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伏特

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可以产生一伏特的约瑟夫森结晶片阵列。
可以产生一伏特的约瑟夫森结晶片阵列。

伏特(英语:volt)是国际单位制电压的单位,符号V

在一根均匀的、宽度温度固定的导线上,假设某两点间有一安培电流流动,则两点间的电阻会将这两点内的电能转化为热能功率1瓦(W=1J/s),将这两点间的电压差就被定义为一伏特。

此单位是以发明电池意大利物理学家——亚历山德罗·伏打的名字命名的。

定义

伏特的国际单位制(SI)定义是以基本的电学单位:安培(缩写为英文字母 A),和力学单位瓦特(缩写为英文字母 W)而导出的。依据国际单位制中的安培,将伏特定义为:“在载有一安培恒定电流的导线上,当两点之间导线上的功率耗散为一瓦特(1W = 1 J/S)时,这两点之间的电位差[1]


而以基本单位写出定义公式即为: (公斤 · 平方公尺) ·(秒−3 · 安培−1


也可定义为单位库仑电荷的能量,

利用约瑟夫森结的定义

自1990年起国际间利用约瑟夫森结的实验来实测一伏特的量值,此实验配合转换系数约瑟夫森常数,即可量测一伏特,约瑟夫森常数在18世纪的国际度量衡大会订定,其数值如下:

K{J-90} = 2e/h = 0.4835979 GHz/µV.

一般而言此实验都是使用数千或上万的约瑟夫森结阵列,用10至80GHz的微波(依实验设计不同而不同)做为激发讯号[2]

电的水力类比

有时会用水的管路系统来说明电路,电压(电位差)可以类比为水压差,而电流会类比为水在管路特定位置的体积流率,是由管路的宽度(可类比为电导率)及管路二端子的水压差(可类比为电压)决定。

在欧姆式导体中,导体两端电压和流过导体的电流会成正比关系,欧姆定律就在说明上述的关系。

常见电压

三用电表可以量测二点之间的电压
三用电表可以量测二点之间的电压
1.5V 的二号电池
1.5V 的二号电池

以下是一些常见电压源的电压:

上述的电压源若提供交流电,其列的电压值是以RMS值为准,若一个中心值为0的弦波电压,其峰值电压会是RMS电压的倍。

伏特的历史

在19世纪时,路易吉·伽伐尼发现死青蛙肌肉接触火花时会颤动,认为电存在于生物体内,亚历山德罗·伏打不认同他的看法,也开始从事有关电的研究。亚历山德罗·伏打发明了伏打电堆,是第一个现代的化学电池,可以提供稳定的电流,亚历山德罗·伏打也发现了在电堆两极的金属为时,产生电力的效果最好。在19世纪80年代时国际电工协会,也就是现在的国际电工委员会(IEC),确立伏特为电动势的单位。当时伏特的定义是一个流过一安培电流的导体,其功率消耗为一瓦特时,导体二端的电位差。

在1893年时,国际上将伏特定义为克拉克电池(Clark cell英语Clark cell)电动势的1/1.434。在1908年时,由于国际上已改以欧姆安培来定义伏特,因此不再使用上述的定义,不过相关的设备在1948年才不再使用。

在使用约瑟夫森结来做为伏特的基准前,国际上的实验室使用一种称为标准电池的特殊电池做为伏特的基准,美国在1905-1972年时使用一种特殊设计的标准电池,称为韦斯顿电池

参考

  1. ^ BIPM SI Brochure: Appendix 1, p. 144
  2. ^ Burroughs, Charles J.; Benz, Samuel P.; Harvey, Todd E.; Hamilton, Clark A., 1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard, IEEE transactions on applied superconductivity, 1999-06-01, 9 (3): 4145–4149, ISSN 1051-8223 
  3. ^ Bullock, Orkand, and Grinnell, pp. 150–151; Junge, pp. 89–90; Schmidt-Nielsen, p. 484

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