VOLT OF VOLT: CONCEPT EN FORMULES, EQUIVALENTIES, VOORBEELDEN - FYSIEK - 2025

De volt of volt is de eenheid die wordt gebruikt in het internationale systeem van SI-eenheden om spanning en elektrisch potentieel uit te drukken, een van de belangrijkste grootheden van elektriciteit. Spanning doet het werk dat nodig is om elektrische ladingen te starten en daardoor een stroom te creëren. Elektrische stroom, die door geleiders stroomt, kan motoren starten, informatie verzenden, wegen en huizen verlichten, en nog veel meer.

De naam volt als eenheid werd gekozen ter ere van Alessandro Volta (1745-1827), de Italiaanse natuurkundige en scheikundige die rond 1800 de elektrische batterij uitvond. Op dat moment had de anatoom Luigi Galvani geverifieerd dat kikkerbilletjes konden worden contract door toepassing van elektriciteit. Volta, zich bewust van deze resultaten, ging ook op zoek naar elektrische ladingen in dierlijk weefsel met behulp van een elektroscoop.

Figuur 1. Assortiment AA-batterijen met een nominale spanning van 1,5 V, veel gebruikt in kleine apparaten, zoals radio's, camera's, zaklampen en speelgoed. Bron: Pixabay.

Volta vond echter niet wat hij zocht in organische materialen en was er uiteindelijk van overtuigd dat de elektrische ladingen op de een of andere manier in de metalen zaten waarmee hij de kikkerbilletjes aanraakte.

Figuur 2. Portret van Alessandro Volta. Bron: Wikimedia Commons.

Volta realiseerde zich ook dat twee verschillende metalen een potentiaalverschil opleverden en dat sommige combinaties beter waren dan andere. Zo bouwde hij de eerste batterij: viltvellen bevochtigd in een zoutoplossing tussen twee zilver- en zinkelektroden. Hij stapelde verschillende van deze lagen op en kon zo een stabiele elektrische stroom produceren.

Concept en formules

In 1874 werd de volt, samen met de ohm, aangenomen als eenheden voor respectievelijk spanning en weerstand, door een commissie van de British Association for the Advancement of Science (BAAS), bestaande uit opmerkelijke wetenschappers van over de hele wereld.

In die tijd werden ze "praktische eenheden" genoemd en tegenwoordig maken ze deel uit van het International System of Units of SI.

In de meeste literatuur wordt het potentiaalverschil gedefinieerd als energie per eenheidslading. Inderdaad, als je een elektrische lading hebt in het midden van een elektrisch veld geproduceerd door een andere lading, moet je eraan werken om ze van de ene plaats naar de andere te laten bewegen.

Het verrichte werk wordt opgeslagen in de configuratie van ladingen als een verandering in hun elektrische potentiële energie, die we ∆U zullen noemen. Het symbool ∆ geeft deze verandering of dit verschil aan, aangezien ΔU = _Final U - _{Initial Initial} .

Op deze manier wordt het potentiaalverschil tussen twee punten ΔV gedefinieerd als:

Omdat energie eenheden joule (J) heeft en lading komt in coulomb (C), is een spanning van 1 volt (V) gelijk aan 1 joule / coulomb:

Dus 1 volt is gelijk aan een potentiaalverschil dat het werk doet van 1 joule voor elke coulomb.

Alternatieve definitie van volt

Een andere manier om de volt te definiëren, is door elektrische stroom en vermogen te koppelen. Op deze manier is 1 volt (V) het potentiaalverschil tussen twee punten van een draad waardoor een stroom van 1 ampère (A) stroomt als het gedissipeerde vermogen 1 watt (W) is. Dus:

Deze definitie is belangrijk omdat het de intensiteit van elektrische stroom betreft, wat een van de fundamentele grootheden van de natuurkunde is. Daarom behoort de ampère tot de groep van zeven fundamentele eenheden:

Het is mogelijk om te controleren of beide definities equivalent zijn, wetende dat 1 watt 1 joule / seconde is en 1 ampère 1 coulomb / seconde, dus:

De seconden worden geannuleerd en J / C blijft staan, gelijk aan 1 newton. meter / coulomb. Daarom wordt 1 volt ook uitgedrukt als:

De wet van Ohm

Voor sommige materialen geldt een lineaire relatie tussen spanning (V), stroom (I) en elektrische weerstand (R) van een materiaal, dat bekend staat als de wet van Ohm. Dus:

Omdat de eenheden voor elektrische weerstand ohm (Ω) zijn, blijkt dat 1 V = 1 A.Ω

Equivalenties

Voor het meten van spanningen worden voornamelijk de multimeter of tester en de oscilloscoop gebruikt. De eerste biedt een directe meting van de spanning en de tweede heeft een scherm om de vorm van het signaal en de waarde ervan weer te geven.

Figuur 3. Digitale multimeter gebruikt om verschillende elektrische grootheden te meten. Bron: Pixabay.

Het is gebruikelijk om waarden te vinden die veel hoger of lager zijn dan de volt, daarom is het handig om de equivalenties tussen de veelvouden en de deelvouden te hebben:

-1 kilovolt (kV) = 1000 V

-1 millivolt (mV) = ^10-3 V

-1 microvolt (μV) = ^10-6 V.

Voorbeelden

Spanningen in de biologie

In het hart bevindt zich een gebied dat de sinusknoop wordt genoemd en dat zich als een batterij gedraagt ​​door elektrische impulsen te genereren die de hartslag stimuleren.

De grafiek van hetzelfde wordt verkregen door middel van een elektrocardiogram, dat de waarden van de hartcyclus biedt: duur en amplitude. Hierdoor kunnen afwijkingen in de werking van het hart worden opgespoord.

Typische waarden van de membraanpotentiaal, in het hart, liggen tussen 70-90 mV, terwijl de elektrocardiograaf spanningen in de orde van 1 mV kan registreren.

Figuur 4. Een elektrocardiogram registreert de elektrische activiteit van het hart. Bron: Pixabay.

Het zenuwstelsel werkt ook door elektrische impulsen. In de zenuwen van mensen kunnen spanningen van ongeveer 70 mV worden gemeten.

Spanningen op aarde

De aarde heeft een eigen elektrisch veld dat naar het binnenste van de planeet is gericht, op deze manier is bekend dat het negatief geladen is. Tussen het oppervlak en de bovenste lagen van de atmosfeer bevinden zich velden waarvan de grootte varieert tussen 66-150 N / C, waarbij potentiaalverschillen tot 100 kV mogelijk zijn.

Aan de andere kant maken de natuurlijke stromingen die in de ondergrond stromen, het mogelijk om een ​​terrein te karakteriseren door middel van het gebruik van elektrische methoden in de geofysica. Een test bestaat uit het inbrengen van elektroden in het veld, twee voor spanning en twee voor stroom en het meten van de respectievelijke magnitudes.

Door de configuratie van de elektroden op verschillende manieren te variëren, is het mogelijk om de soortelijke weerstand van de aarde te bepalen, een eigenschap die aangeeft hoe gemakkelijk of moeilijk stroom kan vloeien in een bepaald materiaal. Afhankelijk van de verkregen waarden kan het bestaan ​​van een elektrische anomalie worden afgeleid, wat kan duiden op het bestaan ​​van bepaalde mineralen in de ondergrond.

Spanningen in veelgebruikte apparaten

- Stroomnet thuis (wisselspanning): 110 V in Amerika en 220 in Europa.

- Bougies in de auto: 15 kV

-Auto-accu: 12V

-Een droge batterij voor speelgoed en zaklampen: 1,5 V

- Spanning in een smartphonebatterij: 3,7 V.

Referenties

1. Internationale Elektrotechnische Commissie IEC. Historische achtergrond. Hersteld van: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Elektrische methoden. Hersteld van: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Natuurkunde: een blik op de wereld. 6 ^ta Bewerken afgekort. Cengage leren.
4. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
5. Het Physics Factbook. Elektrisch veld op aarde. Hersteld van: hypertextbook.com.
6. Wikipedia. Elektrocardiogram. Hersteld van: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Fysieke omvang. Hersteld van: es.wikipedia.org.