Volt
Avledet SI-enhet · størrelse: elektrisk spenning
01 · Definisjon
Volta stablet sink, kobber og vått papp — og fikk den første kilden til likestrøm. Før ham kunne man bare samle elektrisitet og lade den ut som en gnist.
Én volt er den spenningen der en strøm på én ampere overfører en effekt på én watt. Med andre ord: hver coulomb ladning som passerer en slik strekning, avgir én joule arbeid. Spenning er ingen egenskap ved et sted, men en forskjell mellom to punkter: «potensialet i en ledning» betyr ingenting før det andre punktet er nevnt, og derfor har ethvert koblingsskjema en felles jord. Stikkontakten gir 230 V, et vanlig batteri 1,5 V, en nervecelle i hjernen arbeider på titalls millivolt, og en høyspentledning holder 750 kV. En fugl sitter uskadd på en ledning med hundrevis av kilovolt nettopp fordi begge føttene er på samme potensial. Av dette følger også at farligheten ved elektrisitet ikke måles i volt: det som dreper er strømmen gjennom kroppen, og voltene avgjør bare om den vil gå gjennom motstanden i huden. En tørr håndflate gir omkring hundre kiloohm, en våt tusen, og én og samme spenning viser seg snart ufarlig, snart dødelig.
Den første kilden til likestrøm var en liten søyle av vekselvis sink- og kobberskiver med klede dyppet i saltlake imellom. Hvert par ga omkring en tidels volt, og Volta stablet titalls par til utladningen begynte å kjennes i fingrene. Samme prinsipp gjelder fortsatt: i et batteri av tre litiumceller summeres spenningene, fordi cellene er koblet i serie. Nettopp dette forsøket motbeviste den galvaniske teorien om «animalsk elektrisitet»: strømmen kom fra de ulike metallene, og froskelåret var bare et følsomt instrument.
02 · Omregning
Skriv inn en spenning — databladet bryter den ned i alle enheter
Prefiksene dekker hele området, fra nanovoltsignalene til et termoelement til megavoltene i kraftledningene. Elektronvolten i tabellen er ingen spenning, men energien et elektron får ved å gå gjennom den gitte potensialforskjellen.
Spenningen i stikkontakten er vekselspenning, og tallet 230 betyr effektivverdien — den likespenningen som ville avgi samme effekt i samme motstand. Toppen av sinuskurven er kvadratroten av to ganger større og når 325 volt, mens utslaget mellom toppene er 650. Isolasjonen dimensjoneres nettopp etter toppen, og derfor slår et billig apparat bygd «for 230» gjennom allerede i den første perioden.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| V | volt, SI-enhet | 230 | utgangsenheten for dette bladet |
| mV | millivolt | 230000 | medisin, måleteknikk |
| µV | mikrovolt | 2,3·10⁸ | følsomhetsgrensen til instrumentene |
| kV | kilovolt | 0,23 | høyspenningsteknikk |
| MV | megavolt | 2,3·10⁻⁴ | høyenergifysikk |
| eV per ladning | energien til et elektron, eV | 230 | tallmessig lik spenningen |
| statV | volt i CGS-esu | 0,7672 | faktoren er en tidel av lysets hastighet |
| abV | abvolt i CGS-emu | 2,3·10¹⁰ | den minste av de historiske enhetene |
| V (int.) | internasjonal volt fra 1908 | 229,92 | ble bestemt ved en kvikksølvsøyle og utfelling av sølv |
| V₉₀ | praktisk volt fra 1990 | 230 | avvek med fire timilliondeler |
| Westoncelle | i enheter av normalcellen | 225,79 | en kadmium-kvikksølvcelle i termostat |
| V | volt | 230 | utgangsenheten for dette bladet |
Prefiksene går fra nano- til mega-: området av spenninger teknikken arbeider med, spenner over femten størrelsesordener. Raden med elektronvolt minner om at energien til et elektron tallmessig er lik den spenningen det har gått gjennom.
03 · Størrelsesordener
fra nanovolt til lynutladningStikkontakten i Europa: 230 volt
04 · Måleinstrumenter
Hva spenning måles med
Det kobles parallelt over strekningen og bør ha så stor motstand som mulig for ikke å trekke strøm. Hos viserinstrumenter er den i størrelsesorden titalls kiloohm, hos digitale ti megaohm og mer; i kretser med høy motstand forvrenger selv det målingen merkbart.
Spenningen som skal måles, balanseres mot en del av spenningen fra en normalcelle, og man fanger det øyeblikket da galvanometeret viser null. I det øyeblikket trekker instrumentet ingen strøm i det hele tatt, og derfor gir metoden kildens sanne elektromotoriske spenning og ikke spenningen under belastning.
To motstander deler spenningen i et kjent forhold, slik at kilovolt kan måles med et instrument for noen få volt. På høyspentledninger spiller en spenningstransformator samme rolle og skiller målekretsen galvanisk fra kraftkretsen.
En superledende kontakt som bestråles med mikrobølger, gir en spenning som er strengt proporsjonal med frekvensen: josephsonkonstanten regner hertz om til volt. En matrise av tusenvis av overganger gir ti volt med en reproduserbarhet på milliarddeler — og det er dagens normal.
05 · Skriveregler
Tegnet V er latinsk — den russiske «В» duger ikke her
Den russiske «В» og den latinske V ser ulike ut, men betyr det samme; i internasjonale dokumenter er bare V tillatt. Navnet på enheten skrives med liten bokstav — «to hundre og tretti volt» — og tegnet med stor. Millivolt er mV, mens MV er megavolt: en forskjell på en milliard ganger. I vekselstrøm er 230 V effektivverdien; toppen av sinuskurven ligger √2 ganger høyere, altså 325 V. Isolasjonen dimensjoneres etter toppen.
Tegnet for størrelsen er en kursiv U eller V, for enheten en rett V: i U = 230 V bærer kursiven og den rette skriften forskjellen. Det russiske tegnet er В. Prefikset kilo- skrives med liten k: kV, ikke KV. Millivolt og mikrovolt settes med de vanlige prefiksene, mens «voltampere» allerede er en annen enhet — tilsynelatende effekt — og har ingenting med spenning å gjøre. Elektronvolt skrives i ett ord, eV: det er en energienhet.
06 · Naboenheter
Volten står midt i Ohms lov: strøm, spenning og motstand henger sammen slik at hvilke som helst to av dem fastlegger den tredje.
Blant databladene til Simetrium står ved siden av volten ampere og ohm ut fra Ohms lov, watt som produktet av dem, coulomb s farad ut fra definisjonen av kapasitans, og elektronvolt — energien som har fått navn etter denne enheten.
07 · Historisk del
Fra et froskelår til et kvantetrinn
Alessandro Volta stred med Galvani om naturen til den «animalske elektrisiteten» og bygde, for å få rett, en kilde helt uten biologi. Søylen av ulike metaller ga en sammenhengende strøm — den første i historien.
Den internasjonale elektrikerkongressen definerte volten gjennom amperen og ohmen og ga enheten navn etter Volta. Den praktiske realiseringen ble liggende hos en kjemisk celle, og nøyaktigheten dens lå langt under det telegrafien krevde.
Westons kadmium-kvikksølvcelle holdt spenningen sin på mikrovolten nær og ble normal i nitti år. Den ble oppbevart i termostat, fikk aldri avgi strøm og ble fraktet like varsomt som et skjørt instrument.
Brian Josephson, en toogtyveårig stipendiat, forutsa spenningstrinn på en superledende kontakt. Siden 1990 har volten blitt realisert nettopp slik, og de kjemiske cellene har havnet på metrologiens museer.
En volt som ikke stemmer med volten
Fra 1990 til 2019 levde metrologien med to volt på én gang. Definisjonen i Det internasjonale systemet forble den gamle, gjennom watten og amperen, men enheten ble realisert med josephsoneffekten ved en avtalt verdi av konstanten — og denne praktiske enheten skrev man V₉₀. Forskjellen mellom den og SI-volten ble anslått til tideler av et mikrovolt per volt: forsvinnende for teknikken og avgjørende for sammenlikninger mellom normaler. Omdefineringen i 2019 opphevet delingen: elementærladningen og Plancks konstant ble eksakte tall, og med dem josephsonkonstanten, slik at den praktiske skalaen falt sammen med definisjonen. Samtidig måtte tretti års samlede målinger i V₉₀ i ettertid gis en korreksjon — et sjeldent tilfelle der resultater fra tidligere år regnes om fordi definisjonen av en enhet er endret.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 23 språk.
Avledede SI-enheter med eget navn
databladet for volt er åpnetSI-grunnenheter
i terrakotta — de fire enhetene volten er satt sammen avSpenningen i andre systemer
Databladets språk
23 språk. Tegnet V er internasjonalt, men spenningen i stikkontakten er det ikke: 230 volt i Europa, 120 i Nord-Amerika, 100 i Japan — databladet setter inn den lokale verdien.