Вольт
| вольт | |
| В, V | |
| | |
| Величина |
электрический потенциал электрическое напряжение электродвижущая сила |
|---|---|
| Система | |
|
Производная | |
Вольт (русское обозначение: В; международное: V) — в Международной системе единиц (СИ) единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы. Названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольты (1745—1827), который изобрёл первую электрическую батарею — вольтов столб и опубликовал результаты своих экспериментов в 1800 году.
Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.
В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы вольт пишется со строчной буквы, а её обозначение — с прописной. Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных с использованием вольта. Например, обозначение единицы измерения напряжённости электрического поля «вольт на метр» записывается как В/м.
1 В = (1/300) ед. потенциала СГСЭ[1].
Содержание
Определение
Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём теплоты мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J)[2]. Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м² · кг · с−3 · A−1.
- <math>\mbox{V} = \dfrac{\mbox{W}}{\mbox{A}} = \dfrac{\mbox{J}}{\mbox{C}} = \dfrac{\mbox{m}^2 \cdot \mbox{kg}}{\mbox{s}^{3} \cdot \mbox{A}}.</math>
Определение на основе эффекта Джозефсона
С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором для привязки к эталону используется константа Джозефсона, зафиксированная 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам как[3]:
- <math>K_{J-90} = \frac{2e}{h} =</math> 0,4835979 ГГц/мкВ,
где e — элементарный заряд, h — постоянная Планка
Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 ГГц до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры[4]. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов[5].
Шкала напряжений
- Наименьшее измеряемое напряжение — порядка 10 нВ.
- Выходное напряжение на магнитной головке кассетного магнитофона — 0,3 мВ[6].
- Разность потенциалов на мембране нейрона — 70 мВ.
- NiCd аккумулятор — 1,2 В.
- Щелочной элемент — 1,5 В.
- Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4) — 3,3 В.
- Зарядное устройство для мобильных телефонов – 5.0 В.
- Батарейка «Крона» — 9 В.
- Автомобильный аккумулятор — 12 В (для тяжёлых грузовиков — 24 В).
- Напряжение бытовой сети в России — 127 В, 220 В (однофазное), 380 В (трёхфазное).
- Напряжение в промышленных сетях — 380 В (трёхфазное), 380 В (однофазное), 660 В (трёхфазное)
- Напряжение в контактной сети трамвая, троллейбуса — 600 В (660 В) (постоянный ток).
- Напряжение контактного рельса в метрополитене — 825 В (постоянный ток).
- Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (постоянный ток), 25 кВ (переменный ток).
- Магистральные ЛЭП — 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
- Максимальное напряжение на ЛЭП (Экибастуз-Кокшетау) — 1,15 МВ.
- Самое высокое постоянное напряжение, полученное в лаборатории на пеллетроне — 25 МВ.
- Молния — от 100 МВ и выше.
Исторический экскурс
Единица измерения «вольт» была введена в 1861 году комитетом электрических эталонов, созданным Уильямом Томсоном. Её введение было связано с текущими нуждами инженерной физики. 1 июня 1898 года имперским законом в Германии 1 вольт был установлен как «законная» единица измерения ЭДС, равная ЭДС, возбуждающей в проводнике сопротивлением 1 ом ток силой 1 ампер[7]. В Международную систему единиц (СИ) вольт введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом[8].
Впоследствии 1 вольт обычно определялся через единицу энергии джоуль и единицу заряда кулон.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 В | декавольт | даВ | daV | 10−1 В | децивольт | дВ | dV |
| 102 В | гектовольт | гВ | hV | 10−2 В | сантивольт | сВ | cV |
| 103 В | киловольт | кВ | kV | 10−3 В | милливольт | мВ | mV |
| 106 В | мегавольт | МВ | MV | 10−6 В | микровольт | мкВ | µV |
| 109 В | гигавольт | ГВ | GV | 10−9 В | нановольт | нВ | nV |
| 1012 В | теравольт | ТВ | TV | 10−12 В | пиковольт | пВ | pV |
| 1015 В | петавольт | ПВ | PV | 10−15 В | фемтовольт | фВ | fV |
| 1018 В | эксавольт | ЭВ | EV | 10−18 В | аттовольт | аВ | aV |
| 1021 В | зеттавольт | ЗВ | ZV | 10−21 В | зептовольт | зВ | zV |
| 1024 В | иоттавольт | ИВ | YV | 10−24 В | иоктовольт | иВ | yV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Примечания
- ↑ И. В. Савельев. Курс общей физики. — Т. II. Электричество. — С. 41.
- ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 196. — 688 с.
- ↑ [www.bipm.org/en/CIPM/db/1988/1/ Representation of the volt by means of the Josephson effect] // BIPM
- ↑ Burroughs, C. J., Benz, S. P., Harvey, T. E., Hamilton, C. A. [www.nist.gov/manuscript-publication-search.cfm?pub_id=15238 1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard System] (англ.) // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. — 1999. — Vol. 9. — P. 4145—4148.
- ↑ Mark W. Keller [iopscience.iop.org/0026-1394/45/1/014/ Current status of the quantum metrology triangle] (англ.) // Metrologia. — 2008. — Vol. 45. — P. 102. — DOI:10.1088/0026-1394/45/1/014.
- ↑ [www.bizimradio.net/shemy-ustroistv/54-magnitnye-golovki-dlya-kassetnykh-magnitofonov Магнитные головки для кассетных магнитофонов]
- ↑ В. М. Дуков. [www.eduspb.com/old/Interest/biography/metod/dukov_24.htm История систем единиц измерения физических величин] // Из кн. «Исторические обзоры в курсе физики средней школы» (М.: Просвещение, 1983)
- ↑ [www.bipm.org/en/CGPM/db/11/12/ Resolution 12 of the 11th meeting of the CGPM (1960)] (англ.) на сайте Международного бюро мер и весов
| |||||||||||||||||||||||||
