VOLT O VOLT: CONCETTO E FORMULE, EQUIVALENZE, ESEMPI - FISICO - 2025

Il volt o volt è l'unità utilizzata nel Sistema internazionale di unità SI per esprimere la tensione e il potenziale elettrico, una delle principali grandezze dell'elettricità. La tensione fa il lavoro necessario per avviare le cariche elettriche e quindi creare una corrente. La corrente elettrica, che viaggia attraverso i conduttori, è in grado di avviare motori, trasmettere informazioni, illuminare strade e case e molto altro ancora.

Il nome volt come unità, fu scelto in onore di Alessandro Volta (1745-1827), il fisico e chimico italiano che inventò la batteria elettrica intorno al 1800. A quel tempo, l'anatomista Luigi Galvani aveva verificato che le cosce di rana potevano essere contratto applicando elettricità. Volta, consapevole di questi risultati, si mise anche a cercare cariche elettriche nei tessuti animali, utilizzando un elettroscopio.

Figura 1. Assortimento di batterie AA con una tensione nominale di 1,5 V, ampiamente utilizzate in piccoli dispositivi, come radio, fotocamere, torce elettriche e giocattoli. Fonte: Pixabay.

Tuttavia, Volta non ha trovato quello che stava cercando nei materiali organici ed è stato finalmente convinto che le cariche elettriche fossero, in qualche modo, nei metalli con cui ha toccato le zampe di rana.

Figura 2. Ritratto di Alessandro Volta. Fonte: Wikimedia Commons.

Volta si rese anche conto che due metalli diversi producevano una potenziale differenza e che alcune combinazioni erano migliori di altre. Così costruì la prima batteria: fogli di feltro inumiditi in soluzione salina tra due elettrodi di argento e zinco. Ha accumulato molti di questi strati e quindi è stato in grado di produrre una corrente elettrica stabile.

Concetto e formule

Nel 1874 il volt, insieme all'ohm, furono adottati rispettivamente come unità di tensione e resistenza da una commissione della British Association for the Advancement of Science (BAAS) composta da illustri scienziati di tutto il mondo.

A quel tempo, erano chiamate "unità pratiche" e oggi fanno parte del Sistema internazionale di unità o SI.

Nella maggior parte della letteratura, la differenza di potenziale è definita come energia per carica unitaria. Infatti, se hai una carica elettrica nel mezzo di un campo elettrico prodotto da un'altra carica, devi lavorare per farle spostare da un luogo all'altro.

Il lavoro svolto viene immagazzinato nella configurazione delle cariche come variazione della loro energia potenziale elettrica, che chiameremo ∆U. Il simbolo ∆ indica questo cambiamento o differenza, poiché ∆U = _Final U - _{Initial Initial} .

In questo modo, la differenza di potenziale tra due punti ∆V è definita come:

Poiché l'energia ha unità di joule (J) e la carica arriva in coulomb (C), una tensione di 1 volt (V) equivale a 1 joule / coulomb:

Pertanto, 1 volt equivale a una differenza di potenziale che fa il lavoro di 1 joule per ogni coulomb.

Definizione alternativa di volt

Un altro modo per definire il volt è collegare corrente elettrica e potenza. In questo modo 1 volt (V) è la differenza di potenziale tra due punti di un filo attraverso i quali scorre una corrente di 1 ampere (A) se la potenza dissipata è di 1 watt (W). Così:

Questa definizione è importante perché coinvolge l'intensità della corrente elettrica, che è una delle grandezze fondamentali della fisica. Pertanto, l'ampere appartiene al gruppo delle sette unità fondamentali:

È possibile verificare che entrambe le definizioni siano equivalenti, sapendo che 1 watt è 1 joule / secondo e 1 ampere è 1 coulomb / secondo, quindi:

I secondi vengono cancellati e rimane J / C, equivalente a 1 newton. metro / coulomb. Pertanto 1 volt è anche espresso come:

Legge di Ohm

Per alcuni materiali, viene soddisfatta una relazione lineare tra la tensione (V), la corrente (I) e la resistenza elettrica (R) di un materiale, nota come legge di Ohm. Quindi:

Poiché le unità per la resistenza elettrica sono ohm (Ω), risulta che 1 V = 1 A.Ω

equivalenze

Per misurare le tensioni vengono utilizzati principalmente il multimetro o tester e l'oscilloscopio. Il primo offre una misura diretta della tensione e il secondo ha uno schermo per visualizzare la forma del segnale, nonché il suo valore.

Figura 3. Multimetro digitale utilizzato per misurare varie grandezze elettriche. Fonte: Pixabay.

È comune trovare valori molto superiori o inferiori ai volt, quindi è utile avere le equivalenze tra multipli e sottomultipli:

-1 kilovolt (kV) = 1000 V

-1 millivolt (mV) = ^10-3 V

-1 microvolt (μV) = ^10-6 V

Esempi

Voltaggi in biologia

Nel cuore è presente un'area chiamata nodo del seno, che si comporta come una batteria generando impulsi elettrici che stimolano il battito cardiaco.

Il grafico dello stesso è ottenuto mediante un elettrocardiogramma, che offre i valori del ciclo cardiaco: durata e ampiezza. Grazie a ciò, è possibile rilevare anomalie nel funzionamento del cuore.

I valori tipici del potenziale di membrana, all'interno del cuore, sono compresi tra 70-90 mV, mentre l'elettrocardiografo è in grado di registrare tensioni dell'ordine di 1 mV.

Figura 4. Un elettrocardiogramma registra l'attività elettrica del cuore. Fonte: Pixabay.

Il sistema nervoso funziona anche tramite impulsi elettrici. È possibile misurare tensioni di circa 70 mV nei nervi umani.

Voltaggi sulla Terra

La Terra ha un proprio campo elettrico diretto verso l'interno del pianeta, in questo modo si sa che è caricata negativamente. Tra la superficie e gli strati superiori dell'atmosfera ci sono campi la cui ampiezza varia tra 66-150 N / C e si possono stabilire differenze di potenziale fino a 100 kV.

D'altra parte, le correnti naturali che scorrono nel sottosuolo, consentono di caratterizzare un terreno attraverso l'uso di metodi elettrici in geofisica. Un test consiste nell'inserire nel campo degli elettrodi, due per la tensione e due per la corrente e misurare le rispettive grandezze.

Variando la configurazione degli elettrodi in diversi modi, è possibile determinare la resistività del terreno, proprietà che indica quanto la corrente possa fluire facilmente o con difficoltà in un dato materiale. A seconda dei valori ottenuti si può dedurre l'esistenza di un'anomalia elettrica, che può indicare l'esistenza di alcuni minerali nel sottosuolo.

Tensioni nei dispositivi di uso comune

- Rete elettrica domestica (tensione alternata): 110 V in America e 220 in Europa.

-Candele in macchina: 15 kV

-Batteria auto: 12V

-Una batteria a secco per giocattoli e torce elettriche: 1,5 V.

-Voltaggio in una batteria dello smartphone: 3,7 V.

Riferimenti

1. Commissione elettrotecnica internazionale IEC. Sfondo storico. Estratto da: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Metodi elettrici. Estratto da: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6 ^ta Modifica abbreviata. Cengage Learning.
4. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach.
5. The Physics Factbook. Campo elettrico sulla Terra. Estratto da: hypertextbook.com.
6. Wikipedia. Elettrocardiogramma. Estratto da: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Magnitudine fisica. Estratto da: es.wikipedia.org.