Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Вольт (значения) .
Вольт
NISTvoltChip.jpg
Микросхема стандарта напряжения Джозефсона , разработанная Национальным бюро стандартов в качестве эталона напряжения
Общая информация
Система единицПроизводная единица СИ
ЕдиницаЭлектрический потенциал , электродвижущая сила
СимволV
Названный в честьАлессандро Вольта
В базовых единицах СИ :кг · м 2 · с −3 · A −1

Вольт (символ: V ) является производным блоком для электрического потенциала , разность электрических потенциалов ( напряжения ), и электродвижущей силы . [1] Он назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827).

Определение [ править ]

Один вольт определяются как электрический потенциал между двумя точками проводящей проволоки , когда электрический ток одного ампера рассеивает один ватт в мощности между этими точками. [2] Эквивалентно, это разность потенциалов между двумя точками , которые придают один джоуль из энергии в кулоны заряда , который проходит через него. Его можно выразить в основных единицах СИ ( м , кг , с и А ) как:

Он также может быть выражен в виде ампер, умноженных на ом (ток, умноженный на сопротивление, закон Ома ), веберов в секунду (магнитный поток за время), ватт на ампер (мощность на единицу тока, определение электрической мощности) или джоулей на кулон (энергия на единицу единица заряда), что также эквивалентно электронвольтам на элементарный заряд :

Определение соединения Джозефсона [ править ]

Основная статья: стандарт напряжения Джозефсона

« Обычный » вольт, V 90 , определенный в 1987 году 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам [3] и используемый с 1990 года, реализуется с использованием эффекта Джозефсона для точного преобразования частоты в напряжение в сочетании с цезиевой частотой. стандарт .

Для постоянной Джозефсона , K J = 2 э / ч (где e - элементарный заряд, а h - постоянная Планка ), для определения напряжения использовалось «обычное» значение K J-90 = 0,4835979 ГГц / мкВ. . Вследствие переопределения базовых единиц СИ в 2019 г. постоянная Джозефсона была переопределена в 2019 г. и теперь имеет точное значение K J =483 597 .848 416 98 ... ГГц⋅В −1 , [4], которое заменило обычное значение K J-90 .

Этот стандарт обычно реализуется с использованием последовательно соединенной решетки из нескольких тысяч или десятков тысяч переходов , возбуждаемых микроволновыми сигналами от 10 до 80 ГГц (в зависимости от конструкции решетки). [5] Эмпирическим путем, несколько экспериментов показали, что метод не зависит от конструкции устройства, материала, измерительной установки и т. Д., И при практической реализации поправочные члены не требуются. [6]

Аналогия с потоком воды [ править ]

В аналогии с потоком воды , иногда используемой для объяснения электрических цепей путем сравнения их с трубами, заполненными водой, напряжение (разница в электрическом потенциале) сравнивается с разницей в давлении воды , а ток пропорционален количеству текущей воды. Резистор будет уменьшена где диаметр в трубопроводе или что - то похожее на сопротивление радиатора предлагая поток. Возможно, конденсатор можно сравнить с U-образным изгибом, где более высокий уровень воды может накапливать энергию и создавать давление.

Возможно, индуктор можно сравнить с маховиком.

Соотношение между напряжением и током определяется (в омических устройствах, таких как резисторы ) законом Ома . Закон Ома аналогичен уравнению Хагена – Пуазейля , поскольку оба являются линейными моделями, связывающими поток и потенциал в своих соответствующих системах.

Общие напряжения [ править ]

Мультиметр может быть использован для измерения напряжения между двумя положениями.
Батареи типа C 1,5 В

Напряжение, создаваемое каждым электрохимическим элементом в батарее , определяется химическим составом этого элемента (см. Гальванический элемент § Напряжение элемента ). Ячейки могут быть объединены последовательно для получения значений, кратных этому напряжению, или добавлены дополнительные схемы для регулировки напряжения до другого уровня. Механические генераторы обычно могут быть сконструированы на любое напряжение в диапазоне осуществимости.

Номинальные напряжения знакомых источников:

  • Потенциал покоя нервных клеток : ~ 75 мВ [7]
  • Одноэлементный перезаряжаемый NiMH [8] или NiCd аккумулятор: 1,2 В
  • Одноэлементные, неперезаряжаемые (например, элементы AAA, AA, C и D ): щелочная батарея : 1,5 В; [9] угольно-цинковая батарея : 1,56 В, если она свежая и неиспользованная.
  • Аккумулятор LiFePO 4 : 3,3 В
  • Литий-полимерный аккумулятор на основе кобальта : 3,75 В (см. Сравнение коммерческих типов аккумуляторов )
  • Питание транзисторно-транзисторной логики / CMOS (TTL): 5 В
  • USB : 5 В постоянного тока
  • Батарея PP3 : 9 В
  • Системы автомобильных аккумуляторов - 2,1 вольта на элемент; батарея «12В» - это 6 ячеек или 12,6В; батарея «24V» - это 12 ячеек или 25,2 В. В некоторых старинных автомобилях используются трехэлементные батареи «6 В» или 6,3 В.
  • Электроэнергия в бытовой сети переменного тока: (см. Список стран, в которых есть электрические вилки, напряжение и частота )
    • 100 В в Японии
    • 120 В в Северной Америке,
    • 230 В в Европе, Азии, Африке и Австралии
  • Скоростной третий рельс : 600–750 В (см. Список систем электрификации железных дорог )
  • Воздушные линии электропередачи для высокоскоростных поездов: 25 кВ при 50 Гц , но см. Перечень систем электрификации железных дорог и 25 кВ при 60 Гц для исключений.
  • Высоковольтные передачи электрической энергии линия: 110 кВ и выше (1,15 МВ являются записью; самое высокое действующее напряжение 1,10 В. [10] )
  • Молния : часто около 100 МВ. [ необходима цитата ]

История [ править ]

Алессандро Вольта
Групповая фотография Германа Гельмгольца , его жены (сидит) и академических друзей Хьюго Кронекера (слева), Томаса Корвина Менденхолла (справа), Генри Вилларда (в центре) во время Международного электротехнического конгресса

В 1800 год в результате профессиональных разногласий по поводу гальванической реакции пропагандируемой Гальвани , Алессандро Вольта разработал так называемую гальваническую груду , предшественник аккумулятора , который произвел постоянный электрический ток . Вольта определил, что наиболее эффективными парами разнородных металлов для производства электричества являются цинк и серебро . В 1861 году Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт придумали название «вольт» для единицы сопротивления. [11] К 1873 году Британская ассоциация развития науки определила вольт, ом и фарад. [12] В 1881 году Международный электротехнический конгресс, ныне Международная электротехническая комиссия (МЭК), утвердил вольт как единицу электродвижущей силы. [13] Они сделали вольт равным 10 8 cgs единиц напряжения, система cgs в то время была обычной системой единиц в науке. Они выбрали такое соотношение, потому что единица измерения напряжения cgs неудобно мала, а один вольт в этом определении приблизительно равен ЭДС ячейки Даниэля , стандартного источника напряжения в телеграфных системах того времени. [14] В то время вольт определялся как разность потенциалов [то есть то, что в настоящее время называется «напряжением (разностью)»] на проводнике, когда ток в единицуампер рассеивает один ватт мощности.

«Международный вольт» был определен в 1893 году , как 1 / 1,434 от эдса в виде ячейки Кларка . От этого определения отказались в 1908 году в пользу определения, основанного на международном оме и международном амперах, пока в 1948 году не отказались от всего набора «воспроизводимых единиц» [15].

Переопределение базовых единиц СИ , в том числе определения величины элементарного заряда , вступило в силу 20 мая 2019 года [16]

См. Также [ править ]

  • Порядки величины (напряжения)
  • Рельсовое тяговое напряжение
  • Единицы электромагнетизма СИ
  • Префикс SI для префиксов единиц измерения
  • Стандартизированные железнодорожные напряжения
  • Вольтметр

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Брошюра SI, Таблица 3 (Раздел 2.2.2)» . BIPM. 2006. Архивировано из оригинала на 2007-06-18 . Проверено 29 июля 2007 .
  2. ^ Брошюра BIPM SI: Приложение 1, стр. 144
  3. ^ «Резолюции CGPM: 18-е заседание (12-15 октября 1987 г.)» .
  4. ^ " Mise en pratique для определения ампера и других электрических единиц в СИ" (PDF) . BIPM .
  5. ^ Берроуз, Чарльз Дж .; Бент, Сэмюэл П .; Харви, Тодд Э .; Гамильтон, Кларк А. (1999-06-01), «Программируемый стандарт напряжения Джозефсона на 1 вольт постоянного тока» , IEEE Transactions on Applied Superconductivity , Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), 9 (3): 4145–4149, Bibcode : 1999ITAS .... 9.4145B , DOI : 10,1109 / 77,783938 , ISSN 1051-8223 
  6. ^ Келлер, Марк В. (2008-01-18), «Текущее состояние квантового метрологического треугольника» (PDF) , Metrologia , 45 (1): 102–109, Bibcode : 2008Metro..45..102K , doi : 10.1088 / 0026-1394 / 45/1 / 014 , ISSN 0026-1394 , архивируются от оригинала (PDF) на 2010-05-27 , извлекаются 2010-04-11 , теоретически, нет никаких текущих прогнозов на любых условиях коррекции. Эмпирическим путем несколько экспериментов показали, что K J и R K   не зависят от конструкции устройства, материала, схемы измерения и т. д. Такая демонстрация универсальности согласуется с точностью соотношений, но не доказывает ее полностью.
  7. ^ Баллок, Orkand и Grinnell, стр 150-151. Юнге, стр. 89–90; Шмидт-Нильсен, стр. 484
  8. ^ Хилл, Пол Горовиц; Уинфилд; Уинфилд, Хилл (2015). Искусство электроники (3-е изд.). Кембридж [ua]: Cambridge Univ. Нажмите. п. 689. ISBN. 978-0-521-809269.
  9. ↑ SK Loo и Кейт Келлер (август 2004 г.). «Характеристики разряда одноэлементной батареи при использовании повышающего преобразователя TPS61070» (PDF) . Инструменты Техаса.
  10. ^ «Крупнейшая в мире линия сверхвысокого напряжения в Китае» . www.bloomberg.com . 1 января 2019 . Дата обращения 7 января 2020 .
  11. ^ В качестве названий единиц различных электрических величин Брайт и Кларк предложили «ома» для напряжения, «фарад» для заряда, «гальват» для тока и «вольт» для сопротивления. Видеть:
    • Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (1861) «О формировании стандартов количества электричества и сопротивления», Отчет тридцать первого собрания Британской ассоциации развития науки (Манчестер, Англия: сентябрь 1861 г.), раздел: Математика и физика, стр. 37–38.
    • Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (9 ноября 1861 г.) «Измерение электрических величин и сопротивления», Электрик , 1 (1): 3–4.
  12. ^ Сэр В. Томсон и др. (1873) «Первый отчет Комитета по отбору и номенклатуре динамических и электрических единиц», Отчет о 43-м заседании Британской ассоциации содействия развитию науки (Брэдфорд, сентябрь 1873 г.), стр. 222-225. С п. 223: «Ом», представленный исходной стандартной катушкой, составляет приблизительно 10 9 единиц CGS; «вольт» составляет приблизительно 10 8 единиц CGS электродвижущей силы; и «фарад» составляет приблизительно 1/10 9 единицы мощности СУГ ».
  13. ^ (Анон.) (24 сентября 1881 г.) «Электрический Конгресс», Электрик , 7  : 297.
  14. ↑ Хамер, Уолтер Дж. (15 января 1965 г.). Стандартные элементы: их конструкция, обслуживание и характеристики (PDF) . Монография Национального бюро стандартов №84. Национальное бюро стандартов США.
  15. ^ «Пересмотренные значения для электрических единиц» (PDF) . Bell Laboratories Record . XXV (12): 441. Декабрь 1947 г.
  16. ^ Проект Резолюции A «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)» для представления в CGPM на его 26-м заседании (2018 г.) (PDF)

Внешние ссылки [ править ]

  • История электрических агрегатов.