Para entender el voltaje, resulta útil visualizarlo como la diferencia de alturas en un sistema de tuberías que permite que fluya el agua. Al igual que la altura, es algo relativo: la altura de una tubería respecto al nivel del mar no determina la velocidad del flujo del agua a través suyo, pero la diferencia entre los extremos de la tubería sí lo hace (Figura 1-2).
Figura 1-2. Analogía del voltaje como diferencia de altura.
El voltaje podría referirse a la tensión eléctrica a través de un conductor, entre los dos extremos, pero en otras situaciones podría hacer referencia a la diferencia de tensión entre los dos terminales de una batería. El concepto básico es que para que el voltaje tenga sentido debe referirse a dos puntos diferentes. El voltaje más alto es el positivo y se marca con un signo más (+).
Es la diferencia de voltaje, o diferencia de potencial, lo que hace que fluya la corriente eléctrica a través de un conductor. Si no existe diferencia de voltaje entre uno y otro extremo de un conductor, no fluirá la corriente eléctrica.
La unidad de voltaje es el voltio (V). Una batería o pila AA presenta una diferencia de voltaje de 1,5 V entre sus polos. Un Arduino opera con un voltaje de 5 V, mientras que un Raspberry Pi utiliza uno de 3,3 V, si bien requiere una fuente de alimentación de 5 V que reducirá a 3,3 V.
Análisis
En ocasiones parece que el voltaje se utiliza para referirse a un solo punto en un circuito electrónico, en lugar de a la diferencia de potencial entre dos puntos. En esos casos el voltaje significa la diferencia de potencial entre un punto del circuito y la tierra. La tierra (GND o ground, en inglés) es un voltaje local de referencia frente al que se miden todos los demás voltajes del circuito. Así pues, podríamos decir que tiene un valor de 0 V.
Véase también
Para aprender más sobre voltajes vea el Ejercicio 1.5.
1.3 Cómo calcular voltaje, intensidad de la corriente y resistencia
Problema
Deseamos comprender cómo el voltaje a través de un conductor controla el flujo de corriente a través de aquel.
Solución
Utilizaremos la ley de Ohm. La letra griega omega mayúscula (Ω) se utiliza como símbolo para la unidad de medida de la resistencia: el ohmio.
La ley de Ohm indica que el flujo de corriente por un conductor o componente electrónico (I) es igual al voltaje (V) o diferencia de potencial entre los extremos de dicho conductor o componente, dividido entre la resistencia (R) que este ofrece al paso de aquella. En otras palabras:
Si deseamos calcular el voltaje, podemos reformular la expresión como:
V = I × R
Por último, si conocemos la corriente, I, que fluye a través de una resistencia, R, con un voltaje V, calcularemos dicha resistencia con la expresión:
Análisis
La resistencia es la capacidad que un material tiene de oponerse al paso de la corriente eléctrica. Un conductor debe presentar poca resistencia, porque generalmente no queremos que el flujo de electricidad encuentre dificultades a su paso por aquel. A mayor sección del conductor, menor será la resistencia que presenta para una misma longitud dada. Así pues, un hilo de unas pocas decenas de centímetros que conecte una batería a una bombilla, o más posiblemente a varios LED, en una linterna, tendría una resistencia de entre 0,1 y 1 Ω (ohmio). Mientras que la misma longitud de hilo de mayor sección utilizada, por ejemplo, para conectar un hervidor a un enchufe de CA (corriente alterna) presentaría una resistencia no superior a un par de miliohmios (mΩ).
Resulta muy común el deseo de limitar el flujo de corriente a través de parte de un circuito añadiendo componentes electrónicos llamados resistencias, cuyo efecto es precisamente oponerse al paso de la corriente.
La Figura 1-3 muestra una resistencia (línea en zigzag) e indica la corriente (I) que fluye a través de ella así como el voltaje (V).
Figura 1-3. Voltaje, intensidad de la corriente y resistencia.
Supongamos que vamos a conectar una batería de 1,5 V a una resistencia de 100 Ω como se muestra en la Figura 1-4.
Figura 1-4. Una batería y una resistencia.
Gracias a la ley de Ohm sabemos que la corriente es igual al voltaje dividido entre la resistencia del conductor o componente (a efectos prácticos podemos asumir que la resistencia de un cable o hilo conductor es igual a cero).
Así que, I = 1,5 / 100 = 0,015 A o 15 mA.
Véase también
Para entender lo que ocurre con el flujo de corriente a través de resistencias y conductores en un circuito, vea el Ejercicio 1.4.
Para entender la relación entre corriente, voltaje y potencia vea el Ejercicio 1.6.
1.4 Cómo calcular la corriente en cualquier punto de un circuito
Problema
Averiguar el flujo de corriente por cualquier punto dado de un circuito.
Solución
Para ello utilizaremos la ley de Kirchhoff de la corriente.
En términos sencillos, la ley de la corriente de Kirchhoff establece que, en cualquier punto de un circuito, el flujo de corriente entrante debe ser igual al flujo de corriente que sale de dicho punto.
Análisis
Por ejemplo, en la Figura 1-5 aparecen dos resistencias en paralelo alimentadas por un voltaje desde una batería (observe el símbolo para la batería a la izquierda de la Figura 1-5).
Figura 1-5. Resistencias en paralelo.
El punto X recibe un flujo de corriente I desde la batería. Sin