Вольт (В) – единица напряжения в СИ. Изменилось определение вольта в 2019 году с переопределением базовых единиц СИ и точным значением постоянной Джозефсона.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Вольт (символ: V) — единица измерения напряжения, разности электрических потенциалов и электродвижущей силы в Международной системе единиц (СИ).
SI derived unit of voltage
The volt (symbol: V) is the unit of electric potential, electric potential difference (voltage), and electromotive force in the International System of Units (SI).
Определение стыка Джозефсона
Исторически "традиционный" вольт, V90, определённый в 1987 году 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам и использовавшийся с 1990 по 2019 год, реализовывался с использованием эффекта Джозефсона для точного преобразования частоты в напряжение в сочетании со стандартом частоты цезия. Хотя эффект Джозефсона по-прежнему используется для реализации вольта, используемая постоянная незначительно изменилась. Для постоянной Джозефсона, KJ = 2e/h (где e – элементарный заряд, а h – постоянная Планка), для определения вольта использовалось "условное" значение KJ90 = 0,4835979 ГГц/мкВ. В результате переопределения основных единиц СИ в 2019 году, с 2019 года постоянная Джозефсона имеет точное значение KJ = 483597,84841698, которое заменило условное значение KJ90. Этот стандарт обычно реализуется с помощью последовательно соединённого массива из нескольких тысяч или десятков тысяч переходов, возбуждаемых микроволновыми сигналами в диапазоне от 10 до 80 ГГц (в зависимости от конструкции массива). Эмпирически, ряд экспериментов показали, что метод не зависит от конструкции устройства, материала, схемы измерений и т.д., и не требует поправок при практической реализации.
Historically the "conventional" volt, V90, defined in 1987 by the 18th General Conference on Weights and Measures and in use from 1990 to 2019, was implemented using the Josephson effect for exact frequency to voltage conversion, combined with the caesium frequency standard. Though the Josephson effect is still used to realize a volt, the constant used has changed slightly. For the Josephson constant, KJ = 2e/h (where e is the elementary charge and h is the Planck constant), a "conventional" value KJ 90 = 0.4835979 GHz/μV was used for the purpose of defining the volt. As a consequence of the 2019 redefinition of SI base units, as of 2019 the Josephson constant has an exact value of KJ = 483597.84841698, which replaced the conventional value KJ 90. This standard is typically realized using a series connected array of several thousand or tens of thousands of junctions, excited by microwave signals between 10 and 80 GHz (depending on the array design). Empirically, several experiments have shown that the method is independent of device design, material, measurement setup, etc., and no correction terms are required in a practical implementation.
Аналогия потока воды
В аналогии с потоком воды, которую иногда используют для объяснения электрических цепей, проводя параллель с трубами, заполненными водой, напряжение (разность электрических потенциалов) уподобляется разности давлений воды, а сила тока пропорциональна объему протекающей воды. Резистор можно представить как участок трубы уменьшенного диаметра или нечто вроде радиатора, оказывающего сопротивление потоку. Связь между напряжением и током определяется (в омических устройствах, таких как резисторы) законом Ома. Закон Ома аналогичен уравнению Хагена — Пуассейля, поскольку оба являются линейными моделями, описывающими зависимость потока от потенциала в соответствующих системах.
In the water flow analogy, sometimes used to explain electric circuits by comparing them with water filled pipes, voltage (difference in electric potential) is likened to difference in water pressure, while current is proportional to the amount of water flowing. A resistor would be a reduced diameter somewhere in the piping or something akin to a radiator offering resistance to flow. The relationship between voltage and current is defined (in ohmic devices like resistors) by Ohm's law. Ohm's Law is analogous to the Hagen–Poiseuille equation, as both are linear models relating flux and potential in their respective systems.
История
В 1800 году, в результате профессионального разногласия относительно гальванического ответа, отстаиваемого Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта разработал так называемый вольтов столб, предшественник батареи, который производил постоянный электрический ток. Вольта установил, что наиболее эффективной парой разнородных металлов для получения электричества являются цинк и серебро. В 1861 году Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт предложили название "вольт" для единицы измерения электродвижущей силы. К 1873 году Британская ассоциация содействия развитию науки определила вольт, ом и фарад. В 1881 году Международный электрический конгресс, ныне Международная электротехническая комиссия (МЭК), утвердил вольт в качестве единицы электродвижущей силы. Они приравняли вольт к 108 единицам напряжения системы cgs, которая в то время была общепринятой системой единиц в науке. Такое соотношение было выбрано, поскольку единица напряжения cgs неудобно мала, а один вольт в этом определении приблизительно равен электродвижущей силе элемента Даниэля – стандартного источника напряжения в телеграфных системах того времени. В то время вольт определялся как разность потенциалов [то есть то, что сегодня называется "напряжением"] на проводнике при протекании тока в один ампер и рассеянии мощности в один ватт. "Международный вольт" был определён в 1893 году как 1/1.434 от электродвижущей силы элемента Кларка. Это определение было отменено в 1908 году в пользу определения, основанного на международном оме и международном ампере, пока весь набор "воспроизводимых единиц" не был упразднён в 1948 году. Переопределение основных единиц СИ, включая определение значения элементарного заряда, вступило в силу 20 мая 2019 года.
In 1800, as the result of a professional disagreement over the galvanic response advocated by Luigi Galvani, Alessandro Volta developed the so called voltaic pile, a forerunner of the battery, which produced a steady electric current. Volta had determined that the most effective pair of dissimilar metals to produce electricity was zinc and silver. In 1861, Latimer Clark and Sir Charles Bright coined the name "volt" for the unit of resistance. By 1873, the British Association for the Advancement of Science had defined the volt, ohm, and farad. In 1881, the International Electrical Congress, now the International Electrotechnical Commission (IEC), approved the volt as the unit for electromotive force. They made the volt equal to 108 cgs units of voltage, the cgs system at the time being the customary system of units in science. They chose such a ratio because the cgs unit of voltage is inconveniently small and one volt in this definition is approximately the emf of a Daniell cell, the standard source of voltage in the telegraph systems of the day. At that time, the volt was defined as the potential difference [i. e., what is nowadays called the "voltage (difference)"] across a conductor when a current of one ampere dissipates one watt of power. The "international volt" was defined in 1893 as 1/1.434 of the emf of a Clark cell. This definition was abandoned in 1908 in favor of a definition based on the international ohm and international ampere until the entire set of "reproducible units" was abandoned in 1948. A redefinition of SI base units, including defining the value of the elementary charge, took effect on 20 May 2019.