Wolt

W przypadku innych zastosowań zobacz Volt (ujednoznacznienie) .

volt
Standardowy układ napięcia Josephsona opracowany przez National Bureau of Standards jako standardowy volt
Informacje ogólne
System jednostkowy	SI
Jednostką	potencjał elektryczny , siła elektromotoryczna
Symbol	V
Nazwany po	Aleksander Wolta
Jednostki podstawowe SI	kg ⋅ m 2 ⋅ s -3 ⋅ ZA -1

Wolt (symbol: V ) jest jednostką potencjału elektrycznego , różnicy potencjałów elektrycznych ( napięcia ) i siły elektromotorycznej w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar (SI) . Jej nazwa pochodzi od włoskiego fizyka Alessandro Volty (1745–1827).

Definicja

Jeden wolt definiuje się jako potencjał elektryczny między dwoma punktami przewodu przewodzącego , gdy prąd elektryczny o natężeniu jednego ampera rozprasza jeden wat mocy między tymi punktami. Równoważnie , to różnica potencjałów między dwoma punktami przekaże jeden dżul energii na kulomb ładunku, który przez nie przechodzi. Można to wyrazić w jednostkach podstawowych układu SI ( m , kg , s i A ) Jak

${\ Displaystyle {\ tekst {V}} = {\ Frac {\ tekst {energia potencjalna}}} {\ text {ładunek}}} = {\ Frac {\ tekst {J}} {\ tekst {C}}} = {\frac {{\text{kg}}{\cdot}{\text{m}}^{2}{\cdot}}{\text{s}}^{-2}}{{\text{A} }{\cdot }{\text{s}}}}.}$

Można go również wyrazić jako ampery razy om (prąd razy rezystancja, prawo Ohma ), webery na sekundę (strumień magnetyczny na czas), waty na amper (moc na prąd) lub dżule na kulomb (energia na ładunek), co jest również równoważne elektronowoltom na ładunek elementarny :

${\ Displaystyle {\ tekst {V}} = {\ tekst {A}} {\ cdot} \ Omega = {\ Frac {\ tekst {Wb}} {\ tekst {s}}} = {\ frac {\ tekst {W}}{\text{A}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {\text{eV}}{e}}.}$

Volt nosi imię Alessandro Volty . Jak w przypadku każdej SI nazwanej na cześć osoby, jej symbol zaczyna się od dużej litery (V), ale zapisany w całości podlega zasadom pisania rzeczownika pospolitego wielką literą ; tj. „ volt ” jest pisane wielką literą na początku zdania iw tytułach, ale poza tym jest pisane małymi literami.

Definicja złącza Josephsona

Główny artykuł: standard napięcia Josephsona

Historycznie, „ konwencjonalny ” wolt, V ₉₀ , zdefiniowany w 1987 r. przez 18. Generalną Konferencję Miar i używany od 1990 do 2019 r., był realizowany przy użyciu efektu Josephsona do dokładnej konwersji częstotliwości na napięcie, w połączeniu z cezem norma częstotliwości .

Dla stałej Josephsona K _J = 2 e / h (gdzie e to ładunek elementarny , a h to stała Plancka ), do określenia wolta użyto „konwencjonalnej” wartości K _{J-90 = 0,4835979 GHz/μV} . W wyniku redefinicji jednostek podstawowych SI w 2019 r. , od 2019 r. stała Josephsona ma dokładną wartość K _J = 483 597 0,848 416 98 ... GHz/V , która zastąpiła konwencjonalną wartość K _J-90 .

Ten standard jest zwykle realizowany przy użyciu szeregowo połączonego układu kilku tysięcy lub dziesiątek tysięcy złączy , wzbudzanych sygnałami mikrofalowymi o częstotliwości od 10 do 80 GHz (w zależności od konstrukcji układu). Empirycznie kilka eksperymentów wykazało, że metoda jest niezależna od konstrukcji urządzenia, materiału, konfiguracji pomiarowej itp., A praktyczna implementacja nie wymaga żadnych współczynników korekcyjnych.

Analogia przepływu wody

W analogii do przepływu wody , czasami używanej do wyjaśnienia obwodów elektrycznych poprzez porównanie ich z rurami wypełnionymi wodą, napięcie (różnica potencjałów elektrycznych) jest porównywana do różnicy ciśnienia wody , podczas gdy prąd jest proporcjonalny do ilości przepływającej wody. Rezystor byłby zmniejszoną średnicą gdzieś w rurociągu lub czymś podobnym do grzejnika, który stawia opór przepływu .

Zależność między napięciem a prądem jest określona (w urządzeniach omowych, takich jak rezystory ) przez prawo Ohma . Prawo Ohma jest analogiczne do równania Hagena-Poiseuille'a , ponieważ oba są modelami liniowymi odnoszącymi się do strumienia i potencjału w odpowiednich systemach.

Wspólne napięcia

pomiaru napięcia między dwoma pozycjami można użyć multimetru .

Baterie typu C 1,5 V

Napięcie wytwarzane przez każde ogniwo elektrochemiczne w akumulatorze jest określone przez chemię tego ogniwa (patrz Ogniwo galwaniczne § Napięcie ogniwa ). Ogniwa można łączyć szeregowo w celu uzyskania wielokrotności tego napięcia lub dodać dodatkowe obwody w celu dostosowania napięcia do innego poziomu. Generatory mechaniczne można zwykle konstruować na dowolne napięcie w zakresie wykonalności.

Napięcia nominalne znanych źródeł:

• Potencjał spoczynkowy komórek nerwowych : ~75 mV
• Jednoogniwowy akumulator NiMH lub NiCd : 1,2 V
• Jednoogniwowe, jednorazowe (np. ogniwa AAA, AA, C i D ): bateria alkaliczna : 1,5 V; bateria cynkowo-węglowa : 1,56 V, jeśli jest nowa i nieużywana
• Akumulator LiFePO _{4 : 3,3 V}
• Akumulator litowo-polimerowy na bazie kobaltu : 3,75 V (patrz Porównanie dostępnych typów baterii )
• Zasilanie logiki tranzystorowo-tranzystorowej / CMOS (TTL): 5 V
• USB : 5 V prądu stałego
• Bateria PP3 : 9 V
• Akumulatory samochodowe mają napięcie 2,1 V na ogniwo; bateria „12 V” ma 6 ogniw, czyli 12,6 V; akumulator „24 V” ma 12 ogniw, czyli 25,2 V. Niektóre zabytkowe pojazdy używają 3-ogniwowych akumulatorów „6 V” lub 6,3 wolta.
• Domowa sieć elektryczna AC: (patrz Lista krajów z wtyczkami sieciowymi, napięciami i częstotliwościami )
  • 100 V w Japonii,
  • 120 V w Ameryce Północnej,
  • 230 V w Europie, Azji, Afryce i Australii
• Trzecia szyna szybkiego tranzytu : 600–750 V (patrz Lista systemów elektryfikacji kolei )
• Napowietrzne linie elektroenergetyczne pociągów dużych prędkości: 25 kV przy 50 Hz , ale wyjątki znajdują się w wykazie systemów elektryfikacji kolei i 25 kV przy 60 Hz .
• elektroenergetyczne wysokiego napięcia : 110 kV i więcej (rekord 1,15 MV; najwyższe napięcie czynne to 1,10 MV)
• Błyskawica : maksymalnie około 150 MV.

Historia

Aleksander Wolta

Zdjęcie grupowe Hermanna Helmholtza , jego żony (siedzącej) i przyjaciół akademickich Hugo Kroneckera (po lewej), Thomasa Corwina Mendenhalla (po prawej), Henry'ego Villarda (w środku) podczas Międzynarodowego Kongresu Elektrycznego

W 1800 roku, w wyniku profesjonalnego sporu dotyczącego reakcji galwanicznej, za którą opowiadał się Luigi Galvani , Alessandro Volta opracował tak zwany stos galwaniczny , prekursor baterii , który wytwarzał stały prąd elektryczny . Volta ustalił, że najskuteczniejszą parą różnych metali do produkcji elektryczności jest cynk i srebro . W 1861 roku Latimer Clark i Sir Charles Bright ukuł nazwę „wolt” dla jednostki oporu. Do 1873 roku Brytyjskie Stowarzyszenie Postępu Nauki zdefiniowało wolt, om i farad. W 1881 roku Międzynarodowy Kongres Elektryczny, obecnie Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC), zatwierdził wolt jako jednostkę siły elektromotorycznej. Uczynili wolt równym 10 ⁸ cgs jednostkom napięcia, przy czym system cgs był wówczas zwyczajowym układem jednostek w nauce. Wybrali taki stosunek, ponieważ jednostka cgs napięcia jest niewygodnie mała, a jeden wolt w tej definicji to w przybliżeniu emf ogniwa Daniella , standardowe źródło napięcia w ówczesnych systemach telegraficznych. W tamtym czasie wolt był definiowany jako różnica potencjałów [tj. to, co obecnie nazywa się „napięciem (różnicą)”] na przewodniku, gdy prąd o natężeniu jednego ampera rozprasza jeden wat mocy.

„Międzynarodowy wolt” został zdefiniowany w 1893 roku jako 1/1,434 emf komórki Clarka . Definicja ta została porzucona w 1908 roku na rzecz definicji opartej na międzynarodowym omie i międzynarodowym amperze, aż do porzucenia całego zestawu „powtarzalnych jednostek” w 1948 roku.

Redefinicja podstawowych jednostek SI , w tym zdefiniowanie wartości ładunku elementarnego , weszła w życie 20 maja 2019 r.

Zobacz też

• Rzędy wielkości (napięcie)
• Napięcie trakcji kolejowej
• Jednostki elektromagnetyzmu SI
• Przedrostek SI dla przedrostków jednostek
• Znormalizowane napięcia kolejowe
• Woltomierz

Linki zewnętrzne

• Historia jednostek elektrycznych.