本頁使用了標題或全文手工轉換

伏特

維基百科,自由的百科全書
前往: 導覽搜尋
Confusion grey.svg
提示:本條目的主題不是亞歷山德羅·伏特
可以產生一伏特的約瑟夫森結晶片陣列。

伏特國際單位制電壓的單位,符號V

在一根均勻的、溫度寬度恆定導線上假如有一安培電流流動,那麼導線的電阻在一定的距離內可以將1瓦(W)電能轉化為熱能(1J/s)。這個距離之間的電壓差就被定義為一伏特:

此單位是以發明電池義大利物理學家——亞歷山德羅·伏特的名字命名的。

定義[編輯]

在國際單位制中安培是基本電學單位,伏特的SI定義是以安培和力學單位瓦特導出的。 依據國際單位制的基本電學單位安培,伏特定義為:「在載有1A恆定電流的導線上,當兩點之間導線上的功率耗散為1W(1W=1 J/S)時,這兩點之間的電位差」[1]

以基本單位定義時,為:m2 · kg · s−3 · A−1. 也可定義為單位庫侖電荷的能量, J/C。

\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}} = \dfrac{\mbox{kg} \cdot \mbox{m}^2}{\mbox{A} \cdot \mbox{s}^{3}} = \dfrac{\mbox{kg} \cdot \mbox{m}^2}{\mbox{C} \cdot \mbox{s}^2} = \dfrac{\mbox{N} \cdot \mbox{m}} {\mbox{C}} = \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 = 0.4835979 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[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:

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\sqrt{2}倍。

伏特的歷史[編輯]

在19世紀時,路易吉·伽伐尼發現死青蛙肌肉接觸火花時會顫動,認為電是存在生物體內,亞歷山德羅·伏特不認同他的看法,也開始從事有關電的研究。亞歷山德羅·伏特發明了伏特電堆,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·伏特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[編輯]

  1. ^ BIPM SI Brochure: Appendix 1, p. 144
  2. ^ Burroughs, Charles J.; Benz, Samuel P., 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

相關連結[編輯]