WOLT LUB WOLT: POJĘCIE I WZORY, RÓWNOWAŻNOŚCI, PRZYKŁADY - FIZYCZNY - 2026

V lub V jest jednostka używana w Międzynarodowym Układem Jednostek SI wyrazić napięcie i potencjał elektryczny, jeden z głównych wielkości energii elektrycznej. Napięcie wykonuje pracę niezbędną do rozpoczęcia ładunków elektrycznych, a tym samym do wytworzenia prądu. Prąd elektryczny przepływający przez przewodniki może uruchamiać silniki, przesyłać informacje, oświetlać aleje i domy oraz wiele więcej.

Nazwa volt jako jednostka została wybrana na cześć Alessandro Volty (1745-1827), włoskiego fizyka i chemika, który wynalazł baterię elektryczną około 1800 roku. W tym czasie anatom Luigi Galvani sprawdził, że żabie udka mogą być umowy poprzez zastosowanie energii elektrycznej. Volta, świadomy tych wyników, również zaczął szukać ładunków elektrycznych w tkankach zwierzęcych za pomocą elektroskopu.

Rysunek 1. Asortyment baterii AA o napięciu znamionowym 1,5 V, szeroko stosowanych w małych urządzeniach, takich jak radia, aparaty fotograficzne, latarki i zabawki. Źródło: Pixabay.

Jednak Volta nie znalazł tego, czego szukał w materiałach organicznych i ostatecznie był przekonany, że ładunki elektryczne są w jakiś sposób w metalach, którymi dotykał żabich udek.

Rysunek 2. Portret Alessandro Volty. Źródło: Wikimedia Commons.

Volta zdał sobie również sprawę, że dwa różne metale wytwarzają różnicę potencjałów i że niektóre kombinacje były lepsze od innych. Tak zbudował pierwszą baterię: arkusze filcu zwilżone roztworem soli pomiędzy dwoma elektrodami srebrnymi i cynkowymi. Zebrał kilka z tych warstw, dzięki czemu był w stanie wytworzyć stabilny prąd elektryczny.

Pojęcie i formuły

W 1874 r. Wolt wraz z omem zostały przyjęte jako jednostki odpowiednio napięcia i rezystancji przez komisję Brytyjskiego Stowarzyszenia Postępu Naukowego (BAAS) złożoną z wybitnych naukowców z całego świata.

W tamtych czasach nazywano je „jednostkami praktycznymi”, a dziś są częścią Międzynarodowego Układu Jednostek lub SI.

W większości literatury różnica potencjałów jest definiowana jako energia na jednostkę ładunku. Rzeczywiście, jeśli masz ładunek elektryczny w środku pola elektrycznego wytwarzanego przez inny ładunek, musisz wykonać pracę, aby przenieść je z jednego miejsca do drugiego.

Wykonana praca jest przechowywana w konfiguracji ładunków jako zmiana ich potencjalnej energii elektrycznej, którą nazwiemy ∆U. Symbol ∆ wskazuje tę zmianę lub różnicę, ponieważ ∆U = _końcowe U - _{początkowe początkowe} .

W ten sposób różnica potencjałów między dwoma punktami ΔV jest definiowana jako:

Ponieważ energia ma jednostki dżuli (J), a ładunek jest w kulombach (C), napięcie 1 wolta (V) równa się 1 dżul / kulomb:

Zatem 1 wolt odpowiada różnicy potencjałów wykonującej pracę 1 dżula na każdy kulomb.

Alternatywna definicja napięcia

Innym sposobem zdefiniowania napięcia jest połączenie prądu elektrycznego i mocy. W ten sposób 1 wolt (V) jest różnicą potencjałów między dwoma punktami przewodu, przez które przepływa prąd o wartości 1 ampera (A), jeśli rozpraszana moc wynosi 1 wat (W). A zatem:

Ta definicja jest ważna, ponieważ obejmuje natężenie prądu elektrycznego, który jest jedną z podstawowych wielkości w fizyce. Dlatego amper należy do grupy siedmiu podstawowych jednostek:

Można sprawdzić, czy obie definicje są równoważne, wiedząc, że 1 wat to 1 dżul / sekunda, a 1 amper to 1 kulomb / sekunda, stąd:

Sekundy są anulowane, a J / C pozostaje, co odpowiada 1 niutonowi. metr / kulomb. Dlatego 1 wolt jest również wyrażany jako:

Prawo Ohma

W przypadku niektórych materiałów zachowana jest liniowa zależność między napięciem (V), prądem (I) i oporem elektrycznym (R) materiału, co jest znane jako prawo Ohma. A zatem:

Ponieważ jednostkami rezystancji elektrycznej są omy (Ω), okazuje się, że 1 V = 1 A.Ω

Równoważności

Do pomiaru napięć używa się głównie multimetru lub testera i oscyloskopu. Pierwsza oferuje bezpośredni pomiar napięcia, a druga ma ekran do wyświetlania kształtu sygnału oraz jego wartości.

Rysunek 3. Multimetr cyfrowy używany do pomiaru różnych wielkości elektrycznych. Źródło: Pixabay.

Często zdarza się, że wartości są znacznie wyższe lub niższe niż wolt, dlatego warto mieć odpowiedniki między wielokrotnościami i podwielokrotnościami:

-1 kilowolt (kV) = 1000 V.

-1 miliwolt (mV) = ^10-3 V.

-1 mikrowolt (μV) = ^10-6 V.

Przykłady

Napięcia w biologii

W sercu znajduje się obszar zwany węzłem zatokowym, który zachowuje się jak bateria, generując impulsy elektryczne stymulujące bicie serca.

Wykres tego samego uzyskuje się za pomocą elektrokardiogramu, który przedstawia wartości cyklu serca: czas trwania i amplitudę. Dzięki temu można wykryć nieprawidłowości w funkcjonowaniu serca.

Typowe wartości potencjału błonowego wewnątrz serca mieszczą się w przedziale 70-90 mV, podczas gdy elektrokardiograf jest w stanie rejestrować napięcia rzędu 1 mV.

Rycina 4. Elektrokardiogram rejestruje aktywność elektryczną serca. Źródło: Pixabay.

Układ nerwowy działa również poprzez impulsy elektryczne. W nerwach człowieka można zmierzyć napięcia około 70 mV.

Napięcia na Ziemi

Ziemia ma własne pole elektryczne skierowane do wnętrza planety, dzięki czemu wiadomo, że jest naładowane ujemnie. Pomiędzy powierzchnią a górnymi warstwami atmosfery znajdują się pola, których wielkość waha się w granicach 66-150 N / C i można ustalić różnice potencjałów do 100 kV.

Z drugiej strony naturalne prądy płynące w podłożu pozwalają na scharakteryzowanie terenu poprzez zastosowanie metod elektrycznych w geofizyce. Test składa się z umieszczenia elektrod w polu, dwóch dla napięcia i dwóch dla prądu i pomiaru odpowiednich wartości.

Zmieniając konfigurację elektrod na różne sposoby, można określić rezystywność gruntu, właściwość, która wskazuje, jak łatwy lub trudny może być prąd w danym materiale. W zależności od uzyskanych wartości można wnioskować o istnieniu anomalii elektrycznej, która może wskazywać na istnienie określonych minerałów w podłożu.

Napięcia w powszechnie stosowanych urządzeniach

-Domowa sieć energetyczna (napięcie przemienne): 110 V w Ameryce i 220 w Europie.

-Świece zapłonowe w samochodzie: 15 kV

-Akumulator samochodowy: 12V

-Sucha bateria do zabawek i latarek: 1,5 V

-Napięcie w baterii smartfona: 3,7 V.

Bibliografia

1. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna IEC. Tło historyczne. Odzyskany z: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Metody elektryczne. Odzyskany z: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizyka: spojrzenie na świat. 6 ^ta Edycja w skrócie. Cengage Learning.
4. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
5. The Physics Factbook. Pole elektryczne na Ziemi. Odzyskany z: hypertextbook.com.
6. Wikipedia. Elektrokardiogram. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Wielkość fizyczna. Odzyskane z: es.wikipedia.org.