Volt

Physikalische Einheit
Einheitenname	Volt
Einheitenzeichen	<math>\mathrm{V}</math>
Physikalische Größen	elektrisches Potential, elektrische Spannung
Formelzeichen	<math>U</math>
Dimension	M L2 T−3 I−1
System	Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten	<math>\mathrm{1 \, V = 1 \; \frac{J}{C} } \mathrm{{} = 1 \; \frac{W}{A} = 1 \; \frac{kg \, m^2}{A \, s^3} }</math>	BenanntNach = Alessandro Volta	SieheAuch = }} Das Volt ist die SI-Einheit des elektrischen Potentials und der elektrischen Spannung (Potentialdifferenz). Es wurde nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe „V“ verwendet. Zusammenhang mit anderen Maßeinheiten Das SI wurde als kohärentes Einheitensystem entwickelt, d. h. die Einheiten lassen sich ohne weitere numerische Faktoren ineinander umrechnen: Wenn eine elektrische Ladung von einem Coulomb (C) eine Potentialdifferenz von einem Volt durchläuft, ist dafür eine Energie von einem Joule (J) erforderlich bzw. wird freigesetzt; je nach Richtung des Feldes. Es gilt also: <math>\mathrm{1\,V \cdot 1\,C = 1\,J}\qquad</math> bzw. <math>\qquad \mathrm{1\,V = 1\,\frac JC}\,</math>. Der Transport von 1 C Ladung pro Sekunde entspricht einer Stromstärke von einem Ampere (1 C = 1 A·s) und der Umsatz von 1 J Energie pro Sekunde einer Leistung von einem Watt: (1 J = 1 W·s). Daher gilt äquivalent: <math>\mathrm{1\,V \cdot 1\,A = 1\,W}\qquad</math> bzw. <math>\qquad \mathrm{1\,V = 1\,\frac WA}\,</math>. Definition Seit der Reform des SI von 2019 sind alle SI-Einheiten dadurch definiert, dass sieben physikalischen Konstanten ein fester Wert zugewiesen wurde, von denen drei für das Volt relevant sind: die Frequenz ΔνCs sowie die Planck-Konstante h und die Elementarladung e. Durch die Festlegung von h und e hat die Josephson-Konstante<ref name="CODATA-kjos" /> <math>K_\mathrm{J} = \frac{2e}h = \frac{2\cdot 1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\mathrm C}{6{,}626\,070\,15 \cdot 10^{-34}\,\mathrm{J\;s

= 4{,}835\,978\,484\ldots \cdot 10^{14}\,\mathrm{\frac{Hz}V}</math>

einen festen Wert. Zusammen mit der Definition der Sekunde über Δν_Cs ist damit das Volt als Kombination dieser Konstanten definiert.

Reproduzierbare Darstellung

Für eine hochpräzise Darstellung des Volts über ein Spannungsnormal nutzt man heute den quantenphysikalischen Josephson-Effekt. Mittels Referenzmessungen kann hierbei die Darstellung des Volt auf eine Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden. Die erreichbare Genauigkeit ergibt sich allein aus der Präzision der Frequenzmessung. Vor der SI-Reform von 2019 hing sie zusätzlich von der Genauigkeit ab, mit der die Josephson-Konstante K_J bekannt war.

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,<ref>IEEE Global History: System of Measurement Units</ref> 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<ref>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</ref> 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 V_int und Ω_int 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.<ref name="CGPM46" />

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 Volt wurde über die neu geschaffene vierte Basiseinheit „Ampere“ definiert als diejenige elektrische Potentialdifferenz, die besteht, wenn bei einer Stromstärke von einem Ampere (1 A) die Leistung von einem Watt (1 W) abgegeben wird.<ref name="si-def" /> Das Spannungsnormal diente nur noch zur Darstellung des Volt.<ref name="CGPM46" />

In den 1980er Jahren war der Josephson-Effekt als präziseste Messmethode für Spannungen etabliert.<ref name="CGPM-18-6" /> 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.<ref name="CIPM1988" /> 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 K_J waren nun durch dieselben Konstanten h und e definiert, und K_J-90 wurde obsolet.<ref name="CGPM-26-1" /> Der neue Wert von K_J ist um Vorlage:ZahlExp niedriger als K_J-90.<ref name="CODATA-volt90" /> 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

Datei:Wiktfavicon en.svgWiktionary: Volt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

<references> <ref name="si-def"> “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) </ref> <ref name="CGPM46"> Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht. (PDF) S. 13 </ref> <ref name="CGPM-18-6"> 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 ().  doi:10.59161/CGPM1987RES6E (engl.), doi:10.59161/CGPM1987RES6F (frz.) </ref> <ref name="CGPM-26-1"> 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 ().  doi:10.59161/CGPM2018RES1E (engl.), doi:10.59161/CGPM2018RES1F (frz.) </ref> <ref name="CIPM1988"> CIPM, 1988: Recommendation 1 - Representation of the volt by means of the Josephson effect. In: bipm.org. CIPM, abgerufen am 14. Juli 2022 ().  doi:10.59161/CIPM1988REC1E (engl.), doi:10.59161/CIPM1988REC1F (frz.) </ref> <ref name="CODATA-kjos"> CODATA Value (2022): Josephson constant. Abgerufen am 16. Juni 2024.  </ref> <ref name="CODATA-volt90"> CODATA Value: conventional value of volt-90. Abgerufen am 4. Mai 2022.  </ref> </references> Vorlage:Navigationsleiste SI-Einheiten