伏特

国际单位制表示电压的基本单位

伏特(Volt)是 电学 中的常用单位之一,用来表示电压的大小。 它的国际单位符号是V,1伏特(V)表示当电流为1 安培 (A)时,通过 电阻 为1欧姆(Ω)的电阻器之间施加的电压值。 伏特是以 意大利 物理学家亚历山大·伏特(Alessandro Volta)的名字命名的。 他在1799年发明了第一个电池,这是电学领域的里程碑,基于他的先驱贡献,电压的单位被命名为“伏特”(Volt),以纪念他的发明和研究,伏特定义为 焦耳 /库仑。

伏特过去有两种叫法,一种叫“国际伏特”,定义为:通过两点间施加的稳定 电场 ,在这两点间使电荷为单位正电荷所经历的 电压 。

另外一种叫“绝对伏特”,定义为:两点之间的电场强度,在强度为1牛/库仑时施加的电场力下,使单位正电荷从 电势 为0的点沿着 静电 力线 移动1米所需要的功。1国际伏特=1.00034绝对伏特。1948年用“绝对伏特”取代了“国际伏特”。

1881年最先由 国际电工委员会 采用伏特为电压单位名称。在1960年举办的第11届国际计量大会上,委员会将伏特作为 国际单位制 的一个导出单位的专用名称来作为电压的单位。

历史

亚历山德罗·伏特 (Alessandro Volta,1745年2月18日-1827年3月5日)是一位来自 意大利 的物理学家,亚历山德罗·伏特出生于 米兰 的个贵族家庭。自从在学校读书后,他就对自然科学十分感兴趣。在24岁时,由于发表了一篇学术论文,引起了学术界的注意。29岁时,他就任科莫皇家学校的物理教授。几年后,他又担任了 帕多瓦大学 的校长。伏特很早就开始了电学的研究。1799年,伏特发明了第一个真正的电池,由锌和铜片交替排列组成的,被称为伏特电池。它的原理是通过化学反应产生电流,从而提供了稳定的电源。这是电学领域的一个历史性的成就,继而为电气工业的发展打下了坚实的基础。 伏特电池的发明,改变了电学的面貌,使科学家们有了持久的电流源,为人们提供了电能应用的可能性。当伏特电池传到 英国 时,许多科学家继续进行实验、观察,促进了电化学的诞生和电磁场理论的确立。伏特不仅对电学做出了重大贡献,还通过研究和创造各种物理学装置来扩展和发展了该领域。后来,伏特又发明了电位序、验电器、储电器及起电盘等,使电学研究又迈上了一个新台阶。他于1827年逝世,享年82岁。 人们为了纪念伏特在物理学方面的伟大贡献,即用他的姓氏作为 电动势 、 电压 及电压的单位名称,定名为“伏特”,简称“伏”。

1881年,国际电工大会,即现在的 国际电工委员会 (IEC),批准了伏特作为电动势的单位。 当时伏特的定义是一个流过一 安培 电流的 导体 ,其功率消耗为一瓦特时,导体二端的电势差,“国际伏特”在 1893 年被定义为克拉克电池电动势的1/1.434 (Clark cell)。1908 年放弃了这个定义,取而代之的是基于国际欧姆和国际安培的定义,不过相关的设备在1948年才不再使用。

在1960年举办的第11届国际计量大会上,委员会将伏特作为 国际单位制 的一个导出单位的专用名称来作为电压的单位。

1986年的第十七届会议上,CCE决定成立两个工作组,分别对 布赖恩·约瑟夫森 效应(Josephson Effect)和量子化 霍尔效应 (Quantum Hall Effect)应用于伏特和欧姆复现标准的建立及其物理常数的确定进行研究。这两个工作组在大量的和精密的工作基础上,于1988年6月向CCE提交了研究工作报告。根据约瑟夫逊 常数 (Josephson Constant)和克里青常数(Von Klitzing Constant)的最新计量结果,提出了这两个常数的新量值。CCE研究并讨论了这两项工作报告,决定建议各国从1990年1月1日起采用新的 布赖恩·约瑟夫森 常数和克里青常数,据此修改现行的伏特和欧姆基准值,规定今后各国一律应用约瑟夫逊效应和量子化 霍尔效应 建立伏特和欧姆标准,如不具备上述手段的,也要将其标准与上述标准进行比对而确定量值。这项决议随后得到了国际计量大会的批准。

定义

根据电势能

如果在 电场 中某个点上的一个单位电荷(即一个 电子 )从该点移动到另一个点,那么在这个过程中所做的功就是这两点 电压 的大小,即:电场力将1库仑(C)正电荷由a点移至b点所做的功为1 焦耳 (J)时,a、b两点间的电压为1伏特(V)。

根据功率

在载有1 安培 (A)恒定电流导线的两点间消耗1瓦(W)的功率,这两点间的电位差就是1伏特(V)。伏特也可以用公式表示为:1V= 1W/A。

根据欧姆定律

通过某段 导体 的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的 电阻 成反比,即:当电流为1 安培 (A)时,通过电阻为1 欧姆 (Ω)的 电阻器 之间施加的电压为1伏特(V),伏特也可以用公式表示为: 。

约瑟夫森结的电压-电流特性

自1990年起国际间利用 约瑟夫森 结的实验来实测一伏特的量值,此实验配合转换系数 约瑟夫森 常数 ,即可量测一伏特,约瑟夫森常数在18世纪的国际 度量衡 大会订定,其数值如下:

K {J-90} = 2e/h = 0.4835979 GHz/uv

一般而言此实验都是使用数千或上万的约瑟夫森结阵列,用10至80GHz的 微波 (依实验设计不同而不同)做为激发讯号。

测量

可使用伏特计进行伏特的测量,伏特计的工作原理通常是利用一个标准电池或电压源,将其与待测电源相比较,然后通过知道它们之间的电压差来确定待测电源的电压。 其中,标准电池/电压源往往是一种稳定的电压源,其输出电压的值已经被确认。当 伏特计 对其进行测量时,超出标准电池的 电压 就可以被称为待测电源的电势差或电压。

伏特计 的种类和结构非常多样,一般可分为将 电势差 转化为电流的电动 伏特计 和将 电势差 转化为机械位移的 静电 伏特计 。其中电动伏特计的测量范围比较广,准确度也比较高, 静电 伏特计则常用于高电压场合,例如用于测量输电线路的电压。

伏特计 在 电学 和 电子学 领域有广泛的应用,常用于测量电子元器件的电压、 电动势 、 电磁场 强度等等。

单位换算

伏特和单位之间的换算关系为:

1伏特 = 0.001千伏(kV)

1伏特 = 0.000001兆伏(MV)

1伏特 = 1000毫伏(mV)

1伏特 = 1000000微伏(μV)

1伏特 = 1000000000纳伏(nV)

单位之间可以通过简单的乘数关系来进行换算,如:

1千伏(kV) = 1000伏特

1兆伏(MV) = 1000000伏特

1微伏 (μV)= 0.000001伏特

应用

电子设备

不同国家和地区家用电压和频率

参考

相关标准

低压电器产品标准在国际上主要分为四大标准体系,分别为IEC标准体系、EN标准体系、北美标准体系和中国、 日本 标准,前者为国际标准体系,后三者为区域性标准体系。以区域性为主的标准体系形成主要是 发达国家 和地区,其余发展中国家和地区还未形成系统的标准体系,如东盟地区、 中东 地区、 非洲 地区等。中国国 低压电器 涉及的出口国家与地区众多,主要包括 欧盟 、北美、中 南美洲 和 亚洲 。

参考资料

  1. 2023-05-08
  2. 2023-05-08
  3. 2023-05-08
  4. 2023-05-02
  5. 2023-05-02
  6. 2023-05-02
  7. 各国电源电压 chip one stop 2023-09-23
  8. 我国低压电器产品出口涉及标准概况 中华人民共和国商务部 2023-09-23