VOLT ALI VOLT: KONCEPT IN FORMULE, ENAKOVREDNOSTI, PRIMERI - FIZIČNO - 2025

Volt ali volt je enota se uporablja v mednarodnem sistemu enot SI izraziti napetost in električni potencial, ki je eden od glavnih količin električne energije. Napetost opravlja delo, ki je potrebno za zagon električnih nabojev in s tem ustvarjanje toka. Električni tok, ki potuje skozi prevodnike, je sposoben zagnati motorje, prenašati informacije, osvetlitvene poti in domove in še veliko več.

Ime volt kot enota je bilo izbrano v čast Alessandra Volte (1745-1827), italijanskega fizika in kemika, ki je izumil električno baterijo okoli leta 1800. Takrat je anatomist Luigi Galvani preverjal, da bi lahko bile žabje noge pogodbo z uporabo električne energije. Volta, ki se zaveda teh rezultatov, je s pomočjo elektroskopa tudi začela iskati električne naboje v živalskih tkivih.

Slika 1. Asortiman AA baterij z nazivno napetostjo 1,5 V, ki se pogosto uporablja v majhnih napravah, kot so radio, kamere, bliskavice in igrače. Vir: Pixabay.

Vendar Volta ni našel tistega, kar je iskal pri organskih materialih, in bil končno prepričan, da so električni naboji nekako v kovinah, s katerimi se je dotaknil žabjih nog.

Slika 2. Portret Alessandra Volta. Vir: Wikimedia Commons.

Volta je tudi spoznal, da dve različni kovini ustvarjata potencialno razliko in da so nekatere kombinacije boljše od drugih. Tako je sestavil prvo baterijo: listi filca, navlažene v fiziološki raztopini med dvema elektrodama srebra in cinka. Zbral je več teh plasti in tako lahko proizvedel stabilen električni tok.

Koncept in formule

Leta 1874 je volta, skupaj z ohmom, sprejela komisija Britanskega združenja za napredek znanosti (BAAS), sestavljena iz pomembnih znanstvenikov z vsega sveta.

Takrat so jih imenovali "praktične enote", danes pa so del mednarodnega sistema enot ali SI.

V večini literature je potencialna razlika opredeljena kot energija na enoto naboja. Če imate električni naboj sredi električnega polja, ki ga proizvede drugo polnjenje, morate opraviti delo, da se premaknete iz enega kraja v drugega.

Opravljeno delo je shranjeno v konfiguraciji nabojev kot sprememba njihove električne potencialne energije, ki jo bomo poimenovali ∆U. Simbol ∆ označuje to spremembo ali razliko, saj je ∆U = _končna U - _{začetna začetnica} .

Na ta način je potencialna razlika med dvema točkama ∆V opredeljena kot:

Ker imajo energije enote joule (J), naboj pa prihaja v coulomb (C), je napetost 1 volta (V) enaka 1 joule / coulomb:

Tako 1 volt ustreza potencialni razliki, ki opravi delo 1 joula za vsak coulomb.

Alternativna opredelitev volta

Drug način za določitev volta je povezovanje električnega toka in moči. Na ta način je 1 volt (V) potencialna razlika med dvema točkama na žici, skozi katero kroži tok 1 ampera (A), če razpršena moč znaša 1 vat (W). Tako:

Ta opredelitev je pomembna, ker vključuje intenzivnost električnega toka, ki je ena temeljnih veličin fizike. Amper torej spada v skupino sedmih temeljnih enot:

Preveriti je mogoče, da sta obe definiciji enakovredni, vedoč, da je 1 vat 1 joule / sekunda in 1 ampera 1 coulomb / second, torej:

Sekunde se prekličejo in J / C ostane, kar ustreza 1 newtonu. meter / coulomb. Zato je 1 volt izražen tudi kot:

Ohmov zakon

Pri nekaterih materialih je izpolnjeno linearno razmerje med napetostjo (V), tokom (I) in električnim uporom (R) materiala, kar je znano kot Ohmov zakon. Tako:

Ker so enote za električni upor ohmi (Ω), se izkaže, da je 1 V = 1 A.Ω

Enakovrednosti

Za merjenje napetosti se v glavnem uporabljata multimeter ali tester ter osciloskop. Prva ponuja direktno meritev napetosti, druga pa zaslon za prikaz oblike signala in njegove vrednosti.

Slika 3. Digitalni multimeter, ki se uporablja za merjenje različnih električnih veličin. Vir: Pixabay.

Običajno je najti vrednosti, ki so veliko večje ali nižje od voltov, zato je koristno imeti enakovrednosti med množicami in podmnožicami:

-1 kilovolt (kV) = 1000 V

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

-1 mikrovolt (μV) = 10 ^-6 V

Primeri

Napetosti v biologiji

V srcu je območje, imenovano sinusno vozlišče, ki se obnaša kot baterija, tako da ustvarja električne impulze, ki spodbujajo srčni utrip.

Graf istega dobimo z elektrokardiogramom, ki ponuja vrednosti srčnega cikla: trajanje in amplitudo. Zahvaljujoč temu je mogoče zaznati nepravilnosti v delovanju srca.

Značilne vrednosti membranskega potenciala v srcu so med 70-90 mV, medtem ko je elektrokardiograf sposoben registrirati napetosti v vrstnem redu 1 mV.

Slika 4. Elektrokardiogram beleži električno aktivnost srca. Vir: Pixabay.

Živčni sistem deluje tudi z električnimi impulzi. Napetosti približno 70 mV lahko merimo v človekovih živcih.

Napetosti na Zemlji

Zemlja ima svoje električno polje, usmerjeno proti notranjosti planeta, na ta način je znano, da je negativno nabit. Med površino in zgornjimi sloji ozračja so polja, katerih magnituda se giblje med 66-150 N / C, možne pa so tudi razlike med 100 kV.

Po drugi strani naravni tokovi, ki tečejo v podzemlju, omogočajo karakterizacijo terena z uporabo električnih metod v geofiziki. Preskus je sestavljen iz vstavitve elektrod v polje, dve za napetost in dve za tok in meritev ustreznih magnitud.

S spreminjanjem konfiguracije elektrod na različne načine je mogoče določiti upornost tal, lastnost, ki kaže, kako lahko v določenem materialu teče enostaven ali težaven tok. Glede na dobljene vrednosti je mogoče sklepati na obstoj električne anomalije, kar lahko kaže na obstoj nekaterih rudnin v podzemlju.

Napetosti v pogosto uporabljenih napravah

-Domače omrežje (izmenična napetost): 110 V v Ameriki in 220 v Evropi.

-Park vtič v avtomobilu: 15 kV

-Avtomatska baterija: 12V

-Suha baterija za igrače in svetilke: 1,5 V

-Napajanje v bateriji pametnega telefona: 3,7 V.

Reference

1. Mednarodna elektrotehniška komisija IEC. Zgodovinsko ozadje. Pridobljeno: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Električne metode. Pridobljeno: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svet. 6 ^ta Urejanje skrajšano. Cengage Learning.
4. Knight, R. 2017. Fizika za znanstvenike in inženiring: strateški pristop.
5. Fakulteta za fiziko. Električno polje na Zemlji. Pridobljeno: hipertextbook.com.
6. Wikipedija. Elektrokardiogram. Pridobljeno: es.wikipedia.org.
7. Wikipedija. Fizična veličina. Pridobljeno: es.wikipedia.org.