ボルト
SI 組立単位 · 量：電圧
01 · 定義
ボルタは亜鉛と銅と濡れた厚紙を重ね、直流の最初の電源を手に入れた。彼より前、電気はためて火花で放つことしかできなかった。
一ボルトとは、一アンペアの電流が一ワットの電力を運ぶときの電圧である。言い換えれば、そうした区間を通る一クーロンの電荷が一ジュールの仕事を手放す。電圧は場所の性質ではなく、二点のあいだの差である。第二の点を挙げないかぎり「導線の電位」は何も意味しないので、どの回路図にも共通の接地がある。コンセントは 230 V を出し、単三電池は 1.5 V、脳の神経細胞は数十ミリボルトで働き、送電線は 750 kV に耐える。鳥が数百キロボルトの線に無傷でとまっていられるのは、まさに両足が同じ電位にあるからだ。ここから、電気の危険はボルトでは測れないということも出てくる。殺すのは体を通る電流であり、ボルトはそれが皮膚の抵抗を通って流れるかどうかを決めるにすぎない。乾いた手のひらは百キロオームほど、濡れた手は千オーム、同じ電圧が無害にも致命的にもなる。
直流の最初の電源は、亜鉛と銅の円板を交互に重ね、あいだに塩水を含ませたラシャをはさんだ小さな柱だった。一対がおよそ十分の一ボルトを出し、ボルタは放電が指に感じられるようになるまで何十対も積み上げた。同じ原理は今も生きている。リチウム電池三個の組では電池が直列につながれているので電圧が足し合わされる。まさにこの実験が「動物電気」のガルバニ説をくつがえした。電流は異種の金属から来ていたのであり、カエルの脚は感度のよい計器にすぎなかった。
02 · 換算
電圧を入れると、要覧が各単位に開いてみせる
接頭語は全域を覆う。熱電対のナノボルト信号から送電線のメガボルトまで。表の電子ボルトは電圧ではなく、電子がその電位差を通り抜けて得るエネルギーである。
コンセントの電圧は交流であり、230 という数は実効値を指す。すなわち同じ抵抗に同じ電力を出す直流電圧のことだ。正弦波の波高値は二の平方根倍大きく、三百二十五ボルトに達する。山と山のあいだの振れ幅は六百五十になる。絶縁はまさにこの波高値に合わせて設計するので、「230 用」に組まれた安価な器具は最初の一周期で破れる。
| 単位 | 名称 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|---|
| V | ボルト、SI 単位 | 230 | この要覧の出発点となる単位 |
| mV | ミリボルト | 230000 | 医学、計測技術 |
| µV | マイクロボルト | 2.3·10⁸ | 計器の感度の限界 |
| kV | キロボルト | 0.23 | 高電圧工学 |
| MV | メガボルト | 2.3·10⁻⁴ | 高エネルギー物理 |
| 電荷当たりの eV | 電子のエネルギー、eV | 230 | 数の上で電圧に等しい |
| statV | CGS 静電単位系のボルト | 0.7672 | 係数は光速の十分の一 |
| abV | CGS 電磁単位系のアブボルト | 2.3·10¹⁰ | 歴史上の単位でもっとも小さい |
| V (int.) | 一九〇八年の国際ボルト | 229.92 | 水銀柱と銀の析出によって定められていた |
| V₉₀ | 一九九〇年の実用ボルト | 230 | 一千万分の四だけずれていた |
| ウェストン電池 | 標準電池を単位として | 225.79 | 恒温槽に入れたカドミウム水銀電池 |
| V | ボルト | 230 | この要覧の出発点となる単位 |
接頭語はナノからメガまで並ぶ。技術が相手にする電圧の幅は十五桁にわたる。電子ボルトの行は、電子のエネルギーが通り抜けた電圧に数の上で等しいことを思い出させる。
03 · 桁の並び
ナノボルトから雷放電までヨーロッパのコンセント：二百三十ボルト
04 · 測定器
電圧は何で測るか
測る区間に並列につなぎ、電流を分け取らないようできるだけ大きな抵抗をもたねばならない。指針式の計器では数十キロオーム、デジタル式では十メガオーム以上である。高抵抗の回路では、それでも測定は目に見えてゆがむ。
測る電圧を標準電池の電圧の一部と釣り合わせ、検流計がゼロを指す瞬間をとらえる。その瞬間、計器は電流をまったく取らない。だからこの方法は負荷のかかった電圧ではなく、電源の真の起電力を与える。
二つの抵抗が既知の比で電圧を分けるので、数ボルトの計器でキロボルトを測れる。高圧送電線では同じ役目を計器用変圧器が担い、測定回路を電力回路から電気的に切り離す。
マイクロ波を当てた超伝導接触は、周波数に厳密に比例した電圧を出す。ジョセフソン定数がヘルツをボルトに換える。数千の接合を並べた配列は十億分の一の再現性で十ボルトを与える——これが今日の標準である。
05 · 表記の規則
記号 V はラテン文字——ロシア語の「В」はここでは通らない
ロシア語の「В」とラテン文字の V は姿が違うが同じものを指す。国際文書では V だけが認められる。単位の名前は小文字で「二百三十ボルト」、記号は大文字で書く。ミリボルトは mV、いっぽう MV はメガボルトで、その差は十億倍である。交流の 230 V は実効値であり、正弦波の波高値は √2 倍高く、つまり 325 V になる。絶縁は波高値に合わせて設計する。
量の記号は斜体の U または V、単位の記号は立体の V である。U = 230 V という式では、斜体と立体が意味を分けている。ロシア語の記号は В。接頭語のキロは小文字の k で書く。kV であって KV ではない。ミリボルトとマイクロボルトはふつうの接頭語で組むが、「ボルトアンペア」はすでに別の単位で、皮相電力を指し、電圧とは関わりがない。電子ボルトは続けて eV と書く。これはエネルギーの単位である。
07 · 歴史の部
カエルの脚から量子の段へ
アレッサンドロ・ボルタはガルバーニと「動物電気」の本性をめぐって争い、自分が正しいと示すために生物をまったく含まない電源を組み立てた。異種の金属を重ねた電堆は途切れない電流を出した——史上はじめてのことである。
国際電気技術者会議はボルトをアンペアとオームによって定義し、単位にボルタの名を与えた。実際の再現は化学電池に委ねられたままで、その確かさは電信が求める水準にはるかに届かなかった。
ウェストンのカドミウム水銀電池はマイクロボルトの精度で電圧を保ち、九十年にわたって標準となった。恒温槽に納め、電流を取らせず、こわれやすい計器と同じ用心で運んだ。
二十二歳の大学院生ブライアン・ジョセフソンは、超伝導接触に生じる電圧の段を予言した。一九九〇年からボルトはまさにその方法で再現され、化学電池は計量学の博物館へ移っていった。
ボルトと合わないボルト
一九九〇年から二〇一九年まで、計量学は二つのボルトを同時に抱えて生きた。国際単位系での定義は昔のまま、ワットとアンペアを通してのものだったが、単位そのものは取り決めで採った定数値を用い、ジョセフソン効果によって再現されていた。この実用単位を V₉₀ と記した。それと SI のボルトとの食い違いは、一ボルトあたりマイクロボルトの十分の幾つと見積もられていた。技術には無視できる量だが、標準どうしの比較には決定的な量である。二〇一九年の再定義はこの分裂を取り除いた。電気素量とプランク定数が厳密な数となり、それにともなってジョセフソン定数も厳密になって、実用の目盛は定義と重なった。同時に、三十年のあいだ V₉₀ で積み上げられた測定のすべてに、あとから補正を与えねばならなかった——単位の定義が変わったために過ぎた年の結果を計算し直す、まれな出来事である。
カタログ · 測定単位
それぞれの量に一つの要覧
SI の基本単位が七つ、固有の名をもつ組立単位が二十二、そして技術にも暮らしにも欠かせないSI 以外の単位。どれにも一葉ずつ：定義、換算、測定器、表記の規則。33 言語で。
固有の名をもつ SI 組立単位
ボルトの要覧を開いていますSI 基本単位
テラコッタ色はボルトを組み立てる四つの単位ほかの単位系での電圧
要覧の言語
33 言語。記号 V は国際的だが、コンセントの電圧はそうではない。ヨーロッパは二百三十ボルト、北アメリカは百二十、日本は百——要覧はその土地の値を入れる。