Вольт

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.

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.

Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта (1745–1827), который изобрёл вольтов столб, первую электрическую батарею.

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 тепла 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.

$\mbox{V} = \dfrac{\mbox{W}}{\mbox{A}} = \dfrac{\mbox{J}}{\mbox{C}} = \dfrac{\mbox{m}^2 \cdot \mbox{kg}}{\mbox{s}^{3} \cdot \mbox{A}}.$

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 весам и измерениям как^[3]:

$K_{J-90} = \frac{2e}{h} =$ 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 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

• 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 — 127 или 220 В (среднеквадратичное).
• Напряжение на фабриках, заводах — 380 В.
• Напряжение в контактной сети трамвая, троллейбуса — 600 В.
• Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (постоянный ток), 25 кВ (переменный ток).
• Магистральные ЛЭП — 110 кВ, 220 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^[6].

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.

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	йоттавольт	ИВ	YV	10−24 В	йоктовольт	иВ	yV
применять не рекомендуется

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. ↑ В. М. Дуков. История систем единиц измерения физических величин // Из кн. «Исторические обзоры в курсе физики средней школы» (М.: Просвещение, 1983)