Volti
Kipimo kitokanacho cha SI · kipimo: volteji ya umeme
01 · Ufafanuzi
Volta alipanga zinki, shaba na kadibodi yenye unyevu — na akapata chanzo cha kwanza cha mkondo wa moja kwa moja. Kabla yake, umeme uliweza tu kukusanywa na kutolewa kama cheche.
Volti moja ni volteji ambapo mkondo wa ampea moja hubeba uwezo wa wati moja. Kwa maneno mengine, kila kulombu ya chaji inayopita sehemu hiyo hutoa juli moja ya kazi. Volteji si sifa ya mahali, bali tofauti kati ya pointi mbili: “volteji ya waya” bila kutaja pointi ya pili haina maana, ndiyo maana kila mzunguko una ardhi ya pamoja. Soketi hutoa 230 V, betri ya AA 1.5 V, seli ya neva ubongoni hufanya kazi kwa milivolti kadhaa, na njia ya kusafirisha umeme hustahimili 750 kV. Ndege aliyetua kwenye njia ya mamia ya kilovolti hubaki salama kwa sababu miguu yake yote miwili iko kwenye volteji ile ile. Kutokana na hapo hufuata pia kwamba hatari ya umeme haipimwi kwa volti: kinachoua ni mkondo unaopita mwilini, na volti huamua tu kama utapita kwenye ukinzani wa ngozi. Kiganja kikavu hutoa karibu kiloohm mia moja, mkono wenye maji elfu moja, na volteji ile ile huwa mara isiyodhuru, mara ya kuua.
Chanzo cha kwanza cha mkondo wa moja kwa moja kilikuwa nguzo ya visahani vya zinki na shaba vikipishana, vikitenganishwa na kitambaa cha sufu kilicholowekwa kwenye maji ya chumvi. Kila jozi ilitoa karibu sehemu ya kumi ya volti, na Volta alipanga jozi kadhaa hadi mshtuko ulipoanza kuhisiwa vidoleni. Kanuni ile ile inaendelea hadi leo: katika betri ya seli tatu za lithiamu volteji huongezeka, kwa sababu seli zimeunganishwa mfululizo. Jaribio hili ndilo lililopindua nadharia ya Galvani ya “umeme wa wanyama”: mkondo ulitoka kwa madini tofauti, na mguu wa chura ulikuwa kifaa nyeti tu.
02 · Kubadilisha
Weka volteji — karatasi hii itaieleza kwa kila kipimo
Viambishi hufunika upana wote — kutoka ishara za nanovolti za jozi ya joto-umeme hadi megavolti za njia za kusafirisha umeme. Elektronivolti katika jedwali si volteji, bali nishati ambayo elektroni hupata baada ya kupita tofauti ya volteji iliyotolewa.
Volteji ya soketi hubadilisha mwelekeo, na namba 230 inamaanisha thamani halisi — yaani volteji ya moja kwa moja ambayo ingetoa nguvu ile ile kwenye ukinzani ule ule. Kilele cha wimbi la sini ni juu mara √2 na hufikia volti mia tatu ishirini na tano, huku upana kati ya vilele viwili ukiwa mia sita hamsini. Uzuiaji huhesabiwa kwa kilele hasa, ndiyo maana kifaa cha bei rahisi kilichoungwa “kwa 230” hupasuka tangu mzunguko wa kwanza.
| Kipimo | Jina | Thamani | Inapopatikana |
|---|---|---|---|
| V | volti, kipimo cha SI | 230 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
| mV | milivolti | 230000 | tiba, teknolojia ya kupima |
| µV | mikrovolti | 2.3·10⁸ | kikomo cha usikivu wa vifaa |
| kV | kilovolti | 0.23 | teknolojia ya msongo mkubwa |
| MV | megavolti | 2.3·10⁻⁴ | fizikia ya nishati kubwa |
| eV kwa kila chaji | nishati ya elektroni, eV | 230 | kwa idadi ni sawa na volteji |
| statV | volti ya mfumo wa CGS wa umemetuli | 0.7672 | kizidishi ni sehemu ya kumi ya kasi ya mwanga |
| abV | abvolti ya mfumo wa CGS wa sumakuumeme | 2.3·10¹⁰ | kidogo kuliko vipimo vyote vya kihistoria |
| V (int.) | volti ya kimataifa ya 1908 | 229.92 | ilifafanuliwa kwa nguzo ya zebaki na fedha |
| V₉₀ | volti ya vitendo ya 1990 | 230 | ilitofautiana kwa sehemu nne za milioni kumi |
| seli za Weston | katika vipimo vya seli ya kiwango | 225.79 | seli ya kadmiamu na zebaki katika themostati |
| V | volti | 230 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
Viambishi huanzia nano hadi mega: upana wa volteji ambazo teknolojia hushughulika nazo hufunika ngazi kumi na tano. Mstari wenye elektronivolti hukumbusha kwamba nishati ya elektroni kwa idadi ni sawa na volteji aliyopita.
03 · Madaraja ya ukubwa
kutoka nanovolti hadi radiSoketi barani Ulaya: volti mia mbili thelathini
04 · Vifaa vya kupima
Volteji hupimwa kwa kitu gani
Huunganishwa sambamba na sehemu ya mzunguko na ukinzani wake unapaswa kuwa mkubwa kadiri inavyowezekana ili usivute mkondo. Kwenye vifaa vya sindano ni kiasi cha kiloohm kadhaa, kwenye vya kidijitali megaohm kumi na zaidi; kwenye mizunguko yenye ukinzani mkubwa hata hiyo huharibu kipimo waziwazi.
Volteji inayopimwa hulinganishwa na sehemu ya volteji ya seli ya kiwango, kisha hunaswa wakati ule ambapo galvanomita inaonyesha sifuri. Wakati huo kifaa hakichukui mkondo hata kidogo, hivyo njia hii hutoa nguvu halisi ya kusukuma umeme ya chanzo, si volteji yenye mzigo.
Vikinzani viwili hugawa volteji kwa uwiano unaojulikana, hivyo kilovolti hupimwa kwa kifaa cha volti chache tu. Kwenye njia za msongo mkubwa, kazi hiyo hiyo hufanywa na kibadilishi cha volteji, ambacho hutenganisha mzunguko wa kupima na ule wa nguvu kwa njia ya umeme.
Kiungo cha superkondakta kinachomulikwa na mawimbi madogo hutoa volteji iliyo mzidisho kamili wa masafa: konstanti ya Josephson hubadilisha herci kuwa volti. Mpangilio wa maelfu ya viungo hutoa volti kumi kwa kurudiwarudiwa hadi sehemu za bilioni — na hicho ndicho kiwango cha leo.
05 · Kanuni za kuandika
Alama V ni ya Kilatini — “В” ya Kirusi haitumiki hapa
Herufi ya Kirusi “В” na V ya Kilatini zinaonekana tofauti, lakini zinamaanisha kitu kimoja; katika nyaraka za kimataifa V pekee ndiyo inaruhusiwa. Jina la kipimo huandikwa kwa herufi ndogo — “volti mia mbili thelathini”, alama kwa herufi kubwa. Milivolti ni mV, ilhali MV ni megavolti: tofauti ni mara bilioni. Katika mkondo wa kubadilisha mwelekeo, 230 V ni thamani halisi; kilele cha wimbi la sini ni juu mara √2, yaani 325 V. Uzuiaji huhesabiwa kwa kilele.
Alama ya kipimo ni U au V ya mlazo, ya kipimo chenyewe ni V iliyosimama; katika fomula U = 230 V mlazo na msimamo hutofautisha maana. Alama ya Kirusi ni В. Kiambishi kilo huandikwa kwa k ndogo: kV, si KV. Milivolti na mikrovolti hujengwa kwa viambishi vya kawaida, lakini “volti-ampea” tayari ni kipimo kingine — uwezo dhahiri — na hakina uhusiano na volteji. Elektronivolti huandikwa pamoja, eV: hiki ni kipimo cha nishati.
06 · Vipimo jirani
Volti husimama katikati ya sheria ya Ohm: mkondo, volteji na ukinzani vimefungamana kiasi kwamba vipimo viwili vyovyote huamua cha tatu.
Miongoni mwa karatasi za Simetrium karibu na volti wako ampea na ohmu kutoka sheria ya Ohm, wati kama zao lao, kulombu s faradi kutoka ufafanuzi wa uwezo wa kuhifadhi chaji na elektronivolti — nishati iliyopewa jina la kipimo hiki.
07 · Sehemu ya kihistoria
Kutoka mguu wa chura hadi ngazi ya kwanta
Alessandro Volta alibishana na Galvani kuhusu asili ya “umeme wa wanyama”, na ili kuthibitisha kuwa yuko sahihi alitengeneza chanzo kisicho na biolojia hata kidogo. Mnara wa madini tofauti ulitoa mkondo usiokatika — wa kwanza katika historia.
Kongamano la kimataifa la wataalamu wa umeme lilifafanua volti kwa ampea na ohm, na kikapewa jina la Volta. Kutengeneza kipimo chenyewe kulibaki kazi ya seli ya kemikali, ambayo usahihi wake ulikuwa chini sana kuliko telegrafia ilivyohitaji.
Seli ya kadmiamu na zebaki ya Weston ilishika volteji hadi mikrovolti na ikawa kiwango kwa miaka tisini. Iliwekwa katika themostati, hairuhusiwi kutoa mkondo, na ilibebwa kwa uangalifu kama kifaa kinachovunjika kirahisi.
Brian Josephson, mwanafunzi wa uzamivu mwenye miaka ishirini na miwili, alitabiri ngazi za volteji kwenye kiungo cha superkondakta. Tangu mwaka 1990 volti hutengenezwa hivyo hasa, na seli za kemikali zimehamia kwenye makumbusho ya vipimo.
Volti isiyolingana na volti
Kutoka mwaka 1990 hadi 2019 sayansi ya vipimo iliishi na volti mbili kwa wakati mmoja. Ufafanuzi katika Mfumo wa Kimataifa ulibaki ule ule, kupitia wati na ampea, lakini kipimo kilitengenezwa kwa athari ya Josephson kwa thamani ya konstanti iliyokubaliwa — na kipimo hicho cha vitendo kiliandikwa V₉₀. Tofauti kati yake na volti ya SI ilikadiriwa kuwa sehemu kadhaa za kumi za mikrovolti kwa kila volti: si kitu kwa teknolojia, lakini ya msingi kwa kulinganisha viwango kwa viwango. Ufafanuzi mpya wa mwaka 2019 uliondoa mpasuko huo: chaji ya elektroni na konstanti ya Planck zikawa namba kamili, na konstanti ya Josephson pia, na mizani ya vitendo ikapatana na ufafanuzi. Wakati huo huo, vipimo vyote vilivyokusanywa kwa miaka thelathini katika V₉₀ vilipaswa kupewa marekebisho ya nyuma — tukio adimu ambapo matokeo ya miaka iliyopita huhesabiwa upya kwa sababu ufafanuzi wa kipimo umebadilika.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vitokanavyo vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila hivyo ufundi wala maisha ya kila siku havipiti. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, kubadilisha, vifaa, kanuni za kuandika. Katika lugha 36.
Vipimo vitokanavyo vya SI vyenye jina lake
karatasi ya volti imefunguliwaVipimo vya msingi vya SI
kwa rangi ya udongo wa kuchoma — vipimo vinne vinavyounda voltiVolteji katika mifumo mingine
Lugha ya karatasi
Lugha 36. Alama V ni ya kimataifa, lakini volteji ya soketi si hivyo: volti mia mbili thelathini barani Ulaya, mia moja ishirini Amerika Kaskazini, mia mbili arobaini nchini Kenya — karatasi hii huweka thamani ya mahali pale.