Voltio

voltio
Chip estándar de voltaje Josephson desarrollado por la Oficina Nacional de Normas como un voltaje estándar
información general
Sistema de unidades	SI
Unidad de	potencial eléctrico , fuerza electromotriz
Símbolo	V
Llamado en honor a	Alessandro Volta
Unidades básicas del SI	kg ⋅ metro 2 ⋅ s −3 ⋅ A −1

El voltio (símbolo: V ) es la unidad de potencial eléctrico , diferencia de potencial eléctrico ( voltaje ) y fuerza electromotriz en el Sistema Internacional de Unidades (SI) . ^[1]

Un voltio se define como el potencial eléctrico entre dos puntos de un cable conductor cuando una corriente eléctrica de un amperio disipa un vatio de potencia entre esos puntos. ^[2] Se puede expresar en términos de unidades básicas del SI ( m , kg , s y A ) como

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{potencia}}{\text{corriente eléctrica}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}}{\text{A}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.}$

De manera equivalente, es la diferencia de potencial entre dos puntos que impartirá un julio de energía por cada culombio de carga que pase a través de ellos. Puede expresarse en términos de unidades básicas del SI ( m , kg , s y A ) como

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{energía potencial}}{\text{carga}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-2}}{{\text{A}}{\cdot }{\text{s}}}}={\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{-3}{\cdot }{{\text{A}}^{-1}}.}$

También se puede expresar como amperios por ohmios (corriente por resistencia, ley de Ohm ), webers por segundo (flujo magnético por tiempo), vatios por amperio (potencia por corriente) o julios por culombio (energía por carga), que también es equivalente a electronvoltios por carga elemental :

${\displaystyle {\text{V}}={\text{A}}{\cdot }\Omega ={\frac {\text{Wb}}{\text{s}}}={\frac {\text{W}}{\text{A}}}={\frac {\text{J}}{\text{C}}}={\frac {\text{eV}}{e}}.}$

El voltio recibe su nombre de Alessandro Volta . Como ocurre con todas las unidades del SI que llevan el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (V), pero cuando se escribe completo, sigue las reglas de uso de mayúsculas de un sustantivo común ; es decir, voltio se escribe con mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero en el resto de los casos se escribe con minúscula.

Históricamente, el voltio " convencional ", V ₉₀ , definido en 1987 por la 18.ª Conferencia General de Pesas y Medidas ^[3] y en uso desde 1990 hasta 2019, se implementó utilizando el efecto Josephson para la conversión exacta de frecuencia a voltaje, combinado con el patrón de frecuencia de cesio . Aunque el efecto Josephson todavía se utiliza para obtener un voltio, la constante utilizada ha cambiado ligeramente.

Para la constante de Josephson , K _J = 2 e / h (donde e es la carga elemental y h es la constante de Planck ), se utilizó un valor "convencional" K _J-90 = 0,4835979 GHz/μV con el fin de definir el voltio. Como consecuencia de la revisión del SI de 2019 , a partir de 2019 la constante de Josephson tiene un valor exacto de K _J =483 597 .848 416 98 ... GHz/V , que sustituyó al valor convencional K _J-90 .

Este estándar se realiza típicamente utilizando una matriz conectada en serie de varios miles o decenas de miles de uniones , excitadas por señales de microondas entre 10 y 80 GHz (dependiendo del diseño de la matriz). ^[4] Empíricamente, varios experimentos han demostrado que el método es independiente del diseño del dispositivo, el material, la configuración de la medición, etc., y no se requieren términos de corrección en una implementación práctica. ^[5]

En la analogía del flujo de agua , que a veces se utiliza para explicar los circuitos eléctricos comparándolos con tuberías llenas de agua, el voltaje (diferencia de potencial eléctrico) se compara con la diferencia de presión del agua , mientras que la corriente es proporcional a la cantidad de agua que fluye. Una resistencia sería un diámetro reducido en algún lugar de la tubería o algo similar a un radiador que ofrece resistencia al flujo.

La relación entre voltaje y corriente se define (en dispositivos óhmicos como resistencias ) mediante la ley de Ohm . La ley de Ohm es análoga a la ecuación de Hagen-Poiseuille , ya que ambas son modelos lineales que relacionan el flujo y el potencial en sus respectivos sistemas.

El voltaje producido por cada celda electroquímica de una batería está determinado por la química de esa celda (ver Celda galvánica § Voltaje de la celda ). Las celdas se pueden combinar en serie para obtener múltiplos de ese voltaje, o se pueden agregar circuitos adicionales para ajustar el voltaje a un nivel diferente. Los generadores mecánicos generalmente se pueden construir para cualquier voltaje dentro de un rango de factibilidad.

Voltajes nominales de fuentes conocidas:

• Potencial de reposo de las células nerviosas : ~75 mV ^[6]
• Batería recargable de una sola celda NiMH ^[7] o NiCd : 1,2 V
• Pilas de una sola celda, no recargables (por ejemplo, pilas AAA, AA, C y D ): pila alcalina : 1,5 V; ^[8] pila de zinc-carbono : 1,56 V si es nueva y no se ha utilizado
• Niveles de voltaje lógico : 1,2 V, 1,5 V, 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V, 5,0 V
• Batería recargable LiFePO _{4 : 3,3 V}
• Batería recargable de polímero de litio a base de cobalto : 3,75 V (ver Comparación de tipos de baterías comerciales )
• Lógica transistor-transistor / Alimentación CMOS (TTL): 5 V
• USB : 5 V CC
• Batería PP3 : 9 V
• Los sistemas de baterías de automóviles tienen 2,1 voltios por celda; una batería de "12 V" tiene 6 celdas, o 12,6 V; una batería de "24 V" tiene 12 celdas, o 25,2 V. Algunos vehículos antiguos utilizan baterías de "6 V" de 3 celdas, o 6,3 voltios.
• Red eléctrica doméstica AC: (ver Lista de países con enchufes, voltajes y frecuencias de red eléctrica )
  • 100 V en Japón
  • 120 V en América del Norte
  • 230 V en Europa, Asia, África y Australia
• Tercer carril de tránsito rápido : 600–750 V (véase la lista de sistemas de electrificación ferroviaria )
• Líneas eléctricas aéreas de trenes de alta velocidad: 25 kV a 50 Hz , pero consulte la Lista de sistemas de electrificación ferroviaria y 25 kV a 60 Hz para excepciones.
• Líneas de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje : 110 kV y más (1,15 MV es el récord; el voltaje activo más alto es 1,10 MV ^[9] )
• Rayo : un máximo de alrededor de 150 MV. ^[10]

En 1800, como resultado de un desacuerdo profesional sobre la respuesta galvánica defendida por Luigi Galvani , Alessandro Volta desarrolló la llamada pila voltaica , un precursor de la batería , que producía una corriente eléctrica constante . Volta había determinado que el par de metales diferentes más eficaz para producir electricidad era el zinc y la plata . En 1861, Latimer Clark y Sir Charles Bright acuñaron el nombre de "voltio" para la unidad de resistencia. ^[11] En 1873, la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia había definido el voltio, el ohmio y el faradio. ^[12] En 1881, el Congreso Eléctrico Internacional, ahora la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), aprobó el voltio como unidad de fuerza electromotriz. ^[13] Hicieron que el voltio fuera igual a 10 ⁸ unidades cgs de voltaje, siendo el sistema cgs en ese momento el sistema habitual de unidades en ciencia. Eligieron esa relación porque la unidad cgs de voltaje es incómodamente pequeña y un voltio en esta definición es aproximadamente la fem de una celda Daniell , la fuente estándar de voltaje en los sistemas telegráficos de la época. ^[14] En ese momento, el voltio se definía como la diferencia de potencial [es decir, lo que hoy en día se llama "voltaje (diferencia)"] a través de un conductor cuando una corriente de un amperio disipa un vatio de potencia.

El "voltio internacional" se definió en 1893 como 1 ⁄ 1,434 de la fem de una pila Clark . Esta definición se abandonó en 1908 en favor de una definición basada en el ohmio internacional y el amperio internacional hasta que se abandonó todo el conjunto de "unidades reproducibles" en 1948. ^[15]

Una revisión del SI de 2019 , que incluye la definición del valor de la carga elemental , entró en vigor el 20 de mayo de 2019. ^[16]

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• Historia de las unidades eléctricas.