Volt
Odvodená jednotka SI · veličina: elektrické napätie
01 · Definícia
Volta naukladal zinok, meď a mokrú lepenku — a získal prvý zdroj jednosmerného prúdu. Pred ním sa elektrina vedela iba zhromažďovať a vybíjať iskrou.
Jeden volt je napätie, pri ktorom prúd jedného ampéra prenáša výkon jedného wattu. Inak povedané: každý coulomb náboja, ktorý takým úsekom prejde, odovzdá jeden joule práce. Napätie nie je vlastnosť miesta, ale rozdiel medzi dvoma bodmi: „potenciál vodiča“ nič neznamená, kým sa nepomenuje druhý bod, a preto má každá schéma spoločnú zem. Zásuvka dáva 230 V, tužková batéria 1,5 V, neurón v mozgu pracuje na desiatkach milivoltov a prenosové vedenie drží 750 kV. Vták sedí na vedení so stovkami kilovoltov nezranený práve preto, že obe jeho nohy sú na rovnakom potenciáli. Z toho tiež vyplýva, že nebezpečnosť elektriny sa nemeria vo voltoch: zabíja prúd telom a volty len rozhodujú, či potečie odporom kože. Suchá dlaň dáva asi sto kiloohmov, mokrá tisíc, a to isté napätie sa raz ukáže ako neškodné, inokedy ako smrteľné.
Prvým zdrojom jednosmerného prúdu bol stĺpik zo striedajúcich sa zinkových a medených koliesok, preložených súknom namočeným v soľnom roztoku. Každá dvojica dávala asi desatinu voltu a Volta ich skladal desiatky, kým výboj nezačalo byť cítiť v prstoch. Ten istý princíp platí dodnes: v akumulátore z troch lítiových článkov sa napätia sčítavajú, lebo články sú zapojené do série. Práve tento pokus vyvrátil galvanickú teóriu „živočíšnej elektriny“: prúd šiel z rôznorodých kovov a žabia nôžka bola len citlivým prístrojom.
02 · Prevod
Zadajte napätie — list ho rozloží do všetkých jednotiek
Predpony pokrývajú celý rozsah, od nanovoltových signálov termočlánku po megavolty prenosových vedení. Elektrónvolt v tabuľke nie je napätie, ale energia, ktorú elektrón získa prechodom cez daný rozdiel potenciálov.
Napätie v zásuvke je striedavé a číslo 230 znamená efektívnu hodnotu — také jednosmerné napätie, ktoré by na tom istom odpore uvoľnilo ten istý výkon. Amplitúda sínusovky je odmocnina z dvoch krát väčšia a dosahuje 325 voltov, rozkmit medzi vrcholmi je 650. Izolácia sa dimenzuje práve na amplitúdu, a preto lacný prístroj zostavený „na 230“ prerazí hneď v prvej perióde.
| Jednotka | Názov | Hodnota | Kde sa vyskytuje |
|---|---|---|---|
| V | volt, jednotka SI | 230 | východisková jednotka tohto listu |
| mV | milivolt | 230000 | medicína, meracia technika |
| µV | mikrovolt | 2,3·10⁸ | medza citlivosti prístrojov |
| kV | kilovolt | 0,23 | vysokonapäťová technika |
| MV | megavolt | 2,3·10⁻⁴ | fyzika vysokých energií |
| eV na náboj | energia elektrónu, eV | 230 | číselne rovná napätiu |
| statV | volt sústavy CGS-ES | 0,7672 | činiteľ je desatina rýchlosti svetla |
| abV | abvolt sústavy CGS-EM | 2,3·10¹⁰ | najmenšia z historických jednotiek |
| V (int.) | medzinárodný volt z roku 1908 | 229,92 | určoval sa ortuťovým stĺpcom a vylučovaním striebra |
| V₉₀ | praktický volt z roku 1990 | 230 | líšil sa o štyri desaťmilióntiny |
| Westonov článok | v jednotkách normálového článku | 225,79 | kadmium-ortuťový článok v termostate |
| V | volt | 230 | východisková jednotka tohto listu |
Predpony idú od nano- po mega-: rozsah napätí, s ktorými technika pracuje, zaberá pätnásť rádov. Riadok s elektrónvoltom pripomína, že energia elektrónu je číselne rovná napätiu, ktorým prešiel.
03 · Rády veličín
od nanovoltu po búrkový výbojZásuvka v Európe: 230 voltov
04 · Meracie prístroje
Čím sa meria napätie
Pripája sa paralelne k úseku a musí mať čo najväčší odpor, aby neodoberal prúd. Pri ručičkových prístrojoch je rádu desiatok kiloohmov, pri digitálnych desať megaohmov a viac; v obvodoch s vysokým odporom aj to meranie badateľne skresľuje.
Merané napätie sa vyvažuje časťou napätia normálového článku a chytá sa okamih, keď galvanometer ukazuje nulu. V tom okamihu prístroj neodoberá prúd vôbec, a preto metóda dáva skutočné elektromotorické napätie zdroja, nie napätie pod záťažou.
Dva odpory delia napätie v známom pomere, takže kilovolty možno merať prístrojom na niekoľko voltov. Na vysokonapäťových vedeniach tú istú úlohu plní merací transformátor napätia, ktorý galvanicky oddeľuje merací obvod od silového.
Supravodivý kontakt ožarovaný mikrovlnami vydáva napätie presne úmerné frekvencii: Josephsonova konštanta prevádza hertze na volty. Matica z tisícov prechodov dáva desať voltov s opakovateľnosťou v miliardtinách — a to je dnešný etalón.
05 · Pravidlá zápisu
Značka V je latinská — ruské „В“ tu neposlúži
Ruské „В“ a latinské V vyzerajú inak, ale znamenajú to isté; v medzinárodných dokumentoch je prípustné iba V. Názov jednotky sa píše malým písmenom — „dvestotridsať voltov“ — a značka veľkým. Milivolt je mV, kým MV je megavolt: rozdiel miliardkrát. V striedavom prúde je 230 V efektívna hodnota; amplitúda sínusovky je vyššia √2-krát, teda 325 V. Izolácia sa dimenzuje na amplitúdu.
Značka veličiny je kurzívne U alebo V, jednotky stojaté V: vo vzorci U = 230 V nesú rozdiel kurzíva a stojaté písmo. Ruská značka je В. Predpona kilo- sa píše malým k: kV, nie KV. Milivolt a mikrovolt sa skladajú s obvyklými predponami, kým „voltampér“ je už iná jednotka — zdanlivý výkon — a s napätím nemá nič spoločné. Elektrónvolt sa píše spolu, eV: to je jednotka energie.
06 · Susedné jednotky
Volt stojí uprostred Ohmovho zákona: prúd, napätie a odpor spolu súvisia tak, že ktorékoľvek dve veličiny určujú tretiu.
Z listov Simetria k voltu priliehajú ampér a ohm z Ohmovho zákona, watt ako ich súčin, coulomb s farad z definície kapacity a elektrónvolt — energia pomenovaná po tejto jednotke.
07 · Historický oddiel
Od žabej nôžky ku kvantovému schodu
Alessandro Volta sa prel s Galvanim o povahu „živočíšnej elektriny“ a aby dokázal, že má pravdu, zostavil zdroj celkom bez biológie. Stĺp z rôznorodých kovov dával nepretržitý prúd — prvý v dejinách.
Medzinárodný kongres elektrotechnikov definoval volt pomocou ampéra a ohmu a pomenoval jednotku po Voltovi. Praktické vyhotovenie zostalo na chemickom článku, ktorého presnosť zďaleka nestačila tomu, čo telegrafia žiadala.
Westonov kadmium-ortuťový článok držal napätie s presnosťou na mikrovolty a stal sa etalónom na deväťdesiat rokov. Chovali ho v termostate, nedovolili mu odoberať prúd a prevážali ho opatrne ako krehký prístroj.
Brian Josephson, dvadsaťdvaročný doktorand, predpovedal napäťové schody na supravodivom kontakte. Od roku 1990 sa volt realizuje práve tak a chemické články odišli do múzeí metrológie.
Volt, ktorý sa s voltom nezhoduje
Od roku 1990 do roku 2019 žila metrológia s dvoma voltmi naraz. Definícia v Medzinárodnej sústave zostávala stará, pomocou wattu a ampéra, ale jednotka sa realizovala Josephsonovým javom s dohodnutou hodnotou konštanty — a túto praktickú jednotku značili V₉₀. Rozdiel medzi ňou a voltom SI sa odhadoval na desatiny mikrovoltu na volt: veličina pre techniku nepatrná a pre porovnávanie etalónov zásadná. Predefinovanie z roku 2019 rozkol odstránilo: náboj elektrónu a Planckova konštanta sa stali presnými číslami, s nimi aj Josephsonova konštanta, a praktická stupnica splynula s definíciou. Zároveň bolo treba tridsiatim rokom meraní nazbieraných vo V₉₀ dodatočne pridať opravu — vzácny prípad, keď sa výsledky minulých rokov prepočítavajú pre zmenu definície jednotky.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými názvami a jednotky mimo sústavy, bez ktorých sa nezaobíde technika ani bežný život. Každá má svoj list: definícia, prevod, prístroje, pravidlá zápisu. V 23 jazykoch.
Odvodené jednotky SI s vlastným názvom
otvorený list voltuZákladné jednotky SI
terakotou — štyri jednotky, z ktorých sa volt skladáNapätie v iných sústavách
Jazyk listu
23 jazykov. Značka V je medzinárodná, ale napätie v zásuvke nie: 230 voltov v Európe, 120 v Severnej Amerike, 100 v Japonsku — list doplní miestnu hodnotu.