Voltio

El voltio (símbolo: V) es la unidad de potencial eléctrico, diferencia de potencial eléctrico (voltaje) y fuerza electromotriz en el Sistema Internacional de Unidades (SI). 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. De manera equivalente, es la diferencia de potencial entre dos puntos lo que impartirá un joule de energía por culombio de carga que lo atraviese. Se puede expresar en términos de unidades básicas del SI (m, kg, s y A) como

V=energía potencialcargo=JC=kg⋅ ⋅ m2⋅ ⋅ s− − 2A⋅ ⋅ s.{texto {f}}= {texto {f}}= {fnMicroc} {f}}= {f}}= {f}} {f}}= {f}cdot {cdot} {cdot} {cdot}}}} {cdot} {cdot}} {cdot} {cdot}}} {cdot} {cdot} {cdot}{cdot}}}} {cdot} {cdot} {cdot} {c}}} {cdot} {c}}} {c}}}} {cdot} {cdot} {cdot}} {cdot} {c} {c} {c} {c}} {c}}}}}} {cdot}} {cdot}}}} {c} {c}}}}} {fnMicrosoft Sans} {fnMicrosoft Sans Serif} {cdot} - Sí.

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 corriente) o julios por culombio (energía por carga), que también es equivalente a electronvoltios por carga elemental:

V=A⋅ ⋅ Ω Ω =Wbs=WA=JC=eVe.{displaystyle {text{V}={text{A}{cdot #### Omega ={text{Wb} {text{s}}={frac {text{W}{text{A}}}={frac {text{J}} {text{C}}={text{f}}={frac {text{e}}}}}}} {e}} {f}} {f}}}}}}}}}} {f}f}}}}f}}}}}}f}={f} {f}}}f}}}}}}f}f}}}f}f}f}}}}f}f}f}f}f}={f} {f}}}}}f}f}f}f}f}f}= {f}= {f}}f}f}f}f}f}f}f}f}f}fn

El volt lleva el nombre de Alessandro Volta. Al igual que con todas las unidades SI nombradas para una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (V), pero cuando se escribe en su totalidad sigue las reglas de mayúsculas de un sustantivo común; es decir, "voltio" se convierte en mayúscula al comienzo de una oración y en los títulos, pero de lo contrario está en minúsculas.

Definición de unión de Josephson

Históricamente, el "convencional" voltio, V₉₀, definido en 1987 por la 18.ª Conferencia General sobre Pesos y Medidas y en uso desde 1990 hasta 2019, se implementó utilizando el efecto Josephson para la frecuencia exacta a -conversión de voltaje, combinado con el estándar de frecuencia de cesio.

Para la constante de Josephson, K_J = 2e/h (donde e es la carga elemental y h es la constante de Planck), una "convencional" Se utilizó el valor 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 de 2019, a partir de 2019 la constante de Josephson tiene un valor exacto de K_J = 483597.84841698... GHz/V, que reemplazó el valor convencional K_J-90.

Este estándar generalmente se realiza mediante 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). Empíricamente, varios experimentos han demostrado que el método es independiente del diseño del dispositivo, material, configuración de medición, etc., y no se requieren términos de corrección en una implementación práctica.

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 ofrece resistencia al flujo.

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.

Tensiones comunes

Se puede utilizar un multimetro para medir el voltaje entre dos posiciones.

baterías de 1,5 V C

El voltaje producido por cada celda electroquímica de una batería está determinado por la química de esa celda (consulte Celda galvánica § Tensión 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 para cualquier voltaje en un rango de viabilidad.

Tensiones nominales de fuentes familiares:

• Potencial de reposo de células nerviosas: ~75 mV
• Batería NiMH o NiCd de una célula única: 1.2 V
• células individuales, no recargables (por ejemplo, células AAA, AA, C y D): batería alcalina: 1,5 V; batería de zinc–carbono: 1,56 V si fresca y no utilizada
• Batería recargable LiFePO4: 3.3 V
• Batería recargable de polímero de litio con base en cobalto: 3,75 V (ver Comparación de tipos de baterías comerciales)
• Transistor-transistor logic/CMOS (TTL) alimentación: 5 V
• USB: 5 V DC
• Batería PP3: 9 V
• Los sistemas de baterías de automóviles son 2.1 voltios por célula; una batería "12 V" es de 6 células, o 12.6 V; una batería "24 V" es de 12 células, o 25.2 V. Algunos vehículos antiguos utilizan baterías de 3 celdas "6 V", o 6.3 voltios.
• Electricidad casera AC: (ver Lista de países con conectores de alimentación, voltajes y frecuencias)
  • 100 V en Japón,
  • 120 V en América del Norte,
  • 230 V en Europa, Asia, África y Australia
• Tercer ferrocarril de tránsito rápido: 600–750 V (véase Lista de sistemas de electrificación ferroviaria)
• Líneas de alta velocidad de tren de alta potencia: 25 kV a 50 Hz, pero vea la lista de sistemas de electrificación ferroviaria y 25 kV a 60 Hz para excepciones.
• Líneas de transmisión eléctrica de alta tensión: 110 kV y arriba (1.15 MV es el registro; el voltaje activo más alto es 1.10 MV)
• Relámpago: un máximo de alrededor de 150 MV.

Historia

Alessandro Volta

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

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 disímiles más eficaz para producir electricidad era el zinc y la plata. En 1861, Latimer Clark y Sir Charles Bright acuñaron el nombre "volt" para la unidad de resistencia. En 1873, la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia había definido el voltio, el ohmio y el faradio. En 1881, el Congreso Eléctrico Internacional, ahora la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), aprobó el voltio como unidad de fuerza electromotriz. Hicieron que el voltio fuera igual a 10⁸ cgs unidades de voltaje, 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 de la época. En ese momento, el voltio se definía como la diferencia de potencial [es decir, lo que hoy en día se denomina "voltaje (diferencia)"] a través de un conductor cuando una corriente de un amperio disipa un vatio de potencia.

El "voltaje internacional" se definió en 1893 como 1/1,434 de la fem de una celda de Clark. Esta definición se abandonó en 1908 en 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.

El 20 de mayo de 2019 entró en vigor una redefinición de las unidades básicas del SI, incluida la definición del valor de la carga elemental.