Волт

мерна јединица

Волт (енг. volt; симбол: V) је СИ изведена јединица за електрични потенцијал и напон (изведена из ампера и вата).[3][4][5] Добила је назив у част Алесандра Волте, који је 1800. године изумео прву хемијску батерију.[6]

Волт
NISTvoltChip.jpg
Чип с пољем Џозефсонових спојева развијен на NIST као стандард за волт[1][2]
Информације о јединици
СистемИзведене јединице СИ система
ЈединицаЕлектрични потенцијал, електромоторна сила
СимболV 
Именован поАлесандро Волта
У SI основним јединицама:kg·m2·s−3·A−1
Међународни знак за опасност од високог напона

Волт се дефинише као потенцијална разлика на проводнику када електрична струја од једног ампера утроши један ват снаге. Стога се у СИ основи представља као m2 · kg · s-3 · A-1, што може да се представи и као један џул енергије по кулону, J/C. У суштини, волт мери колико кинетичке енергије носи сваки електрон, мерен у кулонима, поред наелектрисања. Па се тако волт, један фактор енергије, множи струјом, ампером, да би се добила укупна електрична снага струје у ватима.

Од 1990. године, волт се интернационално одржава користећи Џозефсонов ефекат, где се користи конвенцијом утврђена вредност за Џозефсонову константу, установљену на осамнаестој Генералној конференцији тежина и мера као: K{J-90} = 0,4835979 GHz/µV.

ДефиницијаУреди

Волт се дефинише као разлика потенцијала на крајевима проводника када струја од једног ампера дисипира снагу од једног вата. Односну, у СИ систему m2 · kg · s−3 · A−1, што се исто тако може записати и као џул енергије по кулону напона, J/C.

1 V = 1 W/A = 1 m2•kg•s–3•A–1

Од 1990. године Волт је међународно дефинисан, за практична мерења, кориштењем Џозефсоновог ефекта, где је уобичајена вредност узета као Џозефсонова константа, дефинисана у 18-ом вијеку као

K{J-90} = 0,4835979 GHz/µV.

Дефиниција Џозефсоновог спојаУреди

Конвенционални” волт, V90, који је дефинисан 1987. године на 18. Генералној конференцији за тегове и мере[7] и у употреби од 1990, имплементиран је користећи Џозефсонов ефекат за за тачно претварање фреквенције у напон, у комбинацији са цезијумским стандардом фреквенције.

За Џозефсонову константу, KJ = 2e/h (где је e елементарно наелектрисање, а h Планкова константа), у сврху дефинисања волта коришћена је „конвенционална“ вредност KJ-90 = 0.4835979 GHz/μV. Као последица редефиниције СИ базних јединица 2019. године, Џозефсонова константа је редефинисана 2019. године да би имала тачну вредност од KJ = 483,597,848,416,98... GHz⋅V−1,[8] која је заменила конвенционалну вредност KJ-90.

Овај стандард се обично реализује помоћу серијски повезаног низа од неколико хиљада или десетина хиљада спојева, побуђених микроталасним сигналима између 10 и 80 GHz (у зависности од дизајна низа).[9] Емпиријски, неколико експеримената је показало да је метода независна од дизајна уређаја, материјала, подешавања мерења, итд, и да у практичној примени нису потребни корекциони чланови.[10]

ОбјашњењеУреди

Разлика електричног потенцијала се може замислити као способност помицања електричног набоја кроз отпор. У суштини, волт мери колико кинетичке енергије поседује поједини електрон. Број електрона се мери као напон, у кулонима. Стога волт помножен с током струје, мерна јединица ампер што је кулон по секунди, даје укупну електричну снагу струје, у ватима. У време кад се у физици реч сила користила доста слободно, разлика потенцијала је названа као електромоторна сила или емс – појам који се и данас користи у поједином контексту.

Разлика електричног потенцијала (напон)Уреди

Између две тачке у електричном пољу, попут онога у електричном колу, разлика потенцијала једнака је разлици њихових електричних потенцијала. Разлика је пропорционална електростатској сили која тежи потискивању електрона, или осталих носиоца набоја, из једне тачке у другу. Разлика потенцијала, електрични потенцијал и електромоторна сила се мјере у волтима, водећи обично према називу напон и симболу V (понекад се означава и са  ).

Напон се може збрајати на следећи начин: напон између A и C једнак је суми напона између A и B и између B и C. Две тачке електричног круга које су спојене идеалним проводником, проводником без отпора и без присутности промењивог магнетског поља, имају разлику потенцијала једнаку нули. Међутим други парови тачака могу исто тако имати разлику потенцијала једнаку нули. Ако такве две тачке повежу проводником кроз њега неће тећи струја. Различити напони у струјном кругу се могу израчунати кориштењем Кирхофових закона.

Напон је својство електричног поља, а не поједниних електрона. Електрон који се креће кроз разлику напона доживљава повећање енергије, често мерено у електрон волтима. Овај ефект аналоган је падању масе с одређене висине у гравитационом пољу.

Хидрауличка аналогијаУреди

Ако се електрични круг посматра као аналогна мрежа цеви у којима циркулише вода, погоњена црпкама у простору у којем не делује гравитација, тада разлика потенцијала одговара разлици притисака течности између две тачке. Уколико постоји разлика притисака између две тачке, тада вода тече из прве тачке према другој при чему може обављати рад, као на пример покретати турбину.

Ова хидрауличка аналогија је корисна метода за поучавање великог броја електричних појмова. У хидрауличком систему, рад потребан за покретање воде једнак је притиску помноженом са запремином помакнуте воде. Слично, у електричном кругу, рад потребан за помицање електрона или осталих носиоца набоја једнак је 'електричном притиску' (стари израз за напон) помноженом с количином премештеног електричног набоја. Напон је погодан начин квантификовања способности обављања рада.

Техничка дефиницијаУреди

Разлика електричног потенцијала се дефинише као износ рада по набоју који је потребан за помицање електричног набоја из друге тачке у прву, или равноправно, износ рада који јединица набоја која протиче из прве тачке према другој може произвести. Разлика потенцијала између две тачке а и б је линијски интеграл електричног поља E:

 

Корисне формулеУреди

Истосмерна колаУреди

 
 
 

Где је: U=напон, I=струја, R=отпор, P=снага

Изменична колаУреди

 
 
 

Где је: U=напон, I=струја, R=отпор, P=снага, Z=импеданса, θ=фазни угао

Изменично претварањеУреди

 
 
 
 
 
 

Где је:
Upk = вршни напон (енгл. Peak Voltage),
Uppk = напон ођврха-до-врха (енгл. Peak-to-Peak Voltage),
Uavg = средњи напон (енгл. Average Voltage),
Urms = ефективни напон (енгл. Effective Voltage)

Укупан напонУреди

Серијски спој напонских извора:

  [11]

Паралелни спој напонских извора:

  [11]

Падови напонаУреди

На отпорнику (отпорник n):

 

На кондензатору (кондензатор n):

 

На завојници (завојница n):

 

Где је: U=напон, I=струја, R=отпор, X=реактанса

ПримериУреди

Напонски извориУреди

 
Симболичко представљање напонског извора.

Уобичајени извори ЕМС су:

  • батерија
  • динамо (разлика потенцијала се генерише на крајевима електрично проводљивог материјала који се креће окомито на смер магнетског поља
  • електростатичка индукција (када се два различита електрично изолирајућа материјала међусобно трљају ствара се електростатски избој)
  • кондензатор (у ствари елемент за похрану енергије произведене на неком другом извору)

Уобичајени напониУреди

 
1,5 волтна Ц-чланак батерија

Номинални напони познатих извора:

Мерни инструментиУреди

 
Унимер комплет за мерење напона.

Инструменти за мерење разлике потенцијала обухваћају волтметар, потенциометар (као мјерни склоп) и осцилоскоп. Волтметар ради на принципу мерења струје кроз стабилни отпорник, која је према Омовом закону, пропорционална разлици потенцијала на крајевима отпорника. Потенциометар ради на принципу уравнотежења непознатог напона насупрот познатом напону у мосном споју. Катодни осцилоскоп ради на принципу да појачава разлику потенцијала и користи је за отклањање електронског снопа (електронске зраке) из равне путање, па је тако настали отклон пропорционалан разлици потенцијала.

Историја волтаУреди

Године 1800, као резултат професионалног сукоба око галванске реакције коју је заговарао Луиђи Галвани, Алесандро Волта развија по њему назван Волтин чланак, претечу данашњих батерија, које производе стабилну електричну струју. Волта је утврдио најделотворнији пар, цинк и сребро, разноврсних метала који производе електрицитет. У 1880-ој је Међународна електротехничка комисија (енгл. International Electrotechnical Commission) IEC, потврдила волт као јединицу за мерење електромоторне силе. Волт је дефинисан као разлика потенцијала на проводнику када кроз њега протиче струја од једног ампера при чему се дисипира снага од једног вата.

Пре открића Џозефсоновог споја као еталона волта, волт се чувао у националним лабораторијима у специјално конструираним батеријским чланцима званима стандардни чланци. САД су од 1905. до 1972. користиле Вестонов чланак.

Види јошУреди

РеференцеУреди

  1. ^ Josephson, B.D. (1962). „Possible new effects in superconductive tunnelling”. Physics Letters. Elsevier BV. 1 (7): 251—253. Bibcode:1962PhL.....1..251J. ISSN 0031-9163. doi:10.1016/0031-9163(62)91369-0. 
  2. ^ Shapiro, Sidney (15. 7. 1963). „Josephson Currents in Superconducting Tunneling: The Effect of Microwaves and Other Observations”. Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 11 (2): 80—82. ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.11.80. 
  3. ^ „SI Brochure, Table 3 (Section 2.2.2)”. BIPM. 2006. Архивирано из оригинала на датум 2007-06-18. Приступљено 2007-07-29. 
  4. ^ Publikacija o međunarodnom sistemu jedinica objavljena 2007 godine na saveznoj instituciji fizike i tehnike, Njemačka Архивирано 2015-03-20 на сајту Wayback Machine njem. učitano 13.01.2013
  5. ^ BIPM, Mjerna jedinica volt na portalu Bureau International des Poids et Mesures. Organizacija BIPM usklađuje mjerne jedinice i održava konferencije sa oko 50 zemalja članica učitano 13.01.2014 eng. fr.
  6. ^ Alessandro Volta, Leksikon bibliografskog instituta Brockhaus AG, Njemačka Архивирано 2013-04-30 на сајту Wayback Machine učitano 13.01.2014 njem.
  7. ^ „Resolutions of the CGPM: 18th meeting (12-15 October 1987)”. 
  8. ^ Mise en pratique for the definition of the ampere and other electric units in the SI” (PDF). BIPM. 
  9. ^ Burroughs, Charles J.; Bent, Samuel P.; Harvey, Todd E.; Hamilton, Clark A. (1999-06-01), „1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 9 (3): 4145—4149, Bibcode:1999ITAS....9.4145B, ISSN 1051-8223, doi:10.1109/77.783938 
  10. ^ Keller, Mark W (2008-01-18), „Current status of the quantum metrology triangle” (PDF), Metrologia, 45 (1): 102—109, Bibcode:2008Metro..45..102K, ISSN 0026-1394, doi:10.1088/0026-1394/45/1/014, Архивирано из оригинала (PDF) на датум 2010-05-27, Приступљено 2010-04-11, »Theoretically, there are no current predictions for any correction terms. Empirically, several experiments have shown that KJ and RK are independent of device design, material, measurement setup, etc. This demonstration of universality is consistent with the exactness of the relations, but does not prove it outright.« 
  11. ^ а б в г EUROPA-LEHRMITTEL, Tabellenbuch Elektrotechik, 2009, Haan-Gruiten, 23. Auflage ISBN 978-3-8085-3219-5 nem.

ЛитератураУреди

Спољашње везеУреди