볼트
SI 유도 단위 · 양: 전압
01 · 정의
볼타는 아연과 구리와 젖은 판지를 겹쳐 직류의 첫 전원을 얻었다. 그 전까지 전기는 모아 두었다가 불꽃으로 흘려보낼 줄만 알았다.
1볼트는 1암페어의 전류가 1와트의 전력을 나르는 전압이다. 달리 말하면, 그런 구간을 지난 전하 1쿨롱이 1줄의 일을 내놓는다. 전압은 어느 자리의 성질이 아니라 두 점 사이의 차이다. 둘째 점을 대지 않은 ‘도선의 전위’는 뜻을 이루지 못하므로, 회로도에는 언제나 공통 접지가 있다. 콘센트는 230 V를 주고, AA 건전지는 1.5 V, 뇌의 신경세포는 수십 밀리볼트로 일하며, 송전선은 750 kV를 견딘다. 새가 수백 킬로볼트의 선에 앉아도 멀쩡한 것은 바로 두 발이 같은 전위에 있기 때문이다. 여기서 전기의 위험은 볼트로 재지 않는다는 것도 따라 나온다. 죽이는 것은 몸을 지나는 전류이고, 볼트는 그것이 살갗의 저항을 뚫고 흐를지 말지를 정할 뿐이다. 마른 손바닥은 백 킬로옴쯤, 젖은 손은 천 옴이어서, 같은 전압이 무해하기도 하고 목숨을 앗기도 한다.
직류의 첫 전원은 아연 원판과 구리 원판을 번갈아 쌓고 그 사이에 소금물에 적신 모직을 끼운 기둥이었다. 한 쌍마다 0.1볼트쯤을 냈고, 볼타는 손끝에 저릿함이 느껴질 때까지 수십 쌍을 쌓아 올렸다. 같은 이치가 지금도 이어진다. 리튬 셀 세 개로 된 전지에서 전압이 더해지는 것은 셀이 직렬로 이어져 있기 때문이다. 바로 이 실험이 ‘동물 전기’라는 갈바니의 학설을 뒤집었다. 전류는 서로 다른 금속에서 나왔고, 개구리 다리는 예민한 계기였을 뿐이다.
02 · 환산
전압을 넣으면 자료표가 각 단위로 펼쳐 준다
접두어는 열전대의 나노볼트 신호부터 송전선의 메가볼트까지 온 구간을 덮는다. 표 안의 전자볼트는 전압이 아니라, 주어진 전위차를 지난 전자가 얻는 에너지다.
콘센트의 전압은 교류이고, 230이라는 수는 실효값이다. 같은 저항에서 같은 전력을 내놓을 직류 전압이 그만큼이라는 뜻이다. 정현파의 최댓값은 √2배 더 커서 삼백이십오 볼트에 이르고, 마루와 골 사이의 폭은 육백오십이다. 절연은 바로 최댓값에 맞춰 계산하므로, ‘230에 맞춰’ 값싸게 만든 기기는 첫 주기에 뚫린다.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| V | 볼트, SI 단위 | 230 | 이 자료표의 출발 단위 |
| mV | 밀리볼트 | 230000 | 의학, 계측 기술 |
| µV | 마이크로볼트 | 2.3·10⁸ | 계기 감도의 한계 |
| kV | 킬로볼트 | 0.23 | 고전압 공학 |
| MV | 메가볼트 | 2.3·10⁻⁴ | 고에너지 물리 |
| 전하당 eV | 전자의 에너지, eV | 230 | 수의 위에서 전압과 같다 |
| statV | CGS 정전단위계의 볼트 | 0.7672 | 계수는 빛 속도의 십분의 일 |
| abV | CGS 전자단위계의 앱볼트 | 2.3·10¹⁰ | 역사 속 단위 가운데 가장 작다 |
| V (int.) | 1908년의 국제 볼트 | 229.92 | 수은주와 은으로 정해졌다 |
| V₉₀ | 1990년의 실용 볼트 | 230 | 천만분의 사만큼 달랐다 |
| 웨스턴 전지 | 표준 전지를 단위로 하여 | 225.79 | 항온조에 든 카드뮴수은 전지 |
| V | 볼트 | 230 | 이 자료표의 출발 단위 |
접두어는 나노부터 메가까지 이어진다. 기술이 다루는 전압의 폭이 열다섯 자릿수에 걸쳐 있기 때문이다. 전자볼트가 놓인 줄은, 전자의 에너지가 그것이 지나온 전압과 수의 위에서 같다는 것을 일러 준다.
03 · 크기의 차수
나노볼트에서 낙뢰까지유럽의 콘센트: 이백삼십 볼트
04 · 측정 기기
전압은 무엇으로 재는가
재려는 구간에 병렬로 잇고, 전류를 뽑지 않도록 저항이 될수록 커야 한다. 지침 계기는 수십 킬로옴쯤, 디지털 계기는 10메가옴 이상이며, 저항이 큰 회로에서는 그마저도 측정을 눈에 띄게 일그러뜨린다.
재려는 전압을 표준 전지 전압의 일부와 맞세우고, 검류계가 영을 가리키는 순간을 잡는다. 그때 계기는 전류를 전혀 쓰지 않으므로, 이 방법은 부하가 걸린 전압이 아니라 전원의 참된 기전력을 준다.
두 저항이 알려진 비로 전압을 나누어, 몇 볼트짜리 계기로 킬로볼트를 재게 해 준다. 고압 선로에서는 계기용 변압기가 같은 일을 하며, 측정 회로를 전력 회로에서 전기적으로 떼어 놓는다.
초전도 접합에 마이크로파를 쬐면 주파수에 정확히 비례하는 전압이 나온다. 조지프슨 상수가 헤르츠를 볼트로 옮겨 준다. 접합 수천 개로 짠 배열은 10볼트를 십억분의 몇의 재현성으로 내주며, 이것이 오늘의 표준이다.
05 · 표기 규칙
기호 V는 라틴 문자다 — 러시아어의 В는 여기서 통하지 않는다
러시아어의 В와 라틴 문자 V는 모양이 다르지만 같은 것을 가리킨다. 국제 문서에서는 V만 허용된다. 단위의 이름은 소문자로 ‘이백삼십 볼트’, 기호는 대문자로 쓴다. 밀리볼트는 mV, 그런데 MV는 메가볼트여서 차이가 십억 배다. 교류의 230 V는 실효값이고, 정현파의 최댓값은 √2배 높아 325 V가 된다. 절연은 최댓값에 맞춰 계산한다.
양의 기호는 기울인 U 또는 V, 단위의 기호는 곧은 V다. U = 230 V라는 식에서 기울임과 곧은 글자가 뜻을 갈라놓는다. 러시아어 기호는 В다. 접두어 킬로는 소문자 k로 써서 kV이지 KV가 아니다. 밀리볼트와 마이크로볼트는 보통의 접두어를 붙여 쓰지만, ‘볼트암페어’는 이미 다른 단위인 피상전력이어서 전압과는 상관이 없다. 전자볼트는 eV로 붙여 쓰며, 이것은 에너지의 단위다.
07 · 역사 부문
개구리 다리에서 양자 계단까지
알레산드로 볼타는 ‘동물 전기’의 본성을 두고 갈바니와 다투었고, 자기가 옳음을 보이려고 생물이라고는 하나도 들어가지 않은 전원을 쌓아 올렸다. 서로 다른 금속을 겹친 전퇴는 끊이지 않는 전류를 내주었다 — 역사상 처음이었다.
국제 전기 회의는 볼트를 암페어와 옴을 통해 정하고, 그 단위에 볼타의 이름을 붙였다. 실제 재현은 화학 전지의 몫으로 남았는데, 그 정확도는 전신이 요구하는 것보다 훨씬 낮았다.
카드뮴수은 전지인 웨스턴 전지는 마이크로볼트까지 전압을 지켜 아흔 해 동안 표준 노릇을 했다. 항온조에 넣어 두고, 전류를 뽑지 못하게 하고, 깨지기 쉬운 계기처럼 조심스레 날랐다.
스물두 살의 대학원생 브라이언 조지프슨은 초전도 접합에 전압의 계단이 생긴다고 예언했다. 1990년부터 볼트는 바로 그렇게 재현되고, 화학 전지는 계량학 박물관으로 물러났다.
볼트와 맞지 않는 볼트
1990년부터 2019년까지 계량학은 볼트를 둘 가지고 살았다. 국제단위계의 정의는 와트와 암페어를 통한 그대로였지만, 단위의 재현은 조지프슨 효과로 하되 상수에 약속한 값을 넣었고, 그 실용 단위를 V₉₀로 적었다. 그것과 SI 볼트의 어긋남은 1볼트에 마이크로볼트의 십분의 몇으로 어림되었다. 기술에는 하잘것없고 표준끼리의 비교에는 결정적인 크기다. 2019년의 재정의가 이 갈라짐을 없앴다. 전자의 전하와 플랑크 상수가 정확한 수가 되면서 조지프슨 상수도 그렇게 되었고, 실용 눈금은 정의와 맞아떨어졌다. 동시에 서른 해 동안 V₉₀으로 쌓인 모든 측정에는 소급해서 보정값을 알려야 했다. 단위의 정의가 바뀌었다는 이유로 지난 결과를 다시 셈하는, 드문 일이었다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
볼트 자료표가 열려 있음SI 기본 단위
테라코타색은 볼트를 이루는 네 단위다른 단위계에서의 전압
자료표 언어
33 언어. 기호 V는 국제적이지만 콘센트의 전압은 그렇지 않다. 유럽은 이백삼십 볼트, 북아메리카는 백이십, 한국은 이백이십 — 자료표는 그 고장의 값을 넣는다.