Volt

De Viquipèdia

Simbol internacional "Perill, alta tensió".

El volt és la unitat de la diferència de potencial elèctric o força electromotriu. El seu símbol és V, és una unitat derivada del SI, i rep el seu nom en honor del físic italià Alessandro Volta (1745-1827).

Taula de continguts

1 Definició
- 1.1 Mesura en funció de l'efecte Josephson
2 Descripció
3 Múltiples
4 Voltatges comuns
5 Història
6 Fórmules útils
7 Vegeu també
8 Notes i referències
9 Enllaços externs

[edita] Definició

Es defineix com la diferència de potencial al llarg d'un conductor quan un corrent d'un ampere dissipa un watt de potència. Utilitzant les unitats de base del SI seria m²·kg·s^-3·A^-1, que també pot ser representat com un joule (J) d'energia per coulomb (C) de càrrega, J/C.

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

[edita] Mesura en funció de l'efecte Josephson

Amb la definició del volt és difícil disposar d'una referència pràctica per a fer les mesures, el 1987, a la 18^a Conferència General de Pesos i Mesures es va decidir utilitzar l'efecte Josephson i es va instar a trobar un valor per a la constant de Josephson ^[1] que havia de servir com a per a la mesura pràctica i que havia d'entrar en vigor el primer de gener del 1990, un any abans de la següent Conferència.

El 1991 la 19^a Conferència General de Pesos i Mesures va adoptar el valor proposat pel CIPM per a la constant de Josephson:^[2]

$K_j-90 = \frac{2e}{h}$ = 4,835979 10¹⁴ Hz/V = 0,4835979 Ghz/μV.

Això permet disposar d'una referència de la mesura d'un volt a una freqüència precisa.^[3]

[edita] Descripció

La diferència de potencial elèctric es pot imaginar com la facultat de moure càrregues elèctriques a través d'una resistència. En essència, el volt mesura la quantitat d'energia cinètica que transporta cada electró. El nombre d'electrons es mesura com a càrrega elèctrica, en coulombs. El volt es pot multiplicar pel flux corrent, mesurat en amperes (que són coulombs per segon) per tal d'obtenir el potencial elèctric total del corrent en watts. La diferència de potencial elèctric va ser anomenada força electromotriu o fem en una època en què en el món de la física s'utilitzva el mot força de manera poc acurada, avui dia aquest terme encara s'utilitza en algun context.

[edita] Diferència de potencial elèctric

Entre dos punts d'un camp elèctric, com el que existeix a un circuit elèctric, la diferència de potencial és igual a la diferència del seu potencial elèctric. Aquesta diferència és proporcional a la força electrostàtica que tendeix a empènyer els electrons o d'altres portadors de càrrega elèctrica d'un punt a un altre. La diferència de potencial, el potencial elèctric i la força electromotriu es mesuren en volts, habitualment es denomina voltatge i se simbolitza amb V, tot i que de vegades s'utilitza $\mathcal{E}$ , especialment per a la força electromotriu.

El voltatge és additiu en el sentit que el voltatge entre A i C és igual a la suma del voltatge entre A i B amb el voltatge entre B i C. El diferents voltatges que pot haver al llarg d'un circuit elèctric poden ser determinats utilitzant les lleis de Kirchhoff.

El voltatge és una propietat inherent a un camp elèctric, no als electrons individualment. Un electró que es mou a través d'una diferència de potencial experimenta un canvi net de la seva energia, que habitualment es mesura en electró volt. Aquest efecte és anàleg a un massa que cau des d'una altura determinada a un camp gravitatori.

[edita] Analogia hidràulica

Si es pensa en un circuit elèctric de manera anàloga a un circuit de tubs pels que circula aigua impulsada per bombes en absència de gravetat, la diferència de potencial correspondria a la diferència de pressió al fluid entre dos punt diferents. Si hi ha una diferència de pressió entre dos punts llavors l'aigua circularà del primer punt vers el segon i serà capaç de fer un treball, com podria ser moure una turbina.

Aquesta analogia és un bon mètode per explicar un bon nombre de conceptes elèctrics. A un sistema hidràulic, el treball fet per moure l'aigua és igual a la pressió multiplicada pel volum d'aigua mogut. De manera similar, a un circuit elèctric, el treball que es fa per moure electrons o d'altres portadors de càrregues és igual a la pressió elèctrica (un antic terme per al que avui coneixem com a voltatge) multiplicada per la quantitat de càrrega elèctrica moguda. Per tant, el voltatge és una bona manera per a quantificar la potencialitat de fer un treball físic.

[edita] Definició tècnica

La diferència de potencial elèctric es defineix com la quantitat d'energia per unitat de càrrega necessària per a moure una càrrega elèctrica d'un punt a un altre, o de manera equivalent, com la quantitat de treball que una càrrega elèctrica pot fer en passar del primer al segon punt. La diferència de potencial entre dos punts a i b és la integral curvilínia del camp elèctric E:

$V_a - V_b = \int _a ^b \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l} = \int _a ^b E \cos \phi dl.$

[edita] Múltiples

Múltiple	Nom	Símbol	Múltiple	Nom	Símbol
10⁰	volt	V
10¹	decavolt	daV	10^–1	decivolt	dV
10²	hectovolt	hV	10^–2	centivolt	cV
10³	quilovolt	kV	10^–3	mil·livolt	mV
10⁶	megavolt	MV	10^–6	microvolt	µV
10⁹	gigavolt	GV	10^–9	nanovolt	nV
10¹²	teravolt	TV	10^–12	picovolt	pV
10¹⁵	petavolt	PV	10^–15	femtovolt	fV
10¹⁸	exavolt	EV	10^–18	attovolt	aV
10²¹	zettavolt	ZV	10^–21	zeptovolt	zV
10²⁴	yottavolt	YV	10^–24	yoctovolt	yV

[edita] Voltatges comuns

Multímetre amb què es poden mesurar diferents fenòmens elèctrics, incloent-hi el voltatge.

Aparell	Voltatge
Potencial d'acció d'una neurona	a prop de 75 mV
Bateria de cèl·lula simple	1,2 V
Bateria de mercuri	1,355 V
Bateria alcalina no recarregable	1,5 V
Bateria recarregable de liti	3,75 V
Transistor de tecnologia TTL	5 V
Bateria PP3	9 V
Sistema elèctric d'un automòbil	12 V
Electricitat central d'una vivenda	240 V a Oceania; 230 V Europa, Àsia, Àfrica; 120 V Nord-amèrica; 110 V Sud-amèrica (menys Argentina , Xile i el Perú 220 V), 100 V Japó
Raïls del tren	600 a 700 V
Línies de potència de trens d'alto voltatge	aprox. 25 kV
Xarxa de transport d'energia elèctrica d'alt voltatge	110 kV o més
Llamps	100 MV

[edita] Història

L'any 1800, com a resultat d'un desacord professional sobre el galvanisme que propugnava Luigi Galvani, Alessandro Volta va desenvolupar la pila voltaica un precursor de la bateria elèctrica, que produïa un corrent estable. Volta va determinar que el parell de metalls més efectiu per a la producció d'electricitat era el zinc i la plata. Durant els anys 80 del segle XIX l' International Electrical Congress, avui dia Comissió Electrotècnica Internacional, va aprovar el volt com a unitat de força electromotriu. En aquell moment es va definir el volt com la diferència de potencial al llarg d'un conductor quan un corrent d'un ampere dissipa un watt de potència.

El 1893 es va definir el volt internacional com 1/1,434 de la força electromotriu (fem) d'una cel·la Clark. Aquesta definició va ser abandonada el 1908 en favor d'una definició basada en lohm internacional i en lampere internacional, aquesta definició va ser abandonada el 1948.

Abans del desenvolupament del voltatge estàndard basar en la junció de Josephson, el volt era mantingut a laboratoris de diferents països en base a la utilització de bateries especials, les cel·les estàndard que eren cel·les Weston. Una cel·la Weston a una temperatura de 20 °C generava un voltatge de 1,01865 volts.

[edita] Fórmules útils

[edita] Circuits de corrent continu

En els circuits elèctrics de corrent continu es verifica que:

$V = \sqrt{PR}$

$V = \frac{P}{I}$

$V = IR \!\$

On V és el voltage, I és el corrent elèctric, R és la resistència elèctrica i P és la potència elèctrica.

[edita] Circuits de corrent altern

En els circuits elèctrics de corrent altern es verifica que:

$V = \frac{P}{I\cos\theta}$

$V = \frac{\sqrt{PZ}}{\sqrt{\cos\theta}} \!\$

$V = \frac{IR}{\cos\theta}$

On V és el voltage, I és el corrent elèctric, R és la resistència elèctrica, P és la potència elèctrica efectiva, Z és la impedància i θ l'angle de fase (fasor).

[edita] Conversions en corrent altern

Voltatge altern sinusoïdal
1 = Amplitud,
2 = Amplitud pic a pic,
3 = Amplitud eficaç,
4 = Període

$V_{mig} = ,637V_{pic} \!\$

$V_{efect} = ,707V_{pic} \!\$

$V_{efect} = ,354V_{ppic}\!\$

$V_{mig} = ,319V_{ppic} \!\$

$V_{mig} = ,9V_{mig} \!\$

$V_{pic} = ,5V_{ppic} \!\$

On Vpic és el pic de voltatge, Vppic és el valor del voltatge pic a pic, Vmig és el valor mig del voltatge, Vefect és al valor del voltatge efectiu.

[edita] Voltatge total

Fonts de voltatge i caigudes en un circuit elèctric en sèrie:

$V_T = V_1 + V_2 + V_3 + V_4 + ... \!\$

Fonts de voltatge i caigudes en un circuit elèctric en paral·lel:

$V_T = V_1 = V_2 = V_3 = V_4 = ... \!\$

[edita] Caiguda de tensió

La caiguda de tensió per a alguns components és:

A una resistència r

$V_r = IR_r \!\$

A un condensador c

$V_c = IX_c \!\$

A un inductor i

$V_i = IX_i \!\$

On V és el voltage, I és el corrent elèctric, R és la resistència elèctrica (la propietat) i X és la reactància.

[edita] Vegeu també

[edita] Notes i referències

[edita] Enllaços externs

Lliçó sobre l'electricitat i el volt a Google Videos, de Richard A. Muller (anglès)

...

[0] Resolució 6 de la 18ª CGPM (1987) sobre la utilització de la constant de Josephson

[1] Resolució 2 de la 19ª CGPM (1991) que fixa un valor per a la constant de Josephson

[2] Laboratoire National de métrologie et d'essai, Représentation du Volt par l'effet Josephon (francès)

[1]

[2]

[3]