Prácticamente, el voltaje es una medida de la diferencia entre dos puntos. Usted puede pensar que sólo de esta manera, y ser un muy buen ingeniero. La medición de la diferencia entre dos puntos es fácil con un voltímetro, como usted sin duda sabe. Esta cosa que se mide normalmente se denomina tensión , pero es más propiamente se llama diferencia de potencial eléctrico.
Pero, hay una cosa que puede ser medido en voltios que se define en un solo punto, y que es el campo eléctrico potencial. Para entenderlo, debe salir del campo de la ingeniería, y entrar en el campo de la física (ningún retruécano previsto).
Dicen que tienen un electrón (carga negativa) y un protón (carga positiva). Naturalmente, estos dos se atraen, y (tan lejos como yo lo entiendo; yo no soy un físico!) esto es lo que mantiene a los electrones atrapados a sus núcleos atómicos.
Pero, si usted puede tirar de estos dos separados, se obtiene un campo entre ellos. Usted puede visualizar así:
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(fuente de la imagen)
Estas líneas representan la fuerza (en nuestro caso, la fuerza electromotriz) que iba a ser experimentado por un cargo, si fuera a ser en este campo. Que es que, si eres un infinitesimalmente pequeña carga en la imagen, que sería sentir una fuerza de empuje en la dirección de las flechas. Usted puede pensar que el protón como arrojando un fluido invisible, y el electrón de succión. Este invisible fluido actúa sobre otros cargos como el viento.
He aquí otra forma de visualizar el mismo campo. El protón es una montaña, y el electrón está en un valle:
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(fuente de la imagen)
Si eres un pelota en este campo, la gravedad hará el trabajo por usted, y usted va a rodar cuesta abajo. Excepto, esto no es un campo de gravedad, por lo que nuestra "bola" de "carga", no de la masa. Por supuesto, si usted añadir ningún cargo a esta imagen, los cambios de campo. Esto también es cierto de los campos de gravedad, a excepción de la Tierra es mucho más masivo que el balón se imagina que su efecto es despreciable. Así, imagine que su bola de carga rodando alrededor en este campo es infinitesimal.
Ahora, una cosa que usted notará sobre este campo: a medida que se extienden hasta el infinito, se convierte en plana. El campo eléctrico potencial en este infinitamente distante lugar es \$0V\$, por definición.
Si queremos poner un balón en la montaña infinitamente lejos, vamos a tener que hacer el trabajo. Cuánto? Bueno, eso depende de dos cosas: qué tan alto queremos ir, y cómo de grande la bola. Una gran bola lleva más trabajo. Empuje superior lleva más trabajo.
Una manera de definir el volt es joules (energía, trabajo) por coulomb (cargo):
$$ V = \frac{J}{C} $$
Así que usted puede pensar en ello de esta forma: si usted tiene una bola de carga que fue de 1 coulomb grandes, y que hicieron 1 joule de trabajo empujando cuesta arriba, que son un voltio alta. O, si usted tiene un 1 coulomb de la bola de cargo, y vamos a rodar cuesta abajo en la electrónica, y parar después de 1 joule de trabajo que se ha hecho, usted está en -1 voltios. Si la bola fue de 2 coulombs grande, entonces el trabajo se duplica, pero no deja de ser sólo de 1 voltio.
Por lo tanto, usted puede elegir cualquier punto en este campo, y conseguir su potencial eléctrico. Es la cantidad de trabajo que podría ser realizado, o que se ha hecho, por unidad de carga, llegar hasta allí desde infinitamente lejos. Con nuestra colina y el valle de la analogía, el potencial eléctrico es análoga a la de la elevación.
Cuando usted se pega a su sondas en dos puntos, se están haciendo la pregunta:
Si dejo que una bola de carga de 1 coulomb rollo grande entre estos puntos, ¿cuántos joules de trabajo será hecho en ella?
Por supuesto, nosotros no podemos obtener infinitamente lejos de todo cargo en el universo, así que en realidad no puede medir el campo eléctrico potencial directamente con un multímetro. Sólo podemos medir la diferencia de potencial eléctrico. Pero, podemos calcular el campo eléctrico potencial, si sabemos donde las cargas en un sistema.
Como no estamos infinitamente lejos de todo cargo en el universo, que no es necesariamente cierta campo eléctrico potencial en todas partes. Pero, no podemos trabajar con potencial; necesitamos una diferencia. Usted no puede hacer cualquier trabajo con una pelota en una montaña a menos que usted puede rodar fuera.
