Вольт
Производная единица СИ · величина: электрическое напряжение
01 · Определение
Вольта сложил цинк, медь и мокрый картон — и получил первый источник постоянного тока. До него электричество умели только накапливать и разряжать искрой.
Один вольт — это напряжение, при котором ток в один ампер переносит мощность в один ватт. Другими словами, каждый кулон заряда, пройдя через такой участок, отдаёт один джоуль работы. Напряжение — не свойство места, а разность между двумя точками: «потенциал провода» без указания второй точки не имеет смысла, поэтому в схемах всегда есть общая земля. Розетка даёт 230 V, пальчиковая батарейка 1,5 V, нейрон в мозге работает на десятках милливольт, а линия электропередачи держит 750 kV. Птица сидит на линии в сотни киловольт невредимой именно потому, что обе её лапы находятся под одним потенциалом. Отсюда же следует, что опасность электричества измеряется не вольтами: убивает ток через тело, а вольты лишь определяют, потечёт ли он через сопротивление кожи. Сухая ладонь даёт около ста килоом, мокрая — тысячу, и одно и то же напряжение оказывается то безобидным, то смертельным.
Первый источник постоянного тока был столбиком из чередующихся цинковых и медных кружков, переложенных смоченным в рассоле сукном. Каждая пара давала около одной десятой вольта, и Вольта набирал десятки пар, пока разряд не начинал ощущаться пальцами. Тот же принцип держится и сейчас: в батарее из трёх литиевых ячеек напряжения складываются, потому что элементы включены последовательно. Именно этот опыт опроверг гальваническую теорию «животного электричества»: ток шёл от разнородных металлов, а лягушачья лапка была лишь чувствительным прибором.
02 · Пересчёт
Введите напряжение — паспорт разложит его по единицам
Приставки покрывают весь диапазон от нановольтовых сигналов термопары до мегавольт линий электропередачи. Электронвольт в таблице — не напряжение, а энергия, которую электрон получает, пройдя данную разность потенциалов.
Напряжение в розетке переменное, и число 230 означает среднеквадратичное значение — такое постоянное напряжение, которое выделило бы на том же сопротивлении ту же мощность. Амплитуда синусоиды в корень из двух раз больше и достигает 325 вольт, а размах между вершинами — 650. Изоляцию рассчитывают именно на амплитуду, поэтому дешёвый прибор, собранный «на 230», пробивается на первом же периоде.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| V | вольт, единица СИ | 230 | исходная единица листа |
| mV | милливольт | 230000 | медицина, измерительная техника |
| µV | микровольт | 2,3·10⁸ | предел чувствительности приборов |
| kV | киловольт | 0,23 | высоковольтная техника |
| MV | мегавольт | 2,3·10⁻⁴ | физика высоких энергий |
| eV на заряд | энергия электрона, эВ | 230 | численно равна напряжению |
| statV | вольт системы СГСЭ | 0,7672 | множитель — десятая доля скорости света |
| abV | абвольт системы СГСМ | 2,3·10¹⁰ | самая мелкая из исторических единиц |
| V (int.) | международный вольт 1908 | 229,92 | определялся через ртутный столб и серебро |
| V₉₀ | практический вольт 1990 | 230 | отличался на четыре десятимиллионных |
| эл. Уэстона | в единицах нормального элемента | 225,79 | кадмиево-ртутный элемент в термостате |
| V | вольт | 230 | исходная единица листа |
Приставки идут от нано- до мега-: диапазон напряжений, с которыми работает техника, охватывает пятнадцать порядков. Строка с электронвольтом напоминает, что энергия электрона численно равна напряжению, которое он прошёл.
03 · Порядки величин
от нановольта до грозового разрядаРозетка в Европе: 230 вольт
04 · Приборы измерения
Чем измеряют напряжение
Подключается параллельно участку и должен иметь как можно большее сопротивление, чтобы не отбирать ток. У стрелочных приборов оно порядка десятков килоом, у цифровых — десять мегаом и выше; на цепях с высоким сопротивлением даже это заметно искажает измерение.
Измеряемое напряжение уравновешивают частью напряжения образцового элемента и ловят момент, когда гальванометр показывает ноль. В этот момент прибор не потребляет тока вовсе, поэтому метод даёт истинную ЭДС источника, а не напряжение под нагрузкой.
Два сопротивления делят напряжение в известном отношении, позволяя измерить киловольты прибором на несколько вольт. На высоковольтных линиях ту же роль играет трансформатор напряжения, отделяющий измерительную цепь от силовой гальванически.
Сверхпроводящий контакт, облучаемый микроволнами, выдаёт напряжение строго кратное частоте: постоянная Джозефсона переводит герцы в вольты. Матрица из тысяч переходов даёт десять вольт с воспроизводимостью в миллиардные доли — это и есть современный эталон.
05 · Правила записи
Символ V латинский — русское «В» здесь не работает
Русское «В» и латинская V выглядят по-разному, но обозначают одно; в международных документах допустима только V. Название единицы строчное — «двести тридцать вольт», символ заглавный. Милливольт — mV, а MV это мегавольт: разница в миллиард раз. В переменном токе 230 V — среднеквадратичное значение; амплитуда синусоиды выше в √2 раза, то есть 325 V. Изоляцию рассчитывают по амплитуде.
Обозначение величины — курсивная U или V, единицы — прямая V; в формуле U = 230 V курсив и прямой шрифт различают смысл. Русское обозначение — В. Приставка кило- пишется строчной k: kV, а не KV. Милливольт и микровольт набирают с обычными приставками, а вот «вольт-ампер» — уже другая единица, полная мощность, и к напряжению отношения не имеет. Электронвольт пишут слитно, eV: это единица энергии.
06 · Соседние единицы
Вольт стоит в середине закона Ома: ток, напряжение и сопротивление связаны так, что любые две величины задают третью.
Из паспортов Simetrium к вольту примыкают ампер и ом из закона Ома, ватт как их произведение, кулон с фарадом из определения ёмкости и электронвольт — энергия, названная по этой единице.
07 · Исторический раздел
От лягушачьей лапки до квантовой ступеньки
Алессандро Вольта спорил с Гальвани о природе «животного электричества» и, чтобы доказать свою правоту, собрал источник вовсе без биологии. Столб из разнородных металлов давал непрерывный ток — первый в истории.
Международный конгресс электриков определил вольт через ампер и ом, назвав единицу в честь Вольты. Практическое воспроизведение оставалось за химическим элементом: точность его была куда ниже, чем требовала телеграфия.
Кадмиево-ртутный элемент Уэстона держал напряжение с точностью до микровольт и стал эталоном на девяносто лет. Его хранили в термостате, не давали отбирать ток и перевозили с осторожностью, как хрупкий прибор.
Брайан Джозефсон, аспирант двадцати двух лет, предсказал ступеньки напряжения на сверхпроводящем контакте. С 1990 года вольт воспроизводят именно так, и химические элементы ушли в музеи метрологии.
Вольт, который не совпадает с вольтом
С 1990 по 2019 год метрология жила с двумя вольтами сразу. Определение в Международной системе оставалось прежним, через ватт и ампер, но воспроизводили единицу по эффекту Джозефсона с условно принятым значением постоянной — и эту практическую единицу обозначали V₉₀. Расхождение между ней и вольтом СИ оценивалось в десятые доли микровольта на вольт: величина ничтожная для техники и принципиальная для эталонных сличений. Переопределение 2019 года устранило раскол: заряд электрона и постоянная Планка стали точными числами, постоянная Джозефсона тоже, и практическая шкала совпала с определением. Одновременно всем накопленным за тридцать лет измерениям в V₉₀ пришлось задним числом сообщить поправку — редкий случай, когда результаты прошлых лет пересчитывают из-за смены определения единицы.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 11 языках.
Производные СИ с собственным именем
открыт паспорт вольтаБазовые единицы СИ
терракотой — четыре единицы, из которых складывается вольтНапряжение в других системах
Язык паспорта
11 языков. Символ V международный, а напряжение в розетке различается: 230 вольт в Европе, 120 в Северной Америке, 100 в Японии — паспорт подставляет местное значение.