Voltti
SI-johdannaisyksikkö · suure: sähköjännite
01 · Määritelmä
Volta latoi päällekkäin sinkkiä, kuparia ja märkää pahvia — ja sai ensimmäisen tasavirran lähteen. Ennen häntä sähköä osattiin vain kerätä ja purkaa kipinänä.
Yksi voltti on se jännite, jolla yhden ampeerin virta siirtää yhden watin tehon. Toisin sanoen jokainen kulombi varausta luovuttaa sellaisella välillä yhden joulen työtä. Jännite ei ole paikan ominaisuus vaan kahden pisteen ero: ”johtimen potentiaali” ei merkitse mitään ennen kuin toinen piste on nimetty, ja siksi jokaisessa kytkennässä on yhteinen maa. Pistorasia antaa 230 V, sormiparisto 1,5 V, aivojen hermosolu toimii kymmenillä millivolteilla, ja voimajohto kestää 750 kV. Lintu istuu vahingoittumatta satojen kilovolttien johdolla juuri siksi, että sen molemmat jalat ovat samassa potentiaalissa. Tästä seuraa myös, ettei sähkön vaarallisuutta mitata voltteina: tappaja on kehon läpi kulkeva virta, ja voltit ratkaisevat vain sen, kulkeeko se ihon vastuksen läpi. Kuiva kämmen antaa noin sata kilo-ohmia, märkä tuhat, ja yksi ja sama jännite osoittautuu milloin vaarattomaksi, milloin tappavaksi.
Ensimmäinen tasavirran lähde oli pieni pylväs vuorotellen sinkki- ja kuparikiekkoja, joiden välissä oli suolaveteen kastettua verkaa. Jokainen pari antoi noin kymmenesosan voltista, ja Volta latoi kymmeniä pareja, kunnes purkaus alkoi tuntua sormissa. Sama periaate pätee yhä: kolmen litiumkennon akussa jännitteet summautuvat, koska kennot on kytketty sarjaan. Juuri tämä koe kumosi ”eläinsähkön” galvaanisen teorian: virta tuli erilaisista metalleista, ja sammakon reisi oli vain herkkä mittari.
02 · Muunnos
Syötä jännite — kortti purkaa sen kaikkiin yksiköihin
Etuliitteet kattavat koko alueen termoparin nanovolttisignaaleista voimajohtojen megavoltteihin. Taulukon elektronivoltti ei ole jännite vaan se energia, jonka elektroni saa kuljettuaan annetun potentiaalieron läpi.
Pistorasian jännite on vaihtojännite, ja luku 230 tarkoittaa tehollisarvoa — sitä tasajännitettä, joka vapauttaisi samassa vastuksessa saman tehon. Siniaallon huippu on neliöjuuri kahdesta kertaa suurempi ja yltää 325 volttiin, kun taas huippujen väli on 650. Eristys mitoitetaan juuri huipun mukaan, ja siksi halpa ”230:lle” kasattu laite lyö läpi jo ensimmäisellä jaksolla.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| V | voltti, SI-yksikkö | 230 | tämän kortin lähtöyksikkö |
| mV | millivoltti | 230000 | lääketiede, mittaustekniikka |
| µV | mikrovoltti | 2,3·10⁸ | laitteiden herkkyyden raja |
| kV | kilovoltti | 0,23 | suurjännitetekniikka |
| MV | megavoltti | 2,3·10⁻⁴ | suurenergiafysiikka |
| eV varausta kohti | elektronin energia, eV | 230 | lukuarvoltaan sama kuin jännite |
| statV | CGS-ESU:n voltti | 0,7672 | kerroin on kymmenesosa valonnopeudesta |
| abV | CGS-EMU:n abvoltti | 2,3·10¹⁰ | pienin historiallisista yksiköistä |
| V (int.) | kansainvälinen voltti vuodelta 1908 | 229,92 | määriteltiin elohopeapatsaan ja hopean saostumisen avulla |
| V₉₀ | käytännön voltti vuodelta 1990 | 230 | poikkesi neljä kymmenesmiljoonasosaa |
| Westonin kenno | normaalikennon yksikköinä | 225,79 | kadmium-elohopeakenno termostaatissa |
| V | voltti | 230 | tämän kortin lähtöyksikkö |
Etuliitteet kulkevat nanosta megaan: se jännitealue, jolla tekniikka työskentelee, kattaa viisitoista kertaluokkaa. Elektronivoltin rivi muistuttaa, että elektronin energia on lukuarvoltaan sama kuin sen läpikäymä jännite.
03 · Suuruusluokat
nanovoltista salamanpurkaukseenPistorasia Euroopassa: 230 volttia
04 · Mittalaitteet
Millä jännitettä mitataan
Se kytketään rinnan mitattavan välin kanssa ja sillä on oltava mahdollisimman suuri vastus, jottei se ota virtaa. Osoitinmittareissa se on kymmenien kilo-ohmien luokkaa, digitaalisissa kymmenen megaohmia ja enemmän; suurivastuksisissa piireissä sekin vääristää mittausta havaittavasti.
Mitattava jännite tasapainotetaan normaalikennon jännitteen osaa vastaan ja napataan se hetki, jolloin galvanometri näyttää nollaa. Sillä hetkellä mittari ei ota lainkaan virtaa, ja siksi menetelmä antaa lähteen todellisen sähkömotorisen voiman eikä kuormitettua jännitettä.
Kaksi vastusta jakaa jännitteen tunnetussa suhteessa, jolloin kilovoltteja voi mitata muutaman voltin mittarilla. Suurjännitelinjoilla samaa osaa hoitaa jännitemuuntaja, joka erottaa mittauspiirin tehopiiristä galvaanisesti.
Mikroaalloilla säteilytetty suprajohtava kosketus antaa jännitteen, joka on tarkasti verrannollinen taajuuteen: Josephsonin vakio muuntaa hertsit voltteiksi. Tuhansien liitosten matriisi antaa kymmenen volttia miljardisosien toistettavuudella — ja juuri se on nykyinen normaali.
05 · Kirjoitussäännöt
Tunnus V on latinalainen — venäläinen ”В” ei kelpaa tähän
Venäläinen ”В” ja latinalainen V näyttävät erilaisilta mutta tarkoittavat samaa; kansainvälisissä asiakirjoissa sallitaan vain V. Yksikön nimi kirjoitetaan pienellä — ”kaksisataakolmekymmentä volttia” — ja tunnus isolla. Millivoltti on mV, kun taas MV on megavoltti: ero on miljardikertainen. Vaihtovirrassa 230 V on tehollisarvo; siniaallon huippu on √2 kertaa korkeampi eli 325 V. Eristys mitoitetaan huipun mukaan.
Suureen tunnus on kursivoitu U tai V, yksikön pysty V: kaavassa U = 230 V kursiivi ja pystykirjasin erottavat merkitykset. Venäläinen tunnus on В. Etuliite kilo- kirjoitetaan pienellä k:lla: kV, ei KV. Millivoltti ja mikrovoltti ladotaan tavallisilla etuliitteillä, mutta ”volttiampeeri” on jo toinen yksikkö — näennäisteho — eikä sillä ole jännitteen kanssa mitään tekemistä. Elektronivoltti kirjoitetaan yhteen, eV: se on energian yksikkö.
06 · Naapuriyksiköt
Voltti seisoo Ohmin lain keskellä: virta, jännite ja vastus liittyvät niin, että mitkä tahansa kaksi määräävät kolmannen.
Simetriumin korteista voltin naapureita ovat ampeeri ja ohmi Ohmin laista, watti niiden tulona, coulombi s faradi kapasitanssin määritelmästä ja elektronivoltti — tämän yksikön mukaan nimetty energia.
07 · Historiallinen osa
Sammakon reidestä kvanttiportaaseen
Alessandro Volta kiisteli Galvanin kanssa ”eläinsähkön” luonteesta ja kokosi, todistaakseen olevansa oikeassa, lähteen ilman biologiaa lainkaan. Erilaisten metallien pylväs antoi katkeamatonta virtaa — ensimmäisen historiassa.
Kansainvälinen sähkömiesten kongressi määritteli voltin ampeerin ja ohmin avulla ja antoi yksikölle Voltan nimen. Käytännön toteutus jäi kemialliselle kennolle, jonka tarkkuus jäi kauas siitä, mitä lennätin vaati.
Westonin kadmium-elohopeakenno piti jännitteensä mikrovoltin tarkkuudella ja oli normaalina yhdeksänkymmentä vuotta. Sitä säilytettiin termostaatissa, siltä ei annettu ottaa virtaa ja sitä kuljetettiin yhtä varovasti kuin haurasta mittalaitetta.
Brian Josephson, kaksikymmentäkaksivuotias jatko-opiskelija, ennusti jänniteportaat suprajohtavaan kosketukseen. Vuodesta 1990 voltti on toteutettu juuri näin, ja kemialliset kennot ovat siirtyneet metrologian museoihin.
Voltti, joka ei täsmää voltin kanssa
Vuodesta 1990 vuoteen 2019 metrologia eli kahden voltin kanssa yhtä aikaa. Määritelmä Kansainvälisessä järjestelmässä pysyi entisellään, watin ja ampeerin kautta, mutta yksikkö toteutettiin Josephsonin ilmiöllä sopimuksenvaraisella vakion arvolla — ja tätä käytännön yksikköä merkittiin V₉₀. Sen ja SI:n voltin ero arvioitiin kymmenesosiksi mikrovoltista volttia kohti: tekniikalle mitätön, normaalivertailuille ratkaiseva suure. Vuoden 2019 uudelleenmäärittely poisti jakautuman: alkeisvaraus ja Planckin vakio muuttuivat tarkoiksi luvuiksi, ja niiden mukana Josephsonin vakio, jolloin käytännön asteikko yhtyi määritelmään. Samalla kolmenkymmenen vuoden aikana kertyneille V₉₀-mittauksille jouduttiin antamaan jälkikäteen korjaus — harvinainen tapaus, jossa menneiden vuosien tulokset lasketaan uudelleen, koska yksikön määritelmä on muuttunut.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 23 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
voltin kortti on aukiSI-perusyksiköt
terrakotalla — ne neljä yksikköä, joista voltti koostuuJännite muissa järjestelmissä
Kortin kieli
23 kieltä. Tunnus V on kansainvälinen, mutta pistorasian jännite ei: 230 volttia Euroopassa, 120 Pohjois-Amerikassa, 100 Japanissa — kortti asettaa paikallisen arvon.