- Koncept og formler
- Alternativ definition af volt
- Ohms lov
- ækvivalens
- eksempler
- Spændinger i biologi
- Spændinger på Jorden
- Spændinger i almindeligt anvendte enheder
- Referencer
Den volt eller volt er den enhed, der anvendes i det internationale system af SI-enheder til at udtrykke spænding og elektrisk potentiale, en af de vigtigste størrelserne af elektricitet. Spænding udfører det nødvendige arbejde for at starte elektriske ladninger og derved skabe strøm. Elektrisk strøm, der kører gennem ledere, er i stand til at starte motorer, transmittere information, belysningsveje og hjem og meget mere.
Navnet volt som enhed blev valgt til ære for Alessandro Volta (1745-1827), den italienske fysiker og kemiker, der opfandt det elektriske batteri omkring 1800. På det tidspunkt havde anatomisten Luigi Galvani verificeret, at frøben kunne være kontrakt ved anvendelse af elektricitet. Volta, opmærksom på disse resultater, begyndte også på udkig efter elektriske ladninger i dyrevæv ved hjælp af et elektroskop.
Figur 1. Sortiment af AA-batterier med en nominel spænding på 1,5 V, meget brugt i små enheder, såsom radioer, kameraer, lommelygter og legetøj. Kilde: Pixabay.
Volta fandt imidlertid ikke, hvad han ledte efter i organiske materialer og var endelig overbevist om, at de elektriske ladninger på en eller anden måde var i de metaller, som han rørte frøbenene med.
Figur 2. Portræt af Alessandro Volta. Kilde: Wikimedia Commons.
Volta indså også, at to forskellige metaller producerede en potentiel forskel, og at nogle kombinationer var bedre end andre. Sådan byggede han det første batteri: ark filt fugtet i saltopløsning mellem to sølv- og zinkelektroder. Han stablede adskillige af disse lag og var således i stand til at producere en stabil elektrisk strøm.
Koncept og formler
I 1874 blev spændingen sammen med ohm indført som enheder til henholdsvis spænding og modstand af en kommission fra British Association for the Advancement of Science (BAAS) bestående af bemærkelsesværdige videnskabsfolk fra hele verden.
På det tidspunkt blev de kaldt ”praktiske enheder”, og i dag er de en del af det internationale system af enheder eller SI.
I det meste af litteraturen er den potentielle forskel defineret som energi pr. Faktisk, hvis du har en elektrisk ladning midt i et elektrisk felt produceret af en anden ladning, skal du arbejde for at få dem til at flytte fra et sted til et andet.
Det udførte arbejde gemmes i konfigurationen af ladninger som en ændring i deres elektriske potentielle energi, som vi vil kalde ∆U. Symbolet ∆ angiver denne ændring eller forskel, da ∆U = Final U - Initial Initial.
På denne måde defineres den potentielle forskel mellem to punkter ∆V som:
Da energi har joule-enheder (J) og ladningen kommer i coulomb (C), er en spænding på 1 volt (V) lig med 1 joule / coulomb:
Således svarer 1 volt til en potentiel forskel, der udfører arbejdet med 1 joule for hver coulomb.
Alternativ definition af volt
En anden måde at definere volt er ved at forbinde elektrisk strøm og strøm. På denne måde er 1 volt (V) den potentielle forskel mellem to punkter på en ledning, gennem hvilken en strøm på 1 ampere (A) cirkulerer, hvis effekten, der spredes, er 1 watt (W). Dermed:
Denne definition er vigtig, fordi den involverer intensiteten af elektrisk strøm, som er en af de grundlæggende størrelser af fysik. Derfor hører amperen til gruppen af syv grundlæggende enheder:
Det er muligt at kontrollere, at begge definitioner er ækvivalente, velvidende at 1 watt er 1 joule / sekund og 1 ampere er 1 coulomb / sekund, og derfor:
Sekunderne annulleres, og J / C forbliver, svarende til 1 newton. meter / coulomb. Derfor udtrykkes 1 volt også:
Ohms lov
For nogle materialer er et lineært forhold mellem spændingen (V), strømmen (I) og den elektriske modstand (R) for et materiale opfyldt, hvilket er kendt som Ohms lov. Dermed:
Da enhederne til elektrisk modstand er ohm (Ω), viser det sig, at 1 V = 1 A.Ω
ækvivalens
Til måling af spændinger bruges hovedsageligt multimeteret eller testeren og oscilloskopet. Den første tilbyder en direkte måling af spændingen, og den anden har en skærm til at vise signalets form såvel som dets værdi.
Figur 3. Digital multimeter brugt til at måle forskellige elektriske mængder. Kilde: Pixabay.
Det er almindeligt at finde værdier, der er meget højere eller lavere end volt, derfor er det nyttigt at have ækvivalenser mellem multiplerne og submultiplerne:
-1 kilovolt (kV) = 1000 V
-1 millivolt (mV) = 10 -3 V
-1 mikrovolt (μV) = 10-6 V
eksempler
Spændinger i biologi
I hjertet er der et område kaldet sinusknude, som opfører sig som et batteri ved at generere elektriske impulser, der stimulerer hjerteslag.
Diagrammet for det samme opnås ved hjælp af et elektrokardiogram, der tilbyder værdierne for hjertecyklussen: varighed og amplitude. Takket være dette kan abnormiteter i hjertets funktion opdages.
Typiske værdier for membranpotentialet inde i hjertet er mellem 70-90 mV, mens elektrokardiografen er i stand til at registrere spændinger i størrelsesordenen 1 mV.
Figur 4. Et elektrokardiogram registrerer hjertets elektriske aktivitet. Kilde: Pixabay.
Nervesystemet fungerer også ved elektriske impulser. Spændinger på ca. 70 mV kan måles i nerverne hos mennesker.
Spændinger på Jorden
Jorden har sit eget elektriske felt rettet mod det indre af planeten, på denne måde vides det, at den er negativt ladet. Mellem overfladen og de øvre lag af atmosfæren er der felter, hvis størrelse varierer mellem 66-150 N / C, og der kan fastlægges potentielle forskelle på op til 100 kV.
På den anden side giver de naturlige strømme, der strømmer i undergrunden, mulighed for at karakterisere et terræn ved hjælp af elektriske metoder i geofysik. En test består af at indsætte elektroder i marken, to for spænding og to for strøm og måling af de respektive størrelser.
Ved at variere konfigurationen af elektroderne på forskellige måder er det muligt at bestemme jordens modstand, en egenskab, der angiver, hvor let eller vanskelig strøm kan strømme i et givet materiale. Afhængigt af de opnåede værdier kan der udledes en elektrisk afvigelse, hvilket kan indikere eksistensen af visse mineraler i undergrunden.
Spændinger i almindeligt anvendte enheder
-Hjem-strømnet (vekslende spænding): 110 V i Amerika og 220 i Europa.
-Park stik i bilen: 15 kV
-Bilbatteri: 12V
-Et tørt batteri til legetøj og lommelygter: 1,5 V
-Voltage i et smartphonebatteri: 3,7 V.
Referencer
- Den Internationale Elektrotekniske Kommission IEC. Historisk baggrund. Gendannes fra: iec.ch.
- Griem-Kee, S. 2016. Elektriske metoder. Gendannes fra: geovirtual2.cl.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: Et kig på verden. 6 ta Redigering forkortet. Cengage Learning.
- Knight, R. 2017. Fysik for forskere og teknik: en strategi-tilgang.
- Fysik-faktabogen. Elektrisk felt på jorden. Gendannes fra: hypertextbook.com.
- Wikipedia. Elektrokardiogram. Gendannet fra: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Fysisk størrelse. Gendannet fra: es.wikipedia.org.