Quelltext der Seite Volt

{{Begriffsklärungshinweis}}
{{Infobox Physikalische Einheit
| Name = Volt
| Einheitenzeichen = <math>\mathrm{V}</math>
| PhysGröße = [[elektrisches Potential]],<br />[[elektrische Spannung]]
| Formelzeichen = <math>U</math>
| Dimension = [[Masse (Physik)|M]] [[Länge (Physik)|L]]<sup>2</sup> [[Zeit|T]]<sup>−3</sup> [[elektrische Stromstärke|I]]<sup>−1</sup>
| System = SI
| SI = <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 [[Internationales Einheitensystem|SI-Einheit]] des [[Elektrisches Potential|elektrischen Potentials]] und der [[elektrische Spannung|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 [[Internationales Einheitensystem#Kohärenz|kohärentes Einheitensystem]] entwickelt, d.&nbsp;h. die Einheiten lassen sich ohne weitere numerische Faktoren ineinander umrechnen:
Wenn eine [[elektrische Ladung]] von einem [[Coulomb]] (C) eine [[Elektrisches Potential|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&nbsp;C Ladung pro Sekunde entspricht einer [[Elektrische Stromstärke|Stromstärke]] von einem [[Ampere]] {{nowrap|1=(1 C = 1 A·s)}} und der Umsatz von 1&nbsp;J Energie pro Sekunde einer [[Leistung (Physik)|Leistung]] von einem [[Watt (Einheit)|Watt]]: {{nowrap|1=(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 [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|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 Δν<sub>Cs</sub> sowie die [[Planck-Konstante]] ''h'' und die [[Elementarladung]] ''e''. Durch die Festlegung von ''h'' und ''e'' hat die [[Josephson-Effekt#Josephson-Konstante|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 [[Sekunde#Definition|Definition der Sekunde]] über Δν<sub>Cs</sub> ist damit das Volt als Kombination dieser Konstanten definiert.

== Reproduzierbare Darstellung ==

Für eine [[Präzision|hochpräzise]] Darstellung des Volts über ein [[Normal|Spannungsnormal]] nutzt man heute den quantenphysikalischen [[Josephson-Effekt]]. Mittels [[Referenzmessung]]en kann hierbei die Darstellung des Volt auf eine Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden. Die erreichbare [[Genauigkeit]] ergibt sich aus der Präzision der Frequenzmessung und der Genauigkeit, mit der die Josephson-Konstante ''K''<sub>J</sub> bekannt ist. Letztgenannter Beitrag entfällt seit der SI-Reform von 2019, weil ''K''<sub>J</sub> seitdem einen per Definition festgelegten Zahlenwert hat.

== 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>[https://ethw.org/System_of_Measurement_Units 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 [[Internationaler Elektrizitätskongress|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&nbsp;V = 10<sup>8</sup>&nbsp;e.m.u. ([[Elektromagnetisches CGS-Einheitensystem|elektromagnetische CGS-Einheiten]]) und 1&nbsp;Ω = 10<sup>9</sup>&nbsp;e.m.u. (später zur Unterscheidung „absolutes Volt“ und „absolutes Ohm“ genannt).

In der Folge wurden die Einheiten Ampere und Ohm durch [[Normal]]e 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<sub>int</sub> und Ω<sub>int</sub> waren von Anfang an so gewählt worden, dass sie möglichst genau mit den „absoluten“ Einheiten übereinstimmen sollten. Die Abweichung betrug 3,4·10<sup>−4</sup> bzw. 4,9·10<sup>−4</sup>.<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&nbsp;A) die [[Leistung (Physik)|Leistung]] von einem [[Watt (Einheit)|Watt]] (1&nbsp;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&nbsp;597,9&nbsp;GHz/V als Referenzwert {{nowrap|1=''K''<sub>J-90</sub>}} fest.<ref name="CIPM1988" /> Dadurch wurde de facto eine neue Maßeinheit V<sub>90</sub> geschaffen, die (wie früher das „internationale“ Volt) parallel zum SI-Volt existierte.

Mit der [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Reform des SI von 2019]] erhielt die Josephson-Konstante ihren heutigen, exakten Wert. Volt und ''K''<sub>J</sub> waren nun durch dieselben Konstanten ''h'' und ''e'' definiert, und {{nowrap|1=''K''<sub>J-90</sub>}} wurde obsolet.<ref name="CGPM-26-1" /> Der neue Wert von ''K''<sub>J</sub> ist um {{ZahlExp|1,067|−7}} niedriger als {{nowrap|1=''K''<sub>J-90</sub>}}.<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 ==
{{Siehe auch|Liste von Größenordnungen der elektrischen Spannung}}
Die Einheit Volt ist mit verschiedenen [[Vorsätze für Maßeinheiten|Vorsätzen für Maßeinheiten]] ([[SI-Präfix]]e) in Verwendung, beispielsweise:

{| class="wikitable"
|-
! Präfix-Schreibweise
! Dezimal
|-
| 1&nbsp;μV (Mikrovolt){{Anker|Mikrovolt}} ||style="text-align:right"| 0,000 001 Volt
|-
| 1&nbsp;mV (Millivolt){{Anker|Millivolt}} ||style="text-align:right"| 0,001 Volt
|-
| 1 V (Volt)|| align="right" | 1 Volt
|-
| 1&nbsp;kV (Kilovolt){{Anker|Kilovolt}} ||style="text-align:right"| 1 000 Volt
|-
| 1 MV (Megavolt){{Anker|Megavolt}} ||style="text-align:right"| 1 000 000 Volt
|-
|}

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}

== 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 [https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9-EN.pdf bipm.org] (PDF)
</ref>
<ref name="CGPM46">
[https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM/CGPM9.pdf#page=13 Protokoll der 9.Generalkonferenz für Maß und Gewicht.] (PDF) S. 13
</ref>
<ref name="CGPM-18-6">
{{Internetquelle
 |url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/18-1987/resolution-6
 |titel=Resolution 6 of the 18th CGPM. Forthcoming adjustment to the representations of the volt and of the ohm
 |titelerg=
 |werk=
 |hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]]
 |datum=1987
 |sprache=en
 |abruf=2022-04-21
}} [[doi:10.59161/CGPM1987RES6E]] (engl.), [[doi:10.59161/CGPM1987RES6F]] (frz.)
</ref>
<ref name="CGPM-26-1">
{{Internetquelle
 |url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/26-2018/resolution-1
 |titel=Resolution 1 of the 26th CGPM. On the revision of the International System of Units (SI)
 |titelerg=Appendix&nbsp;1
 |werk=
 |hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]]
 |datum=2018
 |sprache=en
 |abruf=2022-04-21
}} [[doi:10.59161/CGPM2018RES1E]] (engl.), [[doi:10.59161/CGPM2018RES1F]] (frz.)
</ref>
<ref name="CIPM1988">
{{Internetquelle
 |url=https://www.bipm.org/en/committees/ci/cipm/77-1988/resolution-1
 |titel=CIPM, 1988: Recommendation 1 - Representation of the volt by means of the Josephson effect
 |werk=bipm.org
 |hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|CIPM]]
 |abruf=2022-07-14
 |sprache=en}} [[doi:10.59161/CIPM1988REC1E]] (engl.), [[doi:10.59161/CIPM1988REC1F]] (frz.)
</ref>
<ref name="CODATA-kjos">
{{Internetquelle |url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?kjos |titel=CODATA Value (2022): Josephson constant |abruf=2024-06-16}}
</ref>
<ref name="CODATA-volt90">
{{Internetquelle |url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?volt90 |titel=CODATA Value: conventional value of volt-90 |abruf=2022-05-04}}
</ref>
</references>
{{Navigationsleiste SI-Einheiten}}

[[Kategorie:Elektromagnetische Einheit]]
[[Kategorie:Alessandro Volta als Namensgeber]]