โวลต์หรือโวลต์: แนวคิดและสูตรการเทียบเท่าตัวอย่าง - กายภาพ - 2026

โวลต์หรือโวลต์เป็นหน่วยที่ใช้ในระบบระหว่างประเทศของหน่วย SI ในการแสดงแรงดันไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้าเป็นหนึ่งในเคาะหลักของการผลิตไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าทำงานที่จำเป็นในการเริ่มต้นประจุไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่เดินทางผ่านตัวนำสามารถสตาร์ทมอเตอร์ส่งข้อมูลเส้นทางแสงสว่างและบ้านและอื่น ๆ อีกมากมาย

ชื่อโวลต์เป็นหน่วยได้รับเลือกเพื่อเป็นเกียรติแก่ Alessandro Volta (1745-1827) นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอิตาลีผู้คิดค้นแบตเตอรี่ไฟฟ้าเมื่อประมาณปี 1800 ในเวลานั้น Luigi Galvani นักกายวิภาคศาสตร์ได้ตรวจสอบแล้วว่าขาของกบสามารถ ทำสัญญาโดยใช้ไฟฟ้า โวลตาตระหนักถึงผลลัพธ์เหล่านี้ยังตั้งเป้าหมายเกี่ยวกับการมองหาประจุไฟฟ้าในเนื้อเยื่อของสัตว์โดยใช้อิเล็กโทรสโคป

รูปที่ 1. แบตเตอรี่ AA จำนวนหนึ่งที่มีแรงดันไฟฟ้า 1.5 V ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ขนาดเล็กเช่นวิทยุกล้องไฟฉายและของเล่น ที่มา: Pixabay

อย่างไรก็ตามโวลตาไม่พบสิ่งที่เขากำลังมองหาในวัสดุอินทรีย์และในที่สุดก็เชื่อว่าประจุไฟฟ้าอยู่ในโลหะที่เขาสัมผัสกับขากบ

รูปที่ 2. ภาพเหมือนของ Alessandro Volta ที่มา: Wikimedia Commons

โวลตายังตระหนักว่าโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันทำให้เกิดความต่างศักย์และการผสมบางอย่างดีกว่าโลหะอื่น นี่คือวิธีที่เขาสร้างแบตเตอรี่ก้อนแรก: แผ่นสักหลาดชุบน้ำเกลือระหว่างอิเล็กโทรดเงินและสังกะสีสองขั้ว เขาซ้อนทับกันหลายชั้นและสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่เสถียรได้

แนวคิดและสูตร

ในปีพ. ศ. 2417 โวลต์พร้อมกับโอห์มได้ถูกนำมาใช้เป็นหน่วยสำหรับแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานตามลำดับโดยคณะกรรมการของ British Association for the Advancement of Science (BAAS) ซึ่งประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงจากทั่วโลก

ในเวลานั้นพวกเขาถูกเรียกว่า "หน่วยปฏิบัติ" และปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของระบบหน่วยสากลหรือ SI

ในวรรณกรรมส่วนใหญ่ความต่างศักย์ถูกกำหนดเป็นพลังงานต่อหน่วยประจุ อันที่จริงหากคุณมีประจุไฟฟ้าอยู่กลางสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุอื่นคุณต้องทำงานเพื่อให้มันเคลื่อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

งานที่ทำจะถูกเก็บไว้ในการกำหนดค่าของประจุเป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์ไฟฟ้าซึ่งเราจะเรียกว่า ∆U Δสัญลักษณ์บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงนี้หรือความแตกต่างตั้งแต่ΔU = _{รอบชิงชนะเลิศ}ยู - เริ่มต้นครั้งแรก

ด้วยวิธีนี้ความต่างศักย์ระหว่างสองจุด ∆V ถูกกำหนดเป็น:

เนื่องจากพลังงานมีหน่วยจูล (J) และประจุอยู่ในคูลอมบ์ (C) แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ (V) เท่ากับ 1 จูล / คูลอมบ์:

ดังนั้น 1 โวลต์จึงเท่ากับความต่างศักย์โดยทำงานเป็น 1 จูลสำหรับคูลอมบ์แต่ละตัว

นิยามทางเลือกของโวลต์

อีกวิธีหนึ่งในการกำหนดโวลต์คือการเชื่อมโยงกระแสไฟฟ้าและพลังงาน ด้วยวิธีนี้ 1 โวลต์ (V) คือความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของเส้นลวดที่กระแส 1 แอมแปร์ (A) ไหลหากกำลังไฟฟ้ากระจายเท่ากับ 1 วัตต์ (W) ดังนั้น:

คำจำกัดความนี้มีความสำคัญเนื่องจากเกี่ยวข้องกับความเข้มของกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นหนึ่งในขนาดพื้นฐานของฟิสิกส์ ดังนั้นแอมแปร์เป็นของกลุ่มเจ็ดหน่วยพื้นฐาน:

เป็นไปได้ที่จะตรวจสอบว่าคำจำกัดความทั้งสองเทียบเท่ากันโดยทราบว่า 1 วัตต์คือ 1 จูล / วินาทีและ 1 แอมแปร์เท่ากับ 1 คูลอมบ์ / วินาทีด้วยเหตุนี้:

วินาทีจะถูกยกเลิกและ J / C จะยังคงเท่ากับ 1 นิวตัน เมตร / คูลอมบ์ ดังนั้น 1 โวลต์จึงแสดงเป็น:

กฎของโอห์ม

สำหรับวัสดุบางชนิดจะมีการเติมเต็มความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างแรงดันไฟฟ้า (V) กระแส (I) และความต้านทานไฟฟ้า (R) ของวัสดุซึ่งเรียกว่ากฎของโอห์ม ดังนั้น:

เนื่องจากหน่วยสำหรับความต้านทานไฟฟ้าคือโอห์ม (Ω) ปรากฎว่า 1 V = 1 A.Ω

Equivalences

ในการวัดแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้มัลติมิเตอร์หรือเครื่องทดสอบและออสซิลโลสโคป ข้อแรกเสนอการวัดแรงดันไฟฟ้าโดยตรงและส่วนที่สองมีหน้าจอเพื่อแสดงรูปร่างของสัญญาณรวมทั้งค่าของมัน

รูปที่ 3. ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ใช้วัดปริมาณไฟฟ้าต่างๆ ที่มา: Pixabay

เป็นเรื่องปกติที่จะพบค่าที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าโวลต์มากดังนั้นจึงมีประโยชน์ที่จะมีความเท่าเทียมกันระหว่างค่าทวีคูณและค่าย่อย:

-1 กิโลโวลต์ (kV) = 1,000 โวลต์

-1 มิลลิโวลต์ (mV) = 10 ^-3 V

-1 ไมโครโวลต์(μV) = 10 ^-6 V

ตัวอย่าง

แรงดันไฟฟ้าในชีววิทยา

ในหัวใจมีบริเวณที่เรียกว่าโหนดไซนัสซึ่งทำหน้าที่เหมือนแบตเตอรี่โดยสร้างกระแสไฟฟ้าที่กระตุ้นการเต้นของหัวใจ

กราฟของสิ่งเดียวกันได้มาจากคลื่นไฟฟ้าหัวใจซึ่งนำเสนอค่าของวงจรการเต้นของหัวใจ: ระยะเวลาและแอมพลิจูด ด้วยเหตุนี้จึงสามารถตรวจพบความผิดปกติในการทำงานของหัวใจได้

ค่าโดยทั่วไปของศักยภาพของเมมเบรนภายในหัวใจอยู่ระหว่าง 70-90 mV ในขณะที่คลื่นไฟฟ้าหัวใจสามารถบันทึกแรงดันไฟฟ้าได้ที่ 1 mV

รูปที่ 4. คลื่นไฟฟ้าหัวใจจะบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของหัวใจ ที่มา: Pixabay

ระบบประสาทยังทำงานโดยกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าประมาณ 70 mV สามารถวัดได้ในเส้นประสาทของมนุษย์

แรงดันไฟฟ้าบนโลก

โลกมีสนามไฟฟ้าของตัวเองที่มุ่งตรงไปยังภายในของดาวเคราะห์ด้วยวิธีนี้จึงทราบได้ว่ามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ระหว่างพื้นผิวและชั้นบนของบรรยากาศมีเขตข้อมูลที่มีขนาดแตกต่างกันระหว่าง 66-150 N / C และสามารถกำหนดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นได้ถึง 100 kV

ในทางกลับกันกระแสธรรมชาติที่ไหลในดินใต้พิภพอนุญาตให้กำหนดลักษณะภูมิประเทศผ่านการใช้วิธีการทางไฟฟ้าในธรณีฟิสิกส์ การทดสอบประกอบด้วยการใส่อิเล็กโทรดในสนามสองตัวสำหรับแรงดันไฟฟ้าและอีกสองตัวสำหรับกระแสและการวัดขนาดตามลำดับ

การกำหนดค่าอิเล็กโทรดในรูปแบบต่างๆทำให้สามารถกำหนดค่าความต้านทานของพื้นดินได้ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่บ่งชี้ว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุที่กำหนดได้ง่ายหรือยากเพียงใด ขึ้นอยู่กับค่าที่ได้รับการมีอยู่ของความผิดปกติทางไฟฟ้าสามารถอนุมานได้ซึ่งอาจบ่งบอกถึงการมีอยู่ของแร่ธาตุบางชนิดในดินใต้ผิวดิน

แรงดันไฟฟ้าในอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไป

- เครือข่ายไฟฟ้าภายในบ้าน (แรงดันไฟฟ้าสลับ): 110 V ในอเมริกาและ 220 ในยุโรป

- ปลั๊กไฟในรถ: 15 kV

- แบตเตอรี่รถยนต์: 12V

- แบตเตอรี่แห้งสำหรับของเล่นและไฟฉาย: 1.5 V

- แรงดันไฟฟ้าในแบตเตอรี่สมาร์ทโฟน: 3.7 V.

อ้างอิง

1. International Electrotechnical Commission IEC. ประวัติความเป็นมา กู้คืนจาก: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. วิธีการทางไฟฟ้า. ดึงมาจาก: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. ฟิสิกส์: มองโลก. 6 ^{ta การ}แก้ไขแบบย่อ การเรียนรู้ Cengage
4. Knight, R. 2017 Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
5. หนังสือเรียนฟิสิกส์ สนามไฟฟ้าบนโลก ดึงมาจาก: hypertextbook.com.
6. วิกิพีเดีย คลื่นไฟฟ้า. สืบค้นจาก: es.wikipedia.org.
7. วิกิพีเดีย ขนาดทางกายภาพ สืบค้นจาก: es.wikipedia.org.