伏特
1791 年，路易吉·伽伐尼用两种不同的金属触碰蛙腿，蛙腿抽动了一下。伽伐尼认为，电就藏在青蛙身体里。亚历山德罗·伏打则认为关键在于金属。为了证明这一点，他在 1800 年用铜片和锌片叠成一根柱子，片与片之间垫上浸过盐水的布片。不需要任何青蛙，这根电堆就能产生电流。
这是第一个电池。1881 年，电压单位以伏打的名字命名。一伏特就是每库仑一焦耳：每库仑电荷通过电源时获得的能量。一节五号电池提供 1.5 V，插座提供 230 V，而输电线路的电压可达数百千伏。
| 记号 | V |
| 定义 | 焦耳每库仑 · J/C · W/A · kg·m²·s⁻³·A⁻¹ |
| 参考值 | K_J — 483 597.848 4 GHz/V · 韦斯顿电池 — 1.018 64 V · 1 eV — 1.602·10⁻¹⁹ J |
| 引入 | 1881 年，国际电学大会 · 1960 年起纳入国际单位制 |
| 标准 | ISO 80000-6 · IEC 60050-131 · SI Brochure 9th ed. |
| 典型值 | 1.5 V — 电池 · 230 V — 插座 · 400 kV — 输电线路 |
01 · 定义
每库仑一焦耳
电压 U 表示电荷从电路中的一点移到另一点时获得或释放多少能量。一伏特就是每库仑一焦耳。1.5 V 的电池给每库仑电荷一焦耳半的能量，电路中的灯泡把这些能量取走，变成光和热。
电压总是在两点之间测量。电压表要接在一段电路的两端，而不是串进电路的断口。通过这段电路的电流等于电压除以电阻——这就是欧姆定律。
为什么输电线路上是数百千伏
电水壶需要 2 kW 的功率。可以用高电压、小电流输送，也可以用低电压、大电流输送。功率等于电压乘以电流。从电源到电水壶的导线电阻为 1 Ω，相当于约 60 m 长、截面 1 mm² 的铜线。蓝点表示电流：跑得越快，电流越大。导线因其中损耗的热量而发红。
电子通过 1 V 的电压，获得 1 eV 的能量，即一电子伏。这是衡量原子和粒子能量的方便单位。一个绿光光子携带约 2.3 eV，X 射线光子为数万电子伏，而大型强子对撞机中的质子达到 6.8 TeV。
一组又一组，一伏又一伏
左边是电堆：从下往上依次是锌片、铜片和浸过盐水的布片，一组接一组。旁边是电势阶梯：每一组使电势升高一级，有电流时，电势在布片内部略有下降。导线从电堆顶端经过开关接到负载，再回到底端。蓝点是电子：它们从锌经过负载流向铜。右边是接在电堆两端的电压表。有电流时，铜片上会积聚氢气泡，电压慢慢下降。点击画面可以闭合或断开开关。
增加组数，观察电压表。
02 · 换算
| 单位 | 数值 | 常见于何处 |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
静息的神经元在 5 nm 厚的细胞膜两侧维持约 −70 mV 的电压。膜内的电场约为 14 MV/m。
12 V 的汽车蓄电池给每库仑电荷 12 J 能量。起动机要用数百安培的电流——功率达数千瓦。
CGS 制的静电伏接近 300 V，更精确地说是 299.792 458 V。
03 · 数量级
04 · 测量仪器
05 · 书写规则
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
自 1990 年起，伏特由约瑟夫森结保持。在频率为 f 的微波照射下，超导结给出严格按 f/K_J 分级的电压台阶，其中 K_J = 2e/h 是约瑟夫森常数。自 2019 年起，它是精确值：483 597.848 4 GHz/V。由数万个结串成的阵列给出 10 V，误差只有十亿分之几。
在此之前，标准是韦斯顿标准电池——装在 H 形玻璃容器里的镉汞电池。在 20 °C 时，它给出 1.018 64 V。1908 年的国际伏特比现在的伏特大 0.034 %。
一滴酸改变果汁的颜色，盐给火焰染色，水被轻敲一下就结冰。下面是 Simetrium 的全部页面，按学科和字母顺序排列。
打开目录 →