Voltio
Unidad derivada del SI · magnitud: tensión eléctrica
01 · Definición
Volta apiló zinc, cobre y cartón mojado — y obtuvo la primera fuente de corriente continua. Antes de él solo se sabía acumular la electricidad y descargarla en una chispa.
Un voltio es la tensión con la que una corriente de un amperio transporta una potencia de un vatio. Dicho de otro modo, cada culombio de carga que atraviesa ese tramo entrega un julio de trabajo. La tensión no es una propiedad de un lugar sino una diferencia entre dos puntos: el «potencial de un cable» carece de sentido mientras no se nombre el segundo punto, y por eso todo esquema tiene una masa común. El enchufe da 230 V, una pila de dedo 1,5 V, una neurona del cerebro trabaja con decenas de milivoltios, y una línea de transporte aguanta 750 kV. Un pájaro se posa ileso en una línea de cientos de kilovoltios precisamente porque sus dos patas están al mismo potencial. De ahí se sigue también que el peligro de la electricidad no se mide en voltios: lo que mata es la corriente a través del cuerpo, y los voltios solo deciden si pasará por la resistencia de la piel. Una palma seca ofrece unos cien kiloohmios, una mojada mil, y una misma tensión resulta unas veces inofensiva y otras mortal.
La primera fuente de corriente continua era una columnita de discos alternos de zinc y cobre, separados por paño empapado en salmuera. Cada par daba alrededor de una décima de voltio, y Volta apilaba decenas de pares hasta que la descarga empezaba a sentirse en los dedos. El mismo principio se mantiene hoy: en una batería de tres celdas de litio las tensiones se suman porque los elementos están en serie. Fue este experimento el que refutó la teoría galvánica de la «electricidad animal»: la corriente venía de los metales distintos, y la pata de rana era solo un aparato sensible.
02 · Conversión
Introduzca una tensión y la ficha la desglosará en todas las unidades
Los prefijos cubren todo el rango, desde las señales de nanovoltios de un termopar hasta los megavoltios de las líneas de transporte. El electronvoltio de la tabla no es una tensión sino la energía que gana un electrón al recorrer esa diferencia de potencial.
La tensión del enchufe es alterna, y el número 230 significa el valor eficaz: aquella tensión continua que disiparía la misma potencia en la misma resistencia. La cresta de la senoide es mayor en raíz de dos y alcanza 325 voltios, mientras que el recorrido entre crestas es de 650. El aislamiento se calcula precisamente para la cresta, y por eso un aparato barato montado «para 230» se perfora en el primer periodo.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| V | voltio, unidad del SI | 230 | la unidad de partida de esta ficha |
| mV | milivoltio | 230000 | medicina, instrumentación |
| µV | microvoltio | 2,3·10⁸ | el límite de sensibilidad de los aparatos |
| kV | kilovoltio | 0,23 | técnica de alta tensión |
| MV | megavoltio | 2,3·10⁻⁴ | física de altas energías |
| eV por carga | energía de un electrón, eV | 230 | numéricamente igual a la tensión |
| statV | voltio del sistema CGS-UES | 0,7672 | el factor es una décima de la velocidad de la luz |
| abV | abvoltio del sistema CGS-UEM | 2,3·10¹⁰ | la más pequeña de las unidades históricas |
| V (int.) | voltio internacional de 1908 | 229,92 | se definía por una columna de mercurio y el depósito de plata |
| V₉₀ | voltio práctico de 1990 | 230 | difería en cuatro diezmillonésimas |
| pila Weston | en unidades de la pila patrón | 225,79 | una pila de cadmio y mercurio en un termostato |
| V | voltio | 230 | la unidad de partida de esta ficha |
Los prefijos van de nano- a mega-: el rango de tensiones con las que trabaja la técnica abarca quince órdenes de magnitud. La fila del electronvoltio recuerda que la energía de un electrón es numéricamente igual a la tensión que ha recorrido.
03 · Órdenes de magnitud
del nanovoltio a la descarga de tormentaEl enchufe en Europa: 230 voltios
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la tensión
Se conecta en paralelo con el tramo y debe tener la mayor resistencia posible para no derivar corriente. En los aparatos de aguja es del orden de decenas de kiloohmios, en los digitales de diez megaohmios y más; en circuitos de alta resistencia incluso eso falsea la medida de forma apreciable.
La tensión que se mide se equilibra contra una parte de la tensión de una pila patrón y se atrapa el instante en que el galvanómetro marca cero. En ese instante el aparato no consume corriente alguna, de modo que el método da la fuerza electromotriz verdadera de la fuente y no la tensión bajo carga.
Dos resistencias dividen la tensión en una razón conocida, lo que permite medir kilovoltios con un aparato de unos pocos voltios. En las líneas de alta tensión ese mismo papel lo cumple un transformador de tensión, que separa galvánicamente el circuito de medida del de potencia.
Un contacto superconductor irradiado con microondas entrega una tensión estrictamente proporcional a la frecuencia: la constante de Josephson convierte hercios en voltios. Una matriz de miles de uniones da diez voltios con una reproducibilidad de partes por mil millones, y ése es el patrón actual.
05 · Reglas de escritura
El símbolo V es latino: la «В» rusa no sirve aquí
La «В» rusa y la V latina se ven distintas pero designan lo mismo; en documentos internacionales solo se admite V. El nombre de la unidad va en minúscula —«doscientos treinta voltios»— y el símbolo en mayúscula. Milivoltio es mV, mientras que MV es megavoltio: una diferencia de mil millones de veces. En corriente alterna, 230 V es el valor eficaz; la cresta de la senoide es mayor en √2, es decir 325 V. El aislamiento se calcula para la cresta.
El símbolo de la magnitud es una U o una V cursiva, el de la unidad una V redonda: en U = 230 V la cursiva y la redonda separan los sentidos. El símbolo ruso es В. El prefijo kilo- se escribe con k minúscula: kV, y no KV. Milivoltio y microvoltio se componen con los prefijos habituales, mientras que el «voltamperio» ya es otra unidad —la potencia aparente— y nada tiene que ver con la tensión. El electronvoltio se escribe junto, eV: es una unidad de energía.
06 · Unidades vecinas
El voltio está en el centro de la ley de Ohm: corriente, tensión y resistencia se enlazan de modo que dos cualesquiera fijan la tercera.
De las fichas de Simetrium lindan con el voltio amperio y ohmio de la ley de Ohm, vatio como su producto, culombio s el faradio de la definición de capacidad, y electronvoltio — la energía que lleva el nombre de esta unidad.
07 · Sección histórica
De la pata de rana al escalón cuántico
Alessandro Volta discutía con Galvani sobre la naturaleza de la «electricidad animal» y, para dar prueba de su razón, montó una fuente sin biología alguna. La pila de metales distintos daba una corriente continua, la primera de la historia.
El Congreso Internacional de Electricistas definió el voltio por el amperio y el ohmio, y dio a la unidad el nombre de Volta. Su realización práctica siguió en manos de una pila química, cuya exactitud quedaba muy por debajo de lo que exigía la telegrafía.
La pila de cadmio y mercurio de Weston mantenía su tensión con exactitud de microvoltios y fue patrón durante noventa años. Se guardaba en un termostato, no se le dejaba entregar corriente y se trasladaba con el cuidado que se debe a un aparato frágil.
Brian Josephson, doctorando de veintidós años, predijo escalones de tensión en un contacto superconductor. Desde 1990 el voltio se realiza precisamente así, y las pilas químicas se marcharon a los museos de la metrología.
Un voltio que no coincide con el voltio
De 1990 a 2019 la metrología vivió con dos voltios a la vez. La definición en el Sistema Internacional siguió siendo la de siempre, por el vatio y el amperio, pero la unidad se realizaba por el efecto Josephson con un valor convencionalmente adoptado de la constante, y esa unidad práctica se escribía V₉₀. La discrepancia entre ella y el voltio del SI se cifraba en décimas de microvoltio por voltio: cantidad despreciable para la técnica y decisiva para las comparaciones entre patrones. La redefinición de 2019 acabó con la escisión: la carga del electrón y la constante de Planck pasaron a ser números exactos, y con ellas la constante de Josephson, de modo que la escala práctica coincidió con la definición. Al mismo tiempo hubo que aplicar con efecto retroactivo una corrección a treinta años de medidas acumuladas en V₉₀: caso raro en que se recalculan resultados de años pasados porque ha cambiado la definición de una unidad.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 11 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del voltio abiertaUnidades básicas del SI
en terracota: las cuatro unidades de las que se compone el voltioLa tensión en otros sistemas
Idioma de la ficha
11 idiomas. El símbolo V es internacional, pero la tensión del enchufe no lo es: 230 voltios en Europa, 120 en Norteamérica, 100 en Japón — la ficha coloca el valor local.