VOLTTI TAI VOLTTIA: KÄSITE JA KAAVAT, VASTAAVUUDET, ESIMERKIT - FYYSINEN - 2026

Voltin tai voltin on yksikkö, jota käytetään kansainvälisessä järjestelmä SI-yksiköitä ilmaista jännite ja sähköinen potentiaali, joka on yksi tärkeimmistä määriä sähköä. Jännite tekee tarvittavat työt sähkölatausten käynnistämiseksi ja siten virran luomiseksi. Johtimien läpi kulkeva sähkövirta pystyy käynnistämään moottoreita, siirtämään tietoja, valaisemaan ja koteihin ja paljon muuta.

Nimi voltti yksiköksi valittiin italialaisen fyysikon ja kemian Alessandro Voltan (1745-1827) kunniaksi, joka keksi sähköakun noin vuonna 1800. Tuolloin anatomisti Luigi Galvani oli todennut, että sammakon jalat voivat olla sopimuksen tekemällä sähköä. Näistä tuloksista tietoinen Volta ryhtyi myös etsimään sähkövarauksia eläinkudoksissa käyttämällä elektroskooppia.

Kuva 1. AA-paristojen nimellisjännite 1,5 V, joita käytetään laajasti pienissä laitteissa, kuten radiot, kamerat, taskulamput ja lelut. Lähde: Pixabay.

Volta ei kuitenkaan löytänyt etsimäänsä orgaanisista materiaaleista ja oli lopulta vakuuttunut siitä, että sähkövaraukset olivat jotenkin metalleissa, joiden kanssa hän kosketti sammakon jalkoja.

Kuva 2. Alessandro Voltan muotokuva. Lähde: Wikimedia Commons.

Volta tajusi myös, että kaksi eri metallia tuotti potentiaaliero ja että jotkut yhdistelmät olivat parempia kuin toiset. Näin hän rakensi ensimmäisen akun: suolaliuoksessa kostutettua huopalevyä kahden hopean ja sinkin elektrodin väliin. Hän kasasi useita näistä kerroksista ja pystyi siten tuottamaan vakaan sähkövirran.

Konsepti ja kaavat

Vuonna 1874 brittiläinen tieteen kehityksen yhdistyksen (BAAS) komitea hyväksyi jännitteen ja ohmin yksiköinä vastaavasti jännite- ja vastusyksiköinä, jotka koostuivat merkittävistä tutkijoista ympäri maailmaa.

Tuolloin niitä kutsuttiin käytännöllisiksi yksiköiksi ja nykyään ne ovat osa kansainvälistä yksikköjärjestelmää eli SI.

Suurimmassa osassa kirjallisuutta potentiaaliero määritellään energiana yksikköä kohti. Todellakin, jos sinulla on sähkövaraus keskellä toista latausta tuottamaa sähkökenttää, sinun on tehtävä työ saadaksesi ne liikkumaan paikasta toiseen.

Tehty työ tallennetaan latauskokoonpanoon niiden sähköisen potentiaalienergian muutoksena, jota kutsumme ∆U. Symboli ∆ ilmaisee tämän muutoksen tai eron, koska ∆U = _lopullinen U - _alkuarvo.

Tällä tavalla kahden pisteen ∆V potentiaaliero määritetään seuraavasti:

Koska energiassa on jouleyksiköitä (J) ja varaus tulee coulombissa (C), jännite 1 volttia (V) on yhtä joulea / coulombia kohti:

Siten 1 volti vastaa potentiaalieroa, joka suoritetaan yhden joulin työssä jokaiselle coulombille.

Vaihtoehtoinen voltin määritelmä

Toinen tapa määrittää volttia on yhdistämällä sähkövirta ja virta. Tällä tavoin 1 volti (V) on potentiaaliero johtimen kahden pisteen välillä, jonka läpi virtaa 1 ampeeria (A), jos haihtunut teho on 1 wattia (W). Täten:

Tämä määritelmä on tärkeä, koska siihen sisältyy sähkövirran voimakkuus, joka on yksi fysiikan perusarvoista. Siksi ampeeri kuuluu seitsemän perusyksikön ryhmään:

On mahdollista tarkistaa, että molemmat määritelmät ovat vastaavat, tietäen, että 1 wattia on 1 joule / sekunti ja 1 ampeeri on 1 coulomb / sekunti, siis:

Sekunnit peruutetaan ja J / C pysyy yhtä kuin 1 newtonia. mittari / coulomb. Siksi 1 volttia ilmaistaan ​​myös:

Ohmin laki

Joillekin materiaaleille on lineaarinen suhde materiaalin jännitteen (V), virran (I) ja sähköisen vastuksen (R) välillä, jota kutsutaan Ohmin lakiksi. Täten:

Koska sähkövastuksen yksiköt ovat ohmia (Ω), käy ilmi, että 1 V = 1 A.Ω

Vastinarvot

Jännitteiden mittaamiseen käytetään pääasiassa yleismittaria tai testeriä ja oskilloskooppia. Ensimmäinen tarjoaa suoran jännitteen mittauksen ja toisessa on näyttö näytölle, joka näyttää signaalin muodon ja arvon.

Kuva 3. Digitaalinen yleismittari, jota käytetään mittaamaan erilaisia ​​sähkömääriä. Lähde: Pixabay.

On yleistä löytää arvoja, jotka ovat paljon korkeampia tai pienempiä kuin volttia, siksi on hyödyllistä, että ekvivalentit ovat kertolaskujen ja alasekojen välillä:

-1 kilovolttia (kV) = 1000 V

-1 millivoltti (mV) = ^10-3 V

-1 mikrovoltti (μV) = ^10-6 V

esimerkit

Jännitteet biologiassa

Sydämessä on alue, jota kutsutaan sinusolmuksi ja joka käyttäytyy kuin akku tuottamalla sähköisiä impulsseja, jotka stimuloivat sykettä.

Saman kuvaaja saadaan sähkökardiogrammin avulla, joka tarjoaa sydämen syklin arvot: keston ja amplitudin. Tämän ansiosta sydämen toimintahäiriöt voidaan havaita.

Tyypilliset membraanipotentiaalin arvot sydämen sisällä ovat välillä 70-90 mV, kun taas elektrokardiografia pystyy rekisteröimään luokan 1 mV jännitteet.

Kuva 4. Elektrokardiogrammi tallentaa sydämen sähköisen aktiivisuuden. Lähde: Pixabay.

Hermosto toimii myös sähköisillä impulsseilla. Noin 70 mV: n jännitteet voidaan mitata ihmisen hermoissa.

Jännitteet maan päällä

Maapallolla on oma sähkökenttä, joka on suunnattu kohti planeetan sisäosaa, tällä tavalla tiedetään, että se on negatiivisesti varautunut. Ilmakehän pinnan ja ylemmän kerroksen välissä on kenttiä, joiden suuruus vaihtelee välillä 66-150 N / C, ja potentiaalierot voidaan vahvistaa jopa 100 kV: iin.

Toisaalta, maaperässä virtaavat luonnolliset virrat mahdollistavat maaston karakterisoinnin käyttämällä sähköisiä menetelmiä geofysiikassa. Testi koostuu elektrodien asettamisesta kenttään, kaksi jännitteelle ja kaksi virralle, ja vastaavien suuruusmittausten mittaaminen.

Vaihtelemalla elektrodien konfiguraatiota eri tavoin, on mahdollista määrittää maan vastus, ominaisuus, joka osoittaa kuinka helppoa tai vaikeaa virtaa voi virtaa määrätyssä materiaalissa. Saatujen arvojen perusteella voidaan päätellä sähköisen poikkeaman olemassaolo, mikä saattaa viitata tiettyjen mineraalien esiintymiseen maaperässä.

Jännitteet yleisesti käytetyissä laitteissa

-Kotiverkko (vaihtojännite): 110 V Amerikassa ja 220 Euroopassa.

-Sytytystulpat autossa: 15 kV

-Autoakku: 12 V

-Kuori paristo leluille ja taskulamppuille: 1,5 V

- Älypuhelimen akun jännite: 3,7 V.

Viitteet

1. Kansainvälinen sähkötekniikan komitea IEC. Historiallinen tausta. Palautettu: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Sähkömenetelmät. Palautettu: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fysiikka: Katso maailmaa. 6 ^ta Editointi lyhennetty. Cengagen oppiminen.
4. Knight, R. 2017. Fysiikka tutkijoille ja tekniikoille: strateginen lähestymistapa.
5. Fysiikan tosikirja. Sähkökenttä maan päällä. Palautettu osoitteesta: hypertextbook.com.
6. Wikipedia. Sydänfilmi. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Fyysinen suuruus. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org.