Volt
| Physikalische Einheit | |
|---|---|
| Einheitenname | Volt |
| Einheitenzeichen | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm{V}} |
| Physikalische Größe(n) | Elektrische Spannung |
| Formelzeichen | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U} |
| Dimension | M L2 T−3 I−1 |
| System | Internationales Einheitensystem |
| In SI-Einheiten | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm{1 \, V = 1 \; \frac{W}{A} = 1 \; \frac{J}{C} } \mathrm{{} = 1 \; \frac{kg \, m^2}{A \, s^3} }} |
| Benannt nach | Alessandro Volta |
| Abgeleitet von | Kilogramm, Meter, Ampere, Sekunde |
Das Volt ist die SI-Einheit der elektrischen Spannung. Es wurde nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe „V“ verwendet.
Das Volt ist eine kohärente, abgeleitete SI-Einheit, das heißt, sie ist mit den Basiseinheiten über den numerischen Faktor Eins verbunden.
Definition und Darstellung
Definition als SI-Einheit
Im SI-Einheitensystem wurde das Volt definiert als diejenige elektrische Potentialdifferenz oder elektrische Spannung, die anliegt, wenn bei einer Stromstärke von einem Ampere (1 A) die Leistung von einem Watt (1 W) abgegeben wird.[1]
- Fehler beim Parsen (Konvertierungsfehler. Der Server („https://wikimedia.org/api/rest_“) hat berichtet: „Cannot get mml. Server problem.“): {\displaystyle \mathrm {1\,V=1\,{\frac {W}{A}}} }
Das Watt ist mit der Energieeinheit Joule (J) und der Krafteinheit Newton (N) verbunden über:[2]
- Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm{1\,J = 1\,N\,m=1\,W\,s}\,} ,
und somit gilt:
- Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathrm{1\,V = 1\,\frac{N\cdot m}{A\cdot s} =1\,\frac{kg\cdot m^2/s^2}{A\cdot s} =1\,\frac{kg \cdot m^2}{A\cdot s^3}}\,.}
Reproduzierbare Darstellung
Die obige Definition konnte in der Praxis nur schwer als genaue Referenz eingesetzt werden. Als Spannungsnormal wird seit 1990 ein Volt mittels des Josephson-Effekts realisiert.[3][4] Hierbei ist die Spannung über die Josephson-Konstante mit einer Frequenzmessung verknüpft. Diese Konstante beträgt[5]
- Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle K_\mathrm{J} = \frac{2e}h = 4{,}835\,978\,484\ldots \cdot 10^{14}\,\mathrm{\frac{Hz}V}\,,}
wobei die Elementarladung und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle h} das Plancksche Wirkungsquantum ist. Damit kann mittels Referenzmessungen die Darstellung des Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden.
Seit der Reform des SI von 2019 sind alle SI-Einheiten dadurch definiert, dass sieben physikalischen Konstanten ein fester Wert zugewiesen wurde, unter anderem den Konstanten h, e und ΔνCs, die für das Volt relevant sind. Damit hat auch die Josephson-Konstante einen exakten Wert.
Historische Definition und Namensgebung
1861 schlugen die beiden englischen Elektro-Ingenieure Josiah Latimer Clark und Charles Tilston Bright der British Association for the Advancement of Science vor,[6] die Einheit der Elektrischen Spannung mit Ohma (nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm) und die Einheit des Elektrischen Widerstands mit Volt zu benennen. 1881 legte der Internationale Elektrizitätskongress offiziell das Volt als Einheit für die elektrische Spannung und das Ohm als Einheit für den elektrischen Widerstand fest[7] mit der Definition 1 V = 108 e.m.u. (elektromagnetische CGS-Einheiten) und 1 Ω = 109 e.m.u. (später zur Unterscheidung „absolutes Volt“ und „absolutes Ohm“ genannt).
In der Folge wurden die Einheiten Ampere und Ohm durch Normale definiert: das Ampere über die Menge von Silber pro Zeitspanne, die bei Elektrolyse abgeschieden wird, und das Ohm durch ein metallisches Widerstandsnormal. Dadurch war implizit auch das Volt festgelegt. Diese Definitionen waren zunächst länderspezifisch (in Deutschland 1888) und wurden 1908 international vereinheitlicht. 1910 wurde das Volt über das Weston-Normalelement definiert, und auch das Ampere erhielt eine neue Definition. Die so definierten „internationalen“ Einheiten Vint und Ωint waren von Anfang an so gewählt worden, dass sie möglichst genau mit den „absoluten“ Einheiten übereinstimmen sollten. Die Abweichung betrug 3,4·10−4 bzw. 4,9·10−4.[8]
Auf Beschluss des CIPM von 1946, ratifiziert 1948 durch die 9. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, wurde das „internationale“ Volt, ebenso wie die anderen „internationalen“ Einheiten, als separat definierte Einheit abgeschafft; das Spannungsnormal diente nur noch zur Darstellung des Volt.[8]
In den 1980er Jahren war der Josephson-Effekt als präziseste Messmethode für Spannungen etabliert.[9] Limitierender Faktor war dabei die Genauigkeit, mit der die Josephson-Konstante bekannt war. Um Messungen vergleichbar zu machen, schrieb das CIPM 1988 mit Wirkung vom 1. Januar 1990 den damals genauesten Messwert 483 597,9 GHz/V als Referenzwert KJ-90 fest.[3][4] Dadurch wurde de facto eine neue Maßeinheit V90 geschaffen, die (wie früher das „internationale“ Volt) parallel zum SI-Volt existierte.
Mit der Reform des SI von 2019 erhielt die Josephson-Konstante ihren heutigen, exakten Wert. Volt und KJ waren nun durch dieselben Konstanten h und e definiert, und KJ-90 wurde obsolet.[10] Der neue Wert von KJ ist um 1.067e-7 niedriger als KJ-90.[11] Daher müssen die Zahlenwerte von Präzisionsmessungen aus den drei Dekaden vor der SI-Reform um diesen Faktor erhöht werden, um sie an das neue Volt anzupassen.
Gebräuchliche dezimale Vielfache
Die Einheit Volt ist mit verschiedenen Vorsätzen für Maßeinheiten (SI-Präfixe) in Verwendung, beispielsweise:
| Präfix-Schreibweise | Dezimal |
|---|---|
| 1 μV (Mikrovolt) | 0,000 001 Volt |
| 1 mV (Millivolt) | 0,001 Volt |
| 1 V (Volt) | 1 Volt |
| 1 kV (Kilovolt) | 1 000 Volt |
| 1 MV (Megavolt) | 1 000 000 Volt |
| 1 GV (Gigavolt) | 1 000 000 000 Volt |
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ “The volt is the potential difference between two points of a conducting wire carrying a constant current of 1 ampere, when the power dissipated between these points is equal to 1 watt.” Beschluss des CIPM von 1946. Quelle: SI-Broschüre, 9. Auflage (2019) Anhang 1, Seite 160 bipm.org (PDF)
- ↑ DIN 1301-1:2010 Einheiten – Einheitennamen, Einheitenzeichen, Tabelle 2.
- ↑ a b CIPM, 1988: Recommendation 1 - Representation of the volt by means of the Josephson effect. In: bipm.org. CIPM, abgerufen am 14. Juli 2022 (englisch).
- ↑ a b Beschluss des CIPM von 1988 mit Wirkung vom 1. Januar 1990. Quelle: SI-Broschüre. 9. Auflage. (2019) Anhang 1 bipm.org (PDF)
- ↑ CODATA Value: Josephson constant. Abgerufen am 23. Juni 2019.
- ↑ IEEE Global History: System of Measurement Units
- ↑ H. G. Jerrard ua.: A Dictionary of Scientific Units: Including dimensionless numbers and scales, Springer-Science+Business Media, Southampton, 1986, S. 152. ISBN 978-94-017-0571-4
- ↑ a b Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht. (PDF) S. 13
- ↑ Resolution 6 of the 18th CGPM. Forthcoming adjustment to the representations of the volt and of the ohm. Bureau International des Poids et Mesures, 1987, abgerufen am 21. April 2022 (englisch).
- ↑ Resolution 1 of the 26th CGPM. On the revision of the International System of Units (SI). Appendix 1. Bureau International des Poids et Mesures, 2018, abgerufen am 21. April 2022 (englisch).
- ↑ CODATA Value: conventional value of volt-90. Abgerufen am 4. Mai 2022.
