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In fisica, la differenza di potenziale è la differenza in potenziale tra due punti immersi in un campo vettoriale conservativo. Nel contesto dell'elettricità, il campo vettoriale conservativo è il campo elettrostatico. Tra due punti nel campo si può definire una differenza di potenziale elettrico la cui unità di misura è il volt. Tale differenza di potenziale è talvolta chiamata tensione o, più raramente (ed impropriamente), voltaggio.
Indice |
Produzione
Il prodotto del flusso e della differenza di potenziale è la potenza, che è il rapporto tra la quantità di energia prodotta ed il tempo. In un fluido la differenza di potenziale è una differenza in pressione. In un sistema termico, la differenza di potenziale è una differenza in temperatura. In meccanica, la differenza di potenziale è la differenza nel potenziale gravitazionale tra due punti. In ingegneria elettrica la differenza di potenziale è detta tensione, ovvero la differenza tra i punti iniziale e finale di un potenziale elettrostatico.
Definizioni elettriche
La differenza di potenziale tra due punti è generata da una forza elettromotrice (f.e.m.) che sposta portatori di carica dello stesso segno verso un punto del circuito. Una differenza di potenziale è anche generata tra gli estremi di un conduttore elettrico che si muove perpendicolarmente ad un campo magnetico. La differenza di potenziale tra due punti in un circuito elettrico, poi, è pari alla differenza tra i loro potenziali elettrici.
La differenza di potenziale è definita come la quantità di lavoro per carica necessaria a muovere una carica elettrica dal secondo al primo punto, o equivalentemente come la quantità di lavoro che l'unità di carica deve compiere per andare dal primo al secondo punto. Nel sistema di misure SI, la differenza di potenziale, il potenziale elettrico e la forza elettromotrice sono tutte misurate in volt. Gli anglofoni, per rendere onore al genio di Alessandro Volta, uno dei primi scienziati a compiere esperimenti con l'elettricità (famosa la pila di Volta) chiamano voltage la differenza di potenziale. In italiano, al contrario, si utilizza il termine tensione, essendo Voltaggio (AL) un comune in provincia di Alessandria.
La differenza di potenziale tra due punti a e b è l'integrale di linea del campo elettrico E, che, nel caso conservativo, dipende solo dagli estremi di integrazione:
dove E è il modulo del campo elettrico e φ l'angolo compreso tra il vettore campo elettrico ed il percorso compiuto tra a e b.
Se si pensa ad un'analogia fra un circuito elettrico ed uno idraulico, composto da una serie di tubi in cui scorre acqua spinta da pompe in assenza di gravità, la differenza di potenziale corrisponde alla differenza di pressione fra due punti. Se c'è differenza di pressione, l'acqua, che scorre dal primo punto al secondo, può compiere lavoro, come alimentare una turbina.
La tensione elettrica, nel caso conservativo, è additiva in questo senso: la tensione tra A e C è la somma della tensione tra A e B e quella tra B e C. Due punti che in un circuito sono connessi da un conduttore ideale (senza resistenza) hanno differenza di potenziale pari a 0, ma altri punti del circuito possono avere una differenza di potenziale diversa da 0. Se due punti allo stesso potenziale sono collegati da un conduttore, la connessione non sarà attraversata da corrente. Le differenti tensioni in un circuito possono essere calcolate con le leggi di Kirchhoff ai circuiti.
Strumenti
Sorgenti comuni di fem sono la batteria, il generatore elettrico e il capacitore. Tra gli strumenti utilizzati per misurare le differenze di potenziale ci sono il voltmetro e l'oscilloscopio.
Storia
Nel 1800, dopo un disaccordo professionale sulla risposta galvanica sostenuta da Luigi Galvani, Alessandro Volta sviluppò la nota pila voltaica, precursore della batteria, che produce una tensione costante ai suoi capi. Volta sperimentò che la più efficace coppia di metalli diversi per produrre elettricità erano lo zinco e l'argento. Negli anni 1880, l'International Electrical Congress (Congresso Elettrico Internazionale), ora l'International Electrotechnical Commission (IEC), approvò il volt (come unità di misura) per la forza elettromotrice. Il volt fu definito come la differenza di potenziale su un conduttore quando una corrente di un ampere dissipa un watt di potenza.
