Wolt
Jednostka pochodna SI · wielkość: napięcie elektryczne
01 · Definicja
Volta ułożył cynk, miedź i mokrą tekturę — i otrzymał pierwsze źródło prądu stałego. Przed nim elektryczność umiano tylko gromadzić i rozładowywać iskrą.
Jeden wolt to napięcie, przy którym prąd jednego ampera przenosi moc jednego wata. Innymi słowy, każdy kulomb ładunku, przechodząc przez taki odcinek, oddaje jeden dżul pracy. Napięcie nie jest własnością miejsca, lecz różnicą między dwoma punktami: „potencjał przewodu” nic nie znaczy, dopóki nie wskaże się drugiego punktu, i dlatego w każdym schemacie jest wspólna masa. Gniazdko daje 230 V, paluszek 1,5 V, neuron w mózgu pracuje na dziesiątkach miliwoltów, a linia przesyłowa trzyma 750 kV. Ptak siedzi na linii o setkach kilowoltów cały i zdrowy właśnie dlatego, że obie jego łapy są na tym samym potencjale. Stąd wynika też, że niebezpieczeństwa elektryczności nie mierzy się woltami: zabija prąd przez ciało, a wolty decydują tylko o tym, czy popłynie on przez opór skóry. Sucha dłoń daje około stu kiloomów, mokra tysiąc, i to samo napięcie okazuje się raz nieszkodliwe, raz śmiertelne.
Pierwszym źródłem prądu stałego był słupek z naprzemiennych krążków cynkowych i miedzianych, przełożonych suknem nasączonym solanką. Każda para dawała około jednej dziesiątej wolta, a Volta układał dziesiątki par, aż wyładowanie zaczynało być czuć w palcach. Ta sama zasada trzyma się i dziś: w akumulatorze z trzech ogniw litowych napięcia się sumują, bo ogniwa są połączone szeregowo. To właśnie doświadczenie obaliło galwaniczną teorię „elektryczności zwierzęcej”: prąd szedł od różnorodnych metali, a żabia łapka była tylko czułym przyrządem.
02 · Przeliczanie
Wpisz napięcie — karta rozłoży je na wszystkie jednostki
Przedrostki pokrywają cały zakres, od nanowoltowych sygnałów termopary po megawolty linii przesyłowych. Elektronowolt w tabeli nie jest napięciem, lecz energią, którą elektron zyskuje, przebywając daną różnicę potencjałów.
Napięcie w gniazdku jest przemienne, a liczba 230 oznacza wartość skuteczną — takie napięcie stałe, które wydzieliłoby na tym samym oporze tę samą moc. Amplituda sinusoidy jest pierwiastek z dwóch razy większa i sięga 325 woltów, a rozpiętość między szczytami wynosi 650. Izolację oblicza się właśnie na amplitudę, dlatego tani przyrząd zmontowany „na 230” przebija już w pierwszym okresie.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| V | wolt, jednostka SI | 230 | jednostka wyjściowa tej karty |
| mV | miliwolt | 230000 | medycyna, technika pomiarowa |
| µV | mikrowolt | 2,3·10⁸ | granica czułości przyrządów |
| kV | kilowolt | 0,23 | technika wysokich napięć |
| MV | megawolt | 2,3·10⁻⁴ | fizyka wysokich energii |
| eV na ładunek | energia elektronu, eV | 230 | liczbowo równa napięciu |
| statV | wolt układu CGS-ES | 0,7672 | mnożnik to dziesiąta część prędkości światła |
| abV | abwolt układu CGS-EM | 2,3·10¹⁰ | najmniejsza z jednostek historycznych |
| V (int.) | wolt międzynarodowy z 1908 | 229,92 | określany przez słup rtęci i osadzanie srebra |
| V₉₀ | wolt praktyczny z 1990 | 230 | różnił się o cztery dziesięciomilionowe |
| ogniwo Westona | w jednostkach ogniwa wzorcowego | 225,79 | ogniwo kadmowo-rtęciowe w termostacie |
| V | wolt | 230 | jednostka wyjściowa tej karty |
Przedrostki idą od nano- do mega-: zakres napięć, z którymi pracuje technika, obejmuje piętnaście rzędów wielkości. Wiersz z elektronowoltem przypomina, że energia elektronu jest liczbowo równa napięciu, które przebył.
03 · Rzędy wielkości
od nanowolta do wyładowania burzowegoGniazdko w Europie: 230 woltów
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się napięcie
Podłącza się równolegle do odcinka i powinien mieć jak największy opór, żeby nie pobierać prądu. W przyrządach wskazówkowych jest on rzędu dziesiątek kiloomów, w cyfrowych dziesięciu megaomów i więcej; w obwodach o dużym oporze nawet to zauważalnie zniekształca pomiar.
Mierzone napięcie równoważy się częścią napięcia ogniwa wzorcowego i chwyta moment, w którym galwanometr wskazuje zero. W tym momencie przyrząd nie pobiera prądu wcale, więc metoda daje prawdziwą siłę elektromotoryczną źródła, a nie napięcie pod obciążeniem.
Dwa oporniki dzielą napięcie w znanym stosunku, pozwalając zmierzyć kilowolty przyrządem na kilka woltów. W liniach wysokiego napięcia tę samą rolę pełni przekładnik napięciowy, oddzielający obwód pomiarowy od siłowego galwanicznie.
Nadprzewodzący styk naświetlany mikrofalami wydaje napięcie ściśle proporcjonalne do częstotliwości: stała Josephsona przelicza herce na wolty. Matryca z tysięcy złączy daje dziesięć woltów z odtwarzalnością rzędu miliardowych części — i to właśnie jest dzisiejszy wzorzec.
05 · Zasady zapisu
Symbol V jest łaciński — rosyjskie „В” tu nie zadziała
Rosyjskie „В” i łacińskie V wyglądają inaczej, ale oznaczają to samo; w dokumentach międzynarodowych dopuszczalne jest tylko V. Nazwę jednostki pisze się małą literą — „dwieście trzydzieści woltów” — a symbol wielką. Miliwolt to mV, a MV to megawolt: różnica miliard razy. W prądzie przemiennym 230 V jest wartością skuteczną; amplituda sinusoidy jest wyższa √2 razy, czyli 325 V. Izolację oblicza się na amplitudę.
Oznaczeniem wielkości jest kursywne U lub V, jednostki — proste V: we wzorze U = 230 V kursywa i pismo proste rozdzielają sens. Oznaczenie rosyjskie to В. Przedrostek kilo- pisze się małym k: kV, a nie KV. Miliwolt i mikrowolt składa się ze zwykłymi przedrostkami, natomiast „woltoamper” to już inna jednostka — moc pozorna — i z napięciem nie ma nic wspólnego. Elektronowolt pisze się łącznie, eV: to jednostka energii.
06 · Jednostki sąsiednie
Wolt stoi w środku prawa Ohma: prąd, napięcie i opór wiążą się tak, że dowolne dwie wielkości wyznaczają trzecią.
Spośród kart Simetrium sąsiadują z woltem amper i om z prawa Ohma, wat jako ich iloczyn, kulomb s farad z definicji pojemności oraz elektronowolt — energia nazwana od tej jednostki.
07 · Dział historyczny
Od żabiej łapki do kwantowego stopnia
Alessandro Volta spierał się z Galvanim o naturę „elektryczności zwierzęcej” i, aby dowieść swojej racji, zbudował źródło całkiem bez biologii. Stos z różnorodnych metali dawał prąd ciągły — pierwszy w dziejach.
Międzynarodowy Kongres Elektryków zdefiniował wolt przez amper i om, nadając jednostce imię Volty. Praktyczne odtwarzanie pozostawało przy ogniwie chemicznym, którego dokładność była o wiele niższa, niż wymagała telegrafia.
Kadmowo-rtęciowe ogniwo Westona trzymało napięcie z dokładnością do mikrowoltów i stało się wzorcem na dziewięćdziesiąt lat. Trzymano je w termostacie, nie pozwalano pobierać prądu i przewożono z ostrożnością należną kruchemu przyrządowi.
Brian Josephson, dwudziestodwuletni doktorant, przewidział stopnie napięcia na styku nadprzewodzącym. Od 1990 roku wolt odtwarza się właśnie tak, a ogniwa chemiczne trafiły do muzeów metrologii.
Wolt, który nie zgadza się z woltem
Od 1990 do 2019 roku metrologia żyła z dwoma woltami naraz. Definicja w Układzie Międzynarodowym pozostawała dawna, przez wat i amper, ale jednostkę odtwarzano zjawiskiem Josephsona z umownie przyjętą wartością stałej — i tę praktyczną jednostkę oznaczano V₉₀. Rozbieżność między nią a woltem SI szacowano na dziesiąte części mikrowolta na wolt: wielkość znikomą dla techniki i zasadniczą dla porównań wzorców. Nowa definicja z 2019 roku usunęła rozłam: ładunek elektronu i stała Plancka stały się liczbami dokładnymi, a wraz z nimi stała Josephsona, i skala praktyczna zbiegła się z definicją. Jednocześnie wszystkim nazbieranym przez trzydzieści lat pomiarom w V₉₀ trzeba było wstecznie podać poprawkę — rzadki przypadek, gdy wyniki minionych lat przelicza się z powodu zmiany definicji jednostki.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami oraz jednostki spoza układu, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma osobny arkusz: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 11 językach.
Jednostki pochodne SI z własną nazwą
otwarta karta woltaJednostki podstawowe SI
terakotą — cztery jednostki, z których składa się woltNapięcie w innych układach
Język karty
11 języków. Symbol V jest międzynarodowy, ale napięcie w gniazdku już nie: 230 woltów w Europie, 120 w Ameryce Północnej, 100 w Japonii — karta wstawia wartość miejscową.