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Volt Dieser Artikel behandelt die physikalische Einheit Zu weiteren Bedeutungen siehe Begriffsklärung Physikalische Einh

Volt

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.

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

und somit gilt:

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. Hierbei ist die Spannung über die Josephson-Konstante mit einer Frequenzmessung verknüpft. Diese Konstante beträgt

wobei die Elementarladung und die Planck-Konstante 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, 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 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.

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.

In den 1980er Jahren war der Josephson-Effekt als präziseste Messmethode für Spannungen etabliert. 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. 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. Der neue Wert von KJ ist um 1.067e-7 niedriger als KJ-90. 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

Weblinks

Wiktionary: Volt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  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)
  2. DIN 1301-1:2010 Einheiten – Einheitennamen, Einheitenzeichen, Tabelle 2.
  3. ↑ CIPM, 1988: Recommendation 1 - Representation of the volt by means of the Josephson effect. In: bipm.org. CIPM, abgerufen am 14. Juli 2022 (englisch).
  4. ↑ Beschluss des CIPM von 1988 mit Wirkung vom 1. Januar 1990. Quelle: SI-Broschüre. 9. Auflage. (2019) Anhang 1 bipm.org (PDF)
  5. CODATA Value: Josephson constant. Abgerufen am 23. Juni 2019.
  6. IEEE Global History: System of Measurement Units
  7. 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
  8. ↑ Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht. (PDF) S. 13
  9. 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).
  10. 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).
  11. CODATA Value: conventional value of volt-90. Abgerufen am 4. Mai 2022.
SI-Einheiten
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Veröffentlichungsdatum:
Dieser Artikel behandelt die physikalische Einheit Zu weiteren Bedeutungen siehe Volt Begriffsklarung Physikalische EinheitEinheitenname VoltEinheitenzeichen V mathrm V Physikalische Grosse Elektrische SpannungFormelzeichen U UDimension M L2 T 3 I 1System Internationales EinheitensystemIn SI Einheiten 1 V 1 W A 1 J C 1 k g m 2 A s 3 displaystyle mathrm 1 V 1 frac W A 1 frac J C mathrm 1 frac kg m 2 A s 3 Benannt nach Alessandro VoltaDas 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 koharente abgeleitete SI Einheit das heisst sie ist mit den Basiseinheiten uber den numerischen Faktor Eins verbunden Inhaltsverzeichnis 1 Definition und Darstellung 1 1 Definition als SI Einheit 1 2 Reproduzierbare Darstellung 1 3 Historische Definition und Namensgebung 2 Gebrauchliche dezimale Vielfache 3 Weblinks 4 EinzelnachweiseDefinition und DarstellungDefinition als SI Einheit Im SI Einheitensystem wurde das Volt definiert als diejenige elektrische Potentialdifferenz oder elektrische Spannung die anliegt wenn bei einer Stromstarke von einem Ampere 1 A die Leistung von einem Watt 1 W abgegeben wird 1 1 V 1 W A displaystyle mathrm 1 V 1 frac W A Das Watt ist mit der Energieeinheit Joule J und der Krafteinheit Newton N verbunden uber 2 1 J 1 N m 1 W s displaystyle mathrm 1 J 1 N m 1 W s und somit gilt 1 V 1 N m A s 1 k g m 2 s 2 A s 1 k g m 2 A s 3 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 uber die Josephson Konstante mit einer Frequenzmessung verknupft Diese Konstante betragt 5 K J 2 e h 4 835 978 484 10 14 H z V displaystyle K mathrm J 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und das Ohm als Einheit fur den elektrischen Widerstand fest 7 mit der Definition 1 V 108 e m u elektromagnetische CGS Einheiten und 1 W 109 e m u spater zur Unterscheidung absolutes Volt und absolutes Ohm genannt In der Folge wurden die Einheiten Ampere und Ohm durch Normale definiert das Ampere uber 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 zunachst landerspezifisch in Deutschland 1888 und wurden 1908 international vereinheitlicht 1910 wurde das Volt uber das Weston Normalelement definiert und auch das Ampere erhielt eine neue Definition Die so definierten internationalen Einheiten Vint und Wint waren von Anfang an so gewahlt worden dass sie moglichst genau mit den absoluten Einheiten ubereinstimmen 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 fur 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 praziseste Messmethode fur 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 fruher 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 mussen die Zahlenwerte von Prazisionsmessungen aus den drei Dekaden vor der SI Reform um diesen Faktor erhoht werden um sie an das neue Volt anzupassen Gebrauchliche dezimale VielfacheSiehe auch Liste von Grossenordnungen der elektrischen Spannung Die Einheit Volt ist mit verschiedenen Vorsatzen fur Masseinheiten SI Prafixe in Verwendung beispielsweise Prafix Schreibweise Dezimal1 mV Mikrovolt 0 000 001 Volt1 mV Millivolt 0 001 Volt1 V Volt 1 Volt1 kV Kilovolt 1 000 Volt1 MV Megavolt 1 000 000 VoltWeblinks Wiktionary Volt Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise 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 Broschure 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 Broschure 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 fur 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 SI EinheitenSI Basiseinheiten Sekunde Meter Kilogramm Ampere Kelvin Mol 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