Tensión (electricidad)

Suele usarse una analogía para entender de forma sencilla e intuitiva los conceptos básicos de electricidad. Se supone un camino cerrado de tuberías en forma de círculo, compuesto por:

1. Agua: Son los electrones que se mueven para hacer algún trabajo.
2. Bomba propulsora de agua: En el equivalente eléctrico sería la fuente de tensión, que ejerce presión sobre los electrones (agua). Si la bomba está apagada no fluye agua o electrones. Si la bomba está encendida hay una diferencia de presión (tensión) que mueve el agua (electrones).
3. Zona de la tubería muy estrecha. El agua tendrá dificultades para pasar por una tubería estrecha. Es el equivalente a la resistencia eléctrica, que impide el paso de electrones.

En el caso de existir un potencial eléctrico en ${\displaystyle A}$ diferente al del punto ${\displaystyle B}$, se llama diferencia de potencial a ${\displaystyle V_{a}-V_{b}=\Delta V}$. Si ${\displaystyle V_{a}}$ es mayor que ${\displaystyle V_{b}}$ se establecerá un campo eléctrico que moverá los electrones desde el punto ${\displaystyle A}$ hacia el ${\displaystyle B}$. Como el campo eléctrico es conservativo debe existir un camino cerrado desde el punto ${\displaystyle A}$ al ${\displaystyle B}$ para que se produzca flujo eléctrico y trabajo en la carga.[7]

La diferencia de potencial entre los terminales de un componente pasivo depende de las características del componente y de la intensidad de corriente eléctrica.

Un multímetro con la función de voltímetro seleccionada. En corriente alterna indica el valor eficaz de la tensión.

La tensión eficaz o valor eficaz de la tensión es el valor medido por la mayoría de los voltímetros de corriente alterna. Equivale a una tensión constante que, aplicada sobre una misma resistencia eléctrica, consume la misma potencia eléctrica en un período, transformando la energía eléctrica en energía térmica por efecto Joule.

La energía consumida en un periodo de tiempo ${\displaystyle T}$ por una resistencia eléctrica es igual a

${\displaystyle W=P\cdot T=I_{\rm {ef}}^{2}\cdot R\cdot T={\frac {1}{R}}\cdot V_{\rm {ef}}^{2}\cdot T={\frac {1}{R}}\cdot {\int _{0}^{T}{V^{2}(t)}\,dt}}$,

donde ${\displaystyle W}$ es la energía consumida, ${\displaystyle P}$ es la potencia, ${\displaystyle T}$ es el periodo de tiempo, ${\displaystyle I}$_ef es el valor eficaz de la intensidad eléctrica, ${\displaystyle V}$_ef es la tensión eficaz y ${\displaystyle V}$(${\displaystyle t}$) es el valor instantáneo de la tensión en función del tiempo ${\displaystyle t}$.

Despejando la tensión eficaz se obtiene la media cuadrática de la tensión:

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\sqrt {{1 \over {T}}{\int _{0}^{T}{V^{2}(t)}\,dt}}}}$.

Onda sinusoidal.

En corriente alterna senoidal, la tensión varía conforme una onda senoidal.

${\displaystyle V(t)=V_{0}\cdot \sin(\omega t+\phi )}$,

donde se expresa la tensión ${\displaystyle V}$ en función del tiempo ${\displaystyle t}$, ${\displaystyle V}$₀ es la amplitud de la tensión, ${\displaystyle \omega }$ es la frecuencia angular y ${\displaystyle \phi }$ es la fase o el desfase.

Tomando como periodo de integración el periodo de la onda (${\displaystyle T=2\pi /\omega }$), se tiene:

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {\omega }{2\pi }}{\int _{0}^{\frac {2\pi }{\omega }}{V_{0}^{2}\sin ^{2}(\omega t)}\,dt}}}}$;

Como la amplitud de la tensión ${\displaystyle V}$₀ es constante puede sacarse fuera de la integral.

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}{\int _{0}^{\frac {2\pi }{\omega }}{\sin ^{2}(\omega t)}\,dt}}}}$.

Aplicando una identidad trigonométrica para eliminar la potencia cuadrática de una función trigonométrica:

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}{\int _{0}^{\frac {2\pi }{\omega }}{1-\cos(2\omega t) \over 2}\,dt}}}}$;

Integrando:

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}{\Big [}{{\frac {t}{2}}-{\frac {\sin({2\omega t})}{4\omega }}}{\Big ]}_{0}^{\frac {2\pi }{\omega }}}}}$

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}\cdot {\frac {\pi }{\omega }}}}}$

${\displaystyle V_{\rm {ef}}={\frac {1}{\sqrt {2}}}V_{0}}$

La tensión es una de las tres variables comunes que se usan en electricidad, en conjunto con la corriente y la impedancia eléctrica. Existen dos leyes importantes básicas que relacionan a la tensión; estas son:

1. Ley de Ohm: relaciona la tensión con la impedancia ${\displaystyle Z}$ y la corriente ${\displaystyle I}$ por medio de la relación ${\displaystyle V=ZI}$.
2. Segunda ley de Kirchhoff o de las tensiones: establece que la suma de todas las caídas de potencial en un circuito cerrado es igual a cero.

• Electricidad
• Corriente
• Corriente alterna
• Corriente continua
• Impedancia
• Resistencia
• Admitancia