- Koncepcia a vzorce
- Alternatívne vymedzenie volt
- Ohmov zákon
- ekvivalencie
- Príklady
- Napätie v biológii
- Napätia na Zemi
- Napätie v bežne používaných zariadeniach
- Referencie
Volt alebo volt je prístroj používaný v medzinárodnom systéme jednotiek SI vyjadriť napätie a elektrický potenciál, je jedným z hlavných veličín elektriny. Napätie vykonáva prácu potrebnú na spustenie elektrického náboja a tým na vytvorenie prúdu. Elektrický prúd, ktorý prechádza vodičmi, dokáže spúšťať motory, prenášať informácie, osvetľovať cesty a domy a oveľa viac.
Názov volt ako jednotka bol vybraný na počesť Alessandra Volty (1745 - 1827), talianskeho fyzika a chemika, ktorý vynašiel elektrickú batériu okolo roku 1800. Anatomista Luigi Galvani v tom čase overil, že žabie nohy môžu byť uzavrieť zmluvu s použitím elektriny. Volta, ktorý si je vedomý týchto výsledkov, tiež začal hľadať elektrické náboje v živočíšnych tkanivách pomocou elektroskopu.
Obrázok 1. Sortiment batérií typu AA s menovitým napätím 1,5 V, ktoré sa bežne používajú v malých zariadeniach, ako sú rádiá, fotoaparáty, baterky a hračky. Zdroj: Pixabay.
Volta však nenašiel to, čo hľadal v organických materiáloch, a bol nakoniec presvedčený, že elektrické náboje boli nejakým spôsobom v kovoch, s ktorými sa dotkol žabích stehien.
Obrázok 2. Portrét Alessandra Volty. Zdroj: Wikimedia Commons.
Volta si tiež uvedomil, že dva rôzne kovy spôsobili potenciálny rozdiel a že niektoré kombinácie boli lepšie ako iné. Takto zostavil prvú batériu: listy plsti zvlhčené v soľnom roztoku medzi dvoma striebornými a zinkovými elektródami. Zhromaždil niekoľko z týchto vrstiev, a tak bol schopný vyrobiť stabilný elektrický prúd.
Koncepcia a vzorce
V roku 1874 bol volt, spolu s ohmom, prijatý ako jednotky napätia a odporu komisiou Britskej asociácie pre rozvoj vedy (BAAS), ktorú tvorili významní vedci z celého sveta.
V tom čase sa nazývali „praktické jednotky“ a dnes sú súčasťou medzinárodného systému jednotiek alebo SI.
Vo väčšine literatúry je potenciálny rozdiel definovaný ako energia na jednotku náboja. Ak máte elektrický náboj uprostred elektrického poľa produkovaného iným nábojom, musíte urobiť prácu, aby ste sa presunuli z jedného miesta na druhé.
Vykonaná práca je uložená v konfigurácii poplatkov ako zmena ich elektrickej potenciálovej energie, ktorú nazývame ∆U. Symbol ∆ označuje túto zmenu alebo rozdiel, pretože ∆U = Final U - Initial Initial .
Týmto spôsobom je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi ∆V definovaný ako:
Pretože energia má jednotky joulu (J) a náboj prichádza v coulombe (C), napätie 1 V (V) sa rovná 1 joule / coulomb:
1 volt sa teda rovná potenciálnemu rozdielu pri práci 1 joulu pre každú coulomb.
Alternatívne vymedzenie volt
Ďalším spôsobom, ako definovať volt, je prepojenie elektrického prúdu a energie. Týmto spôsobom je 1 V (V) potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi drôtu, ktorým preteká prúd 1 ampér (A), ak je rozptýlený výkon 1 W (W). teda:
Táto definícia je dôležitá, pretože zahŕňa intenzitu elektrického prúdu, ktorá je jednou zo základných fyzikálnych veličín. Preto ampér patrí do skupiny siedmich základných jednotiek:
Je možné skontrolovať, či sú obe definície rovnocenné, s vedomím, že 1 watt je 1 joule / sekundu a 1 ampér je 1 coulomb / sekundu, preto:
Sekundy sa zrušia a zostáva J / C, čo zodpovedá 1 newtonu. meter / coulomb. Preto sa 1 volt vyjadruje aj ako:
Ohmov zákon
Pre niektoré materiály je splnený lineárny vzťah medzi napätím (V), prúdom (I) a elektrickým odporom (R) materiálu, ktorý je známy ako Ohmov zákon. teda:
Pretože jednotky pre elektrický odpor sú ohmy (Ω), ukázalo sa, že 1 V = 1 A.Ω
ekvivalencie
Na meranie napätia sa používajú hlavne multimeter alebo tester a osciloskop. Prvá ponúka priame meranie napätia a druhá má obrazovku na zobrazenie tvaru signálu, ako aj jeho hodnoty.
Obrázok 3. Digitálny multimeter používaný na meranie rôznych elektrických veličín. Zdroj: Pixabay.
Je bežné, že hodnoty sú oveľa vyššie alebo nižšie ako volt, preto je užitočné mať ekvivalenty medzi násobkami a čiastkovými hodnotami:
-1 kilovolt (kV) = 1 000 V
-1 milivolt (mV) = 10 až 3 V
-1 mikrovolt (μV) = 10-6 V
Príklady
Napätie v biológii
V srdci je oblasť nazývaná sínusový uzol, ktorá sa správa ako batéria vytváraním elektrických impulzov, ktoré stimulujú srdcový rytmus.
Graf toho istého grafu sa získa pomocou elektrokardiogramu, ktorý ponúka hodnoty srdcového cyklu: trvanie a amplitúda. Vďaka tomu je možné zistiť abnormality vo fungovaní srdca.
Typické hodnoty membránového potenciálu vo vnútri srdca sú medzi 70 - 90 mV, zatiaľ čo elektrokardiograf je schopný zaznamenať napätie rádovo 1 mV.
Obrázok 4. Elektrokardiogram zaznamenáva elektrickú aktivitu srdca. Zdroj: Pixabay.
Nervový systém tiež pôsobí elektrickými impulzmi. V nervoch ľudí je možné merať napätie asi 70 mV.
Napätia na Zemi
Zem má svoje vlastné elektrické pole nasmerované do vnútra planéty, takže je známe, že je záporne nabitá. Medzi povrchom a hornými vrstvami atmosféry sú polia, ktorých veľkosť sa pohybuje medzi 66 - 150 N / C a je možné zistiť potenciálne rozdiely až do 100 kV.
Na druhej strane, prírodné prúdy, ktoré tečú v podloží, umožňujú charakterizovať terén pomocou elektrických metód v geofyzike. Test pozostáva z vloženia elektród do poľa, dvoch pre napätie a dvoch pre prúd a zmeranie príslušných veličín.
Zmenou konfigurácie elektród rôznymi spôsobmi je možné určiť odpor zemi, čo je vlastnosť, ktorá ukazuje, ako ľahký alebo ťažký prúd môže prúdiť v danom materiáli. V závislosti od získaných hodnôt možno odvodiť existenciu elektrickej anomálie, ktorá môže naznačovať existenciu určitých minerálov v podloží.
Napätie v bežne používaných zariadeniach
- Domáca sieť napájania (striedavé napätie): 110 V v Amerike a 220 v Európe.
- Zapaľovacie sviečky v aute: 15 kV
- Batéria: 12V
- Suchá batéria pre hračky a baterky: 1,5 V
- napätie v batérii smartfónu: 3,7 V.
Referencie
- Medzinárodná elektrotechnická komisia IEC. Historické pozadie. Získané z: iec.ch.
- Griem-Kee, S. 2016. Elektrické metódy. Získané z: geovirtual2.cl.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohľad na svet. 6 ta Editácia skrátená. Cengage Learning.
- Knight, R. 2017. Fyzika pre vedcov a techniku: strategický prístup.
- The Factics Factbook. Elektrické pole na Zemi. Obnovené z: hypertextbook.com.
- Wikipedia. Elektrokardiogram. Obnovené z: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Fyzická veľkosť. Obnovené z: es.wikipedia.org.