VOLT VAI VOLT: JĒDZIENS UN FORMULAS, EKVIVALENTI, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

Voltu vai voltu ir vienība, ko izmanto starptautiskajā SI sistēmas mērvienībām izteikt sprieguma un elektrisko potenciālu, ir viens no galvenajiem lielumu elektroenerģijas. Spriegums veic darbu, kas nepieciešams, lai sāktu elektriskos lādiņus un tādējādi radītu strāvu. Elektriskā strāva, kas iet caur vadītājiem, spēj iedarbināt motorus, pārraidīt informāciju, apgaismojuma iespējas un mājas, kā arī daudz ko citu.

Nosaukums volt kā vienība tika izvēlēts par godu itāļu fiziķim un ķīmiķim Alessandro Volta (1745-1827), kurš izgudroja elektrisko akumulatoru ap 1800. gadu. Tajā laikā anatoms Luigi Galvani bija pārliecinājies, ka vardes kājas var būt slēdz līgumu, piemērojot elektrību. Apzinoties šos rezultātus, Volta arī sāka meklēt elektriskos lādiņus dzīvnieku audos, izmantojot elektroskopu.

1. attēls. AA bateriju ar nominālo spriegumu 1,5 V sortiments, ko plaši izmanto mazās ierīcēs, piemēram, radioaparātos, kamerās, lukturīšos un rotaļlietās. Avots: Pixabay.

Tomēr Volta neatrodēja meklēto organiskajos materiālos un beidzot bija pārliecināts, ka elektriskie lādiņi kaut kādā veidā atrodas metālos, ar kuriem viņš pieskārās vardes kājām.

2. attēls. Alessandro Volta portrets. Avots: Wikimedia Commons.

Volta arī saprata, ka divi dažādi metāli rada potenciālu atšķirību un ka dažas kombinācijas ir labākas nekā citas. Tā viņš uzcēla pirmo akumulatoru: fizioloģiskajā šķīdumā samitrinātu filca loksni starp diviem sudraba un cinka elektrodiem. Viņš sakrūvēja vairākus no šiem slāņiem un tādējādi spēja radīt stabilu elektrisko strāvu.

Jēdziens un formulas

Britu zinātnes attīstības asociācijas (BAAS) komisija, kas sastāvēja no ievērojamiem zinātniekiem no visas pasaules, 1874. gadā voltus kopā ar omu pieņēma attiecīgi kā sprieguma un pretestības vienības.

Tajā laikā tās sauca par “praktiskām vienībām”, un šodien tās ir daļa no Starptautiskās vienību sistēmas jeb SI.

Lielākajā literatūras daļā potenciālā starpība tiek definēta kā enerģija uz vienības maksu. Patiešām, ja elektriskā lauka vidū ir elektriskais lādiņš, ko rada cits lādiņš, jums jādara darbs, lai tie pārvietotos no vienas vietas uz otru.

Paveiktais darbs tiek saglabāts lādiņu konfigurācijā kā izmaiņas viņu elektriskajā potenciālajā enerģijā, ko mēs sauksim par ∆U. Simbols ∆ norāda šīs izmaiņas vai atšķirības, jo ∆U = _Final U - _{Initial Initial} .

Tādā veidā potenciālo starpību starp diviem punktiem ∆V definē šādi:

Tā kā enerģijai ir džoula vienības (J) un lādiņš nāk kulonā (C), spriegums 1 volts (V) ir vienāds ar 1 džoulu / kulonu:

Tādējādi 1 volts ir vienāds ar potenciālo starpību, veicot darbu 1 džoulā katram kulonim.

Alternatīva volta definīcija

Vēl viens volta noteikšanas veids ir elektriskās strāvas un jaudas sasaiste. Tādā veidā 1 volts (V) ir potenciālā starpība starp diviem vadu punktiem, caur kuriem cirkulē strāva 1 ampērs (A), ja izkliedētā jauda ir 1 vats (W). Tādējādi:

Šī definīcija ir svarīga, jo tā ietver elektriskās strāvas intensitāti, kas ir viens no fizikas pamatmērķiem. Tāpēc ampērs pieder septiņu pamatvienību grupai:

Ir iespējams pārbaudīt, vai abas definīcijas ir līdzvērtīgas, zinot, ka 1 vats ir 1 džouls sekundē un 1 ampērs ir 1 kulons sekundē, tātad:

Sekundes tiek atceltas, un J / C paliek līdzvērtīgs 1 ņūtonam. metrs / kulons. Tāpēc 1 voltu izsaka arī šādi:

Ohmas likums

Dažiem materiāliem ir piepildīta lineārā attiecība starp materiāla spriegumu (V), strāvu (I) un elektrisko pretestību (R), ko sauc par Ohmas likumu. Tādējādi:

Tā kā elektriskās pretestības vienības ir omi (Ω), izrādās, ka 1 V = 1 A.Ω

Līdzvērtības

Sprieguma mērīšanai galvenokārt izmanto multimetru vai testeri un osciloskopu. Pirmais piedāvā tiešu sprieguma mērīšanu, bet otrajā ir ekrāns, lai parādītu signāla formu, kā arī tā vērtību.

3. attēls. Digitālais multimetrs, ko izmanto dažādu elektrisko lielumu mērīšanai. Avots: Pixabay.

Parasti vērtības ir daudz augstākas vai zemākas par voltiem, tāpēc ir lietderīgi iegūt ekvivalentus starp reizinājumiem un apakšdaudzām:

-1 kilovolts (kV) = 1000 V

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

-1 mikrovolts (μV) = 10 ^-6 V

Piemēri

Spriegumi bioloģijā

Sirdī ir apgabals, ko sauc par sinusa mezglu, kurš uzvedas kā akumulators, ģenerējot elektriskus impulsus, kas stimulē sirdsdarbību.

Tādu pašu grafiku iegūst ar elektrokardiogrammu, kas piedāvā sirds cikla vērtības: ilgumu un amplitūdu. Pateicoties tam, var atklāt novirzes sirds darbībā.

Sirds iekšpusē membrānas potenciāla tipiskās vērtības ir no 70 līdz 90 mV, savukārt elektrokardiogrāfs spēj reģistrēt spriegumus apmēram 1 mV.

4. attēls. Elektrokardiogramma reģistrē sirds elektrisko aktivitāti. Avots: Pixabay.

Nervu sistēma darbojas arī ar elektriskiem impulsiem. Cilvēka nervos var izmērīt aptuveni 70 mV spriegumu.

Spriegumi uz Zemes

Zemei ir savs elektriskais lauks, kas vērsts uz planētas iekšpusi, šādā veidā ir zināms, ka tas ir negatīvi lādēts. Starp atmosfēras virsmu un augšējiem slāņiem ir lauki, kuru lielums svārstās starp 66-150 N / C, un var noteikt potenciālās atšķirības līdz 100 kV.

No otras puses, dabiskās straumes, kas plūst pamatnes, ļauj raksturot reljefu, izmantojot ģeofizikā elektriskās metodes. Pārbaude sastāv no elektrodu ievietošanas laukā, diviem - spriegumam un diviem - strāvai, un attiecīgā lieluma mērīšanai.

Dažādos veidos mainot elektrodu konfigurāciju, ir iespējams noteikt zemes pretestību - īpašību, kas norāda, cik viegla vai sarežģīta strāva var plūst noteiktā materiālā. Atkarībā no iegūtajām vērtībām var secināt par elektriskas anomālijas esamību, kas var norādīt uz noteiktu minerālu esamību zemes dzīlēs.

Spriegumi parasti izmantotajās ierīcēs

-Mājas elektrotīkls (maiņstrāva): 110 V Amerikā un 220 Eiropā.

-Sprieguma aizbāžņi automašīnā: 15 kV

-Auto akumulators: 12V

-Sausa baterija rotaļlietām un lukturīšiem: 1,5 V

- Spriegums viedtālruņa akumulatorā: 3,7 V

Atsauces

1. Starptautiskā elektrotehnikas komisija IEC. Vēsturiskā informācija Atgūts no: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Elektriskās metodes. Atgūts no: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: skats uz pasauli. 6 ^ta Rediģēšana ir saīsināta. Cengage mācīšanās.
4. Knight, R. 2017. Fizika zinātniekiem un inženierija: stratēģijas pieeja.
5. Fizikas faktu grāmata. Elektriskais lauks uz Zemes. Atgūts no: hypertextbook.com.
6. Wikipedia. Elektrokardiogramma. Atgūts no: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Fiziskais lielums. Atgūts no: es.wikipedia.org.