Volt
Unit terbitan SI · kuantiti: tegangan elektrik
01 · Takrif
Volta menyusun zink, tembaga dan kadbod basah — lalu memperoleh punca arus terus yang pertama. Sebelum dia, elektrik hanya boleh dikumpul dan dilepaskan sebagai bunga api.
Satu volt ialah tegangan yang membuat arus satu ampere membawa kuasa satu watt. Dengan kata lain, setiap coulomb cas yang melalui bahagian itu melepaskan kerja satu joule. Tegangan bukan sifat sesuatu tempat, melainkan beza antara dua titik: “keupayaan wayar” tanpa menyebut titik kedua tidak bermakna, sebab itu setiap litar sentiasa mempunyai pembumian sepunya. Soket memberi 230 V, bateri AA 1.5 V, sel saraf dalam otak bekerja pada berpuluh milivolt, dan talian penghantaran menahan 750 kV. Burung yang hinggap pada talian ratusan kilovolt kekal selamat justeru kerana kedua-dua kakinya berada pada keupayaan yang sama. Daripada sini menyusul juga bahawa bahaya elektrik tidak diukur dengan volt: yang membunuh ialah arus yang melalui tubuh, manakala volt hanya menentukan sama ada arus itu akan mengalir menembusi rintangan kulit. Tapak tangan kering memberi kira-kira seratus kiloohm, tangan basah seribu, dan tegangan yang sama ternyata kadang tidak berbahaya, kadang membawa maut.
Punca arus terus yang pertama ialah sebatang turus daripada cakera zink dan tembaga yang berselang-seli, dialas kain yang dibasahi air garam. Setiap pasang memberi kira-kira sepersepuluh volt, dan Volta menyusun berpuluh pasang sehingga kejutannya terasa pada jari. Asas yang sama masih berjalan sekarang: dalam bateri daripada tiga sel litium, tegangan bertambah kerana sel-selnya dipasang sesiri. Ujian inilah yang menyanggah teori “elektrik haiwan” Galvani: arus datang daripada logam yang berlainan, manakala kaki katak hanyalah alat yang peka.
02 · Penukaran
Masukkan tegangan — helaian ini akan menguraikannya kepada setiap unit
Awalan menutup seluruh julat, daripada isyarat nanovolt termogandingan hingga megavolt talian penghantaran. Elektronvolt dalam jadual bukan tegangan, melainkan tenaga yang diperoleh elektron setelah melalui beza keupayaan itu.
Tegangan pada soket bersifat ulang-alik, dan angka 230 bermaksud nilai berkesan — iaitu tegangan arus terus yang akan melepaskan kuasa yang sama pada rintangan yang sama. Nilai puncak gelombang sinus lebih tinggi √2 kali dan mencapai tiga ratus dua puluh lima volt, manakala julat antara dua puncak ialah enam ratus lima puluh. Penebatan dikira justeru mengikut nilai puncak, sebab itu alat murah yang dipasang “untuk 230” tembus pada kitaran yang pertama juga.
| Unit | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| V | volt, unit SI | 230 | unit awal helaian ini |
| mV | milivolt | 230000 | perubatan, teknik pengukuran |
| µV | mikrovolt | 2.3·10⁸ | had kepekaan alat |
| kV | kilovolt | 0.23 | teknik voltan tinggi |
| MV | megavolt | 2.3·10⁻⁴ | fizik tenaga tinggi |
| eV per cas | tenaga elektron, eV | 230 | pada angka sama dengan tegangan |
| statV | volt sistem CGS elektrostatik | 0.7672 | penggandanya ialah sepersepuluh kelajuan cahaya |
| abV | abvolt sistem CGS elektromagnet | 2.3·10¹⁰ | yang terkecil antara unit lama |
| V (int.) | volt antarabangsa 1908 | 229.92 | ditakrifkan melalui turus raksa dan perak |
| V₉₀ | volt praktik 1990 | 230 | berbeza sebanyak empat per sepuluh juta |
| sel Weston | dalam unit sel piawai | 225.79 | sel kadmium-raksa dalam termostat |
| V | volt | 230 | unit awal helaian ini |
Awalan berjalan daripada nano hingga mega: julat tegangan yang dikendalikan teknik meliputi lima belas tertib. Baris dengan elektronvolt mengingatkan bahawa tenaga elektron pada angka sama dengan tegangan yang telah dilaluinya.
03 · Orde kuantiti
daripada nanovolt hingga pancaran kilatSoket di Eropah: dua ratus tiga puluh volt
04 · Alat pengukur
Tegangan diukur dengan apa
Ia disambung selari dengan bahagian litar dan rintangannya perlu setinggi mungkin supaya tidak menarik arus. Pada alat berjarum rintangan itu berpuluh kiloohm, pada alat digit sepuluh megaohm ke atas; pada litar berintangan tinggi, itu pun sudah jelas memesongkan ukuran.
Tegangan yang hendak diukur diimbangi dengan sebahagian tegangan sel piawai, lalu ditangkap saat galvanometer menunjukkan sifar. Pada saat itu alat langsung tidak mengambil arus, maka kaedah ini memberi daya gerak elektrik sebenar punca itu, bukan tegangan ketika berbeban.
Dua rintangan membahagi tegangan mengikut nisbah yang diketahui, lalu kilovolt dapat diukur dengan alat beberapa volt sahaja. Pada talian voltan tinggi, peranan yang sama dipegang transformer tegangan, yang memisahkan litar ukur daripada litar kuasa secara elektrik.
Simpang superkonduktor yang disinari gelombang mikro memberi tegangan yang tepat gandaan frekuensi: pemalar Josephson menukar hertz kepada volt. Tatasusunan daripada beribu simpang memberi sepuluh volt dengan kebolehulangan sepersebilion — dan itulah piawai hari ini.
05 · Perperaturan penulisan
Lambang V ialah huruf Latin — “В” Rusia tidak berjalan di sini
Huruf “В” Rusia dan V Latin kelihatan berbeza, tetapi menunjuk perkara yang sama; dalam dokumen antarabangsa hanya V yang berlaku. Nama unit ditulis dengan huruf kecil — “dua ratus tiga puluh volt”, lambangnya huruf besar. Milivolt ialah mV, manakala MV ialah megavolt: bezanya sebilion kali. Pada arus ulang-alik, 230 V ialah nilai berkesan; puncak gelombang sinus lebih tinggi √2 kali, iaitu 325 V. Penebatan dikira mengikut nilai puncak.
Lambang kuantiti ialah U atau V condong, lambang unit ialah V tegak; dalam rumus U = 230 V, huruf condong dan tegak membezakan maknanya. Lambang dalam bahasa Rusia ialah В. Awalan kilo ditulis dengan k kecil: kV, bukan KV. Milivolt dan mikrovolt dibentuk dengan awalan biasa, tetapi “volt-ampere” sudah unit yang lain — kuasa ketara — dan tiada kaitan dengan tegangan. Elektronvolt ditulis serangkai, eV: itu unit tenaga.
06 · Satuan tetangga
Volt berdiri di tengah-tengah hukum Ohm: arus, tegangan dan rintangan terikat sedemikian rupa sehingga mana-mana dua kuantiti sudah menetapkan yang ketiga.
Di antara helaian-helaian Simetrium yang berdampingan dengan volt ampere dan ohm daripada hukum Ohm, watt sebagai hasil darab kedua-duanya, coulomb s farad daripada takrif kemuatan dan elektronvolt — tenaga yang dinamakan sempena unit ini.
07 · Bagian sejarah
Daripada kaki katak kepada anak tangga kuantum
Alessandro Volta berbahas dengan Galvani tentang sifat “elektrik haiwan”, dan untuk membuktikan dirinya benar dia menyusun satu punca yang langsung tiada biologi di dalamnya. Longgokan logam yang berlainan itu memberi arus yang tidak putus — yang pertama dalam sejarah.
Kongres Antarabangsa Ahli Elektrik menakrifkan volt melalui ampere dan ohm, lalu menamakan unit itu sempena Volta. Perwujudannya secara nyata kekal menjadi tugas sel kimia, yang ketepatannya jauh lebih rendah daripada tuntutan telegrafi.
Sel kadmium-raksa Weston menahan tegangan sehingga ketepatan mikrovolt dan menjadi piawai selama sembilan puluh tahun. Ia disimpan dalam termostat, tidak dibenarkan mengeluarkan arus, dan diangkut dengan cermat seperti alat yang mudah pecah.
Brian Josephson, penuntut pascasiswazah berusia dua puluh dua tahun, meramalkan adanya anak tangga tegangan pada simpang superkonduktor. Sejak 1990 volt diwujudkan tepat dengan cara itu, dan sel-sel kimia berpindah ke muzium metrologi.
Volt yang tidak sepadan dengan volt
Dari 1990 hingga 2019 metrologi hidup dengan dua volt sekali gus. Takrif dalam Sistem Antarabangsa kekal seperti dahulu, melalui watt dan ampere, tetapi unitnya diwujudkan melalui kesan Josephson dengan nilai pemalar yang dipersetujui — dan unit praktik itu ditandakan V₉₀. Beza antara unit itu dengan volt SI dianggarkan sebanyak beberapa persepuluh mikrovolt bagi setiap volt: tidak bererti bagi teknik, tetapi menentukan bagi perbandingan antara piawai. Pentakrifan semula 2019 menghapuskan perpecahan itu: cas elektron dan pemalar Planck menjadi angka yang tepat, begitu juga pemalar Josephson, dan skala praktik bertemu dengan takrif. Serentak dengan itu, semua ukuran yang terkumpul selama tiga puluh tahun dalam V₉₀ terpaksa diberi pembetulan secara surut — kejadian jarang apabila hasil tahun-tahun lalu dikira semula kerana takrif unit bertukar.
Katalog · satuan ukuran
Satu helaian untuk tiap kuantiti
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan seharian. Masing-masing punya helaiannya: takrif, penukaran, alat, peraturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
helaian volt terbukaSatuan dasar SI
berwarna terakota — empat unit yang menyusun voltTegangan dalam sistem lain
Bahasa helaian
36 bahasa. Lambang V bersifat antarabangsa, tetapi tegangan pada soket tidak: dua ratus tiga puluh volt di Eropah, seratus dua puluh di Amerika Utara, dua ratus empat puluh di Malaysia — helaian ini memasang nilai setempat.