โวลต์
หน่วยอนุพัทธ์ของ SI · ปริมาณ: ความต่างศักย์
01 · นิยาม
โวลตาซ้อนสังกะสี ทองแดง และกระดาษแข็งเปียก แล้วได้แหล่งกำเนิดกระแสตรงอันแรก ก่อนหน้านั้นผู้คนทำได้แค่สะสมไฟฟ้าไว้แล้วปล่อยออกเป็นประกายไฟ
หนึ่งโวลต์คือความต่างศักย์ที่ทำให้กระแสหนึ่งแอมแปร์พากำลังหนึ่งวัตต์ไปได้ พูดอีกอย่างคือ ประจุหนึ่งคูลอมบ์ที่ผ่านช่วงนั้นสละงานออกมาหนึ่งจูล ความต่างศักย์ไม่ใช่สมบัติของจุดใดจุดหนึ่ง แต่เป็นผลต่างระหว่างสองจุด “ศักย์ของสายไฟ” โดยไม่บอกจุดที่สองจึงไม่มีความหมาย ผังวงจรทุกผังจึงมีกราวด์ร่วมเสมอ เต้ารับให้ 230 V ถ่านไฟฉายให้ 1.5 V เซลล์ประสาทในสมองทำงานที่ระดับสิบ ๆ มิลลิโวลต์ ส่วนสายส่งทนได้ถึง 750 kV นกเกาะสายที่มีหลายร้อยกิโลโวลต์อยู่ได้โดยไม่เป็นอะไร ก็เพราะขาทั้งสองข้างอยู่ที่ศักย์เดียวกัน จากตรงนี้ยังตามมาด้วยว่าอันตรายของไฟฟ้าไม่ได้วัดกันด้วยโวลต์ สิ่งที่ฆ่าคือกระแสที่ไหลผ่านร่างกาย ส่วนโวลต์เพียงกำหนดว่ากระแสจะไหลผ่านความต้านทานของผิวหนังได้หรือไม่ ฝ่ามือแห้งมีความต้านทานราวหนึ่งแสนโอห์ม มือเปียกราวหนึ่งพัน ความต่างศักย์เท่ากันจึงกลายเป็นทั้งสิ่งไม่มีพิษภัยและสิ่งที่ถึงตาย
แหล่งกำเนิดกระแสตรงอันแรกเป็นเสาที่วางแผ่นสังกะสีกับแผ่นทองแดงสลับกัน คั่นด้วยผ้าสักหลาดชุบน้ำเกลือ แต่ละคู่ให้ราวหนึ่งในสิบโวลต์ โวลตาจึงวางซ้อนกันหลายสิบคู่จนรู้สึกได้ที่ปลายนิ้ว หลักเดียวกันนี้ยังอยู่จนทุกวันนี้ ในแบตเตอรีที่ประกอบจากเซลล์ลิเทียมสามเซลล์ ความต่างศักย์บวกกันเพราะเซลล์ต่ออนุกรม การทดลองนี้เองที่หักล้างทฤษฎี “ไฟฟ้าสัตว์” ของกัลวานี กระแสมาจากโลหะต่างชนิดกัน ส่วนขาของกบเป็นเพียงเครื่องวัดที่ไวมาก
02 · การแปลงหน่วย
ใส่ความต่างศักย์ แล้วแผ่นข้อมูลจะกระจายให้เห็นทุกหน่วย
คำอุปสรรคครอบคลุมทั้งช่วง ตั้งแต่สัญญาณระดับนาโนโวลต์ของเทอร์โมคัปเปิลจนถึงเมกะโวลต์ของสายส่ง อิเล็กตรอนโวลต์ในตารางไม่ใช่ความต่างศักย์ แต่เป็นพลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับเมื่อผ่านความต่างศักย์นั้น
ความต่างศักย์ที่เต้ารับเป็นไฟสลับ และเลข 230 หมายถึงค่าประสิทธิผล คือแรงดันไฟตรงที่จะให้กำลังเท่ากันบนความต้านทานเดียวกัน ค่ายอดของคลื่นไซน์สูงกว่านั้น √2 เท่า จึงถึงสามร้อยยี่สิบห้าโวลต์ ส่วนช่วงจากยอดถึงท้องคลื่นเท่ากับหกร้อยห้าสิบ ฉนวนคิดจากค่ายอดนี่เอง เครื่องราคาถูกที่ประกอบ “ให้ทน 230” จึงพังตั้งแต่คาบแรก
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| V | โวลต์ หน่วยของ SI | 230 | หน่วยตั้งต้นของแผ่นข้อมูลนี้ |
| mV | มิลลิโวลต์ | 230000 | การแพทย์, เทคนิคการวัด |
| µV | ไมโครโวลต์ | 2.3·10⁸ | ขีดจำกัดความไวของเครื่องวัด |
| kV | กิโลโวลต์ | 0.23 | วิศวกรรมไฟฟ้าแรงสูง |
| MV | เมกะโวลต์ | 2.3·10⁻⁴ | ฟิสิกส์พลังงานสูง |
| eV ต่อประจุ | พลังงานของอิเล็กตรอน, eV | 230 | เท่ากับความต่างศักย์โดยตัวเลข |
| statV | โวลต์ของระบบ CGS ไฟฟ้าสถิต | 0.7672 | ตัวคูณคือหนึ่งในสิบของอัตราเร็วแสง |
| abV | แอบโวลต์ของระบบ CGS แม่เหล็กไฟฟ้า | 2.3·10¹⁰ | เล็กที่สุดในบรรดาหน่วยในอดีต |
| V (int.) | โวลต์สากลของปี 1908 | 229.92 | นิยามผ่านลำปรอทและเงิน |
| V₉₀ | โวลต์เชิงปฏิบัติของปี 1990 | 230 | ต่างกันสี่ในสิบล้านส่วน |
| เซลล์เวสตัน | ในหน่วยของเซลล์มาตรฐาน | 225.79 | เซลล์แคดเมียม-ปรอทในตู้ควบคุมอุณหภูมิ |
| V | โวลต์ | 230 | หน่วยตั้งต้นของแผ่นข้อมูลนี้ |
คำอุปสรรคไล่จากนาโนถึงเมกะ เพราะช่วงความต่างศักย์ที่เทคนิคทำงานด้วยกินสิบห้าอันดับ บรรทัดที่มีอิเล็กตรอนโวลต์เตือนว่าพลังงานของอิเล็กตรอนเท่ากับความต่างศักย์ที่มันผ่านมาโดยตัวเลข
03 · อันดับของขนาด
ตั้งแต่นาโนโวลต์จนถึงฟ้าผ่าเต้ารับในยุโรป: สองร้อยสามสิบโวลต์
04 · เครื่องมือวัด
ความต่างศักย์วัดด้วยอะไร
ต่อขนานกับช่วงที่จะวัด และต้องมีความต้านทานสูงที่สุดเท่าที่ทำได้เพื่อไม่ให้ดึงกระแส เครื่องแบบเข็มมีราวหลายสิบกิโลโอห์ม เครื่องแบบตัวเลขมีสิบเมกะโอห์มขึ้นไป ในวงจรที่ความต้านทานสูง แม้เท่านั้นก็ยังบิดผลการวัดอย่างเห็นได้ชัด
ความต่างศักย์ที่จะวัดถูกถ่วงด้วยส่วนหนึ่งของความต่างศักย์จากเซลล์มาตรฐาน แล้วจับจังหวะที่กัลวานอมิเตอร์ชี้ศูนย์ ณ จังหวะนั้นเครื่องไม่กินกระแสเลย วิธีนี้จึงให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่แท้จริงของแหล่งกำเนิด ไม่ใช่ความต่างศักย์ขณะมีโหลด
ความต้านทานสองตัวแบ่งความต่างศักย์ตามอัตราส่วนที่รู้ค่า ทำให้วัดระดับกิโลโวลต์ได้ด้วยเครื่องวัดขนาดไม่กี่โวลต์ บนสายส่งแรงสูง หม้อแปลงแรงดันทำหน้าที่เดียวกัน และยังแยกวงจรวัดออกจากวงจรกำลังทางไฟฟ้า
รอยต่อตัวนำยวดยิ่งที่ถูกฉายด้วยไมโครเวฟจะให้ความต่างศักย์ที่เป็นจำนวนเท่าของความถี่อย่างเคร่งครัด ค่าคงตัวโจเซฟสันแปลงเฮิรตซ์เป็นโวลต์ อาเรย์ที่ทำจากรอยต่อหลายพันรอยให้สิบโวลต์ด้วยความทำซ้ำได้ระดับหนึ่งในพันล้าน และนี่คือมาตรฐานของวันนี้
05 · กฎการเขียน
สัญลักษณ์ V เป็นอักษรละติน — ตัว В ของรัสเซียใช้ตรงนี้ไม่ได้
ตัว В ของรัสเซียกับตัว V ละตินหน้าตาต่างกัน แต่หมายถึงสิ่งเดียวกัน ในเอกสารระหว่างประเทศใช้ได้เฉพาะ V ชื่อหน่วยเขียนด้วยตัวเล็ก “สองร้อยสามสิบโวลต์” ส่วนสัญลักษณ์เป็นตัวใหญ่ มิลลิโวลต์คือ mV ขณะที่ MV คือเมกะโวลต์ ต่างกันพันล้านเท่า ในไฟสลับ 230 V คือค่าประสิทธิผล ค่ายอดของคลื่นไซน์สูงกว่า √2 เท่า นั่นคือ 325 V ฉนวนคิดจากค่ายอด
สัญลักษณ์ของปริมาณคือ U หรือ V ตัวเอน ของหน่วยคือ V ตัวตรง ในสูตร U = 230 V ตัวเอนกับตัวตรงแยกความหมายออกจากกัน สัญลักษณ์ในภาษารัสเซียคือ В คำอุปสรรคกิโลเขียนด้วย k ตัวเล็ก เป็น kV ไม่ใช่ KV มิลลิโวลต์และไมโครโวลต์ใช้คำอุปสรรคตามปกติ ส่วน “โวลต์-แอมแปร์” เป็นอีกหน่วยหนึ่งแล้ว คือกำลังปรากฏ ซึ่งไม่เกี่ยวกับความต่างศักย์ อิเล็กตรอนโวลต์เขียนติดกันเป็น eV และเป็นหน่วยของพลังงาน
06 · หน่วยข้างเคียง
โวลต์อยู่กลางกฎของโอห์ม กระแสไฟฟ้า ความต่างศักย์ และความต้านทานผูกกันจนสองปริมาณใดก็กำหนดปริมาณที่สาม
ใน แผ่นข้อมูลของ Simetrium ที่อยู่เคียงข้างโวลต์คือ แอมแปร์ และ โอห์ม ออกมาจากกฎของโอห์ม วัตต์ ออกมาเป็นผลคูณของทั้งสอง คูลอมบ์ s ฟารัด ออกมาจากนิยามของความจุไฟฟ้า และ อิเล็กตรอนโวลต์ — พลังงานที่ตั้งชื่อตามหน่วยนี้
07 · ภาคประวัติ
จากขาของกบถึงขั้นบันไดเชิงควอนตัม
อาเลสซานโดร โวลตา เถียงกับกัลวานีเรื่องธรรมชาติของ “ไฟฟ้าสัตว์” และเพื่อพิสูจน์ว่าตนถูก เขาจึงประกอบแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตอยู่เลย เสาที่ซ้อนโลหะต่างชนิดกันให้กระแสไหลไม่ขาดสาย — เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์
ที่ประชุมนานาชาติของนักไฟฟ้ากำหนดโวลต์ผ่านแอมแปร์และโอห์ม และตั้งชื่อหน่วยนี้ตามโวลตา ส่วนการทำขึ้นจริงยังเป็นหน้าที่ของเซลล์เคมี ซึ่งมีความแม่นยำต่ำกว่าที่งานโทรเลขต้องการมาก
เซลล์แคดเมียม-ปรอทของเวสตันรักษาความต่างศักย์ได้ละเอียดถึงระดับไมโครโวลต์ และเป็นมาตรฐานอยู่เก้าสิบปี เขาเก็บมันไว้ในตู้ควบคุมอุณหภูมิ ไม่ยอมให้ดึงกระแส และขนย้ายอย่างระวังเหมือนเครื่องมือที่แตกง่าย
ไบรอัน โจเซฟสัน นักศึกษาปริญญาเอกวัยยี่สิบสองปี ทำนายว่าจะเกิดขั้นบันไดของความต่างศักย์ที่รอยต่อตัวนำยวดยิ่ง ตั้งแต่ปี 1990 โวลต์ก็ถูกทำขึ้นใหม่ด้วยวิธีนี้ และเซลล์เคมีก็ย้ายไปอยู่ในพิพิธภัณฑ์มาตรวิทยา
โวลต์ที่ไม่ตรงกับโวลต์
ตั้งแต่ปี 1990 ถึงปี 2019 มาตรวิทยาอยู่กับโวลต์สองอันพร้อมกัน นิยามในระบบหน่วยระหว่างประเทศยังคงเดิม คือผ่านวัตต์และแอมแปร์ แต่การทำหน่วยขึ้นจริงใช้ปรากฏการณ์โจเซฟสันโดยตกลงกันให้ค่าคงตัวค่าหนึ่ง และเขียนหน่วยเชิงปฏิบัตินั้นว่า V₉₀ ความคลาดระหว่างมันกับโวลต์ของ SI ประมาณกันไว้ที่เศษสิบของไมโครโวลต์ต่อหนึ่งโวลต์ เล็กจนไม่มีความหมายสำหรับงานเทคนิค แต่ชี้ขาดสำหรับการเทียบมาตรฐานต่อมาตรฐาน การนิยามใหม่ในปี 2019 ลบรอยแยกนี้ทิ้ง ประจุของอิเล็กตรอนกับค่าคงตัวพลังค์กลายเป็นตัวเลขที่แน่นอน ค่าคงตัวโจเซฟสันก็เช่นกัน และมาตราเชิงปฏิบัติก็ตรงกับนิยาม พร้อมกันนั้น การวัดทั้งหมดที่สะสมไว้สามสิบปีในหน่วย V₉₀ ก็ต้องได้รับค่าแก้ย้อนหลัง เป็นกรณีที่พบไม่บ่อยที่ผลของปีก่อน ๆ ถูกคำนวณใหม่เพราะนิยามของหน่วยเปลี่ยนไป
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 33 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
เปิดแผ่นข้อมูลของโวลต์อยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีดินเผาคือสี่หน่วยที่ประกอบกันขึ้นเป็นโวลต์ความต่างศักย์ในระบบหน่วยอื่น
ภาษาของแผ่นข้อมูล
33 ภาษา สัญลักษณ์ V เป็นสากล แต่ความต่างศักย์ที่เต้ารับไม่เป็นเช่นนั้น ยุโรปสองร้อยสามสิบโวลต์ อเมริกาเหนือหนึ่งร้อยยี่สิบ ไทยสองร้อยยี่สิบ — แผ่นข้อมูลใส่ค่าของถิ่นนั้นให้