וולט או וולט: מושג ונוסחאות, שיווי משקל, דוגמאות - גוּפָנִי - 2025

הוולט או הוולט הוא יחיד בשימוש במערכת היחידות הבינלאומית SI להביע מתח ופוטנציאל חשמלי, אחד הבהירויות הראשיות של חשמל. המתח מבצע את העבודה הדרושה כדי להפעיל מטענים חשמליים ובכך ליצור זרם. זרם חשמלי, הנוסע דרך מוליכים, מסוגל להפעיל מנועים, להעביר מידע, שדרות תאורה ובתים, ועוד ועוד.

השם וולט כיחידה, נבחר לכבודו של אלסנדרו וולטה (1745-1827), הפיזיקאי והכימאי האיטלקי שהמציא את הסוללה החשמלית בסביבות 1800. באותה תקופה, האמת האנטומי לואיג'י גלוואני אימת שאפשר להיות רגלי צפרדע. חוזה על ידי יישום חשמל. וולטה, מודע לתוצאות אלה, החל גם לחפש מטענים חשמליים ברקמות בעלי חיים, באמצעות אלקטרוסקופ.

איור 1. איור 1. מבחר של סוללות AA עם מתח נומינלי של 1.5 וולט, בשימוש נרחב במכשירים קטנים, כמו מכשירי רדיו, מצלמות, פנסים וצעצועים. מקור: Pixabay.

עם זאת, וולטה לא מצא את מה שחיפש בחומרים אורגניים ולבסוף היה משוכנע שהמטענים החשמליים הם, איכשהו, במתכות עמן נגע ברגלי הצפרדע.

איור 2. דיוקן אלסנדרו וולטה. מקור: Wikimedia Commons.

וולטה גם הבין ששתי מתכות שונות מייצרות הבדל פוטנציאלי וכי שילובים מסוימים היו טובים יותר מאחרות. כך הוא בנה את הסוללה הראשונה: סדינים של לבד שהושרו בתמיסת מלח בין שתי אלקטרודות כסף ואבץ. הוא ערם כמה שכבות אלה וכך הצליח לייצר זרם חשמלי יציב.

מושג ונוסחאות

בשנת 1874 אומץ המתח, יחד עם האום, כיחידות מתח ומתנגדות בהתאמה, על ידי ועדה של האיגוד הבריטי לקידום המדע (BAAS) המורכב מדענים בולטים מכל העולם.

באותה תקופה הם נקראו "יחידות מעשיות" והיום הן חלק מהמערכת הבינלאומית של יחידות או SI.

ברוב הספרות, ההבדל הפוטנציאלי מוגדר כאנרגיה לטעינה ליחידה. אכן, אם יש לכם מטען חשמלי באמצע שדה חשמלי המיוצר על ידי מטען אחר, עליכם לבצע עבודה כדי לגרום להם לעבור ממקום למקום.

העבודה שנעשית מאוחסנת בתצורת המטענים כשינוי באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שלהם, אותה נקרא ∆U. הסמל ∆ מציין שינוי או הבדל זה, שכן ∆U = _סופי U - _{ראשוני ראשוני} .

באופן זה, ההבדל הפוטנציאלי בין שתי נקודות ∆V מוגדר כ:

מכיוון שיש לאנרגיה יחידות של ג'ול (J) והמטען מגיע בקולומב (C), מתח של וולט 1 (V) שווה לג'ולל / קולומב 1:

לפיכך, וולט אחד משווה להבדל פוטנציאלי העושה את העבודה של ג'ואל 1 עבור כל קולומב.

הגדרה חלופית של וולט

דרך נוספת להגדיר את הוולט היא על ידי קישור זרם חשמלי וכוח. באופן זה, וולט 1 (V) הוא ההבדל הפוטנציאלי בין שתי נקודות חוט דרכם זורם זרם של אמפר 1 (A) אם הכוח שמתפזר הוא 1 וואט (W). לכן:

הגדרה זו חשובה מכיוון שהיא כוללת את עוצמת הזרם החשמלי, שהוא אחד מגדולי היסוד של הפיזיקה. לכן האמפר שייך לקבוצה של שבע יחידות יסוד:

ניתן לבדוק ששתי ההגדרות שוות ערך, בידיעה שאחת הוואט היא 1 ג'ול / שנייה ואמפרה אחת היא קולום / שנייה, ומכאן:

השניות מבוטלות, J / C נשאר, שווה ערך לניוטון 1. מטר / קולומב. לכן וולט אחד מתבטא גם כ:

חוק אוהם

עבור חומרים מסוימים מתקיים קשר לינארי בין המתח (V), הזרם (I) וההתנגדות החשמלית (R) של חומר, הידוע כחוק של אוהם. לכן:

מכיוון שהיחידות להתנגדות חשמלית הן אוהם (Ω), מסתבר ש- 1 V = 1 A.Ω

שקילות

למדידת מתחים משתמשים בעיקר במולטימטר או בבוחן ובאוסצילוסקופ. הראשון מציע מדידה ישירה של המתח ולשני יש מסך להצגת צורת האות, כמו גם ערכו.

איור 3. מודד דיגיטלי המשמש למדידת כמויות חשמל שונות. מקור: Pixabay.

מקובל למצוא ערכים הגבוהים או הנמוכים בהרבה מהמתח, ולכן כדאי לקבל את השוויון בין הכפולים לתת-הכדורים:

-1 קילובולט (קילוולט) = 1000 וולט

-1 מיליוולט (mV) = 10 ^-3 וולט

-1 מיקרו וולט (μV) = ^10-6 וולט

דוגמאות

מתחים בביולוגיה

בלב יש אזור הנקרא צומת הסינוס, שמתנהג כמו סוללה על ידי יצירת דחפים חשמליים המגרים את פעימות הלב.

הגרף של אותו מתקבל באמצעות אלקטרוקרדיוגרמה המציעה את ערכי מחזור הלב: משך ומשרעת. הודות לכך ניתן לאתר חריגות בתפקוד הלב.

ערכים אופייניים של פוטנציאל הממברנה, בתוך הלב, נעים בין 70-90 מגה-וולט, ואילו האלקטרוקרדיוגרף מסוגל להקליט מתחים בסדר גודל של 1 מגה-וולט.

איור 4. אלקטרוקרדיוגרמה מתעדת את הפעילות החשמלית של הלב. מקור: Pixabay.

מערכת העצבים פועלת גם על ידי דחפים חשמליים. ניתן למדוד מתח בעצבים של בני אדם בערך 70 מגה-וולט.

מתח על כדור הארץ

לכדור הארץ שדה חשמלי משלו המופנה אל פנים כדור הארץ, באופן זה ידוע שהוא טעון שלילי. בין פני השטח לשכבות העליונות של האטמוספרה ישנם שדות שעוצמתם משתנה בין 66-150 N / C, ואפשר לקבוע הבדלים פוטנציאליים של עד 100 קילוואט.

מצד שני, הזרמים הטבעיים הזורמים בתת הקרקע, מאפשרים לאפיין שטח באמצעות שימוש בשיטות חשמליות בגיאופיזיקה. מבחן מורכב מהכנסת אלקטרודות לשדה, שניים למתח ושניים לזרם ומדידת הגדלים בהתאמה.

על ידי שינוי התצורה של האלקטרודות בדרכים שונות, ניתן לקבוע את ההתנגדות של הקרקע, מאפיין המציין עד כמה זרם קל או קשה יכול לזרום בחומר נתון. בהתאם לערכים המתקבלים ניתן להסיק על קיומה של אנומליה חשמלית, מה שעשוי להעיד על קיומם של מינרלים מסוימים בתת הקרקע.

מתח במכשירים נפוצים

רשת חשמל ביתית (מתח מתחלף): 110 וולט באמריקה ו -220 באירופה.

-תקעי הפארק ברכב: 15 קילוואט

-סוללה לרכב: 12 וולט

-סוללה יבשה לצעצועים ופנסים: 1.5 וולט

הפעלה בסוללת סמארטפון: 3.7 V.

הפניות

1. נציבות החשמל הבינלאומית לחברת החשמל. רקע היסטורי. התאושש מ: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. שיטות חשמל. התאושש מ: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. פיזיקה: מבט על העולם. 6 ^ta עריכה מקוצרת. לימוד Cengage.
4. Knight, R. 2017. פיזיקה למדעים והנדסה: גישה אסטרטגית.
5. ספר העובדות בפיזיקה. שדה חשמלי על כדור הארץ. התאושש מ: hypertextbook.com.
6. ויקיפדיה. אלקטרוקרדיוגרמה. התאושש מ: es.wikipedia.org.
7. ויקיפדיה. גודל פיזי. התאושש מ: es.wikipedia.org.