- Koncepce a vzorce
- Alternativní definice volt
- Ohmův zákon
- Ekvivalence
- Příklady
- Napětí v biologii
- Napětí na Zemi
- Napětí v běžně používaných zařízeních
- Reference
Volt nebo volt je přístroj používán v mezinárodním systému jednotek SI vyjádřit napětí a elektrický potenciál, je jedním z hlavních množství elektřiny. Napětí provádí práci nezbytnou pro zahájení elektrických nábojů a tím pro vytvoření proudu. Elektrický proud, který prochází vodiči, je schopen nastartovat motory, přenášet informace, osvětlovat ulice a domy a mnohem více.
Název volt jako celek byl vybrán na počest Alessandra Volty (1745-1827), italského fyzika a chemika, který vynalezl elektrickou baterii kolem roku 1800. Anatomista Luigi Galvani v té době ověřil, že žabí nohy mohou být uzavřít smlouvu s využitím elektřiny. Volta si byl vědom těchto výsledků a začal také hledat elektrické náboje ve zvířecích tkáních pomocí elektroskopu.
Obrázek 1. Sortiment AA baterií se jmenovitým napětím 1,5 V, široce používaný v malých zařízeních, jako jsou rádia, kamery, baterky a hračky. Zdroj: Pixabay.
Volta však nenašel to, co hledal v organických materiálech, a byl nakonec přesvědčen, že elektrické náboje byly nějak v kovech, s nimiž se dotkl nohou žáby.
Obrázek 2. Portrét Alessandro Volty. Zdroj: Wikimedia Commons.
Volta si také uvědomil, že dva různé kovy vytvořily potenciální rozdíl a že některé kombinace byly lepší než jiné. Takto postavil první baterii: listy plsti zvlhčené v solném roztoku mezi dvěma stříbrnými a zinkovými elektrodami. Nashromáždil několik z těchto vrstev, a tak byl schopen produkovat stabilní elektrický proud.
Koncepce a vzorce
V 1874 volt, spolu s ohmem, byl přijat jako jednotky pro napětí a odpor příslušně, pověřením britské asociace pro povýšení vědy (BAAS) tvořil význačných vědců z celého světa.
V té době se jim říkalo „praktické jednotky“ a dnes jsou součástí mezinárodního systému jednotek nebo SI.
Ve většině literatury je potenciální rozdíl definován jako energie na jednotku náboje. Opravdu, pokud máte elektrický náboj uprostřed elektrického pole vytvořeného jiným nábojem, musíte udělat práci, aby se přesunuli z jednoho místa na druhé.
Odvedená práce je uložena v konfiguraci nábojů jako změna jejich elektrické potenciální energie, kterou nazýváme ∆U. Symbol ∆ označuje tuto změnu nebo rozdíl, protože ∆U = Final U - Initial Initial.
Tímto způsobem je potenciální rozdíl mezi dvěma body ∆V definován jako:
Protože energie má jednotky joulu (J) a náboj přichází v coulombu (C), napětí 1 V (V) se rovná 1 joulu / coulomb:
1 volt se tedy rovná potenciálnímu rozdílu při práci 1 joulu pro každou coulomb.
Alternativní definice volt
Dalším způsobem, jak definovat volt, je propojení elektrického proudu a energie. Tímto způsobem je 1 V (V) potenciální rozdíl mezi dvěma body drátu, kterým protéká proud 1 A (A), pokud je rozptýlený výkon 1 W (W). Tím pádem:
Tato definice je důležitá, protože zahrnuje intenzitu elektrického proudu, což je jedna ze základních fyzikálních veličin. Z tohoto důvodu ampér patří do skupiny sedmi základních jednotek:
Je možné zkontrolovat, zda jsou obě definice rovnocenné, s vědomím, že 1 watt je 1 joule / sekundu a 1 ampér je 1 coulomb / sekundu, proto:
Sekundy jsou zrušeny a J / C zůstává, což odpovídá 1 newtonu. metr / coulomb. Proto je 1 volt vyjádřen také jako:
Ohmův zákon
U některých materiálů je splněn lineární vztah mezi napětím (V), proudem (I) a elektrickým odporem (R) materiálu, což je známé jako Ohmův zákon. Tím pádem:
Protože jednotky pro elektrický odpor jsou ohmy (Ω), ukázalo se, že 1 V = 1 A.Ω
Ekvivalence
K měření napětí se používá hlavně multimetr nebo tester a osciloskop. První nabízí přímé měření napětí a druhá má obrazovku pro zobrazení tvaru signálu a jeho hodnoty.
Obrázek 3. Digitální multimetr používaný k měření různých elektrických veličin. Zdroj: Pixabay.
Je běžné najít hodnoty mnohem vyšší nebo nižší než volt, proto je užitečné mít ekvivalenci mezi násobky a subultiples:
-1 kilovolt (kV) = 1000 V
-1 milivolt (mV) = 10 -3 V
-1 mikrovolt (μV) = 10-6 V
Příklady
Napětí v biologii
V srdci je oblast zvaná sinusový uzel, která se chová jako baterie vytvářením elektrických impulsů, které stimulují srdeční rytmus.
Jejich graf je získán pomocí elektrokardiogramu, který nabízí hodnoty srdečního cyklu: trvání a amplituda. Díky tomu lze detekovat abnormality ve fungování srdce.
Typické hodnoty membránového potenciálu uvnitř srdce jsou mezi 70-90 mV, zatímco elektrokardiograf je schopen zaznamenávat napětí řádově 1 mV.
Obrázek 4. Elektrokardiogram zaznamenává elektrickou aktivitu srdce. Zdroj: Pixabay.
Nervový systém funguje také pomocí elektrických impulsů. V nervech člověka lze měřit napětí asi 70 mV.
Napětí na Zemi
Země má své vlastní elektrické pole nasměrované do vnitřku planety, je tedy známo, že je záporně nabitá. Mezi povrchem a horními vrstvami atmosféry jsou pole, jejichž velikost se pohybuje mezi 66 - 150 N / C a lze stanovit potenciální rozdíly až do 100 kV.
Na druhé straně, přírodní proudy, které tečou v podloží, umožňují charakterizovat terén pomocí elektrických metod v geofyzice. Zkouška sestává z vložení elektrod do pole, dvou pro napětí a dvou pro proud a měření příslušných velikostí.
Změnou konfigurace elektrod různými způsoby je možné stanovit měrný odpor země, což je vlastnost, která ukazuje, jak snadno nebo obtížně může proudit daný materiál. V závislosti na získaných hodnotách lze odvodit existenci elektrické anomálie, která může naznačovat existenci určitých minerálů v podloží.
Napětí v běžně používaných zařízeních
- Domácí síť (střídavé napětí): 110 V v Americe a 220 v Evropě.
- Zástrčky v autě: 15 kV
-Na baterie: 12V
- Suchá baterie pro hračky a baterky: 1,5 V
- Napětí v baterii smartphonu: 3,7 V.
Reference
- Mezinárodní elektrotechnická komise IEC. Historické pozadí. Obnoveno z: iec.ch.
- Griem-Kee, S. 2016. Elektrické metody. Obnoveno z: geovirtual2.cl.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohled na svět. 6 ta Editace ve zkratce. Cengage Learning.
- Knight, R. 2017. Fyzika pro vědce a inženýrství: strategický přístup.
- Fyzická fakta. Elektrické pole na Zemi. Obnoveno z: hypertextbook.com.
- Wikipedia. Elektrokardiogram. Obnoveno z: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Fyzická velikost. Obnoveno z: es.wikipedia.org.