Una diferencia de potencial es la energía por unidad de carga en un circuito eléctrico. La diferencia de potencial debe medirse entre dos puntos porque generalmente no es práctico medir el potencial eléctrico de un solo punto. La diferencia de potencial de un punto en un circuito eléctrico se realiza típicamente con respecto a un potencial de referencia, como la tierra común.
La diferencia de potencial se conoce comúnmente como voltaje porque los voltios son la unidad de medida estándar para esta cantidad. También se conoce históricamente como presión y tensión. “Presión” es un término obsoleto para la diferencia de potencial, pero todavía se usa para referirse a la diferencia de potencial dentro del contexto de la electrónica de los tubos de vacío.
El voltaje también se puede ver como la energía necesaria para mover una carga entre puntos dividida por la magnitud de esa carga. Este total de energía debe incluir tanto la energía estática como la dinámica requerida para mover la carga. El cálculo de la diferencia de potencial se vuelve más preciso a medida que la magnitud de la carga medida se vuelve más pequeña.
Una cantidad de diferencia de potencial debe incluir un signo dependiendo de la dirección en la que fluyen los electrones. La definición de diferencia de potencial asume que las partículas con carga positiva se mueven hacia voltajes más bajos y las partículas con carga negativa se mueven hacia voltajes más altos. Esto significa que los electrones en un circuito fluyen desde un punto de voltaje más alto a un punto de voltaje más bajo.
La descripción de la diferencia de potencial utiliza con frecuencia el agua como analogía de la electricidad. Esta analogía supone que una bomba mecánica impulsa agua a través de un circuito cerrado de tuberías. La diferencia de potencial en esta analogía es la diferencia en la presión del agua entre dos puntos del circuito. Por lo tanto, el agua fluirá entre los dos puntos si hay una diferencia en su presión, lo que permitirá que el agua realice el trabajo. De manera similar, un circuito eléctrico puede realizar trabajo solo si existe una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito.
Varios instrumentos miden la diferencia de potencial dependiendo de su método de operación. Un voltímetro tiene dos cables, cada uno de los cuales se conecta a un punto del circuito. Este dispositivo mide la caída de voltaje a través de una resistencia fija, que es proporcional a la cantidad de voltios en el circuito.
Un potenciómetro compara un voltaje desconocido con un voltaje conocido en el circuito. Un osciloscopio amplifica el voltaje en el circuito, que desvía un haz de electrones. La cantidad de deflexión es proporcional al voltaje en el circuito. Un multímetro mide varias cantidades eléctricas, incluido el voltaje.