Voltímetro

Función y símbolo del voltímetro

Entonces, ¿cómo funcionan exactamente los voltímetros y para qué podemos utilizarlos? Todos los voltímetros deben colocarse en paralelo con el componente del que intentan medir la tensión. Esto se debe a que los componentes en paralelo tienen la misma diferencia de potencial, según la Regla del Lazo de Kirchhoff, y por tanto, al colocar el voltímetro en paralelo, mide la tensión a través del componente midiendo su propia tensión.

Los distintos voltímetros hacen esto de formas diferentes. Los primeros voltímetros medían la corriente que circulaba por ellos utilizando la inductancia electromagnética para desviar una aguja que, combinada con una resistencia conocida, permitía calcular la tensión mediante la Ley de Ohm. Los voltímetros digitales modernos suelen medir el tiempo de descarga de un condensador para calcular la tensión a través de ellos.

Fig. 1 - Un voltímetro analógico utiliza la inducción electromagnética para medir la diferencia de potencial.

Como puede verse en la figura 2, el símbolo de un voltímetro en el esquema del circuito es un círculo con la letra V en el centro.

Fig. 2 - El símbolo de un voltímetro en los esquemas de circuitos.

Los voltímetros pueden medir la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de un circuito, por lo que pueden estar en paralelo con varios componentes si se está midiendo la diferencia de potencial total de los componentes. Por ejemplo, el voltímetro \(V_1\) mide la tensión de la bombilla, pero el voltímetro \(V_2\) mide la tensión tanto de la bombilla como de la resistencia.

Fig. 3 - Es importante comprobar qué componentes están en paralelo con el voltímetro, ya que varios componentes pueden ser medidos por el mismo voltímetro, como se ve arriba.

Los voltímetros están diseñados para medir la tensión a través de ellos con el menor impacto posible en la corriente que pasa por el componente. Para garantizarlo, los voltímetros tienen resistencias muy altas para impedir que la corriente fluya a través de ellos. Al considerar los voltímetros ideales dentro de los diagramas de circuitos, se supone que tienen una resistencia infinita y, por tanto, pueden medir la tensión sin que fluya corriente a través de ellos. Esto no es posible para los voltímetros reales, por lo que los voltímetros siempre afectarán de algún modo a un circuito.

Unidad de voltímetro

El voltaje se define como la energía por unidad de carga y puede calcularse mediante la ecuación\[\text{Voltaje}=\frac{text{Trabajo realizado}}{text{Carga}}.\}

Como la energía se mide en julios \(\mathrm{J}) y la carga en culombios \(\mathrm{C},\}), la unidad de tensión es julios por culombio \(\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{C}}). Esto define la unidad estándar de tensión, el voltio \(\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{C}}) llamado así por el físico italiano Alessandro Volta.

El voltaje de una pila o fuente de alimentación determina cuánta energía cede a una corriente, por lo que es un indicador de su potencia. En EE.UU., la red eléctrica, que se utiliza para electrodomésticos como el microondas, funciona a \(120,\mathrm{V}), mientras que en gran parte del resto del mundo, la red está a \(240,\mathrm{V}). El tipo de voltajes de batería que verás en el análisis de circuitos, por ejemplo, durante los experimentos de laboratorio, probablemente rondará los \(5, \mathrm{a}, 10,\mathrm{V}).

Diagrama del voltímetro

Los voltímetros aparecen en muchas preguntas de análisis de circuitos, por lo que es importante que sepamos reconocer los voltímetros en un diagrama, así como saber construir diagramas con voltímetros en ellos. El hecho clave que hay que recordar es que los voltímetros deben trazarse en paralelo con el componente o componentes que estén midiendo.

Veamos un ejemplo de pregunta sobre circuitos en la que intervienen voltímetros.

Voltímetro vs. Multímetro

Puede que estés familiarizado con el instrumento que se muestra en la Figura 5, por haberlos utilizado en trabajos de laboratorio. Son multímetros y suelen utilizarse para medir la tensión de un componente, de forma muy parecida a los voltímetros. De hecho, los multímetros son simplemente instrumentos que pueden utilizarse para medir múltiples magnitudes eléctricas diferentes, como la corriente, la tensión y la resistencia.

Fig. 5 - Los multímetros son vitales para los ingenieros eléctricos, ya que permiten medir distintas magnitudes con el mismo instrumento.

Los multímetros son esencialmente una extensión de los voltímetros y amperímetros de un solo uso, que miden la corriente. Contienen múltiples ajustes para poder medir distintas cantidades. Sin embargo, colocar los multímetros en paralelo con los componentes sigue siendo necesario si queremos medir su tensión. Un multímetro colocado en serie no dará ninguna lectura si está en el ajuste de tensión, aunque sí la dará si está en el ajuste de corriente, ya que entonces actuaría como un amperímetro.