voltios -Volt

voltio
NISTvoltChip.jpg
Chip estándar de voltaje de Josephson desarrollado por la Oficina Nacional de Estándares como un voltio estándar
Información general
Unidad de sistema SI
Unidad de potencial eléctrico , fuerza electromotriz
Símbolo V
Lleva el nombre de Alejandro Volta
Unidades básicas del SI kgmetro 2s −3UN −1

El voltio (símbolo: V ) es la unidad de potencial eléctrico , diferencia de potencial eléctrico ( voltaje ) y fuerza electromotriz en el Sistema Internacional de Unidades (SI) . Lleva el nombre del físico italiano Alessandro Volta (1745-1827).

Definición

Un voltio se define como el potencial eléctrico entre dos puntos de un alambre conductor cuando una corriente eléctrica de un amperio disipa un vatio de potencia entre esos puntos. De manera equivalente, es la diferencia de potencial entre dos puntos lo que impartirá un joule de energía por culombio de carga que lo atraviese. Se puede expresar en términos de unidades básicas del SI ( m , kg , s y A ) como

También se puede expresar como amperios por ohmios (corriente por resistencia, ley de Ohm ), webers por segundo (flujo magnético por tiempo), vatios por amperio (potencia por corriente) o julios por coulomb (energía por carga), que también es equivalente a electronvoltios por carga elemental :

Definición de unión de Josephson

Históricamente, el voltio " convencional ", V 90 , definido en 1987 por la 18.ª Conferencia General de Pesos y Medidas y en uso desde 1990 hasta 2019, se implementó utilizando el efecto Josephson para la conversión exacta de frecuencia a voltaje, combinado con el cesio estándar de frecuencia .

Para la constante de Josephson , K J = 2 e / h (donde e es la carga elemental y h es la constante de Planck ), se utilizó un valor "convencional" K J-90 = 0,4835979 GHz/μV con el fin de definir el voltio. . Como consecuencia de la redefinición de las unidades básicas del SI en 2019, a partir de 2019 la constante de Josephson tiene un valor exacto de K J =483 597 .848 416 98 ... GHz/V , que reemplazó al valor convencional K J-90 .

Este estándar generalmente se realiza utilizando una matriz conectada en serie de varios miles o decenas de miles de uniones , excitadas por señales de microondas entre 10 y 80 GHz (según el diseño de la matriz). Empíricamente, varios experimentos han demostrado que el método es independiente del diseño del dispositivo, material, configuración de medición, etc., y no se requieren términos de corrección en una implementación práctica.

analogía del flujo de agua

En la analogía del flujo de agua , que a veces se usa para explicar los circuitos eléctricos comparándolos con tuberías llenas de agua, el voltaje (diferencia en el potencial eléctrico) se compara con la diferencia en la presión del agua , mientras que la corriente es proporcional a la cantidad de agua que fluye. Una resistencia sería un diámetro reducido en algún lugar de la tubería o algo parecido a un radiador que ofrece resistencia al flujo. Quizás un condensador podría compararse con una curva en U donde un nivel de agua más alto puede almacenar energía y generar una cabeza de presión.

Quizás un inductor podría compararse con un aparato de volante.

La relación entre voltaje y corriente se define (en dispositivos óhmicos como resistencias ) por la ley de Ohm . La Ley de Ohm es análoga a la ecuación de Hagen-Poiseuille , ya que ambos son modelos lineales que relacionan el flujo y el potencial en sus respectivos sistemas.

Voltajes comunes

Baterías de celda C de 1,5 V

El voltaje producido por cada celda electroquímica en una batería está determinado por la química de esa celda (consulte Celda galvánica § Voltaje de celda ). Las celdas se pueden combinar en serie para múltiplos de ese voltaje, o se pueden agregar circuitos adicionales para ajustar el voltaje a un nivel diferente. Los generadores mecánicos generalmente se pueden construir para cualquier voltaje en un rango de viabilidad.

Voltajes nominales de fuentes familiares:

Historia

Alejandro Volta
Fotografía grupal de Hermann Helmholtz , su esposa (sentada) y sus amigos académicos Hugo Kronecker (izquierda), Thomas Corwin Mendenhall (derecha), Henry Villard (centro) durante el Congreso Eléctrico Internacional

En 1800, como resultado de un desacuerdo profesional sobre la respuesta galvánica preconizada por Luigi Galvani , Alessandro Volta desarrolló la llamada pila voltaica , precursora de la batería , que producía una corriente eléctrica constante . Volta había determinado que el par de metales disímiles más eficaz para producir electricidad era el zinc y la plata . En 1861, Latimer Clark y Sir Charles Bright acuñaron el nombre "voltio" para la unidad de resistencia. En 1873, la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia había definido el voltio, el ohmio y el faradio. En 1881, el Congreso Eléctrico Internacional, ahora la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), aprobó el voltio como unidad de fuerza electromotriz. Hicieron que el voltio fuera igual a 10 8 cgs unidades de voltaje, siendo el sistema cgs en ese momento el sistema de unidades habitual en la ciencia. Eligieron tal relación porque la unidad cgs de voltaje es inconvenientemente pequeña y un voltio en esta definición es aproximadamente la fem de una celda Daniell , la fuente estándar de voltaje en los sistemas de telégrafo de la época. En ese momento, el voltio se definía como la diferencia de potencial [es decir, lo que hoy en día se denomina "voltaje (diferencia)"] a través de un conductor cuando una corriente de un amperio disipa un vatio de potencia.

El "voltio internacional" se definió en 1893 como 1/1,434 de la fem de una celda Clark . Esta definición se abandonó en 1908 en favor de una definición basada en el ohmio internacional y el amperio internacional hasta que se abandonó todo el conjunto de "unidades reproducibles" en 1948.

El 20 de mayo de 2019 entró en vigor una redefinición de las unidades básicas del SI , incluida la definición del valor de la carga elemental .

Ver también

Referencias

enlaces externos