Вольт
В 1791 году Луиджи Гальвани коснулся лапки лягушки двумя разными металлами, и лапка дёрнулась. Гальвани решил, что электричество живёт в самой лягушке. Алессандро Вольта считал, что дело в металлах. Чтобы это показать, в 1800 году он сложил столб из медных и цинковых кружков, проложив их сукном в солёной воде. Столб давал ток без всякой лягушки.
Это была первая батарея. Единицу напряжения назвали в честь Вольты в 1881 году. Один вольт — это джоуль на кулон: столько энергии получает каждый кулон заряда, проходя через источник. Пальчиковая батарейка даёт 1,5 V, розетка — 230 V, а провода ЛЭП — сотни киловольт.
| Обозначение | V |
| Определение | джоуль на кулон · J/C · W/A · kg·m²·s⁻³·A⁻¹ |
| Опорные значения | K_J — 483 597,848 4 GHz/V · элемент Вестона — 1,018 64 V · 1 eV — 1,602·10⁻¹⁹ J |
| Введена | 1881, Международный конгресс электриков · в СИ с 1960 года |
| Стандарты | ISO 80000-6 · IEC 60050-131 · SI Brochure 9th ed. |
| Типичные значения | 1,5 V — батарейка · 230 V — розетка · 400 kV — ЛЭП |
01 · Определение
Джоуль на каждый кулон
Напряжение U показывает, сколько энергии получает или отдаёт заряд, переходя из одной точки цепи в другую. Один вольт — один джоуль на один кулон. Батарейка на 1,5 V сообщает каждому кулону полтора джоуля, а лампочка в цепи забирает их и превращает в свет и тепло.
Напряжение всегда измеряют между двумя точками. Вольтметр подключают к обоим концам участка, а не в разрыв цепи. Ток через участок равен напряжению, делённому на сопротивление, — это закон Ома.
Почему по проводам ЛЭП идут сотни киловольт
Чайнику нужна мощность 2 kW. Её можно передать маленьким током при большом напряжении или большим током при малом. Мощность — напряжение, умноженное на ток. Провод от источника до чайника имеет сопротивление 1 Ω, это около 60 m медной жилы сечением 1 mm². Синие точки — ток: чем быстрее, тем он больше. Провод краснеет от тепла, которое в нём теряется.
Электрон, прошедший через напряжение 1 V, получает энергию 1 eV — электронвольт. Это удобная мера для атомов и частиц. Фотон зелёного света несёт около 2,3 eV, рентгеновский — десятки тысяч, а протоны в Большом адронном коллайдере — 6,8 TeV.
Пара за парой, вольт за вольтом
Слева столб: снизу вверх цинк, медь и сукно, смоченное солёной водой, и так пара за парой. Рядом с ним лестница потенциала: каждая пара поднимает его на одну ступень, а внутри сукна под током он немного проседает. Провод идёт от верха столба через ключ к нагрузке и обратно к низу. Синие точки — электроны: они идут от цинка через нагрузку к меди. Справа вольтметр, подключённый к концам столба. Пока идёт ток, на меди копятся пузырьки водорода, и напряжение медленно падает. По сцене можно щёлкнуть, чтобы замкнуть или разомкнуть ключ.
Добавляйте пары и смотрите на вольтметр.
02 · Пересчёт
| Единица | Значение | Где встречается |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Нейрон в покое держит около −70 mV на мембране толщиной 5 nm. Поле в ней — около 14 MV/m.
Автомобильный аккумулятор на 12 V сообщает каждому кулону 12 J. Стартер берёт сотни ампер — киловатты мощности.
Статвольт из системы СГС — почти 300 V, точнее 299,792 458 V.
03 · Порядки величин
04 · Приборы измерения
05 · Правила записи
06 · Соседние единицы
07 · Исторический раздел
С 1990 года вольт хранят на джозефсоновских переходах. Сверхпроводящий переход под микроволнами частоты f даёт напряжение строго ступенями f/K_J, где K_J = 2e/h — постоянная Джозефсона. С 2019 года она точная: 483 597,848 4 GHz/V. Цепочка из десятков тысяч переходов даёт 10 V с погрешностью в миллиардные доли.
До этого эталоном служил нормальный элемент Вестона — кадмиево-ртутная банка в форме буквы H. При 20 °C она давала 1,018 64 V. Международный вольт 1908 года оказался на 0,034 % больше нынешнего.
Каталог величин
весь указатель →Семь основных единиц СИ
Капля кислоты меняет цвет сока, соль красит пламя, вода замерзает от стука. Под ними — все листы Simetrium по дисциплинам и по алфавиту.
Открыть указатель →