Volt
Nel 1791 Luigi Galvani toccò una zampa di rana con due metalli diversi, e la zampa si contrasse. Galvani concluse che l’elettricità risiedeva nella rana stessa. Alessandro Volta riteneva che la causa fossero i metalli. Per dimostrarlo, nel 1800 impilò dischi di rame e di zinco separandoli con panno imbevuto di acqua salata. La pila dava corrente senza alcuna rana.
Fu la prima batteria. Nel 1881 l’unità di tensione fu chiamata così in onore di Volta. Un volt è un joule per coulomb: l’energia che ogni coulomb di carica guadagna attraversando la sorgente. Una stilo AA dà 1,5 V, una presa 230 V e i cavi degli elettrodotti centinaia di kilovolt.
| Notazione | V |
| Definizione | joule per coulomb · J/C · W/A · kg·m²·s⁻³·A⁻¹ |
| Valori di riferimento | K_J — 483 597,848 4 GHz/V · pila Weston — 1,018 64 V · 1 eV — 1,602·10⁻¹⁹ J |
| Introdotta | 1881, Congresso internazionale degli elettricisti · nel SI dal 1960 |
| Norme | ISO 80000-6 · IEC 60050-131 · SI Brochure 9th ed. |
| Valori tipici | 1,5 V — pila · 230 V — presa · 400 kV — elettrodotto |
01 · Definizione
Un joule per ogni coulomb
La tensione U indica quanta energia una carica guadagna o cede passando da un punto all’altro di un circuito. Un volt è un joule per coulomb. Una pila da 1,5 V fornisce a ogni coulomb un joule e mezzo, e la lampadina nel circuito li prende e li trasforma in luce e calore.
La tensione si misura sempre tra due punti. Il voltmetro si collega ai due capi di un tratto, non in un’interruzione del circuito. La corrente nel tratto è uguale alla tensione divisa per la resistenza: è la legge di Ohm.
Perché sugli elettrodotti corrono centinaia di kilovolt
Il bollitore ha bisogno di una potenza di 2 kW. La si può trasmettere con poca corrente ad alta tensione o con molta corrente a bassa tensione. La potenza è la tensione moltiplicata per la corrente. Il filo dalla sorgente al bollitore ha una resistenza di 1 Ω, circa 60 m di filo di rame da 1 mm² di sezione. I punti blu sono la corrente: più vanno veloci, più è grande. Il filo diventa rosso per il calore che vi si disperde.
Un elettrone che attraversa una tensione di 1 V guadagna un’energia di 1 eV — un elettronvolt. È una misura comoda per atomi e particelle. Un fotone di luce verde porta circa 2,3 eV, uno di raggi X decine di migliaia, e i protoni del Large Hadron Collider 6,8 TeV.
Coppia dopo coppia, volt dopo volt
A sinistra la pila: dal basso verso l’alto zinco, rame e panno imbevuto di acqua salata, coppia dopo coppia. Accanto, la scala del potenziale: ogni coppia lo alza di un gradino, e dentro il panno, quando passa corrente, cala un po’. Un filo va dalla cima della pila, attraverso un interruttore, al carico e torna alla base. I punti blu sono elettroni: vanno dallo zinco al rame passando per il carico. A destra un voltmetro collegato ai capi della pila. Finché passa corrente, sul rame si accumulano bollicine di idrogeno e la tensione scende lentamente. Fate clic sulla scena per chiudere o aprire l’interruttore.
Aggiungete coppie e guardate il voltmetro.
02 · Conversione
| Unità | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Un neurone a riposo mantiene circa −70 mV ai capi di una membrana spessa 5 nm. Il campo al suo interno è di circa 14 MV/m.
Una batteria d’auto da 12 V dà a ogni coulomb 12 J. Il motorino d’avviamento assorbe centinaia di ampere — chilowatt di potenza.
Lo statvolt del sistema CGS vale quasi 300 V, per la precisione 299,792 458 V.
03 · Ordini di grandezza
04 · Strumenti di misura
05 · Regole di scrittura
06 · Unità vicine
07 · Sezione storica
Dal 1990 il volt è conservato con le giunzioni Josephson. Una giunzione superconduttrice sotto microonde di frequenza f dà una tensione a gradini esatti di f/K_J, dove K_J = 2e/h è la costante di Josephson. Dal 2019 è esatta: 483 597,848 4 GHz/V. Una catena di decine di migliaia di giunzioni dà 10 V con un errore di parti per miliardo.
Prima il campione era la pila normale Weston, un recipiente al cadmio e mercurio a forma di lettera H. A 20 °C dava 1,018 64 V. Il volt internazionale del 1908 si rivelò più grande di quello attuale dello 0,034 %.
Catalogo delle grandezze
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Una goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.
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