Volt: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 22. Dezember 2021, 10:05 Uhr

Physikalische Einheit
Einheitenname	Volt
Einheitenzeichen	$\mathrm {V}$
Physikalische Größe(n)	Elektrische Spannung
Formelzeichen	$$ U $$
Dimension	${\mathsf {M\;L^{2}\;T^{-3}\;I^{-1}}}$
System	Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten	$\mathrm {1\,V=1\;{\frac {W}{A}}=1\;{\frac {J}{C}}} \mathrm {{}=1\;{\frac {kg\,m^{2}}{A\,s^{3}}}}$
Benannt nach	Alessandro Volta
Abgeleitet von	Kilogramm, Meter, Ampere, Sekunde

Das Volt ist die SI-Einheit der elektrischen Spannung. Es wurde 1897 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]

\mathrm {1\,V=1\,{\frac {W}{A}}}

Das Watt ist mit der Energieeinheit Joule (J) und der Krafteinheit Newton (N) verbunden über:^[2]

\mathrm {1\,J=1\,N\,m=1\,W\,s} \,

,

und somit gilt:

\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] Hierbei ist die Spannung über die Josephson-Konstante mit einer Frequenzmessung verknüpft. Diese Konstante beträgt^[4]

K_{\mathrm {J} }={\frac {2e}{h}}=4{,}835\,978\,484\ldots \cdot 10^{14}\,\mathrm {\frac {Hz}{V}} \,,

wobei $$ e $$ die Elementarladung und $$ h $$ das Plancksche Wirkungsquantum ist. Damit kann mittels Referenzmessungen die Darstellung des Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden.

Seit der Revision 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 Δν_Cs, 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 vor, 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 allerdings dann endgültig das Volt als Einheit für die elektrische Spannung und das Ohm als Einheit für den elektrischen Widerstand fest^[5] 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 V_int und Ω_int waren von Anfang an so gewählt worden, dass sie möglichst exakt mit den „absoluten“ Einheiten übereinstimmen sollten. Die Abweichung betrug 3,4·10⁻⁴ bzw. 4,9·10⁻⁴.^[6]

Auf Beschluss der 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.^[6]

1988 beschloss die CIPM mit Wirkung ab 1990 ein neues Spannungsnormal, basierend auf dem Josephson-Effekt. Für die Josephson-Konstante setzte man den Wert K_J-90 = 483 597,9 GHz/V fest.^[3] Mit der Revision des SI von 2019 erhielt die Josephson-Konstante ihren heutigen, exakten Wert.

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

Wiktionary: Volt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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.
↑ ^3,0 ^3,1 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.
↑ 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
↑ ^6,0 ^6,1 Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht. (PDF) S. 13

Vorlage:Navigationsleiste SI-Einheiten

[si-def-1] “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)

[Einheit-2] DIN 1301-1:2010 Einheiten – Einheitennamen, Einheitenzeichen, Tabelle 2.

[si-ref-3] 3,0 ^3,1 Beschluss des CIPM von 1988 mit Wirkung vom 1. Januar 1990. Quelle: SI-Broschüre. 9. Auflage. (2019) Anhang 1 bipm.org (PDF)

[4] CODATA Value: Josephson constant. Abgerufen am 23. Juni 2019.

[5] 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

[CGPM46-6] 6,0 ^6,1 Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht. (PDF) S. 13

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[2]

[3]

[4]

[5]

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-{{Dieser Artikel|bezieht sich auf die internationale Einheit '''Volt'''. Das gleichnamige Fahrzeugmodell ist unter [[Chevrolet Volt]] zu finden.}}
+{{Dieser Artikel|behandelt die physikalische Einheit. Zu weiteren Bedeutungen siehe [[Volt (Begriffsklärung)]].}}
 {{Infobox Physikalische Einheit
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+| SieheAuch =
 }}
-Das '''Volt''' ist die im [[Internationales Einheitensystem|internationalen Einheitensystem]] (SI) für die [[elektrische Spannung]] verwendete [[Maßeinheit]]. Sie wurde 1897 nach dem italienischen [[Physiker]] [[Alessandro Volta]] benannt. Als [[Einheitenzeichen]] wird der Großbuchstabe „V“ verwendet.
+Das '''Volt''' ist die [[Internationales Einheitensystem|SI-Einheit]] der [[elektrische Spannung|elektrischen Spannung]]. Es wurde 1897 nach dem italienischen [[Physiker]] [[Alessandro Volta]] benannt. Als [[Einheitenzeichen]] wird der Großbuchstabe „V“ verwendet.
-Das Volt ist eine kohärente [[Internationales Einheitensystem#SI-Einheiten|abgeleitete SI-Einheit]], das heißt, sie ist mit den [[Basiseinheit]]en über den numerischen Faktor Eins verbunden.
+Das Volt ist eine [[Internationales Einheitensystem#Kohärente Einheiten|kohärente]], [[Internationales Einheitensystem#SI-Einheiten|abgeleitete SI-Einheit]], das heißt, sie ist mit den [[Basiseinheit]]en über den numerischen Faktor Eins verbunden.
-== Definition ==
+== Definition und Darstellung ==
-=== Aktuelle Definition als SI-Einheit ===
+=== Definition als SI-Einheit ===
-Eine der Säulen des SI-Einheitensystems ist die Gleichsetzung der [[Energieeinheit]]en [[Joule]] (J), [[Wattsekunde]] (Ws) und [[Newtonmeter]]&nbsp;(Nm)<ref name="Einheit" />
+Im SI-Einheitensystem wurde das Volt definiert als diejenige elektrische [[Elektrisches Potential|Potentialdifferenz]] oder [[elektrische Spannung]], die anliegt, wenn bei einer Stromstärke von einem [[Ampere]] (1&nbsp;A) die Leistung von einem [[Watt (Einheit)|Watt]] (1&nbsp;W) abgegeben wird.<ref name="si-def" />
-:<math>\mathrm{1\,J = 1\,N\,m=1\,W\,s}\,.</math>
+: <math>\mathrm{1\,V = 1\,\frac WA} </math>
-Da außerdem die SI-Einheit [[Watt (Einheit)|Watt]] (W) festgelegt ist durch<ref name="Einheit" />
-:<math> \mathrm{1\,W= 1\,V\cdot A}</math>,
+Das Watt ist mit der [[Energieeinheit]] [[Joule]] (J) und der [[Kraft]]einheit [[Newton (Einheit)|Newton]]&nbsp;(N) verbunden über:<ref name="Einheit" />
-kann man nach <math>\mathrm V</math>
+:<math>\mathrm{1\,J = 1\,N\,m=1\,W\,s}\,</math>,
-auflösen
+und somit gilt:
 :<math>\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}}\,.</math>
-=== Reproduzierbare Referenz ===
+=== Reproduzierbare Darstellung ===
-Da die obige Definition in der Praxis nur schwer als genaue Referenz eingesetzt werden kann, wird seit 1990 ein Volt mittels des [[Josephson-Effekt]]s und der Josephson-Konstante, des Kehrwerts des [[Magnetisches Flussquantum|magnetischen Flussquantums]], festgelegt. Diese Konstante beträgt:
+Die obige Definition konnte in der Praxis nur schwer als genaue Referenz eingesetzt werden. Als [[Normal|Spannungsnormal]] wird seit 1990 ein Volt mittels des [[Josephson-Effekt]]s realisiert.<ref name="si-ref" /> Hierbei ist die Spannung über die [[Josephson-Effekt#Josephson-Konstante|Josephson-Konstante]] mit einer Frequenzmessung verknüpft. Diese Konstante beträgt<ref>{{Internetquelle |url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?kjos |titel=CODATA Value: Josephson constant |abruf=2019-06-23}}</ref>
-:<math>K_J = \frac{2e}h = 4{,}835979 \cdot 10^{14}\,\mathrm{\frac{Hz}V}\,.</math>
-Damit kann mit Referenzmessungen die Festlegung von einem Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden.
+:<math>K_\mathrm{J} = \frac{2e}h = 4{,}835\,978\,484\ldots \cdot 10^{14}\,\mathrm{\frac{Hz}V}\,,</math>
+wobei <math>e</math> die [[Elementarladung]] und <math>h</math> das [[Plancksches Wirkungsquantum|Plancksche Wirkungsquantum]] ist. Damit kann mittels [[Referenzmessung]]en die Darstellung des Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden.
+Seit der [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Revision 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 Δν<sub>Cs</sub>, die für das Volt relevant sind. Damit hat auch die Josephson-Konstante einen exakten Wert.
+=== Historische Definition und Namensgebung ===
+schlugen die beiden englischen Elektro-Ingenieure [[Josiah Latimer Clark]] und [[Charles Tilston Bright]] vor, 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 [[Internationaler Elektrizitätskongress|Internationale Elektrizitätskongress]] allerdings dann endgültig das Volt als Einheit für die elektrische Spannung und das ''Ohm'' als Einheit für den elektrischen Widerstand fest<ref>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</ref> mit der Definition 1&nbsp;V = 10<sup>8</sup>&nbsp;e.m.u. ([[Elektromagnetisches CGS-Einheitensystem|elektromagnetische CGS-Einheiten]]) und 1&nbsp;Ω = 10<sup>9</sup>&nbsp;e.m.u. (später zur Unterscheidung „absolutes Volt“ und „absolutes Ohm“ genannt).
+In der Folge wurden die Einheiten Ampere und Ohm durch [[Normal]]e 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 V<sub>int</sub> und Ω<sub>int</sub> waren von Anfang an so gewählt worden, dass sie möglichst exakt mit den „absoluten“ Einheiten übereinstimmen sollten. Die Abweichung betrug 3,4·10<sup>−4</sup> bzw. 4,9·10<sup>−4</sup>.<ref name="CGPM46" />
+Auf Beschluss der [[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.<ref name="CGPM46" />
-=== Historische Definition ===
+beschloss die CIPM mit Wirkung ab 1990 ein neues Spannungsnormal, basierend auf dem [[Josephson-Effekt]]. Für die [[Josephson-Konstante]] setzte man den Wert ''K''<sub>J-90</sub>&nbsp;=&nbsp;483&nbsp;597,9&nbsp;GHz/V fest.<ref name="si-ref" /> Mit der [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Revision des SI von 2019]] erhielt die Josephson-Konstante ihren heutigen, exakten Wert.
-Früher wurde die Definition von einem Volt von dem [[Weston-Normalelement]] abgeleitet. Dieses Element liefert bei einer Temperatur von 20&nbsp;°C eine elektrische Spannung von genau
-:''U''<sub>N</sub> = 1,01865 V.
 == Gebräuchliche dezimale Vielfache ==
-{{Siehe auch|Größenordnung (elektrische Spannung)}}
+{{Siehe auch|Liste von Größenordnungen der elektrischen Spannung}}
 Die Einheit Volt ist mit verschiedenen [[Vorsätze für Maßeinheiten|Vorsätzen für Maßeinheiten]] ([[SI-Präfix]]e) in Verwendung, beispielsweise:
 {| class="wikitable"
+|-
 ! Präfix-Schreibweise
 ! Dezimal
-|-----
+|-
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-|-----
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 == Einzelnachweise ==
 <references>
-<ref name="Einheit">DIN 1301-1:2010 ''Einheiten – Einheitennamen, Einheitenzeichen'', Tabelle 2.</ref>
+<ref name="si-def">
+“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 [https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9-EN.pdf bipm.org] (PDF)
+</ref>
+<ref name="si-ref">
+Beschluss des [[CIPM]] von 1988 mit Wirkung vom 1. Januar 1990. Quelle: SI-Broschüre. 9. Auflage. (2019) Anhang 1 [https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9-EN.pdf bipm.org] (PDF)
+</ref>
+<ref name="Einheit">
+DIN 1301-1:2010 ''Einheiten – Einheitennamen, Einheitenzeichen'', Tabelle 2.
+</ref>
+<ref name="CGPM46">
+[https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM/CGPM9.pdf#page=13 Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht.] (PDF) S. 13
+</ref>
 </references>
+{{Navigationsleiste SI-Einheiten}}
 [[Kategorie:Elektromagnetische Einheit]]
 [[Kategorie:Alessandro Volta als Namensgeber]]