Вольт
Вольт (русское обозначение: В; международное: V[1]) — в Международной системе единиц (СИ) единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы.
Вольт | |
---|---|
В, V | |
Величина | электрический потенциал электрическое напряжение электродвижущая сила |
Система | СИ |
Тип | производная |
Названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольты (1745—1827), который изобрёл первую электрическую гальваническую батарею — вольтов столб и опубликовал результаты своих экспериментов в 1800 году.
По определению 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.
Определение
Вольт может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём теплоты мощностью в 1 ватт при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в 1 ампер, либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон совершается работа величиной 1 джоуль, либо как разность потенциалов на резисторе в 1 ом при протекании через него тока в 1 ампер[3]. Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м² · кг · с−3 · A−1.
Определение на основе эффекта Джозефсона
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[4]
- 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[5]. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов[6].
Шкала напряжений
- Наилучшая разрешающая способность при сравнении напряжений постоянного тока составляет 10 аттовольт (1⋅10−17 В)[7].
- Наименьшее измеряемое напряжение постоянного тока серийно выпускаемым прибором — 20 пиковольт (2⋅10−11 В)[8].
- Чувствительность радиоприёмников связной аппаратуры при голосовой передаче — 1…1,5 мкВ (одни из самых слабых сигналов напряжения, массово применяемых в настоящее время)[9].
- Выходное максимальное напряжение на обмотке магнитной головки кассетного магнитофона — 0,3 мВ[10].
- 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.
- Зарядное устройство для мобильных телефонов — 5,0 В.
- Батарейка «Крона» — 9 В.
- Автомобильный аккумулятор — 12 В (для тяжёлых грузовиков — 24 В).
- Напряжение бытовой сети в России — 230 В (фаза — нейтраль), 400 В (межфазное)[11].
- Напряжение в некоторых промышленных сетях — 400 В (трёхфазное), 400 В (однофазное), 690 В (трёхфазное).
- Напряжение в контактной сети трамвая, троллейбуса — 600 В (660 В) (постоянный ток).
- Напряжение контактного рельса в метрополитене — 825 В (постоянный ток)[12].
- Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (контактная сеть постоянного тока), 25 кВ (контактная сеть переменного тока).
- Напряжение в магистральных ЛЭП — 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
- Самое высокое постоянное напряжение, полученное в лаборатории на пеллетроне — 25 МВ.
- Напряжение при разряде молнии — 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[13]. 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[14].
До 1990 года 1 вольт определялся через единицу энергии джоуль и единицу заряда кулон.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.
Кратные | Дольные | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
101 В | декавольт | даВ | daV | 10−1 В | децивольт | дВ | dV |
102 В | гектовольт | гВ | hV | 10−2 В | сантивольт | сВ | cV |
103 В | киловольт | кВ | kV | 10−3 В | милливольт | мВ | mV |
106 В | мегавольт | МВ | MV | 10−6 В | микровольт | мкВ | µV |
109 В | гигавольт | ГВ | GV | 10−9 В | нановольт | нВ | nV |
1012 В | теравольт | ТВ | TV | 10−12 В | пиковольт | пВ | pV |
1015 В | петавольт | ПВ | PV | 10−15 В | фемтовольт | фВ | fV |
1018 В | эксавольт | ЭВ | EV | 10−18 В | аттовольт | аВ | aV |
1021 В | зеттавольт | ЗВ | ZV | 10−21 В | зептовольт | зВ | zV |
1024 В | иоттавольт | ИВ | YV | 10−24 В | иоктовольт | иВ | yV |
рекомендовано к применению применять не рекомендуется |
Примечания
- ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин (с Поправками).
- Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. II. Электричество. — С. 41.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 196. — 688 с.
- Representation of the volt by means of the Josephson effect // BIPM.
- 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.
- 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.
- Highly precise comparison of Nb/Al/AlOx/Al/AlOx/Al/Nb Josephson junction arrays using a SQUID as a null detector.
- Model P13a – D.C. Picovoltmeter.
- Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N, and SFDR so You Don't Get Lost in the Noise Floor.
- Магнитные головки для кассетных магнитофонов (недоступная ссылка). Дата обращения: 28 сентября 2015. Архивировано 28 сентября 2015 года.
- Межгосударственный стандарт ГОСТ 29322—2014 (IEC 60038:2009). Напряжения стандартные.
- Артерии метрополитена.
- Дуков В. М. История систем единиц измерения физических величин Архивная копия от 26 января 2012 на Wayback Machine // Из книги «Исторические обзоры в курсе физики средней школы» (М.: Просвещение, 1983)
- Resolution 12 of the 11th meeting of the CGPM (1960) (англ.) на сайте Международного бюро мер и весов