伏特

伏特（英语：volt）是国际单位制中电势、电势差（电压）、电动势的单位，属于导出单位，符号 V。

提示：此条目页的主题不是亚历山德罗·伏特。

伏特（volt）
由国家标准暨技术研究院制定，作为可产生“一个标准伏特”的约瑟夫森结芯片阵列
单位信息
单位制	国际单位制导出单位
物理量名称	电势、电势差（电压）、电动势
符号	V
得名	亚历山德罗·伏特
单位换算
1 V	相当于
国际单位制基本单位	kg·m2·s−3·A−1

在一根均匀的、宽度和温度固定的导线上，假设某两点间有一安培电流流动，则两点间的电阻会将这两点内的电能转化为热能功率1瓦（W=1J/s），将这两点间的电压差就被定义为一伏特。

此单位是以发明电池的意大利物理学家——亚历山德罗·伏特的名字命名的。

定义

伏特的国际单位制（SI）定义是以基本的电学单位：安培（缩写为英文字母 A），和力学单位瓦特（缩写为英文字母 W）而导出的。依据国际单位制中的安培，将一伏特定义为：“在载有一安培恒定电流的导线上，当两点之间导线上的功率耗散为一瓦特(1W = 1 J/S)时，这两点之间的电势差”^[1]。

${\displaystyle {\mbox{V}}={\dfrac {\mbox{W}}{\mbox{A}}}={\dfrac {\mbox{J}}{{\mbox{A}}\cdot {\mbox{s}}}}={\dfrac {{\mbox{N}}\cdot {\mbox{m}}}{{\mbox{A}}\cdot {\mbox{s}}}}}$

而以基本单位写出定义公式即为： （公斤 · 平方米） ·（秒⁻³ · 安培⁻¹ ）

${\displaystyle {\text{V}}={\frac {\text{potential energy}}{\text{charge}}}={\frac {{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}{\text{C}}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}}{{\text{A}}{\cdot }{\text{s}}^{3}}}.}$

也可定义为单位库仑电荷的能量,

${\displaystyle {\mbox{V}}={\dfrac {\mbox{J}}{\mbox{C}}}}$

利用约瑟夫森结的定义

自1990年起国际间利用约瑟夫森结的实验来实测一伏特的量值，此实验配合转换系数约瑟夫森常数，即可量测一伏特，约瑟夫森常数在18世纪的国际度量衡大会订定，其数值如下：

K_{J-90} = 2e/h = 0.4835979 GHz/µV.

一般而言此实验都是使用数千或上万的约瑟夫森结阵列，用10至80GHz的微波（依实验设计不同而不同）做为激发讯号^[2]。

电的水力类比

有时会用水的管路系统来说明电路，电压（电势差）可以类比为水压差，而电流会类比为水在管路特定位置的体积流率，是由管路的宽度（可类比为电导率）及管路二端子的水压差（可类比为电压）决定。

在欧姆式导体中，导体两端电压和流过导体的电流会成正比关系，欧姆定律就在说明上述的关系。

常见电压

三用电表可以量测二点之间的电压

1.5V 的二号电池

以下是一些常见电压源的电压：

• 神经细胞的静息电势：大约 −75 mV^[3]。
• 一颗可充电的NiMH或NiCd电池：1.2 V。
• 水银电池：1.355 V。
• 一颗不可充电的碳锌电池或碱性电池：1.5 V。
• 可充电的LiFePO₄电池：3.3 V。
• 可充电的锂离子聚合物电池：3.75 V。
• TTL电源：5 V。
• PP3电池：9 V。
• 车辆的电力系统：标准电压12 V，放电时约11.8 V，充电时约12.8 V，若在车辆行进中的充电电压，可以到13.8–14.4 V。
• 家用电源：欧洲、亚洲、非洲为230 V，北美为120 V，日本为100 V，台湾为110 V，中国大陆、香港为220 V，此处所列的电压均为交流电压的RMS值（其他国家的电源，请参考家用电源列表）。
• 卡车或货车的电源：24 V DC。
• 电信设备：-48 V DC
• 城市轨道交通系统的第三轨供电：电压依国家不同，由500 V DC到1500 V DC不等。
• 铁路的架空接触网：交流电压RMS值25kV（千伏），频率为50或60Hz。
• 三相交流输电：中国1000kV，美国765kV，英国400kV
• 高压直流输电：最高±1100kV（新疆准东至安徽皖南）
• 闪电：多半在100MV左右。

上述的电压源若提供交流电，其列的电压值是以RMS值为准，若一个中心值为0的弦波电压，其峰值电压会是RMS电压的${\displaystyle {\sqrt {2}}}$倍。

伏特的历史

在19世纪时，路易吉·伽伐尼发现死青蛙的肌肉接触火花时会颤动，认为电存在于生物体内，亚历山德罗·伏特不认同他的看法，也开始从事有关电的研究。亚历山德罗·伏特发明了伏打电堆，是第一个现代的化学电池，可以提供稳定的电流，亚历山德罗·伏特也发现了在电堆两极的金属为锌及银时，产生电力的效果最好。在19世纪80年代时国际电工协会，也就是现在的国际电工委员会（IEC），确立伏特为电动势的单位。当时伏特的定义是一个流过一安培电流的导体，其功率消耗为一瓦特时，导体二端的电势差。

在1893年时，国际上将伏特定义为克拉克电池（Clark cell（英语：Clark cell））电动势的1/1.434。在1908年时，由于国际上已改以欧姆及安培来定义伏特，因此不再使用上述的定义，不过相关的设备在1948年才不再使用。

在使用约瑟夫森结来做为伏特的基准前，国际上的实验室使用一种称为标准电池的特殊电池做为伏特的基准，美国在1905-1972年时使用一种特殊设计的标准电池，称为韦斯顿电池。

参考

1. BIPM SI Brochure: Appendix 1, p. 144 (PDF). [2010-08-19]. （原始内容存档 (PDF)于2013-11-05）.
2. Burroughs, Charles J.; Benz, Samuel P.; Harvey, Todd E.; Hamilton, Clark A., 1 Volt DC Programmable Josephson Voltage Standard, IEEE transactions on applied superconductivity, 1999-06-01, 9 (3): 4145–4149, ISSN 1051-8223
3. Bullock, Orkand, and Grinnell, pp. 150–151; Junge, pp. 89–90; Schmidt-Nielsen, p. 484

相关连结

• 电子伏特