ВОЛТ ИЛИ ВОЛТ: КОНЦЕПЦИЯ И ФОРМУЛИ, ЕКВИВАЛЕНТИ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В волта или волт е единица, използвана в Международната система единици SI да изразят напрежение и електрически потенциал, една от основните величини на електроенергия. Напрежението върши работата, необходима за стартиране на електрически заряди и по този начин създава ток. Електрическият ток, пътуващ през проводници, е способен да стартира двигатели, да предава информация, осветителни пътища и домове и много други.

Името волт като единица е избрано в чест на Алесандро Волта (1745-1827), италианския физик и химик, който изобретява електрическата батерия около 1800 г. По това време анатомистът Луиджи Галвани е проверил, че жабешки крака могат да бъдат договор чрез прилагане на електричество. Волта, осъзнавайки тези резултати, също се стреми да търси електрически заряди в животинските тъкани, използвайки електроскоп.

Фигура 1. Асортимент от АА батерии с номинално напрежение 1,5 V, широко използвани в малки устройства, като радиостанции, камери, фенерчета и играчки. Източник: Pixabay

Волта обаче не намери това, което търсеше в органичните материали, и накрая беше убеден, че електрическите заряди по някакъв начин са в металите, с които докосваше жабешките крака.

Фигура 2. Портрет на Алесандро Волта. Източник: Wikimedia Commons.

Волта също разбра, че два различни метала произвеждат потенциална разлика и че някои комбинации са по-добри от други. Ето как той изгради първата батерия: листове от филц, навлажнени в солев разтвор между два сребърни и цинкови електроди. Той натрупа няколко от тези слоеве и по този начин успя да произведе стабилен електрически ток.

Концепция и формули

През 1874 г. волта, заедно с ома, са приети като единици за напрежение и съпротивление, съответно от комисия на Британската асоциация за напредък на науката (BAAS), съставена от знатни учени от цял ​​свят.

По онова време те са били наричани „практически единици“, а днес са част от Международната система от единици или СИ.

В по-голямата част от литературата потенциалната разлика се определя като енергия за единица заряд. Всъщност, ако имате електрически заряд в средата на електрическо поле, произведено от друг заряд, трябва да свършите работа, за да ги накарате да се преместят от едно място на друго.

Извършената работа се съхранява в конфигурацията на зарядите като промяна в тяхната електрическа потенциална енергия, която ще наречем ∆U. Символът ∆ показва тази промяна или разлика, тъй като ∆U = _{окончателен} U - _{начален инициал}.

По този начин потенциалната разлика между две точки ∆V се определя като:

Тъй като енергията има единици джаул (J), а зареждането идва в кулон (С), напрежение от 1 волт (V) е равно на 1 джаул / кулон:

По този начин, 1 волт се равнява на потенциална разлика, изпълнявайки работата на 1 джаул за всеки кулон.

Алтернативно определение на волта

Друг начин за определяне на волта е чрез свързване на електрически ток и мощност. По този начин 1 волт (V) е потенциалната разлика между две точки на проводник, през които протича ток от 1 ампер (А), ако разсейваната мощност е 1 ват (W). По този начин:

Това определение е важно, тъй като включва интензитета на електрическия ток, който е една от основните величини на физиката. Следователно амперът принадлежи към групата от седем основни единици:

Възможно е да се провери дали и двете дефиниции са еквивалентни, като се знае, че 1 ват е 1 джаул / секунда, а 1 ампер е 1 кулон / секунда, следователно:

Секундите се отменят и J / C остава равностойно на 1 нютон. метър / кулон. Следователно 1 волт се изразява и като:

Закон на Ом

За някои материали линейна връзка има между напрежение (V), ток (I) и електрическо съпротивление (R) на материал, което е известно като закон на Ом. По този начин:

Тъй като единиците за електрическо съпротивление са оми (Ω), се оказва, че 1 V = 1 A.Ω

Еквивалентност

За измерване на напрежения се използват главно мултицетът или тестерът и осцилоскопът. Първият предлага директно измерване на напрежението, а вторият има екран за показване на формата на сигнала, както и неговата стойност.

Фигура 3. Цифров мултиметър, използван за измерване на различни електрически величини. Източник: Pixabay

Обичайно е да се намерят стойности много по-високи или по-ниски от волта, следователно е полезно да има еквивалентност между кратните и подмножествата:

-1 киловолт (kV) = 1000 V

-1 миливолт (mV) = 10 ^-3 V

-1 микроволт (μV) = 10 ^-6 V

Примери

Напрежения в биологията

В сърцето има област, наречена синусов възел, която се държи като батерия, като генерира електрически импулси, които стимулират сърдечния ритъм.

Графиката на същото се получава с помощта на електрокардиограма, която предлага стойностите на сърдечния цикъл: продължителност и амплитуда. Благодарение на това могат да бъдат открити нарушения във функционирането на сърцето.

Типичните стойности на мембранния потенциал вътре в сърцето са между 70-90 mV, докато електрокардиографът може да регистрира напрежения от порядъка на 1 mV.

Фигура 4. Електрокардиограма записва електрическата активност на сърцето. Източник: Pixabay

Нервната система също работи чрез електрически импулси. Напрежения от около 70 mV могат да бъдат измерени в нервите на хората.

Напрежения на Земята

Земята има свое електрическо поле, насочено към вътрешността на планетата, по този начин се знае, че е отрицателно зареден. Между повърхността и горните слоеве на атмосферата има полета, чиято величина варира между 66-150 N / C и могат да се установят разлики в потенциала до 100 kV.

От друга страна, естествените токове, които текат в недрата, позволяват да се характеризира терен чрез използването на електрически методи в геофизиката. Тестът се състои от поставяне на електроди в полето, два за напрежение и два за ток и измерване на съответните величини.

Чрез промяна на конфигурацията на електродите по различни начини е възможно да се определи съпротивлението на земята, свойство, което показва колко лесен или труден ток може да протича в даден материал. В зависимост от получените стойности може да се изведе съществуването на електрическа аномалия, което може да показва съществуването на определени минерали в недрата.

Напрежения в често използвани устройства

-Домашна захранваща мрежа (променливо напрежение): 110 V в Америка и 220 в Европа.

-Запарки в колата: 15 kV

-Автомобилна батерия: 12V

-Суха батерия за играчки и фенерчета: 1,5 V

-Волтаж в батерия на смартфон: 3,7 V.

Препратки

1. Международна електротехническа комисия IEC. Историческа основа. Възстановено от: т.е.
2. Griem-Kee, S. 2016. Електрически методи. Възстановена от: geovirtual2.cl.
3. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: поглед към света. 6 ^ta Съкратено редактиране. Учене в Cengage.
4. Найт, Р. 2017. Физиката за учените и инженерството: стратегически подход.
5. The Physics Factbook. Електрическо поле на Земята. Възстановена от: hipertextbook.com.
6. Wikipedia. Електрокардиограма. Възстановено от: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Физическа величина. Възстановено от: es.wikipedia.org.