Volt
Unità derivata SI · grandezza: tensione elettrica
01 · Definizione
Volta impilò zinco, rame e cartone bagnato — e ottenne la prima sorgente di corrente continua. Prima di lui l’elettricità si sapeva solo accumulare e scaricare in una scintilla.
Un volt è la tensione alla quale una corrente di un ampere trasporta una potenza di un watt. In altre parole, ogni coulomb di carica che attraversa quel tratto cede un joule di lavoro. La tensione non è una proprietà di un luogo ma una differenza fra due punti: il «potenziale di un filo» non significa nulla finché non si nomina il secondo punto, ed è per questo che ogni schema ha una massa comune. La presa dà 230 V, una pila stilo 1,5 V, un neurone nel cervello lavora su decine di millivolt, e una linea di trasmissione regge 750 kV. Un uccello sta illeso su una linea da centinaia di kilovolt proprio perché entrambe le zampe sono allo stesso potenziale. Ne segue anche che il pericolo dell’elettricità non si misura in volt: a uccidere è la corrente attraverso il corpo, e i volt decidono soltanto se essa passerà attraverso la resistenza della pelle. Un palmo asciutto offre un centinaio di kiloohm, uno bagnato un migliaio, e la stessa tensione risulta ora innocua ora mortale.
La prima sorgente di corrente continua era una colonnina di dischetti alternati di zinco e rame, separati da panno imbevuto di salamoia. Ogni coppia dava circa un decimo di volt, e Volta ne impilava decine finché la scarica non cominciava a sentirsi nelle dita. Lo stesso principio vale ancora oggi: in una batteria di tre celle al litio le tensioni si sommano perché gli elementi sono in serie. Fu proprio questo esperimento a confutare la teoria galvanica dell’«elettricità animale»: la corrente veniva dai metalli diversi, e la zampa di rana era soltanto uno strumento sensibile.
02 · Conversione
Inserisci una tensione: la scheda la scompone in tutte le unità
I prefissi coprono l’intera gamma, dai segnali in nanovolt di una termocoppia ai megavolt delle linee di trasmissione. L’elettronvolt in tabella non è una tensione ma l’energia che un elettrone acquista attraversando la data differenza di potenziale.
La tensione della presa è alternata, e il numero 230 indica il valore efficace: quella tensione continua che dissiperebbe la stessa potenza sulla stessa resistenza. Il picco della sinusoide è maggiore di radice di due e arriva a 325 volt, mentre l’escursione fra le creste è di 650. L’isolamento si dimensiona proprio sul picco, ed è per questo che un apparecchio economico montato «per 230» si perfora al primo periodo.
| Unità | Nome | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|---|
| V | volt, unità SI | 230 | l’unità di partenza di questa scheda |
| mV | millivolt | 230000 | medicina, strumentazione |
| µV | microvolt | 2,3·10⁸ | il limite di sensibilità degli strumenti |
| kV | kilovolt | 0,23 | tecnica dell’alta tensione |
| MV | megavolt | 2,3·10⁻⁴ | fisica delle alte energie |
| eV per carica | energia di un elettrone, eV | 230 | numericamente uguale alla tensione |
| statV | volt del sistema CGS-ues | 0,7672 | il fattore è un decimo della velocità della luce |
| abV | abvolt del sistema CGS-uem | 2,3·10¹⁰ | la più piccola delle unità storiche |
| V (int.) | volt internazionale del 1908 | 229,92 | si definiva con una colonna di mercurio e la deposizione d’argento |
| V₉₀ | volt pratico del 1990 | 230 | differiva di quattro decimilionesimi |
| pila Weston | in unità della pila campione | 225,79 | una pila al cadmio e mercurio in termostato |
| V | volt | 230 | l’unità di partenza di questa scheda |
I prefissi vanno da nano- a mega-: la gamma di tensioni con cui lavora la tecnica copre quindici ordini di grandezza. La riga dell’elettronvolt ricorda che l’energia di un elettrone è numericamente uguale alla tensione che ha attraversato.
03 · Ordini di grandezza
dal nanovolt alla scarica temporalescaLa presa in Europa: 230 volt
04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura la tensione
Si collega in parallelo al tratto e deve avere la resistenza più alta possibile per non sottrarre corrente. Negli strumenti a indice è dell’ordine di decine di kiloohm, in quelli digitali di dieci megaohm e oltre; nei circuiti ad alta resistenza persino questo falsa la misura in modo sensibile.
La tensione da misurare viene equilibrata contro una parte della tensione di una pila campione e si coglie l’istante in cui il galvanometro segna zero. In quell’istante lo strumento non assorbe corrente alcuna, e perciò il metodo dà la forza elettromotrice vera della sorgente e non la tensione sotto carico.
Due resistenze dividono la tensione in un rapporto noto, permettendo di misurare kilovolt con uno strumento da pochi volt. Sulle linee ad alta tensione lo stesso ruolo spetta a un trasformatore di tensione, che separa galvanicamente il circuito di misura da quello di potenza.
Un contatto superconduttore irraggiato con microonde fornisce una tensione rigorosamente proporzionale alla frequenza: la costante di Josephson converte gli hertz in volt. Una matrice di migliaia di giunzioni dà dieci volt con una riproducibilità nell’ordine del miliardesimo, ed è questo il campione odierno.
05 · Regole di scrittura
Il simbolo V è latino: la «В» russa qui non va
La «В» russa e la V latina hanno aspetto diverso ma indicano la stessa cosa; nei documenti internazionali è ammessa solo la V. Il nome dell’unità va in minuscolo — «duecentotrenta volt» — e il simbolo in maiuscolo. Millivolt si scrive mV, mentre MV è il megavolt: una differenza di un miliardo di volte. In corrente alternata 230 V è il valore efficace; il picco della sinusoide è maggiore di √2, cioè 325 V. L’isolamento si dimensiona sul picco.
Il simbolo della grandezza è una U o una V corsiva, quello dell’unità una V tonda: in U = 230 V il corsivo e il tondo portano la distinzione. Il simbolo russo è В. Il prefisso chilo- si scrive con la k minuscola: kV, non KV. Millivolt e microvolt si compongono con i prefissi consueti, mentre il «voltampere» è già un’altra unità — la potenza apparente — e con la tensione non ha nulla a che fare. L’elettronvolt si scrive tutto attaccato, eV: è un’unità di energia.
06 · Unità vicine
Il volt sta al centro della legge di Ohm: corrente, tensione e resistenza sono legate in modo che due qualsiasi fissino la terza.
Fra le schede di Simetrium stanno accanto al volt ampere e ohm dalla legge di Ohm, watt come loro prodotto, coulomb s il farad dalla definizione di capacità, e elettronvolt — l’energia che porta il nome di questa unità.
07 · Sezione storica
Dalla zampa di rana al gradino quantistico
Alessandro Volta discuteva con Galvani sulla natura dell’«elettricità animale» e, per dar prova di aver ragione, montò una sorgente del tutto priva di biologia. La pila di metalli diversi dava una corrente continua — la prima della storia.
Il Congresso internazionale degli elettricisti definì il volt tramite l’ampere e l’ohm, dando all’unità il nome di Volta. La realizzazione pratica restava affidata a una pila chimica, la cui esattezza era assai inferiore a quanto la telegrafia richiedeva.
La pila al cadmio e mercurio di Weston teneva la tensione a meno di un microvolt e divenne campione per novant’anni. La si conservava in termostato, non le si lasciava erogare corrente e la si trasportava con la cura dovuta a uno strumento fragile.
Brian Josephson, dottorando di ventidue anni, predisse gradini di tensione su un contatto superconduttore. Dal 1990 il volt si realizza esattamente così, e le pile chimiche sono finite nei musei della metrologia.
Un volt che non coincide col volt
Dal 1990 al 2019 la metrologia visse con due volt insieme. La definizione nel Sistema internazionale restava quella di prima, tramite il watt e l’ampere, ma l’unità si realizzava con l’effetto Josephson usando un valore convenzionalmente adottato della costante, e questa unità pratica si scriveva V₉₀. Lo scarto fra essa e il volt del SI si stimava in decimi di microvolt per volt: grandezza trascurabile per la tecnica e decisiva per i confronti fra campioni. La ridefinizione del 2019 eliminò la scissione: la carica dell’elettrone e la costante di Planck divennero numeri esatti, e con esse la costante di Josephson, sicché la scala pratica coincise con la definizione. Nello stesso tempo si dovette applicare a posteriori una correzione a trent’anni di misure accumulate in V₉₀ — caso raro in cui si ricalcolano risultati di anni passati perché è cambiata la definizione di un’unità.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e le unità fuori sistema senza le quali non se la cavano né la tecnica né la vita di ogni giorno. Ognuna ha il suo foglio: definizione, conversione, strumenti, regole di scrittura. In 11 lingue.
Unità derivate SI con nome proprio
scheda del volt apertaUnità di base del SI
in terracotta — le quattro unità di cui si compone il voltLa tensione in altri sistemi
Lingua della scheda
11 lingue. Il simbolo V è internazionale, la tensione della presa no: 230 volt in Europa, 120 in Nord America, 100 in Giappone — la scheda inserisce il valore locale.