Voltatge: Què és?

Electrical4u

Camp: Electricitat bàsica

China

Què és el voltatge?

El voltatge (també conegut com a diferència de potencial elèctric, força electromotriu emf, pressió elèctrica o tensió elèctrica) es defineix com la diferència de potencial elèctric per unitat de càrrega entre dos punts en un camp elèctric. El voltatge s'expressa matemàticament (és a dir, en fórmules) utilitzant el símbol “V” o “E”.

Si estàs buscant una explicació més intuïtiva per ajudar a explicar què és el voltatge, salta a aquesta secció de l'article.

En cas contrari, continuarem a continuació amb una definició més formal del voltatge.

En un camp elèctric estàtic, el treball necessari per moure una unitat de càrrega entre dos punts es coneix com a voltatge. Matemàticament, el voltatge es pot expressar com,

$\begin{align*} Voltage = \frac{Work\,\,Done\ (W)}{Charge\ (Q)} \end{align*}$

On el treball realitzat és en joules i la càrrega és en coulombs.

$\begin{align*} Thus, Voltage = \frac{joule}{coulomb} \end{align*}$

Podem definir la tensió com la quantitat d'energia potencial entre dos punts en un circuit.

Un punt té un potencial més alt i els altres punts tenen un potencial més baix. La diferència de càrrega entre el potencial més alt i el més baix s'anomena tensió o diferència de potencial.

La tensió o diferència de potencial proporciona la força als electrons per fluir a través del circuit.

Quan la tensió és més alta, la força és més gran, i per tant, més electrons flueixen a través del circuit. Sense tensió o diferència de potencial, els electrons es mourien aleatòriament en l'espai lliure.

La tensió també se sol anomenar “tensió elèctrica”. Per exemple, la capacitat de gestió de tensió de cabluts com 1 kV, 11 kV i 33 kV es denominen respectivament cabluts de baixa tensió, alta tensió i super tensió.

Definició de la Diferència de Potencial com a Potencial del Camp Elèctric

Com s'ha mencionat, la tensió es defineix com la diferència de potencial elèctric per unitat de càrrega entre dos punts en un camp elèctric. Descriurem això utilitzant equacions.

Considerem dos punts A i B.

El potencial del punt A respecte al punt B es defineix com el treball realitzat en moure una unitat de càrrega del punt A al B en presència del camp elèctric E.

Matemàticament, això es pot expressar com,

$\begin{align*} V_A_B = \frac{W}{Q} = -\int_B^A E^- * dl^-\end{align*}$

Això també és una diferència de potencial entre els punts A i B amb el punt B com a referència. També es pot expressar com,

$\begin{align*} V_A_B = V_A - V_B \end{align*}$

Ara, el concepte de tensió pot ser bastant difícil d'entendre.

Per tant, utilitzarem una analogia amb alguna cosa tangible—alguna cosa del món real—per ajudar a entendre millor la tensió.

Entendre la Tensió mitjançant Analogia

L'analogia hidràulica és una analogia comuna utilitzada per ajudar a explicar la tensió.

En l'analogia hidràulica:

La tensió o potencial elèctric és equivalent a la pressió hidràulica de l'aigua
La corrent elèctrica és equivalent al caudal d'aigua
La càrrega elèctrica és equivalent a una quantitat d'aigua
Un conductor elèctric és equivalent a una tuberia

Analogia 1

Considerem un dipòsit d'aigua com es mostra en la figura següent. La figura (a) mostra dos dipòsits omplerts amb el mateix nivell d'aigua. Per tant, l'aigua no pot fluir d'un dipòsit a l'altre ja que no hi ha diferència de pressió.

Ara, la Figura (b) mostra dos dipòsits omplerts amb diferents nivells d'aigua. Per tant, hi ha una diferència de pressió entre aquests dos dipòsits. Així, l'aigua fluirà d'un dipòsit a l'altre fins que el nivell d'aigua dels dos dipòsits esdevingui igual.

De manera similar, si connectem dues piles a través d'un fil conductor amb diferents nivells de tensió, llavors les càrregues poden fluir de la pila amb major potencial a la pila amb menor potencial. Per tant, la pila de menor potencial s'encarregarà fins que el potencial de les dues piles esdevingui el mateix.

Analogia 2

Considerem un dipòsit d'aigua situat a certa alçada sobre el terra.

La pressió de l'aigua al final de la manguera és equivalent a la tensió o diferència de potencial en un circuit elèctric. L'aigua al dipòsit és equivalent a la càrrega elèctrica. Ara, si augmentem la quantitat d'aigua al dipòsit, es desenvolupa més pressió al final de la manguera.

Al contrari, si drequem una certa quantitat d'aigua del dipòsit, la pressió creada al final de la manguera disminuirà. Podem assumir que aquest dipòsit d'aigua és com una bateria de reserva. Quan la tensió de la bateria disminueix, les llums es fan més fosques.

Analogia 3

Comprendem com es pot fer treball per mitjà de la tensió o diferència de potencial en un circuit elèctric. El circuit elèctric es mostra a la figura següent.

Com es mostra en el circuit hidràulic, l'aigua flueix a través d'un tub impulsada per una bomba mecànica. Un tub és equivalent a un fil conductor en un circuit elèctric.

Ara, si una bomba mecànica produeix una diferència de pressió entre dos punts, llavors l'aigua sota pressió podrà fer treball, com ara impulsar una turbina.

De manera similar, en un circuit elèctric, la diferència de potencial d'una pila pot causar que la corrent flueixi a través del conductor, i així, es pot fer treball per mitjà de la corrent elèctrica, com ara il·luminar una llum.

Què es mesura amb la tensió (unitats de tensió)?

Unitat SI de la tensió

La unitat SI de tensió és el volt. Això es representa amb una V. El volt és una unitat derivada del SI per a la tensió. El físic italià Alessandro Volta (1745-1827), que va inventar la pila voltaica, que va ser la primera bateria elèctrica, per tant, la unitat volt porta el seu nom en honor a ell.

Volt en Unitats Base del SI

El volt es pot definir com la diferència de potencial elèctric entre dos punts en un circuit elèctric que dissipa un joule d'energia per cada coulomb de càrrega que passa pel circuit elèctric. Matemàticament, es pot expressar com,

$\begin{align*} 1\,\,Volt = \frac{potential \ energy} {chrage} = \frac{1\,\, joule}{1\,\,coulomb} = \frac{kg\,\, m^2}{A\,\,s^3} \end{align*}$

Per tant, el volt es pot expressar en termes de les unitats base del SI com $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ o $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

També es pot mesurar en watts per amper o ampers vegades ohms.

Fórmula de Tensió

La fórmula bàsica de la tensió es mostra a la imatge següent.

Fórmula de Tensió 1 (Llei d'Ohm)

Segons la Llei d'Ohm, la tensió es pot expressar com,

$\begin{align*} Voltage = Current * Resistance \end{align*}$

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Exemple 1

Com es mostra en el circuit següent, una corrent de 4 A passa a través de la resistència de 15 Ω. Determineu la caiguda de tensió a través del circuit.

Solució:

Dades donades: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Segons la llei d'Ohm,

$\begin{align*} & V = I * R \\ & = 4 * 15 \\ & V = 60\,\,Volts \end{align*}$

Així, utilitzant l'equació, obtenim una caiguda de tensió a través del circuit de 60 volts.

Fórmula de tensió 2 (Potència i corrent)

La potència transferida és el producte de la tensió d' alimentació i la corrent elèctrica.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Ara, posem $I=\frac{V}{R}$ a l'equació anterior obtenim,

(1) $\begin{equation*} P = V * I = \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Així, obtenim que la tensió és igual a la potència dividida per la corrent. Matemàticament,

$\begin{align*} V = \frac{P}{I} \,\,Volts \end{align*}$

Exemple 2

Com es mostra en el circuit de sota, una corrent de 2 A està circulant a través d'una llum de 48 W. Determineu la tensió d'alimentació.

Solució:

Dades donades: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Segons la fórmula entre tensió, potència i corrent mencionada anteriorment,

$\begin{align*} & V = \frac{P}{I} \\ & = \frac{48}{2} \\ & V = 24 \,\,Volts \end{align*}$

Així, utilitzant l'equació, obtenim una tensió d'alimentació de 24 volts.

Fórmula de tensió 3 (Potència i resistència)

Segons l'equació (1), la tensió és l'arrel quadrada del producte de la potència i la resistència. Matemàticament,

$\begin{align*} V = \sqrt{P*R} \end{align*}$

Exemple 3

Com es mostra en el circuit següent, determina la tensió necessària per fer brillar una llum de 5 W amb una resistència de 2 Ω.

Solució:

Dades donades: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Segons la fórmula mencionada,

$\begin{align*} & V = \sqrt{P*R} \\ & = \sqrt{5*2} \\ & = \sqrt{10} \\ & V = 3.16 \,\,Volts \end{align*}$

Així, utilitzant l'equació, obtenim la tensió necessària per fer brillar una llum de $5 W, 2\Omega$ 3.16 Volts.

Símbol del circuit de tensió (CA i CC)

Símbol de tensió CA

El símbol de la tensió CA (corrent altern) es mostra a continuació:

企业微信截图_17098668569432.png — Símbol de tensió CA

Símbol de tensió CC

El símbol de la tensió CC (corrent contínu) es mostra a continuació:

Dimensions de la tensió

La tensió (V) és una representació de l'energia elèctrica per unitat de càrrega.

Les dimensions de la tensió es poden expressar en termes de massa (M), longitud (L), temps (T) i ampere (A) com es dóna per $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

$\begin{align*} V = \frac{W}{Q} = \frac{M L^2 T^-^2}{A T} = M L^2 T^-^3 A^-^1 \end{align*}$

Cal que algunes persones també utilitzen I en lloc de A per representar la corrent elèctrica. En aquest cas, la dimensió del voltatge es pot representar com $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Com mesurar el voltatge

En un circuit elèctric i electrònic, la mesura del voltatge és un paràmetre essencial que cal mesurar. Podem mesurar el voltatge entre un punt determinat i la terra o la línia de zero volts en un circuit.

En un circuit trifàsic, si mesurem el voltatge entre qualsevol de les fases dels tres fases i el punt neutre, això es coneix com a voltatge de fase a terra.

De manera similar, si mesurem el voltatge entre qualsevol de les dues fases dels tres fases, això es coneix com a voltatge de fase a fase.

Hi ha diversos instruments utilitzats per mesurar el voltatge. Discutim cada mètode.

Mètode del voltmetre

El voltatge entre dos punts en un sistema es pot mesurar utilitzant un voltmetre. Per mesurar un voltatge, el voltmetre s'ha de connectar en paral·lel amb el component del qual es vol mesurar el voltatge.

Una branca del voltmetre s'ha de connectar al primer punt i una al segon punt. Cal tenir en compte que el voltmetre no s'ha de connectar en sèrie.

El voltmetre també es pot utilitzar per mesurar la caiguda de tensió en qualsevol component o la suma de la caiguda de tensió en dos o més components dins d'un circuit.

Un voltmetre analògic funciona mesurant la corrent a través d'una resistència fixa. Ara, segons la llei d'Ohm, la corrent a través de la resistència és directament proporcional a la tensió o diferència de potencial a través de la resistència fixa. Així, podem determinar la tensió desconeguda.

Un altre exemple de connexió d'un voltmetre per a la mesura de la tensió en una bateria de 9 V es mostra a la figura següent:

Mètode del multimetre

Avui en dia, un dels mètodes més comuns per mesurar la tensió és utilitzant un multimetre. El multimetre pot ser analògic o digital, però els multimetres digitals són els més utilitzats degut a la seva major precisió i baix cost.

La tensió o diferència de potencial en qualsevol equipament es pot mesurar simplement connectant les sondes d'un multimetre entre els dos punts on es vol mesurar la tensió. La mesura de la tensió de la bateria utilitzant un multimetre es mostra a la imatge següent.

Multimetre per a la Mesura de Tensió — Connexió del Multimetre per a la Mesura de la Tensió de la Bateria

Mètode del Potenciòmetre

El potenciòmetre funciona segons el principi de la tècnica de balança nul·la. Mesura la tensió comparant una tensió desconeguda amb una tensió de referència coneguda.

Altres instruments com l'oscil·loscopi o el voltmetre electroestàtic també es poden utilitzar per mesurar la tensió.

Diferència entre tensió i corrent (Tensió vs Corrent)

La principal diferència entre la tensió i el corrent és que la tensió és la diferència de potencial d'una càrrega elèctrica entre dos punts en un camp elèctric, mentre que el corrent és el flux de càrregues elèctriques d'un punt a un altre en un camp elèctric.

Podem dir simplement que la tensió és la causa del flux de corrent, mentre que el corrent és l'efecte de la tensió.

Més alta sigui la tensió, més corrent fluirà entre dos punts. Cal tenir en compte que si dos punts en un circuit estan al mateix nivell de potencial, el corrent no podrà fluir entre aquests punts. La magnitud de la tensió i el corrent depèn l'una de l'altra (segons la llei d'Ohm).

Altres diferències entre la tensió i el corrent es discuteixen a la taula següent.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Diferència entre tensió i corrent

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Diferència entre tensió i corrent

Diferència entre tensió i diferència de potencial (Tensió vs Diferència de potencial)

No hi ha gaire diferència entre la tensió i la diferència de potencial. Però podem descriure la diferència entre elles de les següents maneres.

La tensió és la quantitat d'energia necessària per moure una unitat de càrrega entre dos punts, mentre que la diferència de potencial és la diferència entre el potencial més alt d'un punt i el potencial més baix de l'altre punt.

Degut a la càrrega puntual:

La tensió és el potencial obtingut en un punt considerant l'altre punt de referència a l'infinit. Mentre que la diferència de potencial és la diferència de potencial entre dos punts a distàncies finites de la càrrega. Matemàticament es poden expressar com,

$\begin{align*} Potential = V = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0 R} \end{align}$

$\begin{align*} Potential \,\, Difference= V_1_2 = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0}(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}) \end{align}$

Si prefereixes una explicació en vídeo de la tensió, consulta el vídeo següent:

Què és una tensió comuna?

Una tensió comuna es defineix com el nivell o valor típic de tensió dels aparells o equips elèctrics.

A continuació es llista un conjunt de tensions elèctriques comunes per a diversos aparells o equips.

Bateries d'òxid de plom utilitzades en vehicles elèctrics: 12 Volts CC. La bateria de 12 V consta de 6 cèl·lules amb una tensió comuna de cada cèl·lula de 2,1 V. Cal tenir en compte que les cèl·lules estan connectades en sèrie per augmentar la tensió.
Cèl·lules fotovoltàiques: Normalment produeixen una tensió d'aproximadament 0,5 Volts CC en condicions de circuit obert. No obstant això, sovint es connecten diverses cèl·lules fotovoltàiques en sèrie per formar panells solars, que poden produir una tensió total més elevada.
USB: 5 Volts CC.
Línies de transmissió d'alta tensió: 110 kV a 1200 kV AC.
Línies d'alimentació de trens d'alta velocitat (tractió): 12 kV i 50 kV AC o 0,75 kV i 3 kV CC.
Alimentació TTL/CMOS: 5 Volts.
Una bateria recàrrega nickel-cadmium d'una sola cèl·lula: 1,2 Volts.
Piles de llanterna: 1,5 Volts CC.

Les tensions comunes proporcionades per la companyia de distribució als consumidors residencials són:

100 V, AC monofàsic al Japó
120 V, AC monofàsic a Amèrica
230 V, AC monofàsic a Índia, Austràlia

Les tensions comunes proporcionades per la companyia de distribució als consumidors industrials són:

200 V, AC trifàsic al Japó
480 V, AC trifàsic a Amèrica
415 V, AC trifàsic a Índia

Aplicacions de la tensió

Algunes de les aplicacions de la tensió inclouen:

Una de les aplicacions més comunes de la tensió és determinar la caiguda de tensió en un dispositiu o equipament elèctric, com un resistor.
L'addició de tensió és necessària per augmentar la classificació de tensió. Per tant, les cèl·lules es connecten en sèrie per augmentar la classificació de tensió.

La tensió és la font bàsica d'energia de tota maquinària elèctrica i electrònica. Es fan servir tensions baixes (5 V) fins a tensions altes (415 V) en diverses aplicacions.

La tensió baixa s'utilitza sovint per a molts equips electrònics i aplicacions de control.

La tensió alta s'utilitza per a

Impressió electroestàtica, pintura electroestàtica, revestiment electroestàtic de materials
Estudi de la cosmologia espacial
Precipitador electroestàtic (control de la contaminació atmosfèrica)
Laboratori de propulsió per reacte
Tubs de raigs X
Tubs de vacuüm d'amplificadors de gran potència
Espectrometria de massa
Prova dielèctrica
Prova d'aliments i begudes
Aplicacions d'electrorociament i filatge, electrofotografia
Aplicacions basades en plasma
Sensació de nivell
Calor induïda
Llamps de llamp
SONAR
Per a provar equips elèctrics

Font: Electrical4u

Declaració: Respecteu l'original, articles bons que valen la pena compartir, si hi ha infracció contacteu per a eliminar.

Dona una propina i anima l'autor

Temes:

Electrònica bàsica

Voltatge

Sobre experts

Electrical4u

China

Recomanat

Més

Unitat de Mà Principal Sense SF₆ d'Alta Tensió: Ajustament de les Característiques Mecàniques

(1) L'interval de contact es determina principalment pels paràmetres de coordinació d'aislament, els paràmetres d'interrupció, el material del contacte de la unitat de distribució en anell sense SF₆ d'alta tensió i el disseny de la cambra de soplada magnètica. En la aplicació pràctica, un interval de contacte més gran no és necessàriament millor; en comptes d'això, l'interval de contacte s'hauria d'ajustar tan proper com sigui possible al seu límit inferior per reduir el consum d'energia operati

James

12/10/2025

Línies d'Alimentació en Baixa tensió i Requisits de Distribució Elèctrica per a Obres

Les línies de distribució de baixa tensió es refereixen als circuits que, a través d'un transformador de distribució, redueixen la alta tensió de 10 kV al nivell de 380/220 V, és a dir, les línies de baixa tensió que van des de la subestació fins a l'equipament final d'ús.Les línies de distribució de baixa tensió haurien de tenir-se en compte durant la fase de disseny de les configuracions de cablatge de la subestació. En les fàbriques, per a tallers amb una demanda de potència relativament elev

James

12/09/2025

Com afecten les harmòniques de tensió al calentament del transformador de distribució H59

L'impacte de les harmoniques de tensió en l'augment del temperatura en els transformadors de distribució H59Els transformadors de distribució H59 són un dels equips més crítics en els sistemes elèctrics, principalment funcionant per convertir la electricitat d'alta tensió de la xarxa elèctrica en la electricitat de baixa tensió necessària pels usuaris finals. No obstant això, els sistemes elèctrics contenen nombroses càrregues i fonts no lineals que introduïxen harmoniques de tensió que afecten

Echo

12/08/2025

Principals causes de falla del transformador de distribució H59

1. SobrecàrregaEn primer lloc, amb la millora dels nivells de vida de les persones, el consum d'electricitat ha augmentat ràpidament en general. Els transformadors de distribució H59 originals tenen una capacitat petita—“un cavall petit arrossegant un carretó gran”—i no poden satisfer les necessitats dels usuaris, provocant que els transformadors funcionin en condicions de sobrecàrrega. En segon lloc, les variacions estacionals i les condicions meteorològiques extrems porten a una demanda màxima

Felix Spark

12/06/2025

Voltage	Current
The voltage is the difference in potential between two points in an electric field.	The current is the flow of charges between two points in an electric field.
The symbol of the current is I.	The SI unit of current is ampere or amp.
The symbol of voltage is V or ΔV or E.	The symbol of current is I.
Voltage can be measured by using a voltmeter.	Current can be measured by using an ammeter.
$Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)}$	$Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)}$
$1\ Volt=\frac{1\ joule}{1\ coulomb}$	$1\ Ampere=\frac{1\ coulomb}{(1\ second)}$
In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same.	In a series circuit, the magnitude of the current remains the same.
The voltage creates a magnetic field around it.	The current creates an electrostatic field around it.
Dimensions of voltage is $ML^2 T^-^3 A^-^1$	Dimensions of current is $MLTA^1$
In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure.	In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate.
The voltage is the cause of the current flowing in the circuit.	An electric current is the effect of a voltage.