VOLT ODER VOLT: KONZEPT UND FORMELN, ÄQUIVALENZEN, BEISPIELE - KÖRPERLICH - 2025

Das Volt oder Volt ist die Einheit, die im Internationalen System der SI-Einheiten verwendet wird, um Spannung und elektrisches Potential auszudrücken, eine der Hauptgrößen der Elektrizität. Die Spannung erledigt die Arbeit, die erforderlich ist, um elektrische Ladungen zu starten und dadurch einen Strom zu erzeugen. Elektrischer Strom, der durch Leiter fließt, kann Motoren starten, Informationen übertragen, Alleen und Häuser beleuchten und vieles mehr.

Der Name Volt als Einheit wurde zu Ehren von Alessandro Volta (1745-1827) gewählt, dem italienischen Physiker und Chemiker, der die elektrische Batterie um 1800 erfand. Zu dieser Zeit hatte der Anatom Luigi Galvani überprüft, dass Froschschenkel sein könnten Vertrag durch Anwendung von Strom. Volta war sich dieser Ergebnisse bewusst und machte sich auch daran, mit einem Elektroskop nach elektrischen Ladungen in tierischen Geweben zu suchen.

Abbildung 1. Auswahl an AA-Batterien mit einer Nennspannung von 1,5 V, die häufig in kleinen Geräten wie Radios, Kameras, Taschenlampen und Spielzeug verwendet werden. Quelle: Pixabay.

Volta fand jedoch nicht das, wonach er in organischen Materialien suchte, und war schließlich überzeugt, dass die elektrischen Ladungen irgendwie in den Metallen lagen, mit denen er die Froschschenkel berührte.

Abbildung 2. Porträt von Alessandro Volta. Quelle: Wikimedia Commons.

Volta erkannte auch, dass zwei verschiedene Metalle einen Potentialunterschied erzeugten und dass einige Kombinationen besser waren als andere. So baute er die erste Batterie: Filzplatten, die in Kochsalzlösung zwischen zwei Silber- und Zinkelektroden angefeuchtet wurden. Er stapelte mehrere dieser Schichten und konnte so einen stabilen elektrischen Strom erzeugen.

Konzept und Formeln

1874 wurde das Volt zusammen mit dem Ohm von einer Kommission der British Association for the Advancement of Science (BAAS), die sich aus namhaften Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zusammensetzte, als Einheit für Spannung bzw. Widerstand angenommen.

Zu dieser Zeit wurden sie als „praktische Einheiten“ bezeichnet und sind heute Teil des Internationalen Einheitensystems oder SI.

In den meisten Literaturstellen wird die Potentialdifferenz als Energie pro Ladungseinheit definiert. Wenn Sie eine elektrische Ladung in der Mitte eines elektrischen Feldes haben, das von einer anderen Ladung erzeugt wird, müssen Sie tatsächlich arbeiten, um sie von einem Ort zum anderen zu bewegen.

Die geleistete Arbeit wird in der Konfiguration von Ladungen als Änderung ihrer elektrischen potentiellen Energie gespeichert, die wir ∆U nennen werden. Das Symbol ∆ zeigt diese Änderung oder Differenz an, da ∆U = _Final U - _{Initial Initial} .

Auf diese Weise wird die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten ∆V definiert als:

Da Energie Joule (J) -Einheiten hat und die Ladung in Coulomb (C) erfolgt, entspricht eine Spannung von 1 Volt (V) 1 Joule / Coulomb:

Somit entspricht 1 Volt einer Potentialdifferenz, die 1 Joule Arbeit für jedes Coulomb leistet.

Alternative Definition von Volt

Eine andere Möglichkeit, das Volt zu definieren, besteht darin, elektrischen Strom und Leistung zu verbinden. Auf diese Weise ist 1 Volt (V) die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines Drahtes, durch die ein Strom von 1 Ampere (A) fließt, wenn die Verlustleistung 1 Watt (W) beträgt. So:

Diese Definition ist wichtig, da es sich um die Intensität des elektrischen Stroms handelt, die eine der Grundgrößen der Physik darstellt. Daher gehört das Ampere zur Gruppe der sieben Grundeinheiten:

Es ist möglich zu überprüfen, ob beide Definitionen äquivalent sind, da 1 Watt 1 Joule / Sekunde und 1 Ampere 1 Coulomb / Sekunde ist, daher:

Die Sekunden werden abgebrochen und J / C bleibt erhalten, was 1 Newton entspricht. Meter / Coulomb. Daher wird 1 Volt auch ausgedrückt als:

Ohm'sches Gesetz

Für einige Materialien ist eine lineare Beziehung zwischen der Spannung (V), dem Strom (I) und dem elektrischen Widerstand (R) eines Materials erfüllt, die als Ohmsches Gesetz bekannt ist. So:

Da die Einheiten für den elektrischen Widerstand Ohm (Ω) sind, stellt sich heraus, dass 1 V = 1 A.Ω ist

Äquivalenzen

Zur Messung von Spannungen werden hauptsächlich das Multimeter oder der Tester und das Oszilloskop verwendet. Die erste bietet eine direkte Messung der Spannung und die zweite verfügt über einen Bildschirm, auf dem die Form des Signals sowie sein Wert angezeigt werden.

Abbildung 3. Digitalmultimeter zur Messung verschiedener elektrischer Größen. Quelle: Pixabay.

Es ist üblich, Werte zu finden, die viel höher oder niedriger als das Volt sind, daher ist es nützlich, die Äquivalenzen zwischen den Vielfachen und den Untermultiplikatoren zu haben:

-1 Kilovolt (kV) = 1000 V.

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

-1 Mikrovolt (μV) = 10 ^-6 V.

Beispiele

Spannungen in der Biologie

Im Herzen gibt es einen Bereich namens Sinusknoten, der sich wie eine Batterie verhält, indem er elektrische Impulse erzeugt, die den Herzschlag stimulieren.

Der Graph desselben wird mittels eines Elektrokardiogramms erhalten, das die Werte des Herzzyklus liefert: Dauer und Amplitude. Dadurch können Anomalien in der Herzfunktion erkannt werden.

Typische Werte des Membranpotentials im Herzen liegen zwischen 70 und 90 mV, während der Elektrokardiograph Spannungen in der Größenordnung von 1 mV registrieren kann.

Abbildung 4. Ein Elektrokardiogramm zeichnet die elektrische Aktivität des Herzens auf. Quelle: Pixabay.

Das Nervensystem arbeitet auch durch elektrische Impulse. In den Nerven des Menschen können Spannungen von ca. 70 mV gemessen werden.

Spannungen auf der Erde

Die Erde hat ein eigenes elektrisches Feld, das auf das Innere des Planeten gerichtet ist. Auf diese Weise ist bekannt, dass sie negativ geladen ist. Zwischen der Oberfläche und den oberen Schichten der Atmosphäre befinden sich Felder, deren Größe zwischen 66 und 150 N / C variiert, wobei Potentialdifferenzen von bis zu 100 kV möglich sind.

Andererseits ermöglichen die natürlichen Strömungen, die im Untergrund fließen, die Charakterisierung eines Geländes mithilfe elektrischer Methoden in der Geophysik. Ein Test besteht aus dem Einsetzen von Elektroden in das Feld, zwei für Spannung und zwei für Strom und dem Messen der jeweiligen Größen.

Durch Variieren der Konfiguration der Elektroden auf unterschiedliche Weise ist es möglich, den spezifischen Widerstand der Erde zu bestimmen, eine Eigenschaft, die angibt, wie leicht oder schwierig Strom in einem bestimmten Material fließen kann. Abhängig von den erhaltenen Werten kann auf das Vorhandensein einer elektrischen Anomalie geschlossen werden, was auf das Vorhandensein bestimmter Mineralien im Untergrund hinweisen kann.

Spannungen in häufig verwendeten Geräten

-Home-Stromnetz (Wechselspannung): 110 V in Amerika und 220 V in Europa.

-Sparkstecker im Auto: 15 kV

-Car Batterie: 12V

-Eine Trockenbatterie für Spielzeug und Taschenlampen: 1,5 V.

-Spannung in einem Smartphone-Akku: 3,7 V.

Verweise

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