- Concepte i fórmules
- Definició alternativa de l'volt
- La llei d'Ohm
- equivalències
- exemples
- Voltatges en la biologia
- Voltatges a la Terra
- Voltatges en dispositius d'ús comú
- referències
El volt o volt és la unitat emprada en el Sistema Internacional d'Unitats SI per expressar el voltatge i el potencial elèctric, una de les principals magnituds de l'electricitat. El voltatge fa el treball necessari per posar en marxa les càrregues elèctriques i crear així un corrent. El corrent elèctric, viatjant a través dels conductors, és capaç de posar a funcionar motors, transmetre informació, il·luminar avingudes i llars i molt més.
El nom de volt com a unitat, es va escollir en honor a Alessandro Volta (1745-1827), el físic i químic italià que va inventar la pila elèctrica cap a 1800. En aquell moment, l'anatomista Luigi Galvani havia comprovat que les anques de granota es podien contraure aplicant electricitat. Volta, a l'tant d'aquests resultats, també es va dedicar a buscar càrregues elèctriques en els teixits animals, valent-se d'un electroscopi.
Figura 1. Assortiment de piles AA amb tensió nominal de 1.5 V, molt utilitzades en dispositius petits, com ràdios, càmeres, llanternes i joguines. Font: Pixabay.
No obstant això, Volta no va trobar el que buscava en els materials orgànics i finalment es va convèncer que les càrregues elèctriques estaven, d'alguna manera, en els metalls amb què tocava les anques de granota.
Figura 2. Retrat d'Alessandro Volta. Font: Wikimedia Commons.
Volta també es va adonar que dos metalls diferents produeixen una diferència de potencial i que algunes combinacions eren millor que altres. Així va construir la primera bateria: làmines de feltre humitejat en solució salina entre dos elèctrodes de plata i zinc. Va apilar diverses d'aquestes capes i així va ser capaç de produir un corrent elèctric estable.
Concepte i fórmules
El 1874 el volt, juntament amb l'ohm, van ser adoptats com a unitats per al voltatge i la resistència respectivament, per una comissió de la British Association for the Advancement of Science (BAAS) formada per notables científics de tot el món.
En aquest llavors, van ser denominades "unitats pràctiques" i avui formen part de el Sistema Internacional d'Unitats o SI.
En la major part de la literatura, la diferència de potencial es defineix com a energia per unitat de càrrega. En efecte, si es té una càrrega elèctrica enmig d'un camp elèctric produït per una altra càrrega, cal fer un treball per fer que es moguin d'un lloc a un altre.
El treball realitzat queda emmagatzemat en la configuració de càrregues com un canvi en la seva energia potencial elèctrica, que anomenarem ΔU. El símbol Δ indica el canvi o diferència, ja que ΔU = U final - U nicial.
D'aquesta manera, la diferència de potencial entre dos punts ΔV, queda definida com:
Ja que l'energia té unitats de joule (J) i la càrrega ve en coulomb (C), un voltatge d'1 volt (V) equival a 1 joule / coulomb:
Així, 1 volt equival a una diferència de potencial fent la feina d'1 joule per cada coulomb.
Definició alternativa de l'volt
Una altra forma de definir el volt és vinculant el corrent elèctric i la potència. D'aquesta manera, 1 volt (V) és la diferència de potencial existent entre dos punts d'un filferro pel qual circula un corrent d'1 ampere (A) si la potència que dissipa és d'1 watt (W). Per tant:
Aquesta definició és important perquè en ella intervé la intensitat del corrent elèctric, que és una de les magnituds fonamentals de la física. Per això el ampere pertany a el grup de les set unitats fonamentals:
És possible acarar que les dues definicions són equivalents, sabent que 1 watt es 1 joule / segon i 1 ampere és 1 coulomb / segon, d'allí que:
Els segons es cancel·len, i queda J / C, equivalent al seu torn a 1 newton. metre / coulomb. Per tant 1 volt també s'expressa com:
La llei d'Ohm
Per a alguns materials, es compleix una relació lineal entre el voltatge (V), el corrent (I) i la resistència elèctrica (R) d'un material, que es coneix com a llei d'Ohm. D'aquesta manera:
Com les unitats per a la resistència elèctriques són els ohms (Ω), resulta que 1 V = 1 A.Ω
equivalències
Per mesurar voltatges s'utilitzen principalment el multímetre o tester i l'oscil·loscopi. El primer ofereix una mesura directa de l'voltatge i el segon té una pantalla per visualitzar la forma del senyal, a més del seu valor.
Figura 3. Multímetre digital emprat per mesurar diverses magnituds elèctriques. Font: Pixabay.
És comú trobar valors molt més grans o menors que el volt, per tant és útil disposar de les equivalències entre els múltiples i els submúltiples:
-1 quilovolt (kV) = 1.000 V
-1 milivoltio (mV) = 10 -3 V
-1 microvoltio (μV) = 10 -6 V
exemples
Voltatges en la biologia
Al cor hi ha una zona anomenada node sinusal, que es comporta com una bateria a l'generar impulsos elèctrics que estimulen els batecs cardíacs.
La gràfica dels mateixos s'obté mitjançant un electrocardiograma, que ofereix els valors de l'cicle cardíac: durada i amplitud. Gràcies a això es poden detectar anomalies en el funcionament de el cor.
Valors típics de l'potencial de membrana, a l'interior de el cor, estan entre 70 -90 mV, mentre que el electrocardiògraf és capaç de registrar voltatges de l'ordre d'1 mV.
Figura 4. Un electrocardiograma registra l'activitat elèctrica de el cor. Font: Pixabay.
El sistema nerviós també funciona mitjançant impulsos elèctrics. En els nervis dels éssers humans es poden mesurar voltatges d'uns 70 mV.
Voltatges a la Terra
La Terra té un camp elèctric propi dirigit cap a l'interior de la planeta, d'aquesta manera se sap que està carregada negativament. Entre la superfície i les capes superiors de l'atmosfera hi ha camps la magnitud varia entre 66 -150 N / C, podent establir diferències de potencial de fins a 100 kV.
D'altra banda, els corrents naturals que flueixen en el subsòl, permeten caracteritzar un terreny mitjançant l'ús de mètodes elèctrics en geofísica. Un assaig consisteix a inserir elèctrodes al terreny, dos per voltatge i dos per corrent i mesurar les respectives magnituds.
Variant de diferents formes la configuració dels elèctrodes, és possible determinar la resistivitat de el terreny, una propietat que indica com de fàcil o difícil pot fluir el corrent en un material donat. Depenent dels valors obtinguts, es pot inferir l'existència d'una anomalia elèctrica, que pot indicar l'existència de certs minerals al subsòl.
Voltatges en dispositius d'ús comú
-Xarxa d'alimentació domèstica (voltatge altern): 110 V a Amèrica i 220 a Europa.
-Bujías en l'automòbil: 15 kV
-La bateria de l'cotxe: 12 V
-Una bateria seca per joguines i llanternes: 1.5 V
-Voltaje en una bateria de telèfon intel·ligent: 3.7 V.
referències
- International Electrotechnical Commission IEC. Historical Background. Recuperat de: iec.ch.
- Griem-Kee, S. 2016. Mètodes elèctrics. Recuperat de: geovirtual2.cl.
- Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada a l'món. 6 ta Edició abreujada. Cengage Learning.
- Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
- The Physics Factbook. Electric Field on Earth. Recuperat de: hypertextbook.com.
- Wikipedia. Electrocardiograma. Recuperat de: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Magnitud física. Recuperat de: es.wikipedia.org.