ВОЛЬТ ИЛИ ВОЛЬТ: ПОНЯТИЕ И ФОРМУЛЫ, ЭКВИВАЛЕНТЫ, ПРИМЕРЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Вольта или вольт является единицей , используемой в Международной системе единиц СИ , чтобы выразить напряжение и электрический потенциал, одна из основных величин электроэнергии. Напряжение выполняет работу, необходимую для запуска электрических зарядов и тем самым создания тока. Электрический ток, проходящий через проводники, способен запускать двигатели, передавать информацию, освещать улицы и дома и многое другое.

Название вольт как единица измерения было выбрано в честь Алессандро Вольта (1745-1827), итальянского физика и химика, который изобрел электрическую батарею около 1800 года. В то время анатом Луиджи Гальвани подтвердил, что лягушачьи лапки могут быть договор с применением электроэнергии. Вольта, зная об этих результатах, также приступил к поиску электрических зарядов в тканях животных с помощью электроскопа.

Рис. 1. Ассортимент батареек AA с номинальным напряжением 1,5 В, широко используемых в небольших устройствах, таких как радиоприемники, фотоаппараты, фонарики и игрушки. Источник: Pixabay.

Однако Вольта не нашел в органических материалах того, что искал, и окончательно убедился, что электрические заряды каким-то образом связаны с металлами, которыми он касался лягушачьих лапок.

Рисунок 2. Портрет Алессандро Вольта. Источник: Wikimedia Commons.

Вольта также понял, что два разных металла создают разность потенциалов и что одни комбинации лучше других. Так он построил первую батарею: листы войлока, смоченные в физиологическом растворе, между двумя серебряными и цинковыми электродами. Он сложил несколько таких слоев и таким образом смог произвести стабильный электрический ток.

Концепция и формулы

В 1874 году комиссия Британской ассоциации развития науки (BAAS), состоящая из известных ученых со всего мира, приняла в качестве единиц напряжения и сопротивления соответственно вольт и ом.

В то время их называли «практическими единицами», а сегодня они являются частью Международной системы единиц или СИ.

В большей части литературы разность потенциалов определяется как энергия на единицу заряда. Действительно, если у вас есть электрический заряд посреди электрического поля, созданного другим зарядом, вам нужно проделать работу, чтобы заставить их перемещаться из одного места в другое.

Проделанная работа сохраняется в конфигурации зарядов в виде изменения их электрической потенциальной энергии, которую мы назовем ∆U. Символ ∆ указывает на это изменение или различие, поскольку ∆U = _Final U - _{Начальный начальный} .

Таким образом, разность потенциалов между двумя точками ∆V определяется как:

Поскольку энергия измеряется в джоулях (Дж), а заряд - в кулонах (C), напряжение в 1 вольт (В) равно 1 джоуль / кулон:

Таким образом, 1 вольт соответствует разности потенциалов, совершающей работу в 1 джоуль на каждый кулон.

Альтернативное определение вольт

Другой способ определить напряжение - связать электрический ток и мощность. Таким образом, 1 вольт (В) - это разность потенциалов между двумя точками провода, через которые протекает ток в 1 ампер (А), если рассеиваемая мощность составляет 1 ватт (Вт). Таким образом:

Это определение важно, потому что оно включает в себя силу электрического тока, которая является одной из фундаментальных величин физики. Следовательно, ампер относится к группе из семи основных единиц:

Можно проверить, что оба определения эквивалентны, зная, что 1 ватт равен 1 джоуль в секунду, а 1 ампер равен 1 кулону в секунду, следовательно:

Секунды отменяются, и остается J / C, эквивалентное 1 ньютону. метр / кулон. Следовательно, 1 вольт также выражается как:

Закон Ома

Для некоторых материалов выполняется линейная зависимость между напряжением (V), током (I) и электрическим сопротивлением (R) материала, известная как закон Ома. Таким образом:

Поскольку единицы измерения электрического сопротивления - Ом (Ом), получается, что 1 В = 1 А.

Эквивалентность

Для измерения напряжений в основном используются мультиметр или тестер и осциллограф. Первый предлагает прямое измерение напряжения, а второй имеет экран для отображения формы сигнала, а также его значения.

Рисунок 3. Цифровой мультиметр, используемый для измерения различных электрических величин. Источник: Pixabay.

Обычно значения намного выше или ниже, чем вольт, поэтому полезно иметь эквивалентность между кратными и частичными:

-1 киловольт (кВ) = 1000 В

-1 милливольт (мВ) = 10 ^-3 В

-1 микровольт (мкВ) = ^10-6 В

Примеры

Напряжения в биологии

В сердце есть область, называемая синусовым узлом, которая ведет себя как аккумулятор, генерируя электрические импульсы, которые стимулируют сердцебиение.

График того же получен с помощью электрокардиограммы, которая предлагает значения сердечного цикла: продолжительность и амплитуду. Благодаря этому можно выявить нарушения в работе сердца.

Типичные значения мембранного потенциала внутри сердца находятся в диапазоне 70-90 мВ, тогда как электрокардиограф способен регистрировать напряжения порядка 1 мВ.

Рисунок 4. Электрокардиограмма регистрирует электрическую активность сердца. Источник: Pixabay.

Нервная система также работает с помощью электрических импульсов. Напряжение около 70 мВ может быть измерено в нервах человека.

Напряжения на Земле

У Земли есть собственное электрическое поле, направленное внутрь планеты, поэтому известно, что она заряжена отрицательно. Между поверхностью и верхними слоями атмосферы существуют поля, величина которых колеблется в пределах 66–150 Н / C, при этом возможна разность потенциалов до 100 кВ.

С другой стороны, естественные течения, протекающие в недрах, позволяют охарактеризовать местность с помощью электрических методов геофизики. Испытание состоит из вставки электродов в поле, двух для напряжения и двух для тока, и измерения соответствующих величин.

Изменяя конфигурацию электродов различными способами, можно определить удельное сопротивление земли, свойство, которое указывает, насколько легко или сложно ток может течь в данном материале. В зависимости от полученных значений можно сделать вывод о существовании электрической аномалии, которая может указывать на наличие определенных минералов в недрах.

Напряжения в часто используемых устройствах

- Домашняя электросеть (переменное напряжение): 110 В в Америке и 220 в Европе.

-Свечи зажигания в автомобиле: 15 кВ

-Автомобильный аккумулятор: 12 В

-Сухая батарея для игрушек и фонариков: 1,5 В

-Напряжение в аккумуляторе смартфона: 3,7 В.

Ссылки

1. Международная электротехническая комиссия IEC. Историческая справка. Получено с: iec.ch.
2. Грим-Ки, С. 2016. Электрические методы. Восстановлено с: geovirtual2.cl.
3. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: взгляд на мир. 6 ^ta Редактирование сокращено. Cengage Learning.
4. Найт, р. 2017. Физика для ученых и инженерии: стратегический подход.
5. Справочник по физике. Электрическое поле на Земле. Получено с: hypertextbook.com.
6. Wikipedia. ЭКГ. Получено с: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Физическая величина. Получено с: es.wikipedia.org.