VOLT ILI VOLT: KONCEPT I FORMULE, EKVIVALENCIJE, PRIMJERI - FIZIČKA - 2024

Napon ili volt je jedinica koja se koristi u Međunarodnom sustavu SI jedinica za izražavanje napona i električnog potencijala, jedna od glavnih veličina električne energije. Napon čini posao potreban za pokretanje električnih naboja i time stvara struju. Električna struja, koja putuje vodičima, sposobna je pokretati motore, prenositi informacije, osvjetljavati ulice i domove i još mnogo toga.

Naziv volt kao jedinica izabran je u čast Alessandra Volte (1745.-1827.), Talijanskog fizičara i kemičara koji je oko 1800. izumio električnu bateriju. Tada je anatomist Luigi Galvani potvrdio da žablje noge mogu biti ugovor primjenom električne energije. Volta je, svjesna ovih rezultata, također započela s traženjem električnih naboja u životinjskim tkivima, koristeći elektroskop.

Slika 1. Asortiman AA baterija nominalnog napona od 1,5 V, koji se široko koriste u malim uređajima, poput radija, kamera, svjetiljki i igračaka. Izvor: Pixabay.

Međutim, Volta nije pronašao ono što je tražio u organskim materijalima i konačno je bio uvjeren da su električni naboji, nekako, u metalima kojima je dodirnuo žablje noge.

Slika 2. Portret Alessandra Volta. Izvor: Wikimedia Commons.

Volta je također shvatio da dva različita metala stvaraju potencijalnu razliku i da su neke kombinacije bolje od drugih. Tako je izgradio prvu bateriju: listovi filca natopljeni u fiziološkoj otopini između dvije elektrode srebra i cinka. Skupio je nekoliko ovih slojeva i na taj način bio sposoban proizvesti stabilnu električnu struju.

Koncept i formule

1874. godine volt je, zajedno s ohmom, prihvaćen kao jedinice za napon i otpor, od strane komisije Britanskog udruženja za napredak znanosti (BAAS) sastavljene od uglednih znanstvenika iz cijelog svijeta.

U to vrijeme su ih nazivali "praktične jedinice", a danas su dio Međunarodnog sustava jedinica ili SI.

U većini je literature navedena razlika potencijala definirana kao energija po jediničnom naboju. Doista, ako imate električni naboj usred električnog polja proizvedenog drugim nabojem, morate obaviti posao kako biste ih premjestili s jednog mjesta na drugo.

Obavljeni posao pohranjen je u konfiguraciji naboja kao promjena njihove električne potencijalne energije, koju ćemo nazvati ∆U. Simbol ∆ označava ovu promjenu ili razliku, jer je ∆U = _konačni U - _{početni početak}.

Na taj se način potencijalna razlika između dvije točke ∆V definira kao:

Budući da energija ima jedinice joule (J), a naboj dolazi u coulomb (C), napon od 1 volt (V) jednak je 1 joule / coulomb:

Dakle, 1 volt se izjednačava s potencijalnom razlikom radeći 1 joule za svaki coulomb.

Alternativna definicija volta

Drugi način za definiranje volta je povezivanjem električne struje i snage. Na ovaj način, 1 volt (V) je potencijalna razlika između dviju točaka žice kroz koje struja od 1 ampera (A) prolazi ako se razvedena snaga 1 vata (W). Tako:

Ova je definicija važna jer uključuje intenzitet električne struje, što je jedna od osnovnih veličina fizike. Stoga amper pripada grupi od sedam temeljnih cjelina:

Moguće je provjeriti da su obje definicije jednake, znajući da je 1 vat 1 joule / sekunda, a 1 amper 1 coulomb / second, dakle:

Sekunde se otkazuju, a J / C ostaje, što odgovara 1 newtonu. metar / coulomb. Stoga se 1 volt također izražava kao:

Ohmov zakon

Za neke materijale postoji linearni odnos između napona (V), struje (I) i električnog otpora (R) materijala, koji je poznat kao Ohmov zakon. Tako:

Budući da su jedinice za električni otpor ohmi (Ω), ispada da je 1 V = 1 A.Ω

ekvivalencija

Za mjerenje napona uglavnom se koriste multimetar ili tester i osciloskop. Prva nudi izravno mjerenje napona, a druga ima zaslon za prikaz oblika signala, kao i njegove vrijednosti.

Slika 3. Digitalni multimetar koji se koristi za mjerenje različitih električnih veličina. Izvor: Pixabay.

Uobičajeno je pronaći vrijednosti puno veće ili niže od volta, stoga je korisno imati ekvivalencije između množine i submultipleta:

-1 kilovolt (kV) = 1000 V

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

-1 mikrovolt (μV) = 10 ^-6 V

Primjeri

Napon u biologiji

U srcu postoji područje koje se naziva sinusni čvor, koje se ponaša poput baterije stvarajući električne impulse koji stimuliraju rad srca.

Grafikon istog dobiva se elektrokardiogramom koji nudi vrijednosti srčanog ciklusa: trajanje i amplitudu. Zahvaljujući tome mogu se otkriti abnormalnosti u radu srca.

Tipične vrijednosti membranskog potencijala, unutar srca, su između 70-90 mV, dok je elektrokardiograf sposoban registrirati napon reda 1 mV.

Slika 4. Elektrokardiogram bilježi električnu aktivnost srca. Izvor: Pixabay.

Živčani sustav djeluje i pomoću električnih impulsa. Napone od oko 70 mV mogu se mjeriti u živcima ljudi.

Napon na Zemlji

Zemlja ima svoje električno polje usmjereno prema unutrašnjosti planeta, na ovaj način se zna da je negativno nabijeno. Između površinskog i gornjeg sloja atmosfere nalaze se polja čija magnituda varira između 66-150 N / C, a mogu se utvrditi potencijalne razlike do 100 kV.

S druge strane, prirodne struje koje teku u podzemlju omogućuju karakterizaciju terena primjenom električnih metoda u geofizici. Ispitivanje se sastoji od umetanja elektroda u polje, dvije za napon i dvije za struju i mjerenja odgovarajućih veličina.

Promjenom konfiguracije elektroda na različite načine, moguće je odrediti otpornost tla, svojstvo koje ukazuje na to kako lako ili teško struja može teći u određenom materijalu. Ovisno o dobivenim vrijednostima, može se zaključiti o postojanju električne anomalije, što može ukazivati ​​na postojanje određenih minerala u podzemlju.

Napon u uređajima koji se često koriste

- Kućna elektroenergetska mreža (naizmjenični napon): 110 V u Americi i 220 u Europi.

-Parkini u automobilu: 15 kV

-Automobilska baterija: 12V

-Suha baterija za igračke i svjetiljke: 1,5 V

-Napon u bateriji pametnog telefona: 3,7 V.

Reference

1. Međunarodna elektrotehnička komisija IEC. Povijesna pozadina. Oporavak od: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Električne metode. Oporavak od: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svijet. 6 ^ta Uređivanje skraćeno. Cengage Learning.
4. Knight, R. 2017. Fizika za znanstvenike i inženjerstvo: strateški pristup.
5. Časopis za fiziku. Električno polje na Zemlji. Oporavilo od: hipertextbook.com.
6. Wikipedia. Elektrokardiogram. Oporavilo sa: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Fizička veličina. Oporavilo sa: es.wikipedia.org.