la tubería o algo similar a un radiador que ofrece resistencia al flujo.

La relación entre voltaje y corriente se define (en dispositivos óhmicos como las resistencias) mediante la ley de Ohm . La ley de Ohm es análoga a la ecuación de Hagen-Poiseuille , ya que ambas son modelos lineales que relacionan el flujo y el potencial en sus respectivos sistemas.

El voltaje que produce cada celda electroquímica en una batería está determinado por la composición química de dicha celda (véase Celda galvánica §  Voltaje de celda ). Las celdas se pueden combinar en serie para obtener múltiplos de ese voltaje, o se puede añadir un circuito adicional para ajustarlo a un nivel diferente. Los generadores mecánicos generalmente se pueden construir para cualquier voltaje dentro de un rango factible.

Voltajes nominales de fuentes comunes:

• Potencial de reposo de la célula nerviosa : ~  75  mV ^{[ 6 ]}
• Batería recargable de una sola celda de NiMH ^{[ 7 ]} o NiCd : 1,2  V
• Pilas monocapa no recargables (por ejemplo, pilas AAA, AA, C y D ): pila alcalina : 1,5  V; ^{[ 8 ]} pila de zinc-carbono : 1,56  V si es nueva y no se ha usado.
• Niveles de voltaje lógico : 1,2  V, 1,5  V, 1,8  V, 2,5  V, 3,3  V, 5,0  V
• _{Batería recargable de} LiFePO4 : 3,3  V
• Batería recargable de polímero de litio a base de cobalto : 3,75  V (véase Comparación de tipos de baterías comerciales )
• Alimentación para lógica transistor-transistor / CMOS  (TTL): 5 V
• USB : 5  V CC
• Batería PP3 : 9  V
• Los sistemas de baterías para automóviles utilizan celdas de 2,1  voltios cada una; una  batería de "12 V" tiene seis celdas conectadas en serie, lo que produce 12,6  V; una batería de "24  V" tiene 12 celdas conectadas en serie, lo que produce 25,2  V. Algunos vehículos antiguos utilizan  baterías de 3 celdas de "6 V", o 6,3  voltios.
• Electricidad doméstica de corriente alterna (consulte Electricidad de red por país para obtener una lista de países con enchufes, voltajes y frecuencias de la red eléctrica).
  • 100  V en Japón
  • 120  V en Norteamérica
  • 230  V en Europa, Asia, África y Australia.
• Tercer carril para sistemas de transporte rápido : 600–750  V (véase la lista de sistemas de electrificación ferroviaria ).
• Líneas eléctricas aéreas para trenes de alta velocidad: 25  kV a 50  Hz , pero consulte la Lista de sistemas de electrificación ferroviaria y 25  kV a 60  Hz para conocer las excepciones.
• Líneas de transmisión de energía eléctrica de alta tensión : 110  kV y superiores (1,15  MV es el récord; la tensión activa más alta es de 1,10  MV ^{[ 9 ]} )
• Rayos : un máximo de alrededor de 150  MV. ^{[ 10 ]}

En 1800, como resultado de un desacuerdo profesional sobre la respuesta galvánica defendida por Luigi Galvani , Alessandro Volta desarrolló la llamada pila voltaica , precursora de la batería , que producía una corriente eléctrica constante . Volta había determinado que el par de metales diferentes más efectivo para producir electricidad era el zinc y la plata . En 1861, Latimer Clark y Sir Charles Bright acuñaron el nombre "voltio" para la unidad de resistencia. ^{[ 11 ]} Para 1873, la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia había definido el voltio, el ohmio y el faradio. ^{[ 12 ]} En 1881, el Congreso Eléctrico Internacional, ahora la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), aprobó el voltio como unidad de fuerza electromotriz. ^{[ 13 ]} Establecieron que el voltio era igual a 10 ⁸ unidades cgs de voltaje, siendo el sistema cgs en ese momento el sistema de unidades habitual en la ciencia. Eligieron esa proporción porque la unidad cgs de voltaje es inconvenientemente pequeña y un voltio en esta definición es aproximadamente la fem de una pila Daniell , la fuente estándar de voltaje en los sistemas telegráficos de la época. ^{[ 14 ]} En ese momento, el voltio se definía como la diferencia de potencial [es decir, lo que hoy se llama "voltaje (diferencia)"] a través de un conductor cuando una corriente de un amperio disipa un vatio de potencia.

El "voltio internacional" se definió en 1893 como 1 / 1,434 de la fuerza electromotriz de una pila Clark . Esta definición se abandonó en 1908 en favor de una definición basada en el ohmio internacional y el amperio internacional, hasta que se abandonó todo el conjunto de "unidades reproducibles" en 1948. ^{[ 15 ]}

Una revisión del SI de 2019 , que incluye la definición del valor de la carga elemental , entró en vigor el 20 de mayo de 2019. ^{[ 16 ]}

• Historia de las unidades eléctricas.