¿Qué es y como funciona el voltaje?

Key Concepts

• Átomo: Unidad básica de la materia, compuesta por protones, neutrones y electrones.
• Electrón libre/de valencia: Electrón en la capa más externa de un átomo, disponible para formar enlaces o conducir electricidad.
• Voltaje (Diferencia de potencial): Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, medida en voltios (Julios/Culombio).
• Julio (Joule): Unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades (SI).
• Caloría: Unidad de energía, equivalente a 4.2 Julios.
• Efecto Joule: Producción de calor en un conductor por el paso de corriente eléctrica.
• Poliatómico: Grupo de átomos unidos que actúan como una sola unidad.
• Ánodo y Cátodo: Electrodos en un sistema electroquímico; el ánodo es donde ocurre la oxidación y el cátodo donde ocurre la reducción.
• Coulombio (Coulomb): Unidad de carga eléctrica en el SI.
• Amperio (Ampere): Unidad de corriente eléctrica en el SI (no se profundiza en este video).
• PWM (Pulse Width Modulation): Modulación por ancho de pulsos, técnica para simular voltajes variables mediante pulsos de voltaje constante.

El Voltaje y su Origen

El video comienza explicando el concepto básico del voltaje a través de la interacción entre átomos.

• Carga Eléctrica: Se explica cómo la ganancia o pérdida de electrones en un átomo crea iones con carga negativa (exceso de electrones) o positiva (deficiencia de electrones).
• Diferencia de Potencial: La diferencia en la carga entre dos puntos crea una diferencia de potencial, conocida como voltaje. El átomo con exceso de electrones intentará deshacerse de ellos, mientras que el átomo con deficiencia intentará recuperarlos.

El Julio como Unidad de Energía

Se introduce a James Prescott Joule y su contribución a la comprensión de la energía.

• Julio (Joule): Se define el julio como la unidad de energía y se dan ejemplos de su aplicación en diferentes contextos: energía térmica, potencial gravitatoria, cinética, eléctrica.
• Ejemplos:
  • Medir la energía que gasta un gato al subir escaleras.
  • La cantidad de energía solar que llega a la Tierra (1367 Julios por segundo por metro cuadrado).
  • La energía necesaria para levantar un kilogramo a 10 centímetros de altura.
• Efecto Joule: Se recuerda la relación entre el calor producido por el efecto Joule, la corriente, la resistencia y el tiempo (mencionado en un video anterior).

Carga Eléctrica y el Coulombio

Se explica la medición de la carga eléctrica y se introduce el Coulombio.

• Representación Atómica Simplificada: Se advierte que las representaciones de los átomos son simplificadas y no precisas.
• Ánodo y Cátodo: Se definen ánodo y cátodo como electrodos con funciones específicas (oxidación y reducción, respectivamente), diferenciándolos de los aniones y cationes, que son iones con carga negativa o positiva.
• Coulombio (Coulomb): Se presenta a Charles-Augustin de Coulomb y se define el Coulombio como la unidad de carga eléctrica.
  • Un Coulombio negativo equivale a 6.24 x 10^18 electrones extra.
  • Un Coulombio positivo equivale a un déficit de 6.24 x 10^18 electrones.

Voltaje como Energía por Unidad de Carga

Se relaciona el voltaje con la energía y la carga eléctrica.

• Corriente Eléctrica: Se describe el flujo de electrones a través de un material conductor como corriente eléctrica, medida en Amperios (tema para otro video).
• Voltaje Definido: Se define el voltaje como Julios por Coulombio (J/C).
• Ejemplos:
  • Una batería de 9 voltios proporciona 9 Julios de energía por cada Coulombio de carga que se mueve.
  • Una lámpara conectada a 220 voltios recibe 220 Julios de energía por cada Coulombio que circula.

Aplicación del Voltaje en Circuitos Electrónicos

Se muestra cómo el voltaje se utiliza en circuitos electrónicos, como con un LED y un Arduino.

• LED y Arduino: Se explica cómo un LED conectado a un Arduino recibe 5 voltios (5 Julios por Coulombio).
• Resistencia: Se introduce el concepto de resistencia en el circuito, que dificulta el paso de la corriente y reduce el voltaje que llega al LED (ejemplo: de 5 voltios a 1.7 voltios).
• PWM (Pulse Width Modulation): Se explica cómo el Arduino utiliza PWM para simular voltajes variables y controlar la intensidad de la luz del LED.
  • Se calcula que 1.7 voltios es el 34% de 5 voltios.
  • Se describe cómo variar el ancho del pulso (tiempo en que el voltaje está en 5 voltios) simula un voltaje de 1.7 voltios.
  • Se advierte que conectar el LED directamente sin la resistencia podría dañarlo.

Conclusión

El video explica el concepto de voltaje desde su origen en la interacción atómica hasta su aplicación en circuitos electrónicos. Se relaciona el voltaje con la energía (Julios) y la carga eléctrica (Coulombios), y se dan ejemplos prácticos de cómo se utiliza en la vida cotidiana y en la electrónica. Se introduce brevemente el concepto de PWM como una técnica para simular voltajes variables. El video deja la puerta abierta para una futura explicación del amperaje.