Volt (oznaka: V) predstavlja jedinicu mere za razliku električnih potencijala, odnosno elektromotornu silu, tj. privlačnu silu između pozitivnog i negativnog naelektrisanja.

Međunarodni znak za opasnost visokog napona

Broj volti je merilo jačine električnog izvora, ukazujući na snagu potrebnu za postizanje željene jakosti struje. Jedinica volt nosi ime po Alessandru Volti (1745–1827), tvorcu galvanskog članka, prvog hemijskog akumulatora.

Električni napon izražen u voltima naziva se voltaža.

Definicija

uredi
 
Čip s poljem Josefsonovih spojeva razvijen na NIST-u kao standard za volt

Volt se definira kao razlika potencijala na krajevima vodiča kada struja od jednog ampera disipira snagu od jednog vata. Odnosno, u SI sistemu m2kgs–3A–1, što se isto tako može zapisati i kao džul energije po kulonu naboja, J/C.

 

Od 1990. Volt je međunarodno definiran, za praktična merenja, korištenjem Josefsonovog efekta, gde je uobičajena vrednost uzeta kao Josefsonova konstanta, definirana u 18. stoleću kao:

 

/KJ-90=0,4835979GHz/μV/

Objašnjenje

uredi

Razliku električnog potencijala možemo zamisliti kao sposobnost pomicanja električnog naboja kroz otpor. U suštini, volt meri koliko kinetičke energije poseduje pojedini elektron. Broj elektrona se meri kao naboj, u kulonima. Stoga volt pomnožen s tokom struje, merna jedinica amper, što je kulon po sekundi, daje ukupnu električnu snagu struje, u vatima. U vreme kad se u fizici reč sila koristila dosta slobodno, razlika potencijala je nazvana kao elektromotorna sila ili ems – pojam koji se i danas koristi u pojedinom kontekstu.

Razlika električnog potencijala (napon)

uredi

Između dve tačke u električnom polju, poput onoga u električnom krugu, razlika potencijala jednaka je razlici njihovih električnih potencijala. Razlika je proporcionalna elektrostatskoj sili koja teži potiskivanju elektrona, ili ostalih nosioca naboja, iz jedne tačke u drugu. Razlika potencijala, električni potencijal i elektromotorna sila mere se u voltima, vodeći se obično prema nazivu napon i simbolom V (ponekad se označava i slovom  ).[pojasniti]

Napon se može pribrajati na sledeći način: napon između A i C jednak je sumi napona između A i B i između B i C. Dvije tačke električnog kruga koje su spojene idealnim vodičem, vodičem bez otpora i bez prisutnosti promenljivog magnetskog polja, imaju razliku potencijala jednaku nuli. Međutim, drugi parovi tački mogu isto tako imati razliku potencijala jednaku nuli. Ako takve dvije tačke povežemo vodičem kroz njega neće teći struja. Različite napone u strujnom krugu možemo izračunati korištenjem Kirhofovih zakona.

Napon je svojstvo električnog polja, a ne pojedninih elektrona. Elektron koji se giba kroz razliku napona doživljava povećanje energije, često mereno u elektronvoltima. Ovaj efekt analogan je padanju mase s određene visine u gravitacijskom polju.

Hidraulička analogija

uredi
Glavni članak: Hidraulička analogija

Ako električni krug promatramo kao analognu mrežu cevi u kojima cirkulira voda, pogonjena crpkama u prostoru u kojem ne deluje gravitacija, tada razlika potencijala odgovara razlici tlakova tekućine između dve tačke. Ukoliko postoji razlika tlakova između dve tačke, tada voda teče iz prve tačke prema drugoj pri čemu može obavljati rad, kao na primer pokretati turbinu.

Ova hidraulička analogija je korisna metoda za proučavanje velikog broja električnih pojmova. U hidrauličkom sistemu, rad potreban za pokretanje vode jednak je tlaku pomnoženom sa volumenom pomaknute vode. Slično, u električnom krugu, rad potreban za pomicanje elektrona ili ostalih nosioca naboja jednak je ’električnom tlaku’ (stari izraz za napon) pomnoženom s količinom premeštenog električnog naboja. Napon je pogodan način kvantificiranja sposobnosti obavljanja rada.

Tehnička definicija

uredi

Razlika električnog potencijala se definira kao iznos rada po naboju koji je potreban za pomicanje električnog naboja iz druge tačke u prvu, ili ravnopravno, iznos rada koji jedinica naboja pri protoku iz prve tačke prema drugoj može proizvesti. Razlika potencijala između dve tačke a i b je linijski integral električnog polja E:

 

Korisne formule

uredi

Istosmerni krugovi

uredi
 
 
 

Gde je: U=napon, P=snaga, R=otpor, I=struja

Izmenični krugovi

uredi
 
 
 

Gde je: U=napon, I=struja, R=otpor, P=snaga, Z=impendancija, θ=fazni kut

Izmenična pretvorba

uredi
 
 
 
 
 
 

Gde je:
Upk=vršni napon (engl. Peak Voltage),
Uppk=napon od-vrha-do-vrha (engl. Peak-to-Peak Voltage),
Uavg=srednji napon (engl. Average Voltage),
Urms=efektivni napon (engl. Effective Voltage / RMS Voltage);
avg > average, pk > peak, rms > root-mean-square, ppk > peak-to-peak

Ukupan napon

uredi

Serijski spoj naponskih izvora:

 

Paralelni spoj naponskih izvora:

 

Padovi napona

uredi

Na otporniku (otpornik n):

 

Na kondenzatoru (kondenzator n):

 

Na zavojnici (zavojnica n):

 

Gde je: U=napon, I=struja, R=otpor, X=reaktancija

Primeri

uredi

Naponski izvori

uredi
 
Simboličko predstavljanje naponskog izvora

Uobičajeni izvori EMS su:

  • baterija
  • dinamo (razlika potencijala se generira na krajevima električki vodljivog materijala koji se giba okomito na smjer magnetskog polja
  • elektrostatska indukcija (kada se dva različita električki izolirajuća materijala međusobno trljaju stvara se elektrostatski izboj)
  • kondenzator (u stvari element za pohranu energije proizvedene na nekom drugom izvoru)

Uobičajeni naponi

uredi
 
1,5 voltna C-članak baterija

Nominalni naponi poznatih izvora:

Merni instrumenti

uredi
 
Unimer komplet za mjerenje napona

Instrumenti za merenje razlike potencijala obuhvaćaju voltmetar, potenciometar (kao mjerni sklop) i osciloskop. Voltmetar radi na principu merenja struje kroz stabilni otpornik, koja je prema Omovom zakonu, proporcionalna razlici potencijala na krajevima otpornika. Potenciometar radi na principu uravnoteženja nepoznatog napona nasuprot poznatom naponu u mosnom spoju.[nedostaje referenca] Katodni osciloskop radi na principu da pojačava razliku potencijala i koristi je za otklanjanje elektronskog snopa (elektronske zrake) iz ravne putanje, pa je tako nastali otklon proporcionalan razlici potencijala.

Istorija volta

uredi

Godine 1800. kao rezultat profesionalnog sukoba oko galvanske reakcije koju je zagovarao Luiđi Galvani, Alesandro Volta razvija Voltin članak, preteču današnjih baterija, koje proizvode stabilnu električnu struju. Volta je utvrdio najdjelotvorniji par, cink i srebro, raznovrsnih metala koji proizvode elektricitet. 1880. je Internacionalna elektrotehnička komisija / IEK (engl. International Electrotechnical Commission) – IEC, potvrdila volt kao jedinicu za mjerenje elektromotorne sile. Volt je definiran kao razlika potencijala na vodiču kada kroz njega protječe struja od jednog ampera pri čemu se disipira snaga od jednog vata.

Prije otkrića Josefsonovog spoja kao tzv. etalona volta, volt je bio opisivan standardnim člancima; SAD je od 1905. do 1972. koristio Vestonov članak.[nedostaje referenca]

Videti takođe

uredi

Reference

uredi