ВОЛЬТ АБО ВОЛЬТ: ПОНЯТТЯ ТА ФОРМУЛИ, ЕКВІВАЛЕНТИ, ПРИКЛАДИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Вольта або вольт є одиницею , яка використовується в Міжнародній системі одиниць СІ , щоб висловити напруга і електричний потенціал, одна з основних величин електроенергії. Напруга виконує роботу, необхідну для запуску електричних зарядів і тим самим створює струм. Електричний струм, що проходить через провідники, здатний запускати двигуни, передавати інформацію, освітлювати проспекти та будинки та багато іншого.

Назва Вольт як одиниця була обрана на честь Алессандро Вольта (1745-1827), італійського фізика і хіміка, який винайшов електричну батарею близько 1800 р. В той час анатоміст Луїджі Гальвані перевіряв, що жаби можуть бути контракт, застосовуючи електроенергію. Вольта, знаючи ці результати, також почав шукати електричні заряди в тканинах тварин, використовуючи електроскоп.

Малюнок 1. Асортимент батарей АА номінальною напругою 1,5 В, широко застосовується в невеликих пристроях, таких як радіоприймачі, камери, ліхтарики та іграшки. Джерело: Pixabay.

Однак Вольта не знайшов того, що шукав в органічних матеріалах, і, нарешті, переконався, що електричні заряди якимось чином перебувають у металах, якими він торкався жабиних ніг.

Малюнок 2. Портрет Алессандро Вольта. Джерело: Wikimedia Commons.

Вольта також зрозумів, що два різних метали створюють різницю потенціалів і що деякі комбінації були кращими за інші. Ось так він побудував першу батарею: листи фетру, змочені в сольовому розчині між двома срібними і цинковими електродами. Він накопичив кілька цих шарів і таким чином зміг виробляти стабільний електричний струм.

Поняття та формули

У 1874 р. Вольт, разом з ом, був прийнятий як одиниці напруги та опору відповідно комісією Британської асоціації просування науки (BAAS), що складається з помітних вчених з усього світу.

У той час їх називали «практичними одиницями», а сьогодні вони є частиною Міжнародної системи одиниць або СІ.

У більшості літератури різниця потенціалів визначається як енергія на одиницю заряду. Дійсно, якщо у вас є електричний заряд посеред електричного поля, виробленого іншим зарядом, вам потрібно виконати роботу, щоб змусити їх переміщатися з одного місця в інше.

Проведена робота зберігається в конфігурації зарядів як зміна їх електричної потенціальної енергії, яку ми будемо називати ∆U. Символ ∆ вказує на цю зміну або різницю, оскільки ∆U = _{кінцевий} U - _{початковий початковий} .

Таким чином різниця потенціалів між двома точками ∆V визначається як:

Оскільки енергія має одиниці джоуля (J), а заряд надходить у кулоні (C), напруга в 1 вольт (V) дорівнює 1 джоуль / кулон:

Таким чином, 1 вольт прирівнюється до різниці потенціалів, виконуючи роботу 1 джоуль на кожен кулон.

Альтернативне визначення вольт

Ще один спосіб визначення вольта - це зв’язок електричного струму та потужності. Таким чином, 1 вольт (V) - різниця потенціалів між двома точками проводу, через які протікає струм 1 ампер (А), якщо розсіяна потужність дорівнює 1 Вт (Вт). Таким чином:

Це визначення важливе, оскільки воно включає інтенсивність електричного струму, яка є однією з основних величин фізики. Тому ампер належить до групи семи основних одиниць:

Можна перевірити, що обидва визначення еквівалентні, знаючи, що 1 ват - 1 джоуль / секунда, а 1 ампер - 1 кулон / секунда, отже:

Секунди скасовуються, і J / C залишається еквівалентним 1 ньютону. метр / кулон. Тому 1 вольт також виражається як:

Закон Ома

Для деяких матеріалів існує лінійна залежність між напругою (V), струмом (I) та електричним опором (R) матеріалу, яка відома як закон Ома. Таким чином:

Оскільки одиницями електричного опору є Ом (Ω), то виходить, що 1 V = 1 A.Ω

Рівнозначення

Для вимірювання напруги в основному використовуються мультиметр або тестер і осцилоскоп. Перший пропонує пряме вимірювання напруги, а другий має екран для відображення форми сигналу, а також його значення.

Малюнок 3. Цифровий мультиметр, який використовується для вимірювання різних електричних величин. Джерело: Pixabay.

Загальноприйняті знаходження значень, значно більших або нижчих, ніж вольт, тому корисно мати еквівалентність між множинами та підмножинами:

-1 кіловольт (кВ) = 1000 В

-1 мілівольт (мВ) = 10 ^-3 В

-1 мікровольт (мкВ) = 10 ^-6 В

Приклади

Напруги в біології

У серці є область, яка називається синусовий вузол, яка поводиться як акумулятор, генеруючи електричні імпульси, що стимулюють серцебиття.

Графік того ж отримують за допомогою електрокардіограми, яка пропонує значення серцевого циклу: тривалість та амплітуда. Завдяки цьому можна виявити порушення в роботі серця.

Типові значення мембранного потенціалу всередині серця знаходяться між 70-90 мВ, тоді як електрокардіограф здатний реєструвати напруги порядку 1 мВ.

Малюнок 4. Електрокардіограма реєструє електричну активність серця. Джерело: Pixabay.

Нервова система також працює електричними імпульсами. Напруги близько 70 мВ можна виміряти в нервах людини.

Напруги на Землі

Земля має власне електричне поле, спрямоване на внутрішні частини планети, таким чином відомо, що воно заряджається негативно. Між поверхневим та верхнім шарами атмосфери є поля, величина яких коливається в межах 66-150 Н / С, і можна встановити різницю потенціалів до 100 кВ.

З іншого боку, природні течії, що протікають у надрах, дозволяють охарактеризувати місцевість за допомогою використання електричних методів у геофізиці. Випробування складається з вставлення електродів у поле, два для напруги та два для струму та вимірювання відповідних величин.

Змінюючи конфігурацію електродів різними способами, можна визначити питомий опір землі, властивість, яка вказує на те, як легкий чи важкий струм може текти в даному матеріалі. Залежно від отриманих значень можна зробити висновок про наявність електричної аномалії, що може свідчити про існування певних мінералів у надрах.

Напруги в часто використовуваних пристроях

-Домашня електромережа (змінна напруга): 110 В в Америці та 220 в Європі.

-Зарядні розетки в автомобілі: 15 кВ

-Автомобільний акумулятор: 12В

-Суха батарея для іграшок та ліхтариків: 1,5 В

-Напруга в акумуляторі смартфона: 3,7 В.

Список літератури

1. Міжнародна електротехнічна комісія IEC. Історичні передумови. Відновлено: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Електричні методи. Відновлено з: geovirtual2.cl.
3. Кіркпатрик, Л. 2007. Фізика: погляд у світ. 6 ^та Редагування скорочено. Cengage Learning.
4. Найт, Р. 2017. Фізика для вчених та інженерія: стратегічний підхід.
5. Підручник з фізики. Електричне поле на Землі. Відновлено з сайту: hypertextbook.com.
6. Вікіпедія. Електрокардіограма. Відновлено з: es.wikipedia.org.
7. Вікіпедія. Фізична величина. Відновлено з: es.wikipedia.org.