Volt

Physikalische Einheit
Einheitenname	Volt
Einheitenzeichen	$\mathrm{V}$
Physikalische Größe(n)	Elektrische Spannung
Formelzeichen
Dimension	${\mathsf {M\;L^{2}\;T^{{-3}}\;I^{{-1}}}}$
System	Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten	$\mathrm {1\,V=1\;{\frac {W}{A}}=1\;{\frac {J}{C}}} \mathrm {{}=1\;{\frac {kg\,m^{2}}{A\,s^{3}}}}$
Benannt nach	Alessandro Volta
Abgeleitet von	Kilogramm, Meter, Ampere, Sekunde

Das Volt ist die SI-Einheit der elektrischen Spannung. Es wurde 1897 nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe „V“ verwendet.

Das Volt ist eine kohärente, abgeleitete SI-Einheit, das heißt, sie ist mit den Basiseinheiten über den numerischen Faktor Eins verbunden.

Definition und Darstellung

Definition als SI-Einheit

Im SI-Einheitensystem ist das Volt definiert als diejenige elektrische Potentialdifferenz oder elektrische Spannung, die anliegt, wenn bei einer Stromstärke von einem Ampere (1 A) die Leistung von einem Watt (1 W) abgegeben wird.^[1]

$\mathrm {1\,V=1\,{\frac {W}{A}}}$

Das Watt ist mit der Energieeinheit Joule (J) und der Krafteinheit Newton (N) verbunden über:

$\mathrm {1\,J=1\,N\,m=1\,W\,s} \,$ ,

und somit gilt:

${\mathrm {1\,V=1\,{\frac {N\cdot m}{A\cdot s}}=1\,{\frac {kg\cdot m^{2}/s^{2}}{A\cdot s}}=1\,{\frac {kg\cdot m^{2}}{A\cdot s^{3}}}}}\,.$

Reproduzierbare Darstellung

Die obige Definition kann in der Praxis nur schwer als genaue Referenz eingesetzt werden. Als Spannungsnormal wird seit 1990 ein Volt mittels des Josephson-Effekts realisiert. Hierbei ist die Spannung über die Josephson-Konstante mit einer Frequenzmessung verknüpft. Diese Konstante beträgt

$K_{\mathrm {J} }={\frac {2e}{h}}=4{,}835\,978\,484\ldots \cdot 10^{14}\,\mathrm {\frac {Hz}{V}} \,.$

Sie ist exakt bekannt, weil der Elementarladung und dem Planckschen Wirkungsquantum exakte Werte zugewiesen sind (siehe auch Definition der SI-Einheiten). Damit kann mittels Referenzmessungen die Darstellung des Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden.

Historische Definition und Namensgebung

1861 schlugen die beiden englischen Elektro-Ingenieure Josiah Latimer Clark und Charles Tilston Bright vor, 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 allerdings dann endgültig das Volt als Einheit für die elektrische Spannung und das Ohm als Einheit für den elektrischen Widerstand fest 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 exakt mit den „absoluten“ Einheiten übereinstimmen sollten. Die Abweichung betrug 3,4·10⁻⁴ bzw. 4,9·10⁻⁴.

Auf Beschluss der 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 Spannungsnormal diente nur noch zur Darstellung des Volt.

1988 beschloss die CIPM mit Wirkung ab 1990 ein neues Spannungsnormal, basierend auf dem Josephson-Effekt. Für die Josephson-Konstante setzte man den Wert K_J-90 = 483 597,9 GHz/V fest. Mit der Revision des SI von 2019 erhielt die Josephson-Konstante ihren heutigen, exakten Wert.

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
1 GV (Gigavolt)	1 000 000 000 Volt

Anmerkungen

↑ “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 .

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de