Вольт

• Разделы:
  • Определение на основе эффекта Джозефсона
  • Шкала напряжений
  • Исторический экскурс
  • Кратные и дольные единицы
  • Примечания

У этого термина существуют и другие значения, см. Вольт (значения).

Вольт (русское обозначение: В; международное: V) — в Международной системе единиц (СИ) единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы. Названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольты (1745—1827), который изобрёл первую электрическую батарею — вольтов столб и опубликовал результаты своих экспериментов в 1800 году.

Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы вольт пишется со строчной буквы, а её обозначение — с прописной. Такое написание обозначения сохраняется и
в обозначениях производных единиц, образованных с использованием вольта. Например, обозначение единицы измерения напряжённости электрического поля «вольт на метр» записывается как В/м.

1 В = (1/300) ед. потенциала СГСЭ[1].

Определение

Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём теплоты мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J)[2]. Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м² · кг · с−3 · A−1.

V=WA=JC=m2⋅kgs3⋅A.{displaystyle {mbox{V}}={dfrac {mbox{W}}{mbox{A}}}={dfrac {mbox{J}}{mbox{C}}}={dfrac {{mbox{m}}^{2}cdot {mbox{kg}}}{{mbox{s}}^{3}cdot {mbox{A}}}}.}

Определение на основе эффекта Джозефсона

Матрица из джозефсоновских контактов разработанная Национальным институтом стандартов для воспроизведения стандартного вольта.

С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором для привязки к эталону используется константа Джозефсона, зафиксированная 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам как[3]:

KJ−90=2eh
={displaystyle K_{J-90}={frac {2e}{h}}=} 0,4835979 ГГц/мкВ,

где e — элементарный заряд, h — постоянная Планка

Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 ГГц до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры[4]. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов[5].

Шкала напряжений

• Наименьшее измеряемое напряжение — порядка 10 нВ.[источник не указан 2411 дней]
• Выходное напряжение на магнитной головке кассетного магнитофона — 0,3 мВ[6].
• Разность потенциалов на мембране нейрона — 70 мВ.
• NiCd аккумулятор — 1,2 В.
• Щелочной элемент — 1,5 В.
• Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4) — 3,3 В.
• Батарейка «Крона» — 9 В.
• Автомобильный аккумулятор — 12 В (для тяжёлых грузовиков — 24 В).
• Напряжение бытовой сети в России — 127 В, 220 В (однофазное), 380 В (трёхфазное).
• Напряжение в промышленных сетях — 380 В (трёхфазное), 380 В (однофазное), 660 В (трёхфазное)
• Напряжение в контактной сети трамвая, троллейбуса — 600 В (постоянный ток).
• Напряжение контактного рельса в метрополитене — 825 В (постоянный ток)[источник не указан 2398 дней].
• Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (постоянный ток), 25 кВ (переменный ток).
• Магистральные ЛЭП — 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
• Максимальное напряжение на ЛЭП (Экибастуз-Кокчетав) — 1,15 МВ.
• Самое высокое постоянное напряжение, полученное в лаборатории на пеллетроне — 25 МВ.
• Молния — от 100 МВ и выше.

Исторический экскурс

Единица измерения «вольт» была введена в 1861 году комитетом электрических эталонов, созданным Уильямом Томсоном. Её введение было связано с текущими нуждами инженерной физики. 1 июня 1898 года имперским законом в Германии 1 вольт был установлен как «законная» единица измерения ЭДС, равная ЭДС, возбуждающей в проводнике сопротивлением 1 ом ток силой 1 ампер[7]. В Международную систему единиц (СИ) вольт введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом[8].

Впоследствии 1 вольт обычно определялся через единицу энергии джоуль и единицу заряда кулон.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Примечания

	В Викисловаре есть статья «вольт»

1. ↑ И. В. Савельев. Курс общей физики. — Т. II. Электричество. — С. 41.
2. ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 196. — 688 с.
3. ↑ Representation of the volt by means of the Josephson effect // BIPM
4. ↑ Burroughs, C. J., Benz, S. P., Harvey, T. E., Hamilton, C. A. 1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard System (англ.) // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. — 1999. — Vol. 9. — P. 4145—4148.
5. ↑ Mark W. Keller. Current status of the quantum metrology triangle (англ.) // Metrologia. — 2008. — Vol. 45. — P. 102. — doi:10.1088/0026-1394/45/1/014.
6. ↑ Магнитные головки для кассетных магнитофонов
7. ↑ В. М. Дуков. История систем единиц измерения физических величин // Из кн. «Исторические обзоры в курсе физики средней школы» (М.: Просвещение, 1983)
8. ↑ Resolution 12 of the 11th meeting of the CGPM (1960) (англ.) на сайте Международного бюро мер и весов