Una differenza di potenziale è l’energia per unità di carica in un circuito elettrico. La differenza di potenziale deve essere misurata tra due punti perché è generalmente poco pratico misurare il potenziale elettrico di un singolo punto. La differenza di potenziale di un punto in un circuito elettrico è tipicamente realizzata rispetto a un potenziale di riferimento, come la massa comune.
La differenza di potenziale è comunemente nota come tensione perché i volt sono l’unità di misura standard per questa quantità. È anche noto storicamente come pressione e tensione. “Pressione” è un termine obsoleto per differenza di potenziale, ma è ancora usato per riferirsi a differenza di potenziale nel contesto dell’elettronica dei tubi a vuoto.
La tensione può anche essere vista come l’energia necessaria per spostare una carica tra i punti divisa per l’entità di quella carica. Questo totale di energia deve includere sia l’energia statica che dinamica richiesta per spostare la carica. Il calcolo della differenza di potenziale diventa più accurato man mano che l’entità della carica misurata diminuisce.
Una quantità di differenza di potenziale deve includere un segno che dipende dalla direzione in cui scorrono gli elettroni. La definizione di differenza di potenziale presuppone che le particelle con carica positiva si muovano verso tensioni inferiori e le particelle con carica negativa si muovano verso tensioni più elevate. Ciò significa che gli elettroni in un circuito fluiscono da un punto di tensione più alta a un punto di tensione più bassa.
La descrizione della differenza di potenziale utilizza spesso l’acqua come analogia per l’elettricità. Questa analogia presuppone che una pompa meccanica stia guidando l’acqua attraverso un circuito chiuso di tubi. La differenza di potenziale in questa analogia è la differenza di pressione dell’acqua tra due punti del circuito. L’acqua quindi scorrerà tra i due punti se c’è una differenza nella loro pressione, consentendo all’acqua di svolgere il lavoro. Allo stesso modo, un circuito elettrico può funzionare solo se esiste una differenza di potenziale tra due punti del circuito.
Vari strumenti misurano la differenza di potenziale a seconda del loro metodo di funzionamento. Un voltmetro ha due conduttori, ognuno dei quali si collega a un punto nel circuito. Questo dispositivo misura la caduta di tensione attraverso un resistore fisso, che è proporzionale alla quantità di volt nel circuito.
Un potenziometro confronta una tensione sconosciuta con una tensione nota nel circuito. Un oscilloscopio amplifica la tensione nel circuito, che devia un fascio di elettroni. La quantità di deflessione è proporzionale alla tensione nel circuito. Un multimetro misura diverse grandezze elettriche, inclusa la tensione.