Differenza di potenziale: misura, riferimenti

La differenza di potenziale indicata con d.d.p. tra due punti A e B di un campo elettrostatico è il lavoro necessario per spostare una carica elettrica unitaria da A a B.

Detto V_A il potenziale nel punto A e V_B quello nel punto B la differenza di potenziale V_A-V_B è il rapporto tra il lavoro che le forze del campo compiono per spostare la carica q dal punto A al punto B e la carica stessa q:
V_A-V_B = L_AB/q = E_EA – E_EB/q

Dove E_EA e E_EB sono rispettivamente l’energia potenziale elettrica ovvero la capacità che ha il campo elettrico di compiere lavoro su una carica in A e in B

Unità di misura

La d.d.p. detta anche tensione è misurata in joule/coulomb in quanto data dal rapporto tra lavoro e carica elettrica. Questo rapporto è il Volt in onore dell’italiano Alessandro Volta che inventò la prima pila. Pertanto:
1 V = 1 J/1 C

Si può ricavare l’equazione dimensionale del volt ricordando che quella del lavoro L è [kg·m²·s^-2] e quella della carica elettrica q è [A·s]. Si ha quindi:

V ≡[ kg·m²·s^-2/ A·s] ≡ [kg·m²·s^-3·A^-1]

Riferimento

Un singolo punto non ha tensione che è definita come d.d.p. tra due punti e dipende sempre da un punto di riferimento definito 0 V. Per motivi pratici si assegna il valore zero al potenziale elettrostatico della superficie terrestre

La tensione genera il flusso di elettroni definita corrente elettrica attraverso un circuito e la relazione tra tensione e corrente è data dalla legge di Ohm  secondo la quale V_A – V_B = R· i

Per meglio comprendere la differenza di potenziale si può ricorrere all’analogia con l’energia potenziale gravitazionale. Quest’ultima  è l’energia posseduta da un corpo per effetto della sua posizione in un campo gravitazionale. Un esempio è costituito da un corpo di massa m che si trova ad un’altezza h rispetto a un riferimento. Essa è dovuta all’attrazione gravitazionale della terra sul corpo ed è espressa come U = m · g · h.

Applicazioni domestiche

Dalle reti di distribuzione la corrente elettrica arriva con una tensione di 230 V. Un carico elettrico, come un elettrodomestico, entra a far parte del circuito collegandolo a una spina elettrica preleva la tensione di rete a 230 V. In realtà gli elettrodomestici funzionano a bassissima tensione e contengono un trasformatore che abbassa la tensione di esercizio a poche decine di volt.