Voltio

Unidad de voltaje derivada del SI

Para otros usos, consulte Volt (desambiguación) .

Voltio
Chip estándar de voltaje Josephson desarrollado por la Oficina Nacional de Estándares como voltaje estándar
Información general
Unidad de sistema	Unidad derivada del SI
Unidad de	Potencial eléctrico , fuerza electromotriz
Símbolo	V
Lleva el nombre de	Alessandro Volta
En unidades base SI :	kg · m 2 · s −3 · A −1

El voltio (símbolo: V ) es la unidad derivada del potencial eléctrico , la diferencia de potencial eléctrico ( voltaje ) y la fuerza electromotriz . ^[1] Lleva el nombre del físico italiano Alessandro Volta (1745-1827).

Definición

Un voltio se define como el potencial eléctrico entre dos puntos de un cable conductor cuando una corriente eléctrica de un amperio disipa un vatio de potencia entre esos puntos. ^{[2] De manera} equivalente, es la diferencia de potencial entre dos puntos lo que impartirá un julio de energía por culombio de carga que lo atraviese. Puede expresarse en términos de unidades básicas SI ( m , kg , s y A ) como:

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

También se puede expresar como amperios por ohmios (corriente por resistencia, ley de Ohm ), webers por segundo (flujo magnético por tiempo), vatios por amperio (potencia por unidad de corriente, definición de potencia eléctrica) o julios por culombio (energía por unidad de carga), que también equivale a electronvoltios por carga elemental :

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

Definición de cruce de Josephson

Artículo principal: estándar de voltaje de Josephson

El voltio " convencional ", V ₉₀ , definido en 1987 por la 18ª Conferencia General de Pesos y Medidas ^[3] y en uso desde 1990, se implementa utilizando el efecto Josephson para la conversión exacta de frecuencia a voltaje, combinado con la frecuencia de cesio. estándar .

Para la constante de Josephson , K _J = 2 e / h (donde e es la carga elemental y h es la constante de Planck ), se utilizó un valor "convencional" K _J-90 = 0,4835979 GHz / μV con el fin de definir el voltio . Como consecuencia de la redefinición de las unidades base del SI en 2019, la constante de Josephson se redefinió en 2019 para tener un valor exacto de K _J =483 597 .848 416 98 ... GHz⋅V ⁻¹ , ^[4] que reemplazó el valor convencional K _J-90 .

Este estándar se realiza típicamente utilizando una matriz conectada en serie de varios miles o decenas de miles de uniones , excitadas por señales de microondas entre 10 y 80 GHz (según el diseño de la matriz). ^[5] Empíricamente, varios experimentos han demostrado que el método es independiente del diseño del dispositivo, el material, la configuración de la medición, etc., y no se requieren términos de corrección en una implementación práctica. ^[6]

Analogía del flujo de agua

En la analogía del flujo de agua , que a veces se usa para explicar los circuitos eléctricos comparándolos con tuberías llenas de agua, el voltaje (diferencia en el potencial eléctrico) se compara con la diferencia en la presión del agua , mientras que la corriente es proporcional a la cantidad de agua que fluye. Una resistencia sería un diámetro reducido en algún lugar de la tubería o algo parecido a un radiador que ofrezca resistencia al flujo. Quizás un condensador podría compararse con una curva en U donde un nivel de agua más alto puede almacenar energía y generar una carga de presión.

Quizás un inductor podría compararse con un aparato de volante.

La relación entre voltaje y corriente se define (en dispositivos óhmicos como resistencias ) por la ley de Ohm . La ley de Ohm es análoga a la ecuación de Hagen-Poiseuille , ya que ambos son modelos lineales que relacionan el flujo y el potencial en sus respectivos sistemas.

Voltajes comunes

Se puede usar un multímetro para medir el voltaje entre dos posiciones.

Baterías de celda C de 1,5 V

El voltaje producido por cada celda electroquímica en una batería está determinado por la química de esa celda (ver Celda galvánica § Voltaje de celda ). Las celdas se pueden combinar en serie para múltiplos de ese voltaje, o se pueden agregar circuitos adicionales para ajustar el voltaje a un nivel diferente. Los generadores mecánicos generalmente se pueden construir a cualquier voltaje en un rango de factibilidad.

Voltajes nominales de fuentes familiares:

• Potencial de reposo de las células nerviosas : ~ 75 mV ^[7]
• Batería recargable de NiMH ^[8] o NiCd de celda única : 1,2 V
• Pila única, no recargable (p. Ej. Pilas AAA, AA, C y D ): pila alcalina : 1,5 V; ^[9] batería de zinc-carbono : 1,56 V si es nueva y sin usar
• Batería recargable LiFePO 4 : 3,3 V
• Batería recargable de polímero de litio a base de cobalto : 3,75 V (consulte Comparación de tipos de baterías comerciales )
• Fuente de alimentación de lógica transistor-transistor / CMOS (TTL): 5 V
• USB : 5 V CC
• Batería PP3 : 9 V
• Los sistemas de baterías de automóviles son de 2,1 voltios por celda; una batería de "12V" es de 6 celdas o 12.6V; una batería de "24 V" es de 12 celdas o 25,2 V. Algunos vehículos antiguos usan baterías "6V" de 3 celdas o 6.3 voltios.
• Electricidad de la red doméstica CA: (consulte la lista de países con enchufes, tensiones y frecuencias de la red eléctrica )
  • 100 V en Japón
  • 120 V en América del Norte,
  • 230 V en Europa, Asia, África y Australia
• Tercer carril de tránsito rápido : 600–750 V (consulte la Lista de sistemas de electrificación ferroviaria )
• Líneas eléctricas aéreas de trenes de alta velocidad: 25 kV a 50 Hz , pero consulte la Lista de sistemas de electrificación ferroviaria y 25 kV a 60 Hz para conocer las excepciones.
• Líneas de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje : 110 kV y más (1,15 MV es el récord; el voltaje activo más alto es 1,10 MV ^[10] )
• Rayo :, un máximo de alrededor de 150 MV. ^[11]

Historia

Alessandro Volta

Fotografía de grupo de Hermann Helmholtz , su esposa (sentada) y amigos académicos Hugo Kronecker (izquierda), Thomas Corwin Mendenhall (derecha), Henry Villard (centro) durante el Congreso Internacional de Electricidad

En 1800, como resultado de un desacuerdo profesional sobre la respuesta galvánica defendida por Luigi Galvani , Alessandro Volta desarrolló la llamada pila voltaica , precursora de la batería , que producía una corriente eléctrica constante . Volta había determinado que el par de metales diferentes más eficaz para producir electricidad era el zinc y la plata . En 1861, Latimer Clark y Sir Charles Bright acuñaron el nombre de "voltio" para la unidad de resistencia. ^[12] En 1873, la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia había definido voltios, ohmios y faradios. ^[13] En 1881, el Congreso Eléctrico Internacional, ahora la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), aprobó el voltio como la unidad de fuerza electromotriz. ^[14] Hicieron que el voltio fuera igual a 10 ⁸ unidades de voltaje cgs, siendo el sistema cgs en ese momento el sistema de unidades habitual en la ciencia. Eligieron tal relación porque la unidad cgs de voltaje es inconvenientemente pequeña y un voltio en esta definición es aproximadamente la fem de una celda Daniell , la fuente estándar de voltaje en los sistemas de telégrafo del día. ^[15] En ese momento, el voltio se definía como la diferencia de potencial [es decir, lo que hoy en día se llama el "voltaje (diferencia)"] a través de un conductor cuando una corriente de unoamperio disipa un vatio de potencia.

El "voltio internacional" se definió en 1893 como 1 / 1,434 de la fem de una celda de Clark . Esta definición fue abandonada en 1908 a favor de una definición basada en el ohmio internacional y el amperio internacional hasta que el conjunto completo de "unidades reproducibles" fue abandonado en 1948. ^[16]

Una redefinición de las unidades base del SI , incluida la definición del valor de la carga elemental , entró en vigor el 20 de mayo de 2019. ^[17]

Ver también

• Órdenes de magnitud (voltaje)
• Voltaje de tracción ferroviaria
• Unidades de electromagnetismo SI
• Prefijo SI para prefijos de unidad
• Voltajes ferroviarios estandarizados
• Voltímetro

Referencias

1. "Folleto de SI, tabla 3 (sección 2.2.2)" . BIPM. 2006. Archivado desde el original el 18 de junio de 2007 . Consultado el 29 de julio de 2007 .
2. Folleto de BIPM SI: Apéndice 1, p. 144
3. "Resoluciones de la CGPM: 18ª reunión (12-15 de octubre de 1987)" .
4. " Mise en pratique para la definición del amperio y otras unidades eléctricas en el SI" (PDF) . BIPM .
5. Burroughs, Charles J .; Bent, Samuel P .; Harvey, Todd E .; Hamilton, Clark A. (1999-06-01), "1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard" , IEEE Transactions on Applied Superconductivity , Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 9 (3): 4145–4149, Bibcode : 1999ITAS .... 9.4145B , doi : 10.1109 / 77.783938 , ISSN 1051-8223 
6. Keller, Mark W (2008-01-18), "Estado actual del triángulo de metrología cuántica" (PDF) , Metrologia , 45 (1): 102-109, Bibcode : 2008Metro..45..102K , doi : 10.1088 / 0026-1394 / 45/1/014 , ISSN 0026-1394 , archivado desde el original (PDF) en 2010-05-27 , obtenidos 2010-04-11 , Teóricamente, no hay predicciones actuales para cualquiera de los términos de corrección. Empíricamente, varios experimentos han demostrado que K _J y R _K   son independientes del diseño del dispositivo, del material, de la configuración de la medición, etc. Esta demostración de universalidad es coherente con la exactitud de las relaciones, pero no la prueba de forma rotunda.
7. Bullock, Orkand y Grinnell, págs. 150-151; Junge, págs. 89–90; Schmidt-Nielsen, pág. 484
8. Hill, Paul Horowitz; Winfield; Winfield, Hill (2015). El arte de la electrónica (3. ed.). Cambridge [ua]: Universidad de Cambridge. Prensa. pag. 689. ISBN 978-0-521-809269.
9. SK Loo y Keith Keller (agosto de 2004). "Características de descarga de batería de celda única con el convertidor Boost TPS61070" (PDF) . Instrumentos Texas.
10. "La línea de ultra alta tensión más grande del mundo se enciende en China" . www.bloomberg.com . 1 de enero de 2019 . Consultado el 7 de enero de 2020 .
11. https://www.riskva.com/fff/lightning_062613.html
12. Como nombres para unidades de diversas cantidades eléctricas, Bright y Clark sugirieron "ohma" para voltaje, "farad" para carga, "galvat" para corriente y "volt" para resistencia. Ver:
    • Latimer Clark y Sir Charles Bright (1861) "Sobre la formación de estándares de cantidad eléctrica y resistencia", Informe de la trigésima primera reunión de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (Manchester, Inglaterra: septiembre de 1861), sección: Matemáticas and Physics, págs. 37-38.
    • Latimer Clark y Sir Charles Bright (9 de noviembre de 1861) "Medición de cantidades eléctricas y resistencia", The Electrician , 1 (1): 3-4.
13. Sir W. Thomson y col. (1873) "Primer informe del Comité para la Selección y Nomenclatura de Unidades Dinámicas y Eléctricas", Informe de la 43ª Reunión de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (Bradford, septiembre de 1873), págs. 222-225. Desde p. 223: "El" ohmio ", representado por la bobina estándar original, es aproximadamente 10 ⁹ unidades CGS de resistencia; el" voltio "es aproximadamente 10 ⁸ unidades CGS de fuerza electromotriz; y el" faradio "es aproximadamente 1/10 ⁹ de la unidad de capacidad CGS ".
14. (Anon.) (24 de septiembre de 1881) "The Electrical Congress", The Electrician , 7  : 297.
15. Hamer, Walter J. (15 de enero de 1965). Células estándar: su construcción, mantenimiento y características (PDF) . Monografía 84 de la Oficina Nacional de Normas. Oficina Nacional de Normas de EE. UU.
16. "Valores revisados ​​para unidades eléctricas" (PDF) . Registro de Bell Laboratories . XXV (12): 441. Diciembre de 1947.
17. Proyecto de Resolución A "Sobre la revisión del Sistema Internacional de Unidades (SI)" para ser presentado a la CGPM en su 26a reunión (2018) (PDF)

Enlaces externos

Busque voltios en Wikcionario, el diccionario gratuito.

• Historia de las unidades eléctricas.