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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,將伏特定義為:「在載 ...
伏特
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提示:此條目的主題不是亞歷山德羅·伏打。
可以產生一伏特的約瑟夫森結晶片陣列。
伏特(英語:volt)是國際單位制中電壓的單位,符號V。
在一根均勻的、寬度和溫度固定的導線上,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轉化為熱能功率1瓦(W=1J/s),將這兩點間的電壓差就被定義為一伏特。
此單位是以發明電池的義大利物理學家——亞歷山德羅·伏特的名字命名的。
目次
1定義
1.1利用約瑟夫森結的定義
2電的水力類比
3常見電壓
4伏特的歷史
5參考
6相關連結
定義[編輯]
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=1J/S)時,這兩點之間的電位差」[1]。
V
=
W
A
=
J
A
⋅
s
=
N
⋅
m
A
⋅
s
{\displaystyle{\mbox{V}}={\dfrac{\mbox{W}}{\mbox{A}}}={\dfrac{\mbox{J}}{{\mbox{A}}\cdot{\mbox{s}}}}={\dfrac{{\mbox{N}}\cdot{\mbox{m}}}{{\mbox{A}}\cdot{\mbox{s}}}}}
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)
V
=
potentialenergy
charge
=
N
⋅
m
C
=
kg
⋅
m
2
A
⋅
s
3
.
{\displaystyle{\text{V}}={\frac{\text{potentialenergy}}{\text{charge}}}={\frac{{\text{N}}{\cdot}{\text{m}}}{\text{C}}}={\frac{{\text{kg}}{\cdot}{\text{m}}^{2}}{{\text{A}}{\cdot}{\text{s}}^{3}}}.}
也可定義為單位庫侖電荷的能量,
V
=
J
C
{\displaystyle{\mbox{V}}={\dfrac{\mbox{J}}{\mbox{C}}}}
利用約瑟夫森結的定義[編輯]
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=0.4835979GHz/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[編輯]
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[編輯]
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:
神經細胞的靜息電位:大約−75 mV[3]。
一顆可充電的NiMH或NiCd電池:1.2 V。
水銀電池:1.355 V。
一顆不能充電的鹼性電池:1.5 V。
可充電的LiFePO4電池:3.3 V。
可充電的鋰離子聚合物電池:3.75 V。
TTL電源:5 V。
PP3電池:9 V。
車輛的電力系統:標準電壓12 V,放電時約11.8 V,充電時約12.8 V,若在車輛行進中的充電電壓,可以到13.8–14.4 V。
家用電源:歐洲、亞洲、非洲為230 V,北美為120 V,日本為100 V,台灣為110 V,中國大陸、香港為220 V,此處所列的電壓均為交流電壓的RMS值(其他國家的電源,請參考家用電源列表)。
卡車或貨車的電源:24 VDC。
城市軌道交通系統的第三軌供電:電壓依國家不同,由500 VDC到1500 VDC不等。
鐵路的接觸網供電:交流電壓RMS值25kV,頻率為50或60Hz。
三相交流輸電:中國1000kV,美國765kV,英國400kV
高壓直流輸電:最高±1100kV(新疆准東至安徽皖南)
閃電:多半在100MV左右。
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
2
{\displaystyle{\sqrt{2}}}
倍。
伏特的歷史[編輯]
在19世紀時,路易吉·伽伐尼發現死青蛙的肌肉接觸火花時會顫動,認為電存在於生物體內,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鋅及銀時,產生電力的效果最好。
在19世紀80年代時國際電工協會,也就是現在的國際電工委員會(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(Clarkcell(英語:Clarkcell))電動勢的1/1.434。
在1908年時,由於國際上已改以歐姆及安培來定義伏特,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[編輯]
^BIPMSIBrochure:Appendix1,p.144(PDF).[2010-08-19].(原始內容存檔(PDF)於2013-11-05).
^Burroughs,CharlesJ.;Benz,SamuelP.;Harvey,ToddE.;Hamilton,ClarkA.,1VoltDCProgrammableJosephsonVoltageStandard,IEEEtransactionsonappliedsuperconductivity,1999-06-01,9(3):4145–4149,ISSN 1051-8223
^Bullock,Orkand,andGrinnell,pp.150–151;Junge,pp.89–90;Schmidt-Nielsen,p.484
相關連結[編輯]
電子伏特
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公尺
公斤
克耳文
安培
燭光
莫耳
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赫
弳
立弳
牛頓
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另見
以科學家命名的非國際單位列表
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