El volt o voltio es la unidad empleada en el Sistema Internacional de Unidades SI para expresar el voltaje y el potencial eléctrico, una de las principales magnitudes de la electricidad. El voltaje hace el trabajo necesario para poner en marcha las cargas eléctricas y crear así una corriente. La corriente eléctrica, viajando a través de los conductores, es capaz de poner a funcionar motores, transmitir información, iluminar avenidas y hogares y mucho más.
El nombre de voltio como unidad, se escogió en honor a Alessandro Volta (1745-1827), el físico y químico italiano que inventó la pila eléctrica hacia 1800. Por aquel entonces, el anatomista Luigi Galvani había comprobado que las ancas de rana se podían contraer aplicando electricidad. Volta, al tanto de estos resultados, también se dedicó a buscar cargas eléctricas en los tejidos animales, valiéndose de un electroscopio.
Sin embargo, Volta no encontró lo que buscaba en los materiales orgánicos y finalmente se convenció de que las cargas eléctricas estaban, de alguna forma, en los metales con los que tocaba las ancas de rana.
Volta también se percató de que dos metales distintos producen una diferencia de potencial y que algunas combinaciones eran mejor que otras. Así construyó la primera batería: láminas de fieltro humedecido en solución salina entre dos electrodos de plata y zinc. Apiló varias de estas capas y así fue capaz de producir una corriente eléctrica estable.
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Concepto y fórmulas
En 1874 el voltio, junto con el ohmio, fueron adoptados como unidades para el voltaje y la resistencia respectivamente, por una comisión de la British Association for the Advancement of Science (BAAS) formada por notables científicos de todo el mundo.
En ese entonces, fueron denominadas “unidades prácticas” y hoy forman parte del Sistema Internacional de Unidades o SI.
En la mayor parte de la literatura, la diferencia de potencial se define como energía por unidad de carga. En efecto, si se tiene una carga eléctrica en medio de un campo eléctrico producido por otra carga, es necesario hacer un trabajo para hacer que se muevan de un lugar a otro.
El trabajo realizado queda almacenado en la configuración de cargas como un cambio en su energía potencial eléctrica, que llamaremos ∆U. El símbolo ∆ indica dicho cambio o diferencia, ya que ∆U = Ufinal – Unicial.
De esta manera, la diferencia de potencial entre dos puntos ∆V, queda definida como:
∆V=∆U/q
Ya que la energía tiene unidades de joule (J) y la carga viene en coulomb (C), un voltaje de 1 voltio (V) equivale a 1 joule/coulomb:
1 V = 1 J/C
Así, 1 voltio equivale a una diferencia de potencial haciendo el trabajo de 1 joule por cada coulomb.
Definición alternativa del voltio
Otra forma de definir el voltio es vinculando la corriente eléctrica y la potencia. De esta manera, 1 voltio (V) es la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un alambre por el cual circula una corriente de 1 ampere (A) si la potencia que disipa es de 1 watt (W). Por lo tanto:
1 V=1 W/A
Esta definición es importante porque en ella interviene la intensidad de la corriente eléctrica, que es una de las magnitudes fundamentales de la física. Por ello el ampere pertenece al grupo de las siete unidades fundamentales:
metro, kilogramo, segundo, ampere, kelvin, mol, candela
Es posible cotejar que ambas definiciones son equivalentes, sabiendo que 1 watt es 1 joule/segundo y 1 amperio es 1 coulomb/segundo, de allí que:
1 W/A = 1 (J/s) / (C/s)
Los segundos se cancelan, y queda J/C, equivalente a su vez a 1 newton . metro/coulomb. Por lo tanto 1 voltio también se expresa como:
1 V = 1 N.m/C
La ley de Ohm
Para algunos materiales, se cumple una relación lineal entre el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia eléctrica (R) de un material, que se conoce como ley de Ohm. De esta forma:
V= I.R
Como las unidades para la resistencia eléctricas son los ohmios (Ω), resulta que 1 V = 1 A.Ω
Equivalencias
Para medir voltajes se utilizan principalmente el multímetro o tester y el osciloscopio. El primero ofrece una medida directa del voltaje y el segundo tiene una pantalla para visualizar la forma de la señal, además de su valor.
Es común encontrar valores mucho mayores o menores que el voltio, por lo tanto es útil disponer de las equivalencias entre los múltiplos y los submúltiplos:
-1 kilovoltio (kV) = 1000 V
-1 milivoltio (mV) = 10-3 V
-1 microvoltio (μV) = 10-6 V
Ejemplos
Voltajes en la biología
En el corazón existe una zona llamada nodo sinusal, que se comporta como una batería al generar impulsos eléctricos que estimulan los latidos cardíacos.
La gráfica de los mismos se obtiene mediante un electrocardiograma, que ofrece los valores del ciclo cardíaco: duración y amplitud. Gracias a ello se pueden detectar anomalías en el funcionamiento del corazón.
Valores típicos del potencial de membrana, en el interior del corazón, están entre 70 -90 mV, mientras que el electrocardiógrafo es capaz de registrar voltajes del orden de 1 mV.
El sistema nervioso también funciona mediante impulsos eléctricos. En los nervios de los seres humanos se pueden medir voltajes de unos 70 mV.
Voltajes en la Tierra
La Tierra posee un campo eléctrico propio dirigido hacia el interior del planeta, de este modo se sabe que está cargada negativamente. Entre la superficie y las capas superiores de la atmósfera hay campos cuya magnitud varía entre 66 -150 N/C, pudiendo establecerse diferencias de potencial de hasta 100 kV.
Por otra parte, las corrientes naturales que fluyen en el subsuelo, permiten caracterizar un terreno mediante el uso de métodos eléctricos en geofísica. Un ensayo consiste en insertar electrodos en el terreno, dos para voltaje y dos para corriente y medir las respectivas magnitudes.
Variando de distintas formas la configuración de los electrodos, es posible determinar la resistividad del terreno, una propiedad que indica cuán fácil o difícil puede fluir la corriente en un material dado. Dependiendo de los valores obtenidos, se puede inferir la existencia de una anomalía eléctrica, que puede indicar la existencia de ciertos minerales en el subsuelo.
Voltajes en dispositivos de uso común
-Red de alimentación doméstica (voltaje alterno): 110 V en América y 220 en Europa.
-Bujías en el automóvil: 15 kV
-La batería del coche: 12 V
-Una batería seca para juguetes y linternas: 1.5 V
-Voltaje en una batería de smartphone: 3.7 V.
Referencias
- International Electrotechnical Commission IEC. Historical Background. Recuperado de: iec.ch.
- Griem-Kee, S. 2016. Métodos eléctricos. Recuperado de: geovirtual2.cl.
- Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada al mundo. 6ta Edición abreviada. Cengage Learning.
- Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
- The Physics Factbook. Electric Field on Earth. Recuperado de: hypertextbook.com.
- Wikipedia. Electrocardiograma. Recuperado de: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Magnitud física. Recuperado de: es.wikipedia.org.