Вольт

вольт
вольт
	Микросхема стандарта напряжения Джозефсона , разработанная Национальным бюро стандартов в качестве стандартного вольта.
Общая информация
Система единиц	И
Единица	электрический потенциал , электродвижущая сила
Символ	V
Назван в честь	Алессандро Вольта
Базовые единицы СИ	kg ⋅ m 2 ⋅ s −3 ⋅ A −1

Вольт ( (обозначение: В ) — единица измерения потенциала , разности электрических потенциалов электрического напряжения ) и электродвижущей силы в Международной системе единиц (СИ) . ^[1]

Определение [ править ]

Один вольт определяется как электрический потенциал между двумя точками проводящего провода когда электрический ток в один ампер рассеивает один ватт мощности , между этими точками. ^[2] Его можно выразить в базовых единицах СИ ( м , кг , с и А ) как

{\text{V}}={\frac {\text{power}}{\text{electric current}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}}{\text{A}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.

Другими словами, это разность потенциалов между двумя точками, которая передает один джоуль энергии . на кулон заряда, проходящего через нее Его можно выразить в базовых единицах СИ ( м , кг , с и А ) как

{\text{V}}={\frac {\text{potential energy}}{\text{charge}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-2}}{{\text{A}}{\cdot }{\text{s}}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.

Его также можно выразить как ампер, умноженный на ом (ток, умноженный на сопротивление, закон Ома ), Вебер в секунду (магнитный поток за время), ватты на ампер (мощность на ток) или джоули на кулон (энергия на заряд), что также эквивалентно электронвольтам на элементарный заряд :

{\text{V}}={\text{A}}{\cdot }\Omega ={\frac {\text{Wb}}{\text{s}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {\text{eV}}{e}}.

Вольт назван в честь Алессандро Вольта . Как и любая единица СИ, названная в честь человека, ее символ начинается с заглавной буквы (V), но при написании полностью он соответствует правилам написания заглавных букв нарицательного существительного ; т. е. слово «вольт» пишется с заглавной буквы в начале предложения и в заголовках, но в остальном пишется строчными буквами.

Джозефсона Определение перехода

Исторически « условный » вольт, В ₉₀ , был определен в 1987 году 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам. ^[3] и использовавшийся с 1990 по 2019 год, был реализован с использованием эффекта Джозефсона для точного преобразования частоты в напряжение в сочетании с цезиевым стандартом частоты . Хотя эффект Джозефсона по-прежнему используется для получения вольта, используемая константа немного изменилась.

Для постоянной Джозефсона K J ₌ 2 e / h (где e — элементарный заряд , а h — постоянная Планка «обычное» значение K _J-90 ) с целью определения вольта использовалось = 0,4835979 ГГц/мкВ. . В результате переопределения базовых единиц СИ в 2019 году с 2019 года постоянная Джозефсона имеет точное значение $K J$ = 483 597,848 ... ГГц / 416 98 В , которое заменило традиционное значение K _J-90 .

Этот стандарт обычно реализуется с использованием последовательно соединенной решетки из нескольких тысяч или десятков тысяч переходов , возбуждаемых микроволновыми сигналами в диапазоне от 10 до 80 ГГц (в зависимости от конструкции решетки). ^[4] Эмпирически несколько экспериментов показали, что метод не зависит от конструкции устройства, материала, схемы измерения и т. д., и при практической реализации не требуется корректирующих условий. ^[5]

воды потоком Аналогия с

В аналогии с потоком воды , которую иногда используют для объяснения электрических цепей путем сравнения их с трубами, заполненными водой, напряжение (разница электрических потенциалов) сравнивается с разницей в давлении воды , а ток пропорционален количеству текущей воды. Резистор может представлять собой уменьшенный диаметр где-нибудь в трубопроводе или что-то вроде радиатора, обеспечивающего сопротивление потоку.

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 соответствующих системах.

Общие напряжения [ править ]

Напряжение, создаваемое каждым гальваническим элементом в батарее, определяется химией этого элемента (см. « Гальванический элемент § Напряжение элемента» ). Ячейки можно объединить последовательно для получения кратного этому напряжению или добавить дополнительную схему для регулировки напряжения на другой уровень. Механические генераторы обычно могут быть рассчитаны на любое напряжение в пределах осуществимости.

Номинальные напряжения известных источников:

нервных клеток Потенциал покоя : ~75 мВ. ^[6]
Одноэлементный перезаряжаемый NiMH ^[7] или NiCd аккумулятор: 1,2 В
Одноэлементные, неперезаряжаемые (например, элементы AAA, AA, C и D ): щелочная батарея : 1,5 В; ^[8] Угольно-цинковая батарея : 1,56 В, если она новая и неиспользованная.
Уровни логического напряжения : 1,2 В, 1,5 В, 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В, 5,0 В
Аккумуляторная батарея LiFePO ₄ : 3,3 В.
кобальта на основе Литий-полимерная аккумуляторная батарея : 3,75 В (см. Сравнение типов коммерческих батарей )
транзисторно-транзисторной логики / КМОП (ТТЛ): 5 В Питание
USB : 5 В постоянного тока
PP3 battery : 9 V
Автомобильные аккумуляторные системы имеют напряжение 2,1 В на ячейку; аккумулятор «12 В» — 6 ячеек, или 12,6 В; батарея «24 В» состоит из 12 ячеек, или 25,2 В. В некоторых старинных автомобилях используются 3-элементные батареи «6 В», или 6,3 В.
Бытовая сеть переменного тока : (см. Список стран с сетевыми вилками, напряжением и частотой )
- 100 В в Японии,
- 120 В в Северной Америке,
- 230 В в Европе, Азии, Африке и Австралии
скоростного транспорта Третий рельс : 600–750 В (см. Список систем электрификации железных дорог )
Воздушные линии электропередачи для высокоскоростных поездов: 25 кВ при 50 Гц , но исключения см. в Перечне систем электрификации железных дорог и 25 кВ при 60 Гц .
Высоковольтные линии электропередачи : 110 кВ и выше (рекорд 1,15 МВ, максимальное активное напряжение 1,10 МВ). ^[9])
Молния : максимум около 150 МВ. ^[10]

История [ править ]

В 1800 году в результате профессиональных разногласий по поводу гальванического отклика, пропагандируемого Луиджи Гальвани , Алессандро Вольта разработал так называемую гальваническую батарею , предшественник батареи , которая производила постоянный электрический ток . Вольта определил, что наиболее эффективной парой разнородных металлов для производства электроэнергии является 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 в качестве единицы электродвижущей силы. ^[13] Они сделали вольт равным 10 ⁸ единицы напряжения cgs , причем система cgs в то время была общепринятой системой единиц в науке. Они выбрали такое соотношение, потому что единица напряжения CGS неудобно мала, и один вольт в этом определении примерно равен ЭДС элемента Дэниела , стандартного источника напряжения в телеграфных системах того времени. ^[14] В то время вольт определялся как разность потенциалов [т. е. то, что сейчас называется «напряжением (разницей)»] на проводнике, когда ток силой в один ампер рассеивает один ватт мощности.

«Международный вольт» был определен в 1893 году как 1 / 1,434 ЭДС ячейки Кларка . От этого определения отказались в 1908 году в пользу определения, основанного на международном оме и международном ампере, пока в 1948 году не был отменен весь набор «воспроизводимых единиц». ^[15]

Переопределение базовых единиц СИ , включая определение стоимости элементарного заряда , вступило в силу 20 мая 2019 года. ^[16]

См. также [ править ]

Порядки величины (напряжение)
Напряжение тяги рельсов
Единицы электромагнетизма СИ
Префикс SI для префиксов единиц измерения
Стандартизированные железнодорожные напряжения
Вольтметр

Ссылки [ править ]

^ «Брошюра СИ, Таблица 3 (раздел 2.2.2)» . МБМВ. 2006. Архивировано из оригинала 18 июня 2007 г. Проверено 29 июля 2007 г.
^ Брошюра BIPM SI: Приложение 1 , стр. 144.
^ «Резолюции ГКМВ: 18-е заседание (12–15 октября 1987 г.)» .
^ Берроуз, Чарльз Дж.; Бент, Сэмюэл П.; Харви, Тодд Э.; Гамильтон, Кларк А. (1999-06-01), «Программируемый джозефсоновский стандарт напряжения постоянного тока 1 В» , Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости , 9 (3), Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 4145–4149, Bibcode : 1999ITAS....9.4145B , doi : 10.1109/77.783938 , ISSN 1051-8223 , S2CID 12970127
^ Келлер, Марк В. (18 января 2008 г.), «Текущий статус треугольника квантовой метрологии» (PDF) , Metrologia , 45 (1): 102–109, Бибкод : 2008Metro..45..102K , doi : 10.1088 /0026-1394/45/1/014 , ISSN 0026-1394 , S2CID 122008182 , заархивировано из оригинала (PDF) 27 мая 2010 г. , получено 11 апреля 2010 г. , Теоретически в настоящее время нет прогнозов для каких-либо исправлений. условия. Эмпирически 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 напрямую.
^ Буллок, Орканд и Гриннелл, стр. 150–151; Янг, с. 89–90; Шмидт-Нильсен, с. 484.
^ Горовиц, Пол; Уинфилд, Хилл (2015). Искусство электроники (3-е изд.). Кембридж [ua]: Cambridge Univ. Нажимать. п. 689. ИСБН 978-0-521-809269 .
^ СК Лоо; Кейт Келлер (август 2004 г.). «Характеристики разряда одноэлементной батареи с использованием повышающего преобразователя TPS61070» (PDF) . Техасские инструменты. Архивировано (PDF) из оригинала 15 октября 2023 г.
^ «Крупнейшая в мире линия сверхвысокого напряжения заработала по всему Китаю» . Блумберг . 1 января 2019 года . Проверено 7 января 2020 г.
^ Пол Х. Риск (26 июня 2013 г.). «Молния – высоковольтная природа» . РискВА .
^
В качестве названий единиц различных электрических величин Брайт и Кларк предложили «ом» для напряжения, «фарад» для заряда, «гальват» для тока и «вольт» для сопротивления. Видеть:
- Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (1861 г.) «О формировании стандартов электрической величины и сопротивления» , Отчет тридцать первого собрания Британской ассоциации содействия развитию 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» , The Electrician , 1 (1): 3–4.
^ Сэр В. Томсон и др. (1873) «Первый отчет Комитета по выбору и номенклатуре динамических и электрических единиц» , Отчет 43-го собрания Британской ассоциации содействия развитию науки (Брэдфорд, сентябрь 1873 г.), стр. 222-225. Из стр. 223: «Ом», представленный оригинальной стандартной катушкой, составляет примерно 10 ⁹ единицы сопротивления СГС; «вольт» составляет примерно 10 ⁸ единицы СГС электродвижущей силы; а «фарад» равен примерно 1/10 ⁹ единицы мощности СГС».
^ (Анон.) (24 сентября 1881 г.) «Электрический конгресс» , Электрик , 7 : 297.
^ Хамер, Уолтер Дж. (15 января 1965 г.). Стандартные элементы: их конструкция, обслуживание и характеристики (PDF) . Монография Национального бюро стандартов № 84. Национальное бюро стандартов США.
^ «Пересмотренные значения для электрических агрегатов» (PDF) . Отчет лабораторий Белла . XXV (12): 441. Декабрь 1947 г.
^ Проект резолюции A «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)» для представления ГКМВ на ее 26-м заседании (2018 г.) (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 29 апреля 2018 г. , получено в 2018 г. -11-02

Внешние ссылки [ править ]

История электроагрегатов.

[1] «Брошюра СИ, Таблица 3 (раздел 2.2.2)» . МБМВ. 2006. Архивировано из оригинала 18 июня 2007 г. Проверено 29 июля 2007 г.

[2] Брошюра BIPM SI: Приложение 1 , стр. 144.

[cgpm-18-3] «Резолюции ГКМВ: 18-е заседание (12–15 октября 1987 г.)» .

[ieee-josephson-4] Берроуз, Чарльз Дж.; Бент, Сэмюэл П.; Харви, Тодд Э.; Гамильтон, Кларк А. (1999-06-01), «Программируемый джозефсоновский стандарт напряжения постоянного тока 1 В» , Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости , 9 (3), Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 4145–4149, Bibcode : 1999ITAS....9.4145B , doi : 10.1109/77.783938 , ISSN 1051-8223 , S2CID 12970127

[5] Келлер, Марк В. (18 января 2008 г.), «Текущий статус треугольника квантовой метрологии» (PDF) , Metrologia , 45 (1): 102–109, Бибкод : 2008Metro..45..102K , doi : 10.1088 /0026-1394/45/1/014 , ISSN 0026-1394 , S2CID 122008182 , заархивировано из оригинала (PDF) 27 мая 2010 г. , получено 11 апреля 2010 г. , Теоретически в настоящее время нет прогнозов для каких-либо исправлений. условия. Эмпирически 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 напрямую.

[6] Буллок, Орканд и Гриннелл, стр. 150–151; Янг, с. 89–90; Шмидт-Нильсен, с. 484.

[7] Горовиц, Пол; Уинфилд, Хилл (2015). Искусство электроники (3-е изд.). Кембридж [ua]: Cambridge Univ. Нажимать. п. 689. ИСБН 978-0-521-809269 .

[8] СК Лоо; Кейт Келлер (август 2004 г.). «Характеристики разряда одноэлементной батареи с использованием повышающего преобразователя TPS61070» (PDF) . Техасские инструменты. Архивировано (PDF) из оригинала 15 октября 2023 г.

[9] «Крупнейшая в мире линия сверхвысокого напряжения заработала по всему Китаю» . Блумберг . 1 января 2019 года . Проверено 7 января 2020 г.

[10] Пол Х. Риск (26 июня 2013 г.). «Молния – высоковольтная природа» . РискВА .

[11] В качестве названий единиц различных электрических величин Брайт и Кларк предложили «ом» для напряжения, «фарад» для заряда, «гальват» для тока и «вольт» для сопротивления. Видеть:
Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (1861 г.) «О формировании стандартов электрической величины и сопротивления» , Отчет тридцать первого собрания Британской ассоциации содействия развитию 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» , The Electrician , 1 (1): 3–4.

[12] Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (1861 г.) «О формировании стандартов электрической величины и сопротивления» , Отчет тридцать первого собрания Британской ассоциации содействия развитию науки (Манчестер, Англия: сентябрь 1861 г.), раздел: Математика и физика, стр. 37-38.

[13] Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (9 ноября 1861 г.) «Измерение электрических величин и сопротивления» , The Electrician , 1 (1): 3–4.

[12] Сэр В. Томсон и др. (1873) «Первый отчет Комитета по выбору и номенклатуре динамических и электрических единиц» , Отчет 43-го собрания Британской ассоциации содействия развитию науки (Брэдфорд, сентябрь 1873 г.), стр. 222-225. Из стр. 223: «Ом», представленный оригинальной стандартной катушкой, составляет примерно 10 ⁹ единицы сопротивления СГС; «вольт» составляет примерно 10 ⁸ единицы СГС электродвижущей силы; а «фарад» равен примерно 1/10 ⁹ единицы мощности СГС».

[13] (Анон.) (24 сентября 1881 г.) «Электрический конгресс» , Электрик , 7 : 297.

[Hamer-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.

[BLR47.12-15] «Пересмотренные значения для электрических агрегатов» (PDF) . Отчет лабораторий Белла . XXV (12): 441. Декабрь 1947 г.

[draft-resolution-A-16] Проект резолюции A «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)» для представления ГКМВ на ее 26-м заседании (2018 г.) (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 29 апреля 2018 г. , получено в 2018 г. -11-02

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

v т и единицы СИ
Базовые единицы	ампер кандела Кельвин килограмм метр крот второй
Производные единицы со специальными именами	беккерель кулон градус Цельсия лошадь серый Генри герц джоуль katal просвет люкс Ньютон ом паскаль радиан Сименс зиверт стерадиан Тесла вольт ватт Вебер
Другие принятые единицы	астрономическая единица Далтон день децибел степень дуги электронвольт га час литр минута минута и секунда дуги ЧЕРЕЗ тонна
См. также	Преобразование единиц Метрические префиксы Исторические определения базовых единиц СИ переопределение 2019 года Система единиц измерения
Категория