ولت
یکای فرعی SI · کمیت: ولتاژ الکتریکی
01 · تعریف
ولتا روی هم روی و مس و مقوای خیس چید — و نخستین منبع جریان مستقیم را به دست آورد. پیش از او الکتریسیته را تنها میشد انباشت و در جرقهای تخلیه کرد.
یک ولت ولتاژی است که در آن جریانی به اندازهٔ یک آمپر توانی برابر یک وات را منتقل میکند. به بیان دیگر، هر کولن بار که از چنین بخشی بگذرد یک ژول کار میدهد. ولتاژ خاصیت یک جا نیست بلکه اختلاف میان دو نقطه است: «پتانسیل یک سیم» تا وقتی نقطهٔ دوم نامیده نشود هیچ معنایی ندارد، و از همین رو هر نقشه یک زمین مشترک دارد. پریز 230 V میدهد، باتری قلمی 1.5 V، یاختهٔ عصبی در مغز با دهها میلیولت کار میکند، و خط انتقال 750 kV را تاب میآورد. پرنده بر سیمی با صدها کیلوولت بیآسیب مینشیند، درست از آن رو که هر دو پایش در یک پتانسیلاند. از اینجا هم برمیآید که خطر الکتریسیته با ولت سنجیده نمیشود: کشنده جریانی است که از بدن میگذرد، و ولتها تنها تعیین میکنند که آیا از مقاومت پوست خواهد گذشت. کف دست خشک حدود صد کیلواهم میدهد و کف خیس هزار، و یک ولتاژ واحد گاه بیآزار و گاه کشنده از آب درمیآید.
نخستین منبع جریان مستقیم ستونکی بود از قرصهای روی و مس که یکیدرمیان چیده شده بودند و میانشان ماهوت آغشته به آبنمک بود. هر جفت نزدیک یکدهم ولت میداد، و ولتا دهها جفت روی هم میگذاشت تا تخلیه در انگشتان حس شود. همین اصل امروز هم برقرار است: در باتری سه سلول لیتیمی ولتاژها جمع میشوند، چون سلولها پشتسرهم بسته شدهاند. درست همین آزمایش بود که نظریهٔ گالوانی «الکتریسیتهٔ جانوری» را رد کرد: جریان از فلزهای ناهمگون میآمد و ران قورباغه تنها دستگاهی حساس بود.
02 · تبدیل
ولتاژی وارد کنید — شناسنامه آن را به همهٔ یکاها میشکافد
پیشوندها همهٔ گستره را میپوشانند، از سیگنالهای نانوولتی ترموکوپل تا مگاولتهای خطوط انتقال. الکترونولت در جدول ولتاژ نیست، بلکه انرژیای است که الکترون با گذر از اختلاف پتانسیل دادهشده به دست میآورد.
ولتاژ پریز متناوب است و عدد 230 مقدار مؤثر را میرساند — همان ولتاژ مستقیمی که روی همان مقاومت همان توان را آزاد میکند. اوج موج سینوسی به اندازهٔ ریشهٔ دو بزرگتر است و به 325 ولت میرسد، و فاصلهٔ میان دو اوج 650. عایق را درست بر پایهٔ اوج حساب میکنند، و از همین رو دستگاه ارزانی که «برای 230» بسته شده در همان دورهٔ نخست میشکند.
| یکا | نام | مقدار | کجا دیده میشود |
|---|---|---|---|
| V | ولت، یکای SI | 230 | یکای آغازین این شناسنامه |
| mV | میلیولت | 230000 | پزشکی، فن اندازهگیری |
| µV | میکروولت | 2,3·10⁸ | مرز حساسیت دستگاهها |
| kV | کیلوولت | 0,23 | فن ولتاژ بالا |
| MV | مگاولت | 2,3·10⁻⁴ | فیزیک انرژیهای بالا |
| eV بر بار | انرژی یک الکترون، eV | 230 | عدداً برابر با ولتاژ |
| statV | ولت نظام CGS-ES | 0,7672 | ضریب، یکدهم سرعت نور است |
| abV | اَبولت نظام CGS-EM | 2,3·10¹⁰ | کوچکترین یکای تاریخی |
| V (int.) | ولت بینالمللی 1908 | 229,92 | با ستون جیوه و نشست نقره تعریف میشد |
| V₉₀ | ولت عملی 1990 | 230 | چهار دهمیلیونیم اختلاف داشت |
| پیل وستون | به یکای پیل معیار | 225,79 | پیل کادمیم-جیوه در گرماپای |
| V | ولت | 230 | یکای آغازین این شناسنامه |
پیشوندها از نانو تا مگا میروند: گسترهٔ ولتاژهایی که فن با آنها کار میکند پانزده مرتبه را در برمیگیرد. سطر الکترونولت یادآور میشود که انرژی یک الکترون عدداً برابر ولتاژی است که از آن گذشته.
03 · مرتبههای بزرگی
از نانوولت تا تخلیهٔ توفانپریز در اروپا: 230 ولت
04 · ابزارهای اندازهگیری
ولتاژ را با چه میسنجند
موازی با بخش مورد سنجش بسته میشود و باید تا میشود مقاومت بزرگ داشته باشد تا جریان نکشد. در دستگاههای عقربهای این مقاومت در حد دهها کیلواهم است و در دیجیتالها ده مگااهم و بیشتر؛ در مدارهای پرمقاومت حتی همین هم اندازهگیری را بهروشنی میآشوبد.
ولتاژ مورد سنجش را با بخشی از ولتاژ یک پیل معیار میسنجند و لحظهای را میگیرند که گالوانومتر صفر نشان دهد. در آن لحظه دستگاه هیچ جریانی نمیکشد، و از این رو روش نیروی محرکهٔ الکتریکی راستین منبع را میدهد نه ولتاژ زیر بار.
دو مقاومت ولتاژ را به نسبتی معلوم بخش میکنند و چنین است که کیلوولتها را میتوان با دستگاهی چند ولتی سنجید. در خطوط ولتاژ بالا همین نقش را ترانسفورماتور ولتاژ دارد که مدار اندازهگیری را از مدار نیرو بهطور گالوانی جدا میکند.
یک تماس ابررسانا که با ریزموج تابانده میشود ولتاژی میدهد که دقیقاً با بسامد متناسب است: ثابت جوزفسون هرتز را به ولت برمیگرداند. آرایهای از هزاران پیوند ده ولت میدهد با تکرارپذیری در حد میلیاردم — و همین است معیار امروزی.
05 · قواعد نگارش
نماد V لاتین است — «В» روسی اینجا به کار نمیآید
«В» روسی و V لاتین جور دیگری دیده میشوند اما یک چیز را میرسانند؛ در سندهای بینالمللی تنها V پذیرفته است. نام یکا با حرف کوچک نوشته میشود — «دویست و سی ولت» — و نماد با حرف بزرگ. میلیولت mV است و MV مگاولت: اختلاف یک میلیارد برابر. در جریان متناوب 230 V مقدار مؤثر است؛ اوج موج سینوسی √2 برابر بالاتر است، یعنی 325 V. عایق را بر پایهٔ اوج حساب میکنند.
نماد کمیت U یا V ایتالیک است و نماد یکا V ایستاده: در فرمول U = 230 V ایتالیک و ایستاده تفاوت را میرسانند. نماد روسی В است. پیشوند کیلو با k کوچک نوشته میشود: kV، نه KV. میلیولت و میکروولت با پیشوندهای معمول چیده میشوند، اما «ولتآمپر» یکای دیگری است — توان ظاهری — و ربطی به ولتاژ ندارد. الکترونولت را سرِهم مینویسند، eV: و آن یکای انرژی است.
06 · یکاهای همسایه
ولت در میانهٔ قانون اهم ایستاده است: جریان، ولتاژ و مقاومت چنان به هم بستهاند که هر دوتای آنها سومی را تعیین میکند.
از شناسنامههای Simetrium همسایهٔ ولتاند آمپر و اهم از قانون اهم، وات بهعنوان حاصلضرب آنها، کولن s فاراد از تعریف ظرفیت، و الکترونولت — انرژیای که نامش را از این یکا گرفته است.
07 · بخش تاریخی
از ران قورباغه تا پلهٔ کوانتومی
آلساندرو ولتا با گالوانی بر سر سرشت «الکتریسیتهٔ جانوری» میستیزید و برای اثبات حق خود منبعی ساخت که هیچ زیستشناسی در آن نبود. ستونی از فلزهای ناهمگون جریانی پیوسته میداد — نخستین در تاریخ.
کنگرهٔ بینالمللی برقکاران ولت را با آمپر و اهم تعریف کرد و نام یکا را از ولتا گرفت. تحقق عملی همچنان بر عهدهٔ یک پیل شیمیایی ماند که دقتش بسیار پایینتر از خواستهٔ تلگراف بود.
پیل کادمیم-جیوهٔ وستون ولتاژ خود را با دقت میکروولت نگاه میداشت و نود سال معیار بود. آن را در گرماپای نگه میداشتند، نمیگذاشتند جریان بدهد و مانند دستگاهی شکننده با احتیاط جابهجا میکردند.
برایان جوزفسون، دانشجوی دکتری بیستودو ساله، پلههای ولتاژ را روی تماسی ابررسانا پیشبینی کرد. از 1990 ولت را درست به همین شیوه تحقق میبخشند و پیلهای شیمیایی به موزههای اندازهشناسی رفتند.
ولتی که با ولت جور درنمیآید
از 1990 تا 2019 اندازهشناسی با دو ولت همزمان زیست. تعریف در نظام بینالمللی همان ماند، از راه وات و آمپر، اما یکا با اثر جوزفسون و با مقداری قراردادی برای ثابت تحقق مییافت — و این یکای عملی را V₉₀ مینوشتند. اختلاف میان آن و ولت SI را دهمهای میکروولت بر ولت برآورد میکردند: کمیتی ناچیز برای فن و تعیینکننده برای سنجش معیارها با یکدیگر. بازتعریف 2019 این دوگانگی را برداشت: بار الکترون و ثابت پلانک عددهایی دقیق شدند و با آنها ثابت جوزفسون نیز، و مقیاس عملی با تعریف یکی شد. همزمان باید به سی سال اندازهگیری انباشته در V₉₀ تصحیحی پسنگر داده میشد — موردی کمیاب که در آن نتیجههای سالهای گذشته را از نو حساب میکنند چون تعریف یک یکا دگرگون شده است.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای اصلی SI، بیستودو یکای فرعی با نامهای ویژه و یکاهای بیرون دستگاه که نه فناوری از آنها بینیاز است و نه زندگی روزمره. هر یکا برگ خود را دارد: تعریف، تبدیل، ابزارها، قواعد نگارش. به 23 زبان.
یکاهای فرعی SI با نام ویژه
شناسنامهٔ ولت باز استیکاهای اصلی SI
به رنگ سفالی — چهار یکایی که ولت از آنها ساخته میشودولتاژ در نظامهای دیگر
زبان شناسنامه
23 زبان. نماد V بینالمللی است، اما ولتاژ پریز نه: 230 ولت در اروپا، 120 در آمریکای شمالی، 100 در ژاپن — شناسنامه مقدار محلی را میگذارد.