¿Cuál es la diferencia entre potencial eléctrico, potencial electrostático, diferencia de potencial (PD), voltaje y fuerza electromotriz (EMF)?

EDITAR: En pocas palabras, la diferencia de potencial es el trabajo realizado por la fuerza electrostática en una unidad de carga, mientras que EMF es el trabajo realizado por cualquier cosa que no sea la fuerza electrostática en una unidad de carga.

No me gusta el término "voltaje". Parece significar cualquier cosa medida en voltios. Prefiero decir potencial eléctrico y fuerza electromotriz.

Y los dos son fundamentalmente diferentes.

El campo electrostático es conservativo, es decir, sobre cualquier lazo$l$tenemos$\oint_l \vec{E}\cdot\mathrm{d}\vec{l}=0$. En otras palabras, la integral de línea del campo electrostático no depende del camino, sino solo de los puntos finales. Entonces podemos definir punto por punto un potencial electrostático de valor escalar$\varphi$, tal que

o

entonces$q\Delta\varphi$es igual al trabajo realizado por la fuerza electrostática.

En la aplicación práctica, los electrones (y otros portadores) fluyen en los circuitos. Dado que el campo electrostático es conservativo, por sí solo no puede mover electrones en círculos; solo puede moverlos de un potencial más bajo a un potencial más alto. Necesita otro tipo de fuerza para moverlos de un potencial más alto a uno más bajo para completar un ciclo. Esta otra fuerza puede ser química, magnética o incluso eléctrica (campo eléctrico de vórtice, diferente del campo electrostático), y su contribución equivalente se denomina fuerza electromotriz.

De todos modos, la respuesta simple es fem no es una fuerza en el sentido mecánico. Mide la cantidad de trabajo que se debe realizar para que una unidad de carga viaje en un circuito cerrado de un material conductor.

Dejémoslo más claro. En el caso estático (ignorando la variación temporal de cualquier campo magnético), el campo eléctrico en un punto puede derivarse únicamente de un escalar como el negativo del gradiente de este escalar. Este escalar en cualquier punto se llama "potencial eléctrico" en ese punto. Si dos puntos tienen diferentes potenciales, decimos que existe una diferencia de potencial. Obviamente es la diferencia en los potenciales lo que importa y no sus valores absolutos. Por lo tanto, se puede asignar arbitrariamente un valor cero para algún punto fijo cuyo potencial puede considerarse constante y comparar los potenciales de otros puntos con respecto a él. De esta manera, no es necesario hablar siempre de diferencia de potencial, sino simplemente de potenciales.

Ahora, a menudo este "potencial eléctrico" en algún punto de un conductor o dieléctrico se llama "voltaje" en ese punto asignando el valor del voltaje a cero para la tierra ya que el potencial de la tierra es constante para todos los propósitos prácticos.

Si no hay variación del campo magnético, el trabajo realizado por una unidad de carga en un circuito cerrado será$0$. Pero si el campo magnético varía, será distinto de cero. Recuerda la fórmula:

Lo que realmente implica es que es imposible que un campo eléctrico, derivado únicamente de un potencial escalar, mantenga una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Entonces, una fem implica la presencia de alguna fuente que no sea una fuente que solo puede producir un potencial escalar.

La siguiente ecuación cuenta toda la historia:

EMF se usa como un término más general para incluir también aquellas situaciones en las que la integral del campo eléctrico alrededor de una curva cerrada no es cero, por lo que el campo E no proviene de un potencial puro. Por lo general, cuando las personas dicen potencial, quieren decir que el potencial es una función de la posición, y cuando dicen EMF, quieren decir que es una función del bucle.

Tiene campos E no integrables cuando tiene campos magnéticos cambiantes, una inductancia. Dado que el "voltaje" generalmente se usa para el potencial eléctrico puro, la gente llama "EMF" al voltaje producido por una inductancia. Fuera del circuito, los campos suelen ser insignificantes y la FEM en cualquier punto es el potencial electrostático en ese punto. Pero dentro del circuito, en los inductores, hay una diferencia.

La fuerza electromotriz (Nota; no es una fuerza) es simplemente la fuente de voltaje en un circuito.

Una respuesta muy corta:

El voltaje es una diferencia de potencial, debido a la disipación de energía. Emf es una diferencia de potencial, debido a la generación de energía.

En realidad, estos son lo mismo, pero el uso es en diferentes lugares.

Siempre que hablamos de baterías o de un sistema de CC, utilizamos la diferencia de potencial, ya que existe una diferencia de potencial de 3,7 voltios.

La frase "fuerza electromotriz" (EMF) se usa cuando un conductor corta el flujo dentro de la máquina (Transformador, Generador, etc.)

El voltaje se utiliza como salida de una máquina eléctrica.

Para ayudarlo a comprender la diferencia, piense en EMF como una medida del trabajo que se realiza y piense en la energía potencial eléctrica como energía que tiene el "potencial" para realizar el trabajo. Como analogía, se podría pensar en EMF (en el ámbito mecánico) como alguien que empuja el cilindro de una rueda cuesta arriba. (O mejor, un coche, con los precios de la gasolina como los de hoy jejeje). Y piense en la energía potencial eléctrica como si el cilindro de la rueda estuviera en la cima de la colina. Si se soltara el cilindro de la rueda, su energía potencial se transformaría en varias formas diferentes de energía al rodar cuesta abajo (calor por fricción, trabajo realizado sobre la resistencia del aire; y si chocara con una pared en la parte inferior y se detuviera , su 'energía potencial original sería todose han transformado en diferentes formas de energía al reposar en el fondo. Ahora, para ser un poco más técnicos...

A. El trabajo de EMF (fuerza electromotriz)
que se ha realizado es, por definición, el trabajo realizado dentro del "asiento" de EMF (la batería en este caso) al elevar las cargas (químicamente) desde el terminal negativo (-) hasta el positivo. El terminal (+) mantiene así la capacidad de proporcionar corriente al circuito.

B. ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA
Como analogía (me pondré un poco gracioso con esto), imagina que una Mujer y un Hombre se ven; digamos desde seis pies de distancia. Instantáneamente tienen una atracción (arrogante) el uno por el otro; entrar en trance y comenzar a caminar el uno hacia el otro. La energía que los demás tendrían que aplicar para evitar que ambos sigan caminando uno hacia el otro, es análogamente, la Energía Potencial Eléctrica. la gente mantendría quietos al Hombre y la Mujer mientras retienen su trance, mantienen la fuerza para unirse. Y en un ámbito de definición directa, es la energía potencial que dos partículas separadas con carga opuesta (para potencial positivo) poseen en la atracción para unirse. También,

La cantidad de trabajo realizado por unidad de carga entre dos nodos de un circuito que transporta corriente se denomina diferencia de potencial entre esos nodos.

La cantidad de trabajo realizado contra el campo eléctrico al desplazar (sin aceleración) una unidad de carga de prueba de una terminal a otra terminal en un circuito abierto se denomina fuerza electromotriz.

Obviamente, cuando tratamos con electricidad estática, la diferencia de potencial entre dos puntos en el campo eléctrico es la cantidad de trabajo realizado contra el campo eléctrico al desplazar (sin aceleración) una unidad de carga de prueba de un punto a otro, por supuesto que no depende de camino porque el campo eléctrico es un campo conservativo.

Lo mismo sucede cuando la corriente fluye en un circuito, en este caso el campo eléctrico está confinado en los límites físicos de los componentes del circuito, pero aún así es de naturaleza conservadora. Por lo tanto, la diferencia de potencial en un circuito que transporta corriente también será la cantidad de trabajo realizado al mover una carga de prueba unitaria de un nodo a otro nodo. En otro escenario, podemos observar que la carga ya se está moviendo en el circuito que transporta corriente, por lo que la cantidad de trabajo realizado por estas cargas en movimiento en el circuito que transporta corriente se convierte en calor, luz, trabajo mecánico, etc.

En el caso de fem, cuando cualquier circuito está abierto, las terminales abiertas tienen una diferencia de densidad de carga, esta diferencia en la densidad de carga crea un campo eléctrico, el trabajo realizado contra este campo eléctrico al mover una carga de prueba unitaria sin aceleración de una terminal a otra se llama fuerza electromotriz...

la diferencia de potencial y la fem tienen la misma unidad debido al voltaje. En primer lugar, la diferencia de potencial se define como el trabajo realizado sobre la carga, mientras que la fem (fuerza electromotriz) es la diferencia de potencial que se mantiene en la batería. Normalmente consideramos que el circuito externo también tiene un circuito interno. V=IR
y EMF=Ir+IR ya que EMF=I(r+R) por lo tanto EMF=Ir+IR
COMO SABEMOS V=IR
EMF=V+Ir

La diferencia de potencial es la presión eléctrica entre dos puntos, pero el voltaje es la presión eléctrica entre dos cables con corriente o un cable con corriente y tierra.

Potencial, voltaje y fem son prácticamente lo mismo. El potencial es el valor de voltios de un electrodo determinado que se mide con respecto a algún electrodo estándar cuyo potencial se considera cero (electrodo de hidrógeno normal (NHE), electrodo de calomelano saturado (SCE), etc.) El voltaje es la diferencia entre dos potenciales de dos electrodos Entonces, verá, el potencial es lo mismo que el voltaje, pero uno de los electrodos se considera condicionalmente de potencial cero. El término fuerza electromotriz que usaría en lugar de voltaje si tiene la intención de hablar sobre el cambio de la energía libre de Gibbs que equivaldría al trabajo útil que puede obtener del elemento galvánico dado, digamos. En cualquier caso, en mi opinión, eso es solo una sutileza, por lo que puede usar esos términos indistintamente siempre que quede claro cuál es el electrodo de referencia.