¿Cómo se puede tener una tensión negativa?

Question

¿Cómo se puede tener una negativa tensión ? No entiendo muy bien el concepto de tensión negativa, ¿cómo puede existir?

Answer 1

Lo más sencillo es recordar que sólo diferencias en materia de potencial, y eso significa que podemos sumar o restar una constante a cada voltaje de un sistema sin que cambie su comportamiento, por lo que podemos hacer que cualquier número negativo sea positivo para que te sientas mejor o, con la misma facilidad, hacer que todos los positivos sean negativos.

En resumen, es sólo un número y no debes preocuparte porque tenga un signo.

Answer 2

La tensión es una diferencia de energía potencial para las cargas eléctricas, y los potenciales se definen a partir de las fuerzas, por lo que $F=-\nabla V$ , donde $V$ es el potencial y $F$ es la fuerza. Cuando hayas determinado el potencial $V$ ahora puedes añadir cualquier constante que quieras, o cualquier función $f$ que no depende de las coordenadas, porque $-\nabla V=-\nabla (V+f)$ , como $f$ no depende de las coordenadas. Esto último es lo que se conoce como fijar un origen de energía potencial, algo de lo que seguro has oído hablar. Pues bien, en esa función $f$ donde fijas tu origen para los potenciales, puedes tener tensiones negativas entre dos puntos.

Otra forma de ver el voltaje es el trabajo que debe hacer por unidad de carga para mover esa carga de un punto a otro, incluso aquí, cuando estamos tratando con diferencias, también puedes tener voltajes negativos.

Si se trata de circuitos, se aplica todo lo anterior, se puede establecer una diferencia de potencial $V$ por, digamos, una pila, entonces puedes utilizar algún dispositivo para que la energía potencial sea aún menor que la establecida por el signo - de la pila, ya que al establecer el origen potencial 0 para esa pila, entonces ese punto tendrá una tensión negativa.

Answer 3

Supongamos que se quiere conocer la diferencia de potencial eléctrico r a metros de distancia de un electrón sentado en el vacío del espacio. Denotaremos esta diferencia de potencial como $V_e$ .

La diferencia de potencial eléctrico describe la diferencia de energía potencial de una carga positiva unitaria de un punto del espacio a otro y el trabajo realizado sobre una carga positiva unitaria para llevarla del mismo punto al otro.

Esto da la ecuación: $$V_a-V_b=k\frac{Q}{r_a}-k\frac{Q}{r_b}$$

$V_a$ es el potencial final y $V_b$ es la inicial. En este escenario, es convencional hacer $V_b$ el punto de referencia cero en $r = \infty$ que hace que $r_b = \infty$ y $V_b = 0$ . Por lo tanto, la ecuación se convierte en:

$$V_a=k\frac{Q}{r_a}$$

Porque estamos viendo la diferencia de potencial de un electrón, $Q=-e$ , donde $e$ es igual a la carga elemental. Entonces, la ecuación, en este caso, es:

$$V_e=k\frac{-e}{r_a}$$

Esta ecuación da un valor negativo independientemente de la distancia a la que se encuentre la carga de prueba positiva del electrón. Esto tiene sentido porque una carga puntual positiva a $r_b = \infty$ pierde energía potencial al ser llevado hacia el electrón (corriente abajo), y se realiza un trabajo negativo.

Si se sustituye el electrón por un protón, la diferencia de potencial, denotada por $V_p$ se convertirá: $$V_p=k\frac{e}{r_a}$$

Si tienes un protón y un electrón, simplemente calcularás $V_e + V_p$ porque el potencial eléctrico es una cantidad escalar.

Answer 4

La tensión "negativa" es relativa. El potencial es el potencial. Si tengo dos pilas conectadas en serie y mido los voltios desde el punto donde están conectadas, mediré +V en un extremo y -V en el otro. Esta es una pregunta básica de electrónica y ahora tienes una respuesta básica.