¿Qué es exactamente el voltaje? [duplicar]

  

Quiero saber exactamente qué voltaje ES, no realmente como ES.

Es una construcción matemática, creada como parte de un modelo matemático de cosas observadas. Resulta ser un modelo matemático útil.

Aparte de ser algo que se comporta como predice el modelo matemático, nadie sabe qué voltaje es "realmente". Nadie sabe si es incluso significativo preguntar.

Usted puede encontrar esta situación insatisfactoria. No estarías solo. Desafortunadamente, nuestra necesidad de un cierto tipo de explicación no es causa suficiente para que exista tal explicación.

Observamos que hay fuerzas en nuestro mundo. Les damos nombres como gravedad o atracción magnética. Como señaló Richard Feynman , dar nombres a las cosas no hace nada para explicarlas o entenderlas.

Para explicar qué voltaje es es , el único idioma disponible es matemáticas.

  

en términos de campos eléctricos y cargas, qué es exactamente el voltaje

Hay algunas respuestas en Physics.Stackexchange que pueden ser útiles:

• ¿Qué es el voltaje?
• Explicar voltaje

La 'moneda' de la física es la energía. Afortunadamente, la mayoría de las personas tienen una sensación visceral de qué energía es o cómo es. Es lo que necesitas para hacer cambios. Se necesita un joule para levantar una manzana verticalmente a través de 1 m. No querría que toda la energía cinética de un automóvil en exceso de velocidad se deposite en usted de una sola vez, aunque si tiene cuidado, puede hacer frente a toda la energía de una pelota de béisbol o de cricket que acelera.

Cuando fluye una corriente, la carga en movimiento puede funcionar. Si realiza una pequeña cantidad de trabajo, digamos que 1 coulomb fluye desde una batería AA para calentar una resistencia, luego hace 1.5J de trabajo y decimos que proviene de un voltaje bajo de 1.5v. Si hace mucho trabajo, digamos que 1 coulomb fluye desde una línea aérea de 400kV, luego hace 400kJ de trabajo, y decimos que proviene de un alto voltaje de 400kV.

No valdría la pena poner números en 'voltaje' como este a menos que lo encontremos útil. Resulta que si ponemos dos baterías AA en serie y dejamos que 1 coulomb fluya a un circuito externo, hace el doble de trabajo que con una sola batería. La energía es aditiva, el voltaje es aditivo, lo que significa que podemos trabajar con voltaje, en lugar de la más torpe relación de energía por unidad de carga.

Hay algunas maneras de entender el voltaje desde un nivel alto, y todas ellas son bastante perspicaces. Tomados en conjunto, creo que tienes una buena idea de lo que está pasando.

Hay algunas suposiciones que debemos hacer a menos que queramos realmente sumergirnos en la teoría cuántica de campos. Aquí están los supuestos:

1. Existe un campo físico llamado campo eléctrico que puede traducir la fuerza entre las partículas que interactúan con él. Todas las partículas que interactúan con el campo interactúan con todas las demás partículas en el campo, independientemente de la distancia.
2. El campo eléctrico existe en todos los puntos en el espacio, incluso si tiene un valor de cero en ese punto en el espacio.
3. Hay partículas que interactúan con el campo eléctrico.
4. Algunas partículas están "cargadas positivamente" y liberan energía al pasar de valores más positivos a más negativos del campo eléctrico. Algunas partículas están "cargadas negativamente" y hacen lo contrario.
5. Las partículas cargadas positivamente imparten un valor positivo al campo que las rodea. Las partículas con carga negativa hacen lo contrario.

Dicho esto, podemos abordar qué voltaje es. Tomando una carga puntual positiva, por ejemplo, y asumiendo un campo eléctrico presente con algún valor de gradiente (esto podría lograrse de muchas maneras, por ejemplo, con un puñado de otras cargas puntuales, pero no es importante para entender), decimos que la partícula "libera energía" a medida que se transmite desde el punto de mayor valor del campo al punto de menor valor. Esta es la partícula que hace el trabajo y, de hecho, es cómo extraemos energía de la electricidad.

Ahora, vuelva a reproducir ese movimiento en el lugar donde se localizó la partícula por primera vez, y sabemos que podemos liberar energía al permitir que se mueva de un extremo al otro. El término para esta energía posible, pero aún no liberada, es "energía potencial". La diferencia entre la energía potencial del primer punto y el segundo punto (por Coulomb de carga) es la diferencia de voltaje . Asegúrese de tener en cuenta que la carga puntual ubicada en el segundo punto aún tiene energía potencial, solo tiene menos.

Tomado desde una perspectiva más matemática, la diferencia de voltaje entre dos puntos es el negativo de la integral de línea del campo eléctrico entre dos puntos en el espacio . Puede obtener imágenes moviendo una carga puntual entre dos puntos y usando energía para hacerlo. Lo negativo de esa energía es, por lo tanto, la diferencia de energía potencial entre esos puntos, es decir, el voltaje.

Una cosa que es increíblemente importante de entender es que no existe tal cosa como "voltaje cero". Podemos definir arbitrariamente algún punto de nuestro sistema (normalmente tierra) como voltaje cero, y medir todo lo que se refiere a eso, pero eso solo se aplica a nuestro sistema. Entonces, cuando decimos que algo está en "cinco voltios", lo que queremos decir es que está a cinco voltios por encima de donde decidimos que había cero voltios en nuestro sistema. Somos totalmente capaces de medir las diferencias de voltaje, pero no el voltaje absoluto.

La definición más concisa que es incluso precisa es:

El voltaje es la diferencia entre dos potenciales eléctricos .