Volt

Volt
Ulusal Standartlar Bürosu tarafından standart bir volt olarak geliştirilen Josephson voltaj standardı çipi
Birim bilgileri
Birim sistemi	SI türevi birimler
Birim	Elektrik potansiyeli, elektromotor kuvveti
Sembol	V
Adlı sonra	Alessandro Volta
SI temel birimi:	kg·m2·s−3·A−1

Volt (sembolü: V), elektrik potansiyeli, elektrik potansiyeli farkı (voltaj) ve elektromotor kuvveti için türetilmiş birimdir. İtalyan fizikçi Alessandro Volta'nın (1745-1827) ismini almıştır.

Tanım

Bir volt, bir amperlik bir elektrik akımı bu noktalar arasında bir watt güç harcadığında iletken telin iki noktası arasındaki elektrik potansiyelindeki farkı olarak tanımlanır. Ayrıca, coulomb başına 1 Newton'luk bir elektrik alanı yaratan 1 metre mesafeli iki paralel, sonsuz düzlem arasındaki potansiyel farkına eşittir. Ek olarak, içinden geçen her bir coulomb başına bir enerji joule enerjisi verecek iki nokta arasındaki potansiyel farktır. SI baz birimleri (m, kg, s ve A) olarak ifade edilebilir.

${\text{V}}={\frac {\text{potential energy}}{\text{charge}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}}{{\text{A}}{\cdot }{\text{s}}^{3}}}.$

Aynı zamanda amper çarpma ohm (şimdiki zaman direnci, Ohm kanunu), saniyedeki weber (zaman başına manyetik akı), amper başına watt (birim akım başına güç, elektrik gücünün tanımı), veya temel yük başına elektron volt değerine eşdeğer olan, her bir coulomb için joule (birim yük başına enerji):

${\text{V}}={\text{A}}{\cdot }\Omega ={\frac {\text{Wb}}{\text{s}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {\text{eV}}{e}}.$

Josephson bağlantı noktası tanımı

1987 yılında 18. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı tarafından tanımlanan ve 1990'dan itibaren kullanılan "geleneksel" volt, V90, sezyum frekans standardı ile birlikte, kesin frekans-voltaj dönüşümü için Josephson etkisi kullanılarak uygulanır.

Josephson sabiti için K_J = 2e/h (burada e, temel yük ve h Planck sabitidir), voltu tanımlamak için "geleneksel" bir K_J-90 = 0.4835979 GHz/μV değeri kullanıldı. 2019 SI temel birimlerin yeniden tanımlanmasının bir sonucu olarak, Josephson sabiti 2019'da K_J = 7005483597848416980♠483597.84841698... GHz⋅V⁻¹ olan tam bir değere sahip olacak şekilde yeniden tanımlandı.

Bu standart tipik olarak, 10 ila 80 GHz arasındaki mikrodalga sinyalleri tarafından uyarılan (dizi tasarımına bağlı olarak) birkaç bin veya on binlerce bağlantı dizisinden oluşan seri kullanılarak gerçekleştirilir. Ampirik olarak, çeşitli deneyler, yöntemin cihaz tasarımından, malzemeden, ölçüm kurulumundan vb. Bağımsız olduğunu ve pratik bir uygulamada düzeltme terimlerinin gerekli olmadığını göstermiştir.

Su akışı analojisi

Bazen elektrik devrelerini su dolu borularla karşılaştırarak açıklamak için kullanılan su akışı analojisinde, voltajın (elektrik potansiyelindeki fark) su basıncındaki farkla karşılaştırılması gerekir. Akım, borunun çapına veya bu basınçta akan su miktarına orantılıdır. Bir direnç boru içerisinde bir yerde azaltılmış bir çap olabilir ve bir kapasitör / indüktör bir taraftaki daha yüksek bir su seviyesinin geçici olarak enerji depolayabildiği "U" şekilli bir boruya benzetilebilir.

Gerilim ve akım arasındaki ilişki (dirençler gibi omik cihazlarda) Ohm yasası ile tanımlanır. Ohm yasası Hagen-Poiseuille denklemine benzemektedir, çünkü ikisi de kendi sistemlerindeki akı ve potansiyel ile ilgili doğrusal modellerdir.

Ortak gerilimler

Bir bataryadaki her elektrokimyasal hücrenin ürettiği voltaj, o hücrenin kimyası tarafından belirlenir. Galvanik hücre § Hücre gerilimi bölümüne bakınız. Hücreler, bu voltajın katları için seri olarak birleştirilebilir veya voltajı farklı bir seviyeye ayarlamak için ilave devre eklenebilir. Mekanik jeneratörler genellikle herhangi bir voltaja fizibilite aralığında inşa edilebilir.

Bilinen kaynakların nominal voltajları:

• Sinir hücresi dinlenme potansiyeli: ~ 75 mV
• Tek hücreli, şarj edilebilir NiMH veya NiCd pil: 1,2 V
• Tek hücreli, şarj edilemeyen (örneğin, AAA, AA, C ve D hücreler): alkalin pil: 1,5 V; çinko-karbon pil: taze ve kullanılmamışsa 1,56 V
• LiFePO₄ şarj edilebilir pil: 3,3 V
• Kobalt bazlı Lityum polimer şarj edilebilir pil: 3,75 V (bkz. Ticari pil tiplerinin karşılaştırılması)
• Transistör-transistör mantığı / CMOS (TTL) güç kaynağı: 5 V
• USB: 5 V DC
• PP3 pil: 9 V
• Otomobil aküsü sistemleri hücre başına 2,1 volttur; bir "12V" pil, 6 hücreli veya 12,6V'dir; bir "24V" batarya 12 hücre veya 25.2V'dur. Bazı antika araçlar "6V" 3 hücreli pil veya 6,3 volt kullanır.
• Elektrikli araç aküsü: Tamamen şarj olduğunda 400 V
• Ev elektrik şebekesi AC: (bkz. Şebeke fişi, voltaj ve frekansları olan ülkelerin listesi)
  • Japonya'da 100 V
  • Kuzey Amerika'da 120 V,
  • Avrupa, Asya, Afrika ve Avustralya'da 230 V
  • Türkiye'de 220 V
• Hızlı transit üçüncü rayı: 600–750 V (bkz. Demiryolu elektrifikasyon sistemlerinin listesi)
• Yüksek hızlı tren havai enerji hatları: 50 Hz'de 25 kV, ancak istisnalar için demiryolu elektrifikasyon sistemleri listesine ve 60 Hz'de 25 kV'ye bakınız.
• Yüksek voltajlı elektrik enerji nakil hatları: 110 kV ve üstü (1,15 MV rekor; en yüksek aktif voltaj 1,10 MV'dir)
• Yıldırım: Büyük ölçüde değişir, genellikle 100 MV civarındadır.

Tarihçe

1800 yılında, Luigi Galvani'nin savunuculuğu galvanik tepki konusunda profesyonel bir anlaşmazlık sonucu, Alessandro Volta, sabit bir elektrik akımı üreten, akünün öncüsü olan voltaik kazık geliştirdi. Volta, elektrik üretmek için en etkili farklı metal çiftinin çinko ve gümüş olduğunu belirlemişti. 1861'de Latimer Clark ve Sir Charles Bright, direnç birimi için "volt" ismini kullandı. 1873’e gelindiğinde, İngiliz Bilim İlerleme Derneği volt, ohm ve farad'ı tanımlamıştı. 1881'de, Uluslararası Elektrik Kongresi, şimdi Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), voltu elektromotor kuvvet birimi olarak onayladı. Volt'u 108 cgs voltaja eşit hale getirdiler, o sırada cgs sistemi bilimdeki geleneksel birimler sistemiydi. Böyle bir oranı seçtiler çünkü cgs voltaj birimi uygunsuz bir şekilde küçük ve bu tanımdaki bir volt, günün telgraf sistemlerinde standart voltaj kaynağı olan bir Daniell hücresinin emf'sidir. O sırada volt, bir amperlik bir akımın bir watt gücü harcadığı zaman, bir iletken boyunca potansiyel bir fark [yani, bugünlerde "voltaj (fark)") olarak adlandırılan potansiyel olarak tanımlandı.

"Uluslararası volt", 1893'te bir Clark hücresinin emfinin 1/1.434'ü olarak tanımlandı. Bu tanım, 1908’de, 1948’de “yeniden üretilebilir birimler” kümesinin tamamı terk edilinceye kadar uluslararası ohm ve uluslararası ampere dayanan bir tanım lehine terk edildi.

Josephson bağlantı noktası voltajı standardının geliştirilmesinden önce, volt, "standart hücreler" adı verilen özel olarak üretilmiş piller kullanılarak ulusal laboratuvarlarda tutuldu. Amerika Birleşik Devletleri, 1905'ten 1972'ye kadar Weston hücresi adı verilen bir tasarım kullandı.

Temel yükün değerini tanımlamak da dahil olmak üzere SI temel birimlerinin yeniden tanımlanması 20 Mayıs 2019’da yürürlüğe girdi

Ayrıca bakınız

• Büyüklük sırası (voltaj)
• Ray çekme gerilimi
• SI elektromanyetizma birimleri
• SI öneki birim önekleri için
• Standart demiryolu voltajları
• Voltmetre