El potencial eléctrico es la energía potencial eléctrica por unidad de carga, y esa es la forma rigurosa de entender qué significa realmente el voltaje.
Todos usamos la palabra “voltios” con bastante naturalidad. Sabemos que en el enchufe hay 230V y en un USB hay 5V. A menudo se usa la analogía de la “presión del agua”, y para empezar puede servir, pero se queda corta cuando queremos entender de verdad qué está pasando con la energía.
Para entender el voltaje, primero tenemos que entender la Energía Potencial. Y para eso, nada mejor que volver a la gravedad.
Energía potencial: el coste de subir la montaña
Supongamos que tienes una roca en el suelo y quieres subirla a una estantería situada a dos metros de altura.
- Tienes que ejercer una fuerza contra la gravedad.
- Tienes que realizar un trabajo (
).
Ese trabajo que habéis realizado no se pierde. Se queda “almacenado” en la roca. Ahora la roca tiene Energía Potencial Gravitatoria. Si la soltáis, esa energía se devolverá (probablemente rompiendo algo por el camino).
En electricidad ocurre algo parecido. Si tienes un campo eléctrico (creado por una carga positiva) e intentas acercar otra carga positiva:
- Aparecerá una fuerza de repulsión (ley de Coulomb).
- Tendrás que empujar para acercarla y realizar un trabajo.
- Ese trabajo se almacena en la carga como Energía Potencial Eléctrica (Ep). Se mide en Joules (J).
La Energía Potencial depende de dónde está la carga y de cuánta carga tiene el objeto. Mover una carga grande cuesta más trabajo que mover una pequeña.
El potencial eléctrico: la “altura” del terreno
El problema de hablar solo de energía potencial es que depende del tamaño de la carga. Por eso los físicos definieron una magnitud más útil: la energía potencial por unidad de carga.
Así nace el Potencial Eléctrico.
Es decir, definimos cuánto trabajo nos costaría llevar una carga unitaria (1 Coulomb) hasta ese punto.
- La Energía Potencial es lo que tiene la carga.
- El Potencial es una propiedad del punto en el espacio.
Analogía:
- El Potencial es la altura de la montaña. La montaña mide lo mismo subas tú o suba un camión.
- La Energía Potencial es el esfuerzo necesario para subir. El camión gastará mucha más energía que tú para llegar a la misma altura.
¿Por qué se mueve la corriente?
Volviendo a la analogía de la montaña: las cosas tienden a moverse hacia estados de menor energía potencial.
- En un circuito, la fuente de alimentación crea una especie de “montaña eléctrica”.
- Genera un punto de alto potencial y otro de bajo potencial.
- Las cargas sienten esa pendiente (que físicamente está relacionada con el Campo Eléctrico) y se mueven, liberando energía en el proceso.
Esa energía liberada es la que encenderá la bombilla, calentará una resistencia o moverá un motor.
La diferencia de potencial o voltaje
En el mundo real, el valor absoluto del potencial en un punto no nos importa demasiado. Lo que nos interesa es la diferencia de altura entre dos puntos.
Si pongo una bola en una mesa plana, no se mueve, aunque la mesa esté a 100 metros de altura. La bola solo rueda si hay un desnivel.
A ese desnivel eléctrico lo llamamos Diferencia de Potencial o Voltaje.
Definición rigurosa del voltio
Aquí está la definición que conviene grabarse bien. La unidad del voltaje es el Voltio (V). Según la fórmula anterior:
¿Qué significa esto realmente? Significa que si tenemos una diferencia de potencial de 12 Voltios (como en una batería de coche), esa batería es capaz de entregar 12 Joules de energía a cada Coulomb de carga que la atraviese.
- Mucho Voltaje: Cada carga transporta mucha energía.
- Poco Voltaje: Cada carga transporta poca energía.
Esta es una de las razones por las que las líneas de alta tensión usan miles de voltios. Al dar mucha energía a cada unidad de carga, podemos transportar la misma potencia con menos intensidad.
