Volt
Afledt SI-enhed · størrelse: elektrisk spænding
01 · Definition
Volta stablede zink, kobber og vådt pap — og fik den første kilde til jævnstrøm. Før ham kunne man kun samle elektricitet og aflade den som en gnist.
Én volt er den spænding, hvor en strøm på én ampere overfører en effekt på én watt. Med andre ord: hver coulomb ladning, der passerer et sådant stykke, afgiver én joule arbejde. Spænding er ikke en egenskab ved et sted, men en forskel mellem to punkter: «potentialet i en ledning» betyder intet, før det andet punkt er nævnt, og derfor har ethvert diagram en fælles stel. Stikkontakten giver 230 V, et almindeligt batteri 1,5 V, en nervecelle i hjernen arbejder på snesevis af millivolt, og en højspændingsledning holder 750 kV. En fugl sidder uskadt på en ledning med hundreder af kilovolt netop fordi begge dens fødder er på samme potentiale. Heraf følger også, at elektricitetens fare ikke måles i volt: det der dræber er strømmen gennem kroppen, og volten afgør blot, om den kommer til at løbe gennem hudens modstand. En tør håndflade giver omkring hundrede kiloohm, en våd tusind, og en og samme spænding viser sig snart harmløs, snart dødelig.
Den første kilde til jævnstrøm var en lille søjle af skiftevis zink- og kobberskiver med klæde vædet i saltlage imellem. Hvert par gav omkring en tiendedel volt, og Volta stablede snesevis af par, indtil udladningen begyndte at kunne mærkes i fingrene. Samme princip holder stadig: i et batteri af tre lithiumceller lægges spændingerne sammen, fordi cellerne er serieforbundne. Netop dette forsøg modbeviste den galvaniske teori om «animalsk elektricitet»: strømmen kom fra de forskellige metaller, og frølåret var blot et følsomt instrument.
02 · Omregning
Indtast en spænding — databladet folder den ud i alle enheder
Præfikserne dækker hele området, fra termoelementets nanovoltsignaler til højspændingsledningernes megavolt. Elektronvolten i tabellen er ikke en spænding, men den energi et elektron får ved at gennemløbe den givne potentialforskel.
Spændingen i stikkontakten er vekselspænding, og tallet 230 betyder effektivværdien — den jævnspænding, der ville afsætte samme effekt i samme modstand. Sinuskurvens top er kvadratroden af to gange større og når 325 volt, mens udsvinget mellem toppene er 650. Isoleringen dimensioneres netop efter toppen, og derfor slår et billigt apparat bygget «til 230» igennem allerede i den første periode.
| Enhed | Navn | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| V | volt, SI-enhed | 230 | dette blads udgangsenhed |
| mV | millivolt | 230000 | medicin, måleteknik |
| µV | mikrovolt | 2,3·10⁸ | instrumenternes følsomhedsgrænse |
| kV | kilovolt | 0,23 | højspændingsteknik |
| MV | megavolt | 2,3·10⁻⁴ | højenergifysik |
| eV per ladning | energi af et elektron, eV | 230 | talmæssigt lig med spændingen |
| statV | volt i CGS-ESU | 0,7672 | faktoren er en tiendedel af lysets hastighed |
| abV | abvolt i CGS-EMU | 2,3·10¹⁰ | den mindste af de historiske enheder |
| V (int.) | international volt fra 1908 | 229,92 | blev bestemt ved en kviksølvsøjle og udfældning af sølv |
| V₉₀ | praktisk volt fra 1990 | 230 | afveg med fire timillionedele |
| Westoncelle | i enheder af normalcellen | 225,79 | en cadmium-kviksølvcelle i termostat |
| V | volt | 230 | dette blads udgangsenhed |
Præfikserne går fra nano- til mega-: området af spændinger, som teknikken arbejder med, spænder over femten størrelsesordener. Rækken med elektronvolt minder om, at et elektrons energi talmæssigt er lig med den spænding, det har gennemløbet.
03 · Størrelsesordener
fra nanovolt til lynudladningStikkontakten i Europa: 230 volt
04 · Måleinstrumenter
Hvad spænding måles med
Det kobles parallelt over stykket og skal have så stor modstand som muligt for ikke at trække strøm. Hos viserinstrumenter er den i størrelsesordenen titusinder af ohm, hos digitale ti megaohm og derover; i kredse med høj modstand forvrænger selv det målingen mærkbart.
Den spænding, der skal måles, afbalanceres mod en del af spændingen fra en normalcelle, og man fanger det øjeblik, hvor galvanometeret viser nul. I det øjeblik trækker instrumentet slet ingen strøm, og derfor giver metoden kildens sande elektromotoriske kraft og ikke spændingen under belastning.
To modstande deler spændingen i et kendt forhold, så kilovolt kan måles med et instrument til nogle få volt. På højspændingsledninger spiller en spændingstransformer samme rolle og adskiller målekredsen galvanisk fra effektkredsen.
En superledende kontakt, der bestråles med mikrobølger, afgiver en spænding, der er strengt proportional med frekvensen: josephsonkonstanten omregner hertz til volt. En matrix af tusinder af overgange giver ti volt med en reproducerbarhed på milliardedele — og det er nutidens normal.
05 · Skriveregler
Tegnet V er latinsk — det russiske «В» dur ikke her
Det russiske «В» og det latinske V ser forskellige ud, men betyder det samme; i internationale dokumenter er kun V tilladt. Enhedens navn skrives med lille — «to hundrede og tredive volt» — og tegnet med stort. Millivolt er mV, mens MV er megavolt: en forskel på en milliard gange. I vekselstrøm er 230 V effektivværdien; sinuskurvens top ligger √2 gange højere, altså 325 V. Isoleringen dimensioneres efter toppen.
Størrelsens tegn er et kursivt U eller V, enhedens et opret V: i U = 230 V bærer kursiven og den oprette skrift forskellen. Det russiske tegn er В. Præfikset kilo- skrives med lille k: kV, ikke KV. Millivolt og mikrovolt sættes med de sædvanlige præfikser, mens «voltampere» allerede er en anden enhed — tilsyneladende effekt — og intet har med spænding at gøre. Elektronvolt skrives i ét ord, eV: det er en energienhed.
06 · Naboenheder
Volten står i midten af Ohms lov: strøm, spænding og modstand hænger sammen sådan, at hvilke som helst to af dem fastlægger den tredje.
Blandt Simetriums datablade står ved siden af volten ampere og ohm ud fra Ohms lov, watt som deres produkt, coulomb s farad ud fra definitionen af kapacitans, og elektronvolt — energien der har fået navn efter denne enhed.
07 · Historisk afsnit
Fra et frølår til et kvantetrin
Alessandro Volta stredes med Galvani om den «animalske elektricitets» natur og byggede, for at få ret, en kilde helt uden biologi. Søjlen af forskellige metaller gav en uafbrudt strøm — den første i historien.
Den internationale elektrikerkongres definerede volten gennem amperen og ohmen og gav enheden navn efter Volta. Den praktiske realisering blev hos en kemisk celle, hvis nøjagtighed lå langt under, hvad telegrafien krævede.
Westons cadmium-kviksølvcelle holdt sin spænding på mikrovolten nær og blev normal i halvfems år. Den blev opbevaret i termostat, måtte ikke afgive strøm og blev transporteret lige så varsomt som et skrøbeligt instrument.
Brian Josephson, en toogtyveårig ph.d.-studerende, forudsagde spændingstrin på en superledende kontakt. Siden 1990 realiseres volten netop sådan, og de kemiske celler er gået på metrologiens museer.
En volt der ikke stemmer med volten
Fra 1990 til 2019 levede metrologien med to volt på én gang. Definitionen i Det Internationale System forblev den gamle, gennem watten og amperen, men enheden blev realiseret med josephsoneffekten ved en aftalt værdi af konstanten — og denne praktiske enhed skrev man V₉₀. Forskellen mellem den og SI-volten blev anslået til tiendedele mikrovolt per volt: forsvindende for teknikken og afgørende for sammenligninger mellem normaler. Omdefinitionen i 2019 ophævede spaltningen: elementarladningen og Plancks konstant blev eksakte tal, og med dem josephsonkonstanten, så den praktiske skala faldt sammen med definitionen. Samtidig måtte tredive års opsamlede målinger i V₉₀ efterfølgende gives en korrektion — et sjældent tilfælde, hvor tidligere års resultater regnes om, fordi definitionen af en enhed er ændret.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-grundenheder, toogtyve afledte med egne navne og de enheder uden for systemet, som hverken teknikken eller hverdagen klarer sig uden. Hver har sit eget blad: definition, omregning, instrumenter, skriveregler. På 11 sprog.
Afledte SI-enheder med eget navn
databladet for volt er åbnetSI-grundenheder
i terrakotta — de fire enheder, som volten er sat sammen afSpændingen i andre systemer
Databladets sprog
11 sprog. Tegnet V er internationalt, men spændingen i stikkontakten er det ikke: 230 volt i Europa, 120 i Nordamerika, 100 i Japan — databladet indsætter den lokale værdi.