伏特

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伏特(volt)
國家標準暨技術研究院制定,作为可产生“一个标准伏特”的約瑟夫森結晶片陣列
单位信息
单位制国际单位制导出单位
物理量名称电势电势差电压)、电动势
符号V 
得名Alessandro Volta
單位換算
1 V相当于
   国际单位制基本单位   kg·m2·s−3·A−1

伏特(英語:volt)是国际单位制电势电势差电压)、电动势的单位,属于导出单位,符号 V

在一根均匀的、宽度温度固定的导线上,假設某兩點間有一安培電流流動,則兩點間的電阻會將這兩點內的電能转化为热能功率1瓦(W=1J/s),將這兩點間的電壓差就被定義為一伏特。

此单位是以发明电池意大利物理学家——亚历山德罗·伏特的名字命名的。

定義

伏特的國際單位制(SI)定義是以基本的電學單位:安培(縮寫為英文字母 A),和力學單位瓦特(縮寫為英文字母 W)而導出的。依據國際單位制中的安培,將一伏特定義為:「在載有一安培恆定電流的導線上,當兩點之間導線上的功率耗散為一瓦特(1W = 1 J/S)時,這兩點之間的電位差[1]


而以基本單位寫出定義公式即為: (公斤 · 平方公尺) ·(秒−3 · 安培−1


也可定義為單位庫侖電荷的能量,

利用約瑟夫森結的定義

自1990年起國際間利用約瑟夫森結的實驗來實測一伏特的量值,此實驗配合轉換係數約瑟夫森常數,即可量測一伏特,約瑟夫森常數在18世紀的國際度量衡大會訂定,其數值如下:

K{J-90} = 2e/h = 0.4835979 GHz/µV.

一般而言此實驗都是使用數千或上萬的約瑟夫森結陣列,用10至80GHz的微波(依實驗設計不同而不同)做為激發訊號[2]

電的水力類比

有時會用水的管路系統來說明電路,電壓(電位差)可以類比為水壓差,而電流會類比為水在管路特定位置的體積流率,是由管路的寬度(可類比為電導率)及管路二端子的水壓差(可類比為電壓)決定。

在歐姆式導體中,導體兩端電壓和流過導體的電流會成正比關係,歐姆定律就在說明上述的關係。

常見電壓

三用電表可以量測二點之間的電壓
1.5V 的二號電池

以下是一些常見電壓源的電壓:

上述的電壓源若提供交流電,其列的電壓值是以RMS值為準,若一個中心值為0的弦波電壓,其峰值電壓會是RMS電壓的倍。

伏特的歷史

在19世紀時,路易吉·伽伐尼發現死青蛙肌肉接觸火花時會顫動,認為電存在于生物體內,亞歷山德羅·伏打不認同他的看法,也開始從事有關電的研究。亞歷山德羅·伏打發明了伏打電堆,是第一個現代的化學電池,可以提供穩定的電流,亞歷山德羅·伏打也發現了在電堆兩極的金屬為時,產生電力的效果最好。在19世紀80年代時国际电工協會,也就是現在的国际电工委员会(IEC),確立伏特為電動勢的單位。當時伏特的定義是一個流過一安培電流的導體,其功率消耗為一瓦特時,導體二端的電位差。

在1893年時,國際上將伏特定義為克拉克電池Clark cell英语Clark cell)電動勢的1/1.434。在1908年時,由於國際上已改以歐姆安培來定義伏特,因此不再使用上述的定義,不過相關的設備在1948年才不再使用。

在使用約瑟夫森結來做為伏特的基準前,國際上的實驗室使用一種稱為標準電池的特殊電池做為伏特的基準,美國在1905-1972年時使用一種特殊設計的標準電池,稱為韋斯頓電池

參考

  1. ^ BIPM SI Brochure: Appendix 1, p. 144 (PDF). [2010-08-19]. (原始内容存档 (PDF)于2013-11-05). 
  2. ^ Burroughs, Charles J.; Benz, Samuel P.; Harvey, Todd E.; Hamilton, Clark A., 1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard, IEEE transactions on applied superconductivity, 1999-06-01, 9 (3): 4145–4149, ISSN 1051-8223 
  3. ^ Bullock, Orkand, and Grinnell, pp. 150–151; Junge, pp. 89–90; Schmidt-Nielsen, p. 484

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