Vôn
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: hiệu điện thế
01 · Định nghĩa
Volta xếp chồng kẽm, đồng và bìa các tông ướt — và có được nguồn điện một chiều đầu tiên. Trước ông, người ta chỉ biết tích điện lại rồi phóng đi bằng tia lửa.
Một vôn là hiệu điện thế mà ở đó dòng điện một ampe tải đi công suất một oát. Nói cách khác, mỗi culông điện tích đi qua đoạn mạch ấy nhả ra một jun công. Hiệu điện thế không phải là tính chất của một chỗ, mà là hiệu giữa hai điểm: “điện thế của dây dẫn” mà không chỉ ra điểm thứ hai thì vô nghĩa, nên trong mọi sơ đồ đều có một đất chung. Ổ cắm cho 230 V, pin tiểu cho 1,5 V, tế bào thần kinh trong não làm việc ở hàng chục milivôn, còn đường dây tải điện chịu 750 kV. Con chim đậu trên đường dây hàng trăm kilôvôn mà vẫn nguyên vẹn, chính vì hai chân nó cùng ở một điện thế. Từ đó cũng suy ra rằng mối nguy của điện không đo bằng vôn: cái giết người là dòng điện chạy qua cơ thể, còn vôn chỉ quyết định nó có chảy qua nổi điện trở của da hay không. Lòng bàn tay khô cho khoảng một trăm kilôôm, tay ướt cho một nghìn, và cùng một hiệu điện thế khi thì vô hại, khi thì chết người.
Nguồn điện một chiều đầu tiên là một cột gồm những đĩa kẽm và đĩa đồng xen kẽ, ngăn cách bằng dạ tẩm nước muối. Mỗi cặp cho khoảng một phần mười vôn, và Volta xếp hàng chục cặp cho tới khi ngón tay bắt đầu thấy tê. Nguyên tắc ấy vẫn giữ nguyên đến nay: trong một bộ pin gồm ba ngăn liti, các hiệu điện thế cộng lại, vì các ngăn mắc nối tiếp. Chính thí nghiệm này đã bác bỏ thuyết “điện động vật” của Galvani: dòng điện đến từ những kim loại khác nhau, còn đùi ếch chỉ là một dụng cụ đo nhạy.
02 · Quy đổi
Nhập một hiệu điện thế — phiếu sẽ trải nó ra theo mọi đơn vị
Các tiền tố phủ trọn dải, từ tín hiệu cỡ nanôvôn của cặp nhiệt điện đến hàng mêgavôn của đường dây tải điện. Electronvolt trong bảng không phải là hiệu điện thế, mà là năng lượng electron nhận được khi đi qua hiệu điện thế ấy.
Điện áp ở ổ cắm là xoay chiều, và con số 230 chỉ giá trị hiệu dụng — tức là hiệu điện thế một chiều nào đó sẽ tỏa ra cùng công suất trên cùng điện trở. Giá trị đỉnh của hình sin lớn hơn √2 lần và đạt tới ba trăm hai mươi lăm vôn, còn biên độ đỉnh-đỉnh là sáu trăm năm mươi. Cách điện được tính đúng theo giá trị đỉnh, nên một thiết bị rẻ tiền lắp “cho 230” sẽ bị đánh thủng ngay ở chu kỳ đầu tiên.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| V | vôn, đơn vị SI | 230 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
| mV | milivôn | 230000 | y học, kỹ thuật đo lường |
| µV | micrôvôn | 2,3·10⁸ | giới hạn độ nhạy của dụng cụ |
| kV | kilôvôn | 0,23 | kỹ thuật cao áp |
| MV | mêgavôn | 2,3·10⁻⁴ | vật lý năng lượng cao |
| eV trên mỗi điện tích | năng lượng của electron, eV | 230 | bằng về mặt số với hiệu điện thế |
| statV | vôn của hệ CGS tĩnh điện | 0,7672 | hệ số là một phần mười tốc độ ánh sáng |
| abV | abvolt của hệ CGS điện từ | 2,3·10¹⁰ | nhỏ nhất trong các đơn vị lịch sử |
| V (int.) | vôn quốc tế năm 1908 | 229,92 | được định nghĩa qua cột thủy ngân và bạc |
| V₉₀ | vôn thực dụng năm 1990 | 230 | lệch bốn phần mười triệu |
| pin Weston | theo đơn vị của pin chuẩn | 225,79 | pin cadmi-thủy ngân trong tủ ổn nhiệt |
| V | vôn | 230 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
Các tiền tố trải từ nanô đến mêga: dải hiệu điện thế mà kỹ thuật làm việc cùng bao trùm mười lăm bậc độ lớn. Dòng có electronvolt nhắc rằng năng lượng của electron bằng về mặt số với hiệu điện thế mà nó đã đi qua.
03 · Bậc độ lớn
từ nanôvôn đến tia sétỔ cắm ở châu Âu: hai trăm ba mươi vôn
04 · Dụng cụ đo
Hiệu điện thế được đo bằng gì
Mắc song song với đoạn mạch và phải có điện trở càng lớn càng tốt để không rút mất dòng. Ở dụng cụ kim, điện trở ấy cỡ vài chục kilôôm; ở dụng cụ số là mười mêgaôm trở lên; trên các mạch điện trở cao thì ngay cả thế cũng làm sai lệch phép đo thấy rõ.
Hiệu điện thế cần đo được cân lại bằng một phần hiệu điện thế của pin chuẩn, rồi bắt lấy khoảnh khắc điện kế chỉ số không. Lúc ấy dụng cụ không lấy chút dòng nào, nên phương pháp này cho suất điện động thật của nguồn chứ không phải hiệu điện thế khi có tải.
Hai điện trở chia hiệu điện thế theo một tỉ số đã biết, nhờ đó đo được hàng kilôvôn bằng một dụng cụ chỉ chịu vài vôn. Trên đường dây cao áp, máy biến điện áp làm đúng việc ấy và còn tách mạch đo khỏi mạch lực về mặt điện.
Một tiếp giáp siêu dẫn được chiếu vi sóng sẽ cho hiệu điện thế đúng bằng bội của tần số: hằng số Josephson đổi héc thành vôn. Một dàn gồm hàng nghìn tiếp giáp cho mười vôn với độ lặp lại cỡ phần tỉ — đó chính là chuẩn ngày nay.
05 · Quy tắc viết
Ký hiệu V là chữ Latinh — chữ “В” của tiếng Nga không dùng được ở đây
Chữ “В” của tiếng Nga và chữ V Latinh trông khác nhau nhưng chỉ cùng một thứ; trong văn bản quốc tế chỉ V là được phép. Tên đơn vị viết thường — “hai trăm ba mươi vôn”, ký hiệu viết hoa. Milivôn là mV, còn MV là mêgavôn: khác nhau một tỉ lần. Trong dòng xoay chiều, 230 V là giá trị hiệu dụng; giá trị đỉnh của hình sin cao hơn √2 lần, tức 325 V. Cách điện được tính theo giá trị đỉnh.
Ký hiệu của đại lượng là U hoặc V nghiêng, của đơn vị là V đứng; trong công thức U = 230 V, chữ nghiêng và chữ đứng phân biệt ý nghĩa. Ký hiệu tiếng Nga là В. Tiền tố kilô viết bằng k thường: kV chứ không phải KV. Milivôn và micrôvôn dùng tiền tố như bình thường, còn “vôn-ampe” đã là đơn vị khác — công suất biểu kiến — và chẳng liên quan gì đến hiệu điện thế. Electronvolt viết liền, eV: đó là một đơn vị năng lượng.
06 · Các đơn vị lân cận
Vôn đứng giữa định luật Ohm: dòng điện, hiệu điện thế và điện trở buộc vào nhau đến mức hai đại lượng bất kỳ đã định ra đại lượng thứ ba.
Trong các phiếu của Simetrium kề bên vôn là ampe và ôm ra từ định luật Ohm, watt như tích của chúng, coulomb s fara ra từ định nghĩa điện dung và electronvolt — năng lượng mang tên đơn vị này.
07 · Phần lịch sử
Từ đùi ếch đến bậc thang lượng tử
Alessandro Volta tranh cãi với Galvani về bản chất của “điện động vật”, và để chứng minh mình đúng, ông dựng lên một nguồn điện không có chút sinh vật nào. Cột xếp bằng những kim loại khác nhau cho dòng điện chảy không dứt — lần đầu tiên trong lịch sử.
Đại hội quốc tế các nhà điện học định nghĩa vôn qua ampe và ôm, đặt tên đơn vị theo Volta. Việc tái lập trên thực tế vẫn thuộc về pin hóa học, mà độ chính xác của nó thấp hơn nhiều so với đòi hỏi của ngành điện báo.
Pin cadmi-thủy ngân của Weston giữ được hiệu điện thế chính xác đến từng micrôvôn và làm chuẩn suốt chín mươi năm. Người ta cất nó trong tủ ổn nhiệt, không cho lấy dòng ra, và chuyên chở thận trọng như một dụng cụ dễ vỡ.
Brian Josephson, nghiên cứu sinh hai mươi hai tuổi, tiên đoán những bậc điện thế trên tiếp giáp siêu dẫn. Từ năm 1990 vôn được tái lập đúng theo cách ấy, còn các pin hóa học lui về bảo tàng đo lường.
Vôn không trùng với vôn
Từ năm 1990 đến năm 2019, ngành đo lường sống cùng lúc với hai vôn. Định nghĩa trong Hệ đơn vị quốc tế vẫn như cũ, qua oát và ampe, nhưng đơn vị lại được tái lập bằng hiệu ứng Josephson với một giá trị hằng số quy ước — và đơn vị thực dụng ấy được ký hiệu là V₉₀. Độ lệch giữa nó và vôn SI được ước lượng ở mức vài phần mười micrôvôn trên mỗi vôn: nhỏ đến mức không đáng kể với kỹ thuật, nhưng có tính nguyên tắc khi so sánh các chuẩn với nhau. Việc định nghĩa lại năm 2019 đã xóa bỏ sự chia đôi này: điện tích của electron và hằng số Planck trở thành những con số chính xác, hằng số Josephson cũng vậy, và thang thực dụng trùng khớp với định nghĩa. Cùng lúc ấy, mọi phép đo tích lũy suốt ba mươi năm theo V₉₀ đều phải được thông báo số hiệu chính hồi tố — một trường hợp hiếm khi kết quả của những năm trước bị tính lại vì đơn vị đổi định nghĩa.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 33 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của vôn đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — bốn đơn vị làm nên vônHiệu điện thế trong các hệ đơn vị khác
Ngôn ngữ của phiếu
33 ngôn ngữ. Ký hiệu V mang tính quốc tế, còn điện áp ở ổ cắm thì không: hai trăm ba mươi vôn ở châu Âu, một trăm hai mươi ở Bắc Mỹ, hai trăm hai mươi ở Việt Nam — phiếu điền vào giá trị của xứ sở ấy.