Volt

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
volt
Símbol internacional de "Perill, alta tensió"
Símbol internacional de "Perill, alta tensió"
Informació
Sistema d'unitats: Unitat derivada del SI
Unitat de: Diferència de potencial elèctric
Força electromotriu
Símbol: V
Procedència del nom: Alessandro Volta

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).

Definició[modifica | modifica el codi]

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}}

Mesura en funció de l'efecte Josephson[modifica | modifica el codi]

Amb la definició del volt és difícil disposar d'una referència pràctica per a fer les mesures. El 1987, a la 18a 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 19a 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]

Descripció[modifica | modifica el codi]

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'utilitzava el mot força de manera poc acurada, avui dia aquest terme encara s'utilitza en algun context.

Diferència de potencial elèctric[modifica | modifica el codi]

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.

Analogia hidràulica[modifica | modifica el codi]

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.

Definició tècnica[modifica | modifica el codi]

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.

Múltiples i submultiples[modifica | modifica el codi]

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

Voltatges comuns[modifica | modifica el codi]

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'alt voltatge aprox. 25 kV
Xarxa de transport d'energia elèctrica d'alt voltatge 110 kV o més
Llamps 100 MV

Història[modifica | modifica el codi]

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 basant-se en 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 d'1,01865 volts.

En el SI la unitat porta el nom de Alessandro Volta. Com altres unitats del SI, es denomina amb el nom propi de la persona, que el descobreix. La primera lletra del seu símbol és en majúscula (V). El nom de cada unitat del SI sempre ha de començar amb una lletra minúscula (volt), a menys que la paraula estiguès al principi de una frase o fos un títol, seria amb majúscula inicial.

Fórmules útils[modifica | modifica el codi]

Circuits de corrent continu[modifica | modifica el codi]

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.

Circuits de corrent altern[modifica | modifica el codi]

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).

Conversions en corrent altern[modifica | modifica el codi]

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 mitjà del voltatge, Vefect és al valor del voltatge efectiu.

Voltatge total[modifica | modifica el codi]

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 = ... \!\

Caiguda de tensió[modifica | modifica el codi]

La caiguda de tensió per a alguns components és:

 V_r = IR_r \!\
 V_c = IX_c \!\
 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.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Notes i referències[modifica | modifica el codi]

  1. Resolució 6 de la 18ª CGPM (1987) sobre la utilització de la constant de Josephson
  2. Resolució 2 de la 19ª CGPM (1991) que fixa un valor per a la constant de Josephson
  3. Laboratoire National de métrologie et d'essai, Représentation du Volt par l'effet Josephon (francès)

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]