Voltaje
El voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, el impulso por unidad de carga que impulsa la corriente, medido en volts.
Definition
El voltaje es el impulso que hace que la carga eléctrica se mueva a través de un cable, y mientras mayor sea el voltaje más fuerte es el impulso, muy parecido a la presión del agua: alta presión no significa que el agua esté fluyendo, significa que el agua fluiría con fuerza si se abriera el grifo. Es la diferencia de potencial, la energía dada a cada unidad de carga que se mueve entre dos puntos, medida en volts, donde un volt significa un joule por coulomb; una batería o un generador crean un voltaje que impulsa la corriente a través de un circuito según la ley de Ohm, $V = IR$, y el voltaje siempre se mide entre dos puntos, como a través de un foco o entre las terminales de una batería. Formalmente, el voltaje es $\Delta V = V_B - V_A = -\int_A^B \vec{E}\cdot d\vec{l}$, el trabajo por unidad de carga realizado contra el campo eléctrico, así que $\vec{E} = -\nabla V$; una fuente ideal proporciona una fuerza electromotriz $\mathcal{E}$, mientras que una fuente real entrega un voltaje de terminal $V = \mathcal{E} - Ir$ debido a la resistencia interna $r$, la ley de voltajes de Kirchhoff establece que las diferencias de potencial alrededor de cualquier circuito cerrado suman cero, y la potencia entregada a un elemento de circuito es $P = IV$.
Example
Una pila AA pequeña da $1.5$ volts, la batería de un auto da $12$ volts, y un tomacorriente de pared en Estados Unidos da unos $120$ volts, por eso los tomacorrientes son peligrosos y las pilas no; una batería de $9\ \text{V}$ que impulsa $0.5\ \text{A}$ a través de un motor pequeño implica una resistencia de $R = V/I = 9/0.5 = 18\ \Omega$, con cada coulomb de carga entregándole $9\ \text{J}$. Una batería con $\mathcal{E} = 12.0\ \text{V}$ y $r = 0.05\ \Omega$ que alimenta un motor de arranque que consume $150\ \text{A}$ cae a un voltaje de terminal de $V = 12.0 - 150 \times 0.05 = 4.5\ \text{V}$ durante el arranque, disipando $I^2r = 1{,}125\ \text{W}$ internamente, por eso las luces del tablero se atenúan cuando el motor arranca.
Key Insight
Un pájaro se posa a salvo en una línea eléctrica de $10{,}000\ \text{V}$ porque ambas patas están al mismo voltaje, y la corriente necesita una diferencia, de la cual no hay ninguna a través del pájaro. El alto voltaje también es lo que hace posible la transmisión de energía a larga distancia: para una potencia fija $P = IV$, elevar $V$ a $500\ \text{kV}$ reduce $I$ y recorta drásticamente las pérdidas de línea $I^2R$, por eso existen los transformadores, para intercambiar voltaje por corriente en cada extremo.