Вольт

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Вольт (значення).

Во́льт (В, V) — одиниця вимірювання електричної напруги, електрорушійної сили та різниці потенціалів в системі SI.

похідна одиниця SI, що має власну назву^[1]
d
d
d і ^d 

Вольт
Матриця з джозефсонівських контактів, створена NIST для відтворення стандартного вольта
Загальна інформація
Система одиниць	Похідні одиниці SI
Одиниця	електричної напруги
Позначення	В або V
Названа на честь	Алессандро Вольта
Перерахунок в інші системи
1 В в...	дорівнює...
основних одиницях SI	кг·м^2·с^−3·А^−1
Вольт у Вікісховищі

Один вольт дорівнює електричній напрузі, яка виникає в електричному колі з постійним струмом силою один ампер при потужності один ват. Також один вольт дорівнює потенціалу точки електричного поля, в якої електричний заряд в один кулон має потенціальну енергію один джоуль.

В = Вт·А⁻¹ = м²·кг·с⁻³·А⁻¹ = Дж·Кл⁻¹.

Одиниця названа на честь італійського фізика і фізіолога Алессандро Вольта.

Визначення

Один вольт визначено як різницю електричних потенціалів між двома точками провідника, коли електричний струм силою 1 А розсіює між цими точками потужність 1 Вт. В основних одиницях SI (м, кг, с і А) це можна виразити, як

${\displaystyle {\text{В}}={\frac {\text{потужність}}{\text{сила струму}}}={\frac {\text{N}}{\text{I}}}={\frac {{\text{кг}}{\cdot }{\text{м}}^{2}{\cdot }{\text{с}}^{-3}}{\text{А}}}={\text{кг}}{\cdot }{\text{м}}^{2}{\cdot }{\text{с}}^{-3}{\cdot }{{\text{А}}^{-1}}.}$

Рівнозначно, це різниця потенціалів між двома точками, яка заряду 1 Кл, який проходить між ними, надає енергію 1 Дж. В основних одиницях SI це можна виразити, як

${\displaystyle {\text{В}}={\frac {\text{потенціальна енергія}}{\text{заряд}}}={\frac {\text{Дж}}{\text{Кл}}}={\frac {{\text{кг}}{\cdot }{\text{м}}^{2}{\cdot }{\text{с}}^{-2}}{{\text{А}}{\cdot }{\text{с}}}}={\text{кг}}{\cdot }{\text{м}}^{2}{\cdot }{\text{с}}^{-3}{\cdot }{{\text{А}}^{-1}}.}$

Також вольт можна виразити як: ампер, помножений на ом (сила струму, помножена на опір, закон Ома); вебери на секунду (магнітний потік на час); ват на ампер (потужність на силу струму); джоуль на кулон (енергія на заряд), що еквівалентно електронвольту на елементарний заряд:

${\displaystyle {\text{В}}={\text{А}}{\cdot }{\text{Ом}}={\frac {\text{Вб}}{\text{с}}}={\frac {\text{Вт}}{\text{А}}}={\frac {\text{Дж}}{\text{Кл}}}={\frac {\text{еВ}}{e}}.}$

The volt is named after Алессандро Вольта- Я не знаю. Як і з кожнимСІодиниця, названа на честь людини, її символ починається зверхні буквиЛітра V, але якщо вона написана в повній мірі, вона відповідає правилам капіталізаціїспільне ім'я; тобто, вольтСтає капіталізовано на початку речення і в титулах, але в іншому випадку є в малому букві.

Визначення за переходом Джозефсона

Історично ^[en]» вольт, V₉₀, визначений 1987 року 18-ою Генеральною конференцією з мір і ваг і використовуваний від 1990 до 2019 року, був реалізований на основі ефекту Джозефсона, для точного перетворення частоти в напругу, в поєднанні із ^[en]. Хоча ефект Джозефсона все ще використовують для визначення вольта, використовувана стала дещо змінилася.

У визначенні вольта використовували для сталої Джозефсона K_J = 2e/h (де e — елементарний заряд, а h — стала Планка) «стандартне» значення K_J−90 = 0.4835979 ГГц/мкВ. Внаслідок перегляду SI 2019 року станом на 2019 рік стала Джозефсона мала точне значення K_J = 483597.84841698.

Цей стандарт зазвичай реалізують за допомогою масиву послідовно з'єднаних кількох тисяч або десятків тисяч ^[en], збуджених мікрохвильовими сигналами частотою від 10 до 80 ГГц (залежно від конструкції масиву). Низка експериментів показали, що метод не залежить від конструкції пристрою, матеріалу, налаштування приладів тощо, і для практичної реалізації не потрібні коригування.

Аналогія з потоком води

В аналогії з потоком води, яку іноді використовують для пояснення процесів у електричних колах, порівнюючи їх із заповненими водою трубами, напруга (різниця електричного потенціалу) порівнюється з різницею тисків води, тоді як струм пропорційний кількості води, що тече. Резистор відповідає зменшеному діаметру десь у трубопроводі, що чинить опір потоку.

Співвідношення між напругою та струмом визначається (в омічних пристроях, таких як резистори) законом Ома. Закон Ома аналогічний рівнянню Гаґена — Пуазейля, оскільки обидва є лінійними моделями, що пов'язують потік і потенціал у відповідних системах.

Типові напруги

Для вимірювання напруги між двома точками можна скористатися мультиметром

Гальванічні елементи на 1,5 В

Напруга, яку виробляє кожен електрохімічний елемент батареї, визначається хімічним складом цього елемента. Елементи можна з'єднувати послідовно для отримання кратної напруги або додавати схеми для регулювання напруги до іншого рівня. Механічні генератори зазвичай можна сконструювати для будь-якої напруги (в певних межах).

Номінальні напруги поширених джерел:

• Потенціал спокою нервової клітини: ~ 75 мВ
• Одноелементний нікель-метал-гідридний (NiMH) або нікель-кадмієвий (NiCd) акумулятор: 1.2 В
• Неперезаряджуваний гальванічний елемент (наприклад, елементи AAA, AA, C і D): лужний : 1,5 В;вугільно-цинковий: 1,56 В (свіжий і невикористаний)
• ^[en]: 1,2 В, 1,5 В, 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В, 5,0 В
• Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO₄): 3,3 В
• Літій-полімерна акумуляторна батарея на основі кобальту: 3,75 V (див. ^[en])
• Блок живлення транзисторно-транзисторної логіки/CMOS (TTL): 5 В
• USB: 5 В
• Батарея «Крона»: 9 В
• Автомобільні акумуляторні системи використовують елементи з 2,1 В на елемент; батарея «на 12 В» має шість елементів, з'єднаних послідовно, що виробляють 12,6 В; батарея «на 24 В» складається з 12 елементів, з'єднаних послідовно, які виробляють 25,2 В. Деякі колишні транспортні засоби використовують 3-елементні батареї «на 6 В», які дають 6,3 В.
• Побутова електрична мережа змінного струму:
  • 100 В у Японії
  • 120 В у Північній Америці
  • 230 В у Європі, Азії, Африці та Австралії
• Контактна рейка метрополітену: 600—750 В (див. ^[en])
• Повітряні лінії електропередач швидкісних поїздів: 25 кВ при 50 Гц, але див. варіанти у статтях ^[en] і ^[en].
• Високовольтні лінії електропередачі: 110 кВ і вище (рекорд — 1,15 МВ; найвища діюча напруга 1,10 МВ)
• Блискавка: максимум близько 150 МВ.

Історична довідка

Алессандро Вольта

Групова фотографія Германа Гельмгольца, його дружини (сидять) і друзів-науковців ^[en] (ліворуч), ^[en] (праворуч), ^[en] (у центрі) під час Міжнародного електротехнічного конгресу

У 1800 році в результаті професійних розбіжностей щодо гальванічного ефекту в дискусії з Луїджі Гальвані, Алессандро Вольта розробив попередника електричної батареї, так званий вольтів стовп, як джерело постійного електричного струму. Вольта визначив, що найефективнішою парою різнорідних металів для виробництва електрики є цинк і срібло. У 1861 році ^[en] і ^[en] використали назву «вольт» для одиниці опору.

Одиницю вимірювання «вольт» уперше введено в 1861 році на 1-му Міжнародному конгресі електриків (тепер — Міжнародна електротехнічна комісія) як практичну одиницю ЕРС, що дорівнює 10⁸ одиницям системи одиниць СГС. Її введення було пов'язане з поточними потребами інженерної фізики. У 1873 році Британська асоціація сприяння розвитку науки визначила вольт, ом і фарад. З 1893 до 1948 року у використанні був міжнародний вольт, що дорівнює напрузі або ЕРС, які у провіднику з опором 1 ом (міжнародний) виробляє струм 1 ампер (міжнародний). Точна величина міжнародного вольта встановлювалась еталоном — групою нормальних елементів Вестона. У Міжнародну систему одиниць (SI) вольт уведено рішенням XI-ї Генеральної конференції мір і ваг у 1960 році одночасно з прийняттям системи SI в цілому.

До 1990 року 1 вольт визначався через одиницю енергії джоуль і одиницю заряду кулон.

20 травня 2019 року набули чинності Зміни визначень основних одиниць SI, включно з визначенням величини елементарного заряду.

Кратні та частинні одиниці

Кратні				Частинні
Величина	Назва	Позначення		Величина	Назва	Позначення
10^1 В	декавольт	даВ	daV	10^−1 В	децивольт	дВ	dV
10^2 В	гектовольт	гВ	hV	10^−2 В	сантивольт	сВ	cV
10^3 В	кіловольт	кВ	kV	10^−3 В	мілівольт	мВ	mV
10^6 В	мегавольт	МВ	MV	10^−6 В	мікровольт	мкВ	µV
10^9 В	гігавольт	ГВ	GV	10^−9 В	нановольт	нВ	nV
10^12 В	теравольт	ТВ	TV	10^−12 В	піковольт	пВ	pV
10^15 В	петавольт	ПВ	PV	10^−15 В	фемтовольт	фВ	fV
10^18 В	ексавольт	ЕВ	EV	10^−18 В	атовольт	аВ	aV
10^21 В	зетавольт	ЗВ	ZV	10^−21 В	зептовольт	зВ	zV
10^24 В	йотавольт	ЙВ	YV	10^−24 В	йоктовольт	йВ	yV
застосовувати не рекомендовано

Див. також

• Електронвольт
• Вольтметр

Примітки

1. 6.5.3 // Quantities and units—Part 1: General — 1 — ISO, 2009. — P. 18. — 41 p.
   d:Track:Q15028d:Track:Q26711930
2. BIPM SI Brochure: Appendix 1 [Архівовано 27 лютого 2022 у Wayback Machine.], p. 144.
3. Resolutions of the CGPM: 18th meeting (12–15 October 1987). Архів оригіналу за 27 лютого 2022. Процитовано 27 лютого 2022.
4. Burroughs, Charles J.; Bent, Samuel P.; Harvey, Todd E.; Hamilton, Clark A. (1 червня 1999), 1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 9 (3): 4145—4149, Bibcode:1999ITAS....9.4145B, doi:10.1109/77.783938, ISSN 1051-8223
5. Keller, Mark W. (18 січня 2008), Current status of the quantum metrology triangle (PDF), Metrologia, 45 (1): 102—109, Bibcode:2008Metro..45..102K, doi:10.1088/0026-1394/45/1/014, ISSN 0026-1394, архів оригіналу (PDF) за 27 травня 2010, процитовано 11 квітня 2010, Theoretically, there are no current predictions for any correction terms. Empirically, several experiments have shown that K_J and R_K are independent of device design, material, measurement setup, etc. This demonstration of universality is consistent with the exactness of the relations, but does not prove it outright.
6. Horowitz, Paul; Winfield, Hill (2015). The Art of Electronics (вид. 3.). Cambridge [u.a.]: Cambridge Univ. Press. с. 689. ISBN 978-0-521-809269.
7. SK Loo; Keith Keller (Aug 2004). Single-cell Battery Discharge Characteristics Using the TPS61070 Boost Converter (PDF). Texas Instruments. Архів (PDF) оригіналу за 15 жовтня 2023.
8. World's Biggest Ultra-High Voltage Line Powers Up Across China. Bloomberg. 1 січня 2019. Процитовано 7 січня 2020.
9. Paul H. Risk (26 червня 2013). Lightning – High-Voltage Nature. RiskVA. Архів оригіналу за 23 квітня 2021. Процитовано 23 квітня 2021.
10. Latimer Clark and Sir Charles Bright (1861) On the formation of standards of electrical quantity and resistance. — Report of the Thirty-first Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Manchester, England: September 1861), section: Mathematics and Physics, pp. 37-38.
11. Latimer Clark and Sir Charles Bright (November 9, 1861) Measurement of electrical quantities and resistance // The Electrician, 1 (1) : 3–4.
12. Sir W. Thomson, et al. (1873) First report of the Committee for the Selection and Nomenclature of Dynamical and Electrical Units // Report of the 43rd Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Bradford, September 1873), pp. 222—225. From p. 223: "The "ohm, « as represented by the original standard coil, is approximately 10⁹ C.G.S. units of resistance ; the „volt“ is approximately 10⁸ C.G.S. units of electromotive force ; and the „farad“ is approximately 1/10⁹ of the C.G.S. unit of capacity.»
13. Resolution 12 of the 11th meeting of the CGPM (1960) [Архівовано 2012-07-28 у Wayback Machine.](англ.) на сайті Міжнародного бюро мір і ваги
14. Draft Resolution A "On the revision of the International System of units (SI)" to be submitted to the CGPM at its 26th meeting (2018) (PDF), архів оригіналу (PDF) за 29 квітня 2018, процитовано 2 листопада 2018

Література

• Біленко І. І. Фізичний словник. — К.: Вища школа, Головне видав. 1979.