VOLT SAU VOLT: CONCEPT ȘI FORMULE, ECHIVALENȚE, EXEMPLE - FIZIC - 2025

Volt sau volt este unitatea utilizată în Sistemul internațional de unități SI pentru a exprima tensiunea și potențialul electric, una dintre principalele magnitudinilor de energie electrică. Tensiunea face lucrurile necesare pentru pornirea sarcinilor electrice și, prin urmare, crearea unui curent. Curentul electric, care circulă prin conductoare, este capabil să pornească motoare, să transmită informații, să lumineze căi și case și multe altele.

Numele volt ca unitate, a fost ales în onoarea lui Alessandro Volta (1745-1827), fizicianul și chimistul italian care a inventat bateria electrică în jurul anului 1800. La acel moment, anatomistul Luigi Galvani verificase că picioarele de broască ar putea fi contract prin aplicarea energiei electrice. Volta, conștient de aceste rezultate, s-a gândit să caute și sarcini electrice în țesuturile animale, folosind un electroscop.

Figura 1. Sortiment de baterii AA cu o tensiune nominală de 1,5 V, utilizate pe scară largă în dispozitive mici, precum radiouri, camere, lanterne și jucării. Sursa: Pixabay.

Cu toate acestea, Volta nu a găsit ceea ce căuta în materie organică și a fost în sfârșit convins că încărcările electrice se găseau, cumva, în metalele cu care atingea picioarele broaștei.

Figura 2. Portretul lui Alessandro Volta. Sursa: Wikimedia Commons.

De asemenea, Volta și-a dat seama că două metale diferite au produs o diferență de potențial și că unele combinații sunt mai bune decât altele. Așa a construit prima baterie: foi de pâslă umezite în soluție salină între doi electrozi de argint și zinc. El a acumulat mai multe dintre aceste straturi și astfel a fost capabil să producă un curent electric stabil.

Concept și formule

În 1874 volt, împreună cu ohm-ul, au fost adoptate ca unități pentru tensiune și respectiv rezistență, de către o comisie a Asociației Britanice pentru Avansarea Științei (BAAS) formată din oameni de știință notabili din întreaga lume.

La acea vreme, au fost numite „unități practice” și astăzi fac parte din Sistemul internațional de unități sau SI.

În majoritatea literaturii, diferența de potențial este definită ca energie pentru unitatea de încărcare. Într-adevăr, dacă aveți o sarcină electrică în mijlocul unui câmp electric produs de o altă încărcare, trebuie să faceți lucrări pentru a le face să se mute dintr-un loc în altul.

Lucrările realizate sunt stocate în configurația încărcărilor ca o modificare a energiei lor potențiale electrice, pe care o vom numi ∆U. Simbolul ∆ indică această modificare sau diferență, deoarece ∆U = U _finală - _{inițială inițială} .

În acest fel, diferența de potențial dintre două puncte ∆V este definită ca:

Deoarece energia are unități de joule (J) și încărcarea vine în coulomb (C), o tensiune de 1 volt (V) este egală cu 1 joule / coulomb:

Astfel, 1 volt echivalează cu o diferență de potențial care lucrează 1 joule pentru fiecare coulomb.

Definiția alternativă a volt

Un alt mod de a defini voltajul este legând curentul electric și puterea. În acest fel, 1 volt (V) este diferența de potențial dintre două puncte pe un fir prin care circulă un curent de 1 amperi (A) dacă puterea disipată este de 1 watt (W). Prin urmare:

Această definiție este importantă, deoarece implică intensitatea curentului electric, care este una dintre mărimile fundamentale ale fizicii. Prin urmare, amperiul aparține grupului de șapte unități fundamentale:

Se poate verifica dacă ambele definiții sunt echivalente, știind că 1 watt este 1 joule / secundă și 1 ampere este 1 coulomb / secundă, deci:

Secundele sunt anulate și J / C rămâne, echivalent cu 1 newton. metru / coulomb. Prin urmare, 1 volt este exprimat și ca:

Legea lui Ohm

Pentru unele materiale, există o relație liniară între tensiune (V), curent (I) și rezistența electrică (R) a unui material, care este cunoscută sub numele de legea lui Ohm. Prin urmare:

Deoarece unitățile pentru rezistență electrică sunt ohmi (Ω), se dovedește că 1 V = 1 A.Ω

echivalențe

Pentru a măsura tensiunile, se utilizează în principal multimetrul sau testerul și osciloscopul. Primul oferă o măsurare directă a tensiunii și al doilea are un ecran pentru a afișa forma semnalului, precum și valoarea acestuia.

Figura 3. Multimetrul digital utilizat pentru a măsura diferite cantități electrice. Sursa: Pixabay.

Este comună găsirea unor valori mult mai mari sau mai mici decât voltajul, de aceea este util să existe echivalențele între multipli și submultipli:

-1 kilovolt (kV) = 1000 V

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

-1 microvolt (μV) = 10 ^-6 V

Exemple

Tensiuni în biologie

În inimă există o zonă numită nodul sinusal, care se comportă ca o baterie prin generarea de impulsuri electrice care stimulează bătăile inimii.

Graficul acesteia este obținut cu ajutorul unei electrocardiograme, care oferă valorile ciclului cardiac: durata și amplitudinea. Datorită acestui fapt, pot fi detectate anomalii în funcționarea inimii.

Valorile tipice ale potențialului de membrană, în interiorul inimii, sunt cuprinse între 70-90 mV, în timp ce electrocardiograful este capabil să înregistreze tensiuni de ordinul 1 mV.

Figura 4. O electrocardiogramă înregistrează activitatea electrică a inimii. Sursa: Pixabay.

Sistemul nervos funcționează și prin impulsuri electrice. Tensiunile de aproximativ 70 mV pot fi măsurate în nervii oamenilor.

Tensiuni pe Pământ

Pământul are propriul său câmp electric direcționat către interiorul planetei, în acest fel se știe că este încărcat negativ. Între suprafața și straturile superioare ale atmosferei există câmpuri a căror magnitudine variază între 66-150 N / C și se pot stabili diferențe de potențial de până la 100 kV.

Pe de altă parte, curenții naturali care curg în subsol, permit caracterizarea unui teren prin utilizarea metodelor electrice în geofizică. Un test constă în introducerea electrozilor în câmp, doi pentru tensiune și doi pentru curent și măsurarea mărimilor respective.

Modificând configurația electrozilor în moduri diferite, este posibilă determinarea rezistivității pământului, o proprietate care indică cât de ușor sau dificil poate curge curentul într-un material dat. În funcție de valorile obținute, se poate deduce existența unei anomalii electrice, ceea ce poate indica existența anumitor minerale în subsol.

Tensiuni în dispozitivele utilizate frecvent

-Rețea de alimentare la domiciliu (tensiune alternativă): 110 V în America și 220 în Europa.

-Sprize de parcare în mașină: 15 kV

-Baterie auto: 12V

-O baterie uscată pentru jucării și lanterne: 1,5 V

-Voltajul în bateria unui smartphone: 3,7 V.

Referințe

1. Comisia Electrotehnică Internațională IEC. Fundal istoric. Recuperat din: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Metode electrice. Recuperat din: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizica: o privire asupra lumii. 6 ^ta Editarea prescurtată. Cengage Learning.
4. Knight, R. 2017. Fizica oamenilor de știință și inginerie: o abordare strategică.
5. Fișa fizică. Câmp electric pe Pământ. Recuperat de la: hipertextbook.com.
6. Wikipedia. Electrocardiogramă. Recuperat de la: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Mărimea fizică. Recuperat de la: es.wikipedia.org.