El voltatge o diferència de potencial elèctric, és una magnitud física que indica la diferència de la tensió elèctrica entre dos punts en un circuit elèctric. Coincideix amb el voltatge elèctric i indica l'energia o treball necessari per separar càrregues elèctriques de signe oposat.
És la diferència entre l'energia elèctrica potencial que posseeix una càrrega en els dos punts a causa de la presència d'un camp elèctric dividida pel valor de la càrrega en si. En condicions estacionàries és igual a la feina feta per moure una càrrega unitària a través del camp d'un punt a un altre, canviat de signe.
Si unim dos punts que tenen una diferència de potencial mitjançant un material conductor es produirà un flux d'electrons a través del circuit tancat que hem creat. Part de la càrrega es traslladarà des del punt de major potencial a punt de menor potencial (corrent elèctric).
La definició de voltatge elèctric i la unitat de mesura volt es deu a Alessandro Volta, que, juntament amb els conceptes de "capacitat elèctrica" i "càrrega elèctrica", utilitza per primera vegada el concepte de "voltatge elèctric" per donar compte de les propietats intensives i extensives d'electricitat.
Quina és la unitat de mesura de l'voltatge?
El voltatge es mesura en volts (V) amb el sistema internacional d'unitats. L'aparell electrònic per mesurar la diferència de potencial entre dos punts és el voltímetre.
Concepte de voltatge amb un exemple: analogia hidràulica
El concepte de voltatge es pot explicar fent una analogia amb un circuit hidràulic. La diferència de tensió es pot associar amb la diferència de pressió que es genera en una canonada tancada plena de líquid amb els extrems col·locats a diferents altures. La tensió entre dos punts de l'circuit elèctric correspon a la diferència de pressió entre dos punts de l'circuit hidràulic.
La diferència de potencial entre els pols de l'generador elèctric es pot veure com la diferència de pressió dels tancs de l'circuit hidràulic anàleg. L'equivalent de la dissipació d'energia elèctrica seria a com a conseqüència de la fricció de el líquid amb les parets internes de la canonada. Finalment, la intensitat del corrent elèctric que flueix en el conductor es pot posar en analogia amb el cabal de líquid en el tub.
En aquesta analogia, el flux d'aigua pot fluir des d'un punt d'alta pressió a un punt de baixa pressió. De la mateixa manera les càrregues que es mouen entre dos punts amb diferent potencial constitueixen un corrent elèctric.
Voltatge en un camp elèctric estàtic
El voltatge elèctric a través d'un camí es defineix com la quantitat de treball per unitat de càrrega desenvolupat pel camp elèctric per moure una càrrega elèctrica.
Atès que el camp és conservador en condicions estacionàries, admet potencial i, per tant, la integral de línia de camp elèctric depèn només dels extrems d'integració. En aquest cas, el voltatge és igual a la diferència de potencial.
Força electromotriu induïda per un camp magnètic variable
En una bobina que tanca una superfície travessada per un flux magnètic, es genera una força electromotriu proporcional a la taxa de variació de l'flux al llarg de el temps.
També es genera una diferència de potencial entre els extrems d'un conductor elèctric que es mou perpendicularment a un camp magnètic.
Quan sotmetem un material conductor a un camp electromagnètic variable es produeix una tensió elèctrica que es diu voltatge induït.
Llei d'Ohm
A la base de l'comportament dels circuits amb una càrrega purament resistiva, hi ha la llei d'Ohm. Afirma el voltatge aplicat a una resistència és proporcional a la intensitat ia la resistència:
V = I · R
El corrent elèctric que passa a través d'un component resistiu (R) genera una dissipació de potència el valor ve donat pel producte de la intensitat (I) per la diferència de potencial (V):
P = V I
Aquest fenomen es diu efecte Joule.
Com es classifiquen els diferents tipus de voltatges?
La classificació de la tensió elèctrica és diferent segons la zona a la qual es refereixi i el tipus de corrent altern o corrent continu.
En particular, segons el que disposa la norma CEI-EN 50.110-1 "Funcionament de sistemes elèctrics", la tensió elèctrica es classifica com s'indica en la següent taula:
|
Abreviatura |
categoria |
En corrent altern |
En corrent continu |
|
|
Molt baixa tensió |
BBT |
0 |
≤ 50 V |
≤ 120 V (en corriente continua ondulada) |
|
baixa tensió |
BT |
Jo |
50-1.000 V |
120-1.500 V |
|
voltatge mitjà |
MT |
yl |
1-30 kV |
1,5-30 kV |
|
Alta tensió |
AT |
III |
> 30 kV |
> 30 kV |
En alguns països l'alta tensió es divideix en tensió de primera, segona i tercera categoria o de categoria especial.
