Volt
Afgeleide SI-eenheid · grootheid: elektrische spanning
01 · Definitie
Volta stapelde zink, koper en nat karton — en verkreeg de eerste bron van gelijkstroom. Vóór hem kon men elektriciteit alleen opslaan en als vonk ontladen.
Eén volt is de spanning waarbij een stroom van één ampère een vermogen van één watt overbrengt. Met andere woorden: elke coulomb lading die zo’n stuk doorloopt, staat één joule arbeid af. Spanning is geen eigenschap van een plaats maar een verschil tussen twee punten: de „potentiaal van een draad” betekent niets zolang het tweede punt niet genoemd is, en daarom heeft elk schema een gemeenschappelijke massa. Het stopcontact geeft 230 V, een penlite 1,5 V, een zenuwcel in de hersenen werkt op tientallen millivolt, en een hoogspanningslijn houdt 750 kV. Een vogel zit ongedeerd op een lijn van honderden kilovolt juist omdat beide poten op dezelfde potentiaal staan. Daaruit volgt ook dat het gevaar van elektriciteit zich niet in volt laat meten: wat doodt is de stroom door het lichaam, en de volts bepalen alleen of hij door de weerstand van de huid zal lopen. Een droge handpalm biedt ongeveer honderd kilo-ohm, een natte duizend, en dezelfde spanning blijkt dan eens onschuldig, dan eens dodelijk.
De eerste bron van gelijkstroom was een zuiltje van afwisselend zinken en koperen schijfjes, gescheiden door in pekel gedrenkt doek. Elk paar gaf ongeveer een tiende volt, en Volta stapelde tientallen paren tot de ontlading in de vingers voelbaar werd. Hetzelfde beginsel geldt nog steeds: in een accu van drie lithiumcellen tellen de spanningen op, omdat de cellen in serie staan. Juist dit experiment weerlegde de galvanische theorie van de „dierlijke elektriciteit”: de stroom kwam van de ongelijksoortige metalen, en de kikkerpoot was slechts een gevoelig instrument.
02 · Omrekening
Voer een spanning in — de fiche legt haar in alle eenheden uit
De voorvoegsels bestrijken het hele bereik, van de nanovoltsignalen van een thermokoppel tot de megavolt van hoogspanningslijnen. Het elektronvolt in de tabel is geen spanning maar de energie die een elektron opneemt bij het doorlopen van dat potentiaalverschil.
De netspanning is een wisselspanning, en het getal 230 betekent de effectieve waarde — die gelijkspanning die in dezelfde weerstand hetzelfde vermogen zou vrijmaken. De piek van de sinus is een wortel twee groter en bereikt 325 volt, terwijl het bereik tussen de toppen 650 bedraagt. De isolatie wordt juist op de piek berekend, en daarom slaat een goedkoop apparaat dat „voor 230” is gebouwd al in de eerste periode door.
| Eenheid | Naam | Waarde | Waar het voorkomt |
|---|---|---|---|
| V | volt, SI-eenheid | 230 | de uitgangseenheid van dit blad |
| mV | millivolt | 230000 | geneeskunde, meettechniek |
| µV | microvolt | 2,3·10⁸ | de gevoeligheidsgrens van instrumenten |
| kV | kilovolt | 0,23 | hoogspanningstechniek |
| MV | megavolt | 2,3·10⁻⁴ | hogeenergiefysica |
| eV per lading | energie van een elektron, eV | 230 | getalsmatig gelijk aan de spanning |
| statV | volt van het CGS-esu | 0,7672 | de factor is een tiende van de lichtsnelheid |
| abV | abvolt van het CGS-emu | 2,3·10¹⁰ | de kleinste van de historische eenheden |
| V (int.) | internationale volt van 1908 | 229,92 | werd bepaald via een kwikkolom en de neerslag van zilver |
| V₉₀ | praktische volt van 1990 | 230 | week vier tienmiljoensten af |
| westoncel | in eenheden van de normaalcel | 225,79 | een cadmium-kwikcel in een thermostaat |
| V | volt | 230 | de uitgangseenheid van dit blad |
De voorvoegsels lopen van nano- tot mega-: het bereik van spanningen waarmee de techniek werkt beslaat vijftien grootteordes. De regel met het elektronvolt herinnert eraan dat de energie van een elektron getalsmatig gelijk is aan de spanning die het doorlopen heeft.
03 · Ordes van grootte
van de nanovolt tot de blikseminslagHet stopcontact in Europa: 230 volt
04 · Meetinstrumenten
Waarmee spanning wordt gemeten
Hij wordt parallel aan het stuk geschakeld en moet een zo groot mogelijke weerstand hebben om geen stroom af te tappen. Bij draaispoelinstrumenten ligt die in de orde van tientallen kilo-ohm, bij digitale bij tien megaohm en hoger; in hoogohmige kringen vertekent zelfs dat de meting merkbaar.
De te meten spanning wordt in evenwicht gebracht met een deel van de spanning van een normaalcel, en men vangt het ogenblik waarop de galvanometer nul aanwijst. Op dat ogenblik neemt het instrument in het geheel geen stroom op, en daarom geeft de methode de ware bronspanning en niet de spanning onder belasting.
Twee weerstanden delen de spanning in een bekende verhouding, zodat kilovolt met een instrument voor enkele volt te meten zijn. In hoogspanningsnetten vervult een spanningstransformator dezelfde rol en scheidt hij de meetkring galvanisch van de vermogenskring.
Een supergeleidend contact dat met microgolven bestraald wordt, levert een spanning die streng evenredig is met de frequentie: de josephsonconstante rekent hertz om in volt. Een matrix van duizenden juncties geeft tien volt met een reproduceerbaarheid van miljardsten — en dat is de huidige standaard.
05 · Schrijfregels
Het symbool V is Latijns — de Russische „В” voldoet hier niet
De Russische „В” en de Latijnse V zien er verschillend uit maar staan voor hetzelfde; in internationale documenten is alleen V toegestaan. De naam van de eenheid wordt klein geschreven — „tweehonderddertig volt” — en het symbool met een hoofdletter. Millivolt is mV, terwijl MV megavolt is: een verschil van een miljard keer. Bij wisselstroom is 230 V de effectieve waarde; de piek van de sinus ligt een factor √2 hoger, dus op 325 V. De isolatie wordt op de piek berekend.
Het symbool van de grootheid is een cursieve U of V, dat van de eenheid een rechte V: in U = 230 V dragen cursief en recht het onderscheid. Het Russische symbool is В. Het voorvoegsel kilo- krijgt een kleine k: kV, niet KV. Millivolt en microvolt worden met de gewone voorvoegsels gezet, terwijl de „voltampère” al een andere eenheid is — het schijnbaar vermogen — en met spanning niets te maken heeft. Elektronvolt schrijft men aaneen, eV: dat is een energie-eenheid.
06 · Naburige eenheden
De volt staat in het midden van de wet van Ohm: stroom, spanning en weerstand hangen zo samen dat elke twee ervan de derde vastleggen.
Van de fiches van Simetrium staan naast de volt ampère en ohm uit de wet van Ohm, watt als hun product, coulomb s de farad uit de definitie van capaciteit, en elektronvolt — de energie die naar deze eenheid genoemd is.
07 · Historisch deel
Van een kikkerpoot tot een kwantumtrede
Alessandro Volta twistte met Galvani over de aard van de „dierlijke elektriciteit” en bouwde, om zijn gelijk te bewijzen, een bron geheel zonder biologie. De zuil van ongelijksoortige metalen leverde een ononderbroken stroom — de eerste in de geschiedenis.
Het Internationale Congres van Elektriciens definieerde de volt via de ampère en de ohm en noemde de eenheid naar Volta. De praktische realisatie bleef bij een chemische cel, waarvan de nauwkeurigheid ver achterbleef bij wat de telegrafie vroeg.
Westons cadmium-kwikcel hield haar spanning tot op microvolt nauwkeurig en werd negentig jaar lang de standaard. Men bewaarde haar in een thermostaat, liet haar geen stroom leveren en vervoerde haar zo behoedzaam als een breekbaar instrument.
Brian Josephson, een tweeëntwintigjarige promovendus, voorspelde spanningstreden aan een supergeleidend contact. Sinds 1990 wordt de volt precies zo gerealiseerd, en de chemische cellen zijn naar de musea van de metrologie verhuisd.
Een volt die niet met de volt overeenkomt
Van 1990 tot 2019 leefde de metrologie met twee volts tegelijk. De definitie in het Internationale Stelsel bleef de oude, via de watt en de ampère, maar de eenheid werd gerealiseerd met het josephsoneffect bij een afgesproken waarde van de constante — en die praktische eenheid schreef men V₉₀. Het verschil tussen haar en de SI-volt werd op tienden van een microvolt per volt geschat: verwaarloosbaar voor de techniek en beslissend voor vergelijkingen tussen standaarden. De herdefinitie van 2019 hief de splitsing op: de elementaire lading en de constante van Planck werden exacte getallen, en met hen de josephsonconstante, zodat de praktische schaal met de definitie samenviel. Tegelijk moest aan dertig jaar in V₉₀ verzamelde metingen achteraf een correctie worden toegevoegd — een zeldzaam geval waarin resultaten van vroegere jaren worden herrekend omdat de definitie van een eenheid is veranderd.
Catalogus · meeteenheden
Een fiche voor elke grootheid
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam en de eenheden buiten het stelsel waar techniek noch dagelijks leven het zonder stelt. Elk heeft haar eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 11 talen.
Afgeleide SI-eenheden met een eigen naam
fiche van de volt geopendSI-basiseenheden
in terracotta — de vier eenheden waaruit de volt is opgebouwdSpanning in andere stelsels
Taal van de fiche
11 talen. Het symbool V is internationaal, de netspanning niet: 230 volt in Europa, 120 in Noord-Amerika, 100 in Japan — de fiche vult de plaatselijke waarde in.