伏特(Volt)是電學中的常用單位之一,用來表示電壓的大小。它的國際單位符號是V,1伏特(V)表示當電流為1安培(A)時,通過電阻為1歐姆(Ω)的電阻器之間施加的電壓值。伏特是以意大利物理學家亞歷山大·伏特(Alessandro Volta)的名字命名的。他在1799年發明了第一個電池,這是電學領域的里程碑,基于他的先驅貢獻,電壓的單位被命名為“伏特”(Volt),以紀念他的發明和研究,伏特定義為焦耳/庫侖。
伏特過去有兩種叫法,一種叫“國際伏特”,定義為:通過兩點間施加的穩定電場,在這兩點間使電荷為單位正電荷所經歷的電壓。
另外一種叫“絕對伏特”,定義為:兩點之間的電場強度,在強度為1牛/庫侖時施加的電場力下,使單位正電荷從電勢為0的點沿著靜電力線移動1米所需要的功。1國際伏特=1.00034絕對伏特。1948年用“絕對伏特”取代了“國際伏特”。
1881年最先由國際電工委員會采用伏特為電壓單位名稱。在1960年舉辦的第11屆國際計量大會上,委員會將伏特作為國際單位制的一個導出單位的專用名稱來作為電壓的單位。
歷史
亞歷山德羅·伏特(Alessandro Volta,1745年2月18日-1827年3月5日)是一位來自意大利的物理學家,亞歷山德羅·伏特出生于米蘭的個貴族家庭。自從在學校讀書后,他就對自然科學十分感興趣。在24歲時,由于發表了一篇學術論文,引起了學術界的注意。29歲時,他就任科莫皇家學校的物理教授。幾年后,他又擔任了帕多瓦大學的校長。伏特很早就開始了電學的研究。1799年,伏特發明了第一個真正的電池,由鋅和銅片交替排列組成的,被稱為伏特電池。它的原理是通過化學反應產生電流,從而提供了穩定的電源。這是電學領域的一個歷史性的成就,繼而為電氣工業的發展打下了堅實的基礎。伏特電池的發明,改變了電學的面貌,使科學家們有了持久的電流源,為人們提供了電能應用的可能性。當伏特電池傳到英國時,許多科學家繼續進行實驗、觀察,促進了電化學的誕生和電磁場理論的確立。伏特不僅對電學做出了重大貢獻,還通過研究和創造各種物理學裝置來擴展和發展了該領域。后來,伏特又發明了電位序、驗電器、儲電器及起電盤等,使電學研究又邁上了一個新臺階。他于1827年逝世,享年82歲。人們為了紀念伏特在物理學方面的偉大貢獻,即用他的姓氏作為電動勢、電壓及電壓的單位名稱,定名為“伏特”,簡稱“伏”。
1881年,國際電工大會,即現在的國際電工委員會(IEC),批準了伏特作為電動勢的單位。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,導體二端的電勢差,“國際伏特”在 1893 年被定義為克拉克電池電動勢的1/1.434 (Clark cell)。1908 年放棄了這個定義,取而代之的是基于國際歐姆和國際安培的定義,不過相關的設備在1948年才不再使用。
在1960年舉辦的第11屆國際計量大會上,委員會將伏特作為國際單位制的一個導出單位的專用名稱來作為電壓的單位。
1986年的第十七屆會議上,CCE決定成立兩個工作組,分別對布賴恩·約瑟夫森效應(Josephson Effect)和量子化霍爾效應(Quantum Hall Effect)應用于伏特和歐姆復現標準的建立及其物理常數的確定進行研究。這兩個工作組在大量的和精密的工作基礎上,于1988年6月向CCE提交了研究工作報告。根據約瑟夫遜常數(Josephson Constant)和克里青常數(Von Klitzing Constant)的最新計量結果,提出了這兩個常數的新量值。CCE研究并討論了這兩項工作報告,決定建議各國從1990年1月1日起采用新的布賴恩·約瑟夫森常數和克里青常數,據此修改現行的伏特和歐姆基準值,規定今后各國一律應用約瑟夫遜效應和量子化霍爾效應建立伏特和歐姆標準,如不具備上述手段的,也要將其標準與上述標準進行比對而確定量值。這項決議隨后得到了國際計量大會的批準。
定義
根據電勢能
如果在電場中某個點上的一個單位電荷(即一個電子)從該點移動到另一個點,那么在這個過程中所做的功就是這兩點電壓的大小,即:電場力將1庫侖(C)正電荷由a點移至b點所做的功為1焦耳(J)時,a、b兩點間的電壓為1伏特(V)。
根據功率
在載有1安培(A)恒定電流導線的兩點間消耗1瓦(W)的功率,這兩點間的電位差就是1伏特(V)。伏特也可以用公式表示為:1V= 1W/A。
根據歐姆定律
通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比,即:當電流為1安培(A)時,通過電阻為1歐姆(Ω)的電阻器之間施加的電壓為1伏特(V),伏特也可以用公式表示為:。
約瑟夫森結的電壓-電流特性
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,此實驗配合轉換系數約瑟夫森常數,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/uv
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。
測量
可使用伏特計進行伏特的測量,伏特計的工作原理通常是利用一個標準電池或電壓源,將其與待測電源相比較,然后通過知道它們之間的電壓差來確定待測電源的電壓。其中,標準電池/電壓源往往是一種穩定的電壓源,其輸出電壓的值已經被確認。當伏特計對其進行測量時,超出標準電池的電壓就可以被稱為待測電源的電勢差或電壓。
伏特計的種類和結構非常多樣,一般可分為將電勢差轉化為電流的電動伏特計和將電勢差轉化為機械位移的靜電伏特計。其中電動伏特計的測量范圍比較廣,準確度也比較高,靜電伏特計則常用于高電壓場合,例如用于測量輸電線路的電壓。
伏特計在電學和電子學領域有廣泛的應用,常用于測量電子元器件的電壓、電動勢、電磁場強度等等。
單位換算
伏特和單位之間的換算關系為:
1伏特 = 0.001千伏(kV)
1伏特 = 0.000001兆伏(MV)
1伏特 = 1000毫伏(mV)
1伏特 = 1000000微伏(μV)
1伏特 = 1000000000納伏(nV)
單位之間可以通過簡單的乘數關系來進行換算,如:
1千伏(kV) = 1000伏特
1兆伏(MV) = 1000000伏特
1微伏 (μV)= 0.000001伏特
應用
電子設備
不同國家和地區家用電壓和頻率
參考
相關標準
低壓電器產品標準在國際上主要分為四大標準體系,分別為IEC標準體系、EN標準體系、北美標準體系和中國、日本標準,前者為國際標準體系,后三者為區域性標準體系。以區域性為主的標準體系形成主要是發達國家和地區,其余發展中國家和地區還未形成系統的標準體系,如東盟地區、中東地區、非洲地區等。中國國低壓電器涉及的出口國家與地區眾多,主要包括歐盟、北美、中南美洲和亞洲。
參考資料 >
各國電源電壓.chip one stop.2023-09-23
我國低壓電器產品出口涉及標準概況.中華人民共和國商務部.2023-09-23