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
koharente
,
abgeleitete SI-Einheit
, das heißt, sie ist mit den
Basiseinheiten
uber den numerischen Faktor eins verbunden.
Definition und Darstellung
Definition als SI-Einheit
Im SI-Einheitensystem wurde das Volt als diejenige elektrische
Potentialdifferenz
oder
elektrische Spannung
definiert, die anliegt, wenn bei einer Stromstarke von einem
Ampere
(1 A) die Leistung von einem
Watt
(1 W) abgegeben wird.
[1]
Das Watt ist mit der
Energieeinheit
Joule
(J) und der
Krafteinheit
Newton
(N) verbunden uber:
[2]
- ,
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.
[3]
[4]
Hierbei ist die Spannung uber die
Josephson-Konstante
mit einer Frequenzmessung verknupft. Diese Konstante betragt
[5]
wobei
die
Elementarladung
und
die
Planck-Konstante
ist. Damit kann mittels
Referenzmessungen
die Darstellung des Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zuruckgefuhrt 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 Δν
Cs
, die fur 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,
[6]
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 Elektrizitatskongress
offiziell das Volt als Einheit fur die elektrische Spannung und das
Ohm
als Einheit fur den elektrischen Widerstand fest
[7]
mit der Definition 1 V = 10
8
e.m.u. (
elektromagnetische CGS-Einheiten
) und 1 Ω = 10
9
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 V
int
und Ω
int
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
K
J-90
fest.
[3]
[4]
Dadurch wurde de facto eine neue Maßeinheit V
90
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
K
J
waren nun durch dieselben Konstanten
h
und
e
definiert, und
K
J-90
wurde obsolet.
[10]
Der neue Wert von
K
J
ist um
1
.
067
e
-
7
niedriger als
K
J-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 Vielfache
Die Einheit Volt ist mit verschiedenen
Vorsatzen fur Maßeinheiten
(
SI-Prafixe
) in Verwendung, beispielsweise:
Prafix-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
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-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 (2022): Josephson constant.
Abgerufen am 16. Juni 2024
.
- ↑
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
.