Mjerna jedinica volt

MJERNE JEDINICE NAZVANE PO ZNANSTVENICIMA

Neke su mjerne jedinice od XIX. stoljeća nazivane po zaslužnim znanstvenicima. Danas je u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) takvih 19 jedinica, a još je jedna iznimno dopuštena. Takvi nazivi mjernih jedinica starih sustava ili izvan sustava (angstrem, gaus, kiri, meksvel, rendgen i dr.) otišli su u povijest. Opisat će se kako je 20 danas zakonitih jedinica nazvano po znanstvenicima i kako su normirane. U ovom se nizu1 opisuje i kako se kroz gotovo dva stoljeća mijenjalo oslanjanje jedinica od tvarnih pramjera, do suvremenog oslanjanja na prirodne stalnice ili konstante2 . Jedinice su u nizu navedene uglavnom po vremenu usvajanja.

Volt (engl. volt; znak V) je mjerna jedinica električnog napona, razlike potencijala i elektromotorne sile, izvedena je jedinica Međunarodnog sustava jedinica (SI). Nazvana je po Alessandru Volti, a najstarija je mjerna jedinica nazvana po nekom znanstveniku.

Podrijetlo naziva mjerne jedinice volt

Alessandro Volta (1745.–1827.) talijanski je fizičar i izumitelj koji je istraživao električne pojave, konstruirao “spremište” statičkog elektriciteta elektrofor te 1780. godine električni kondenzator, jednu od osnovnih električnih i elektroničkih sastavnica. Volta se proslavio tumačenjem električnih pojava na tkivu živoga podrijetla, koje je krajem XVIII. stoljeća zamijetio talijanski liječnik Luigi Galvani (1737.−1798.). Očišćeni žablji kraci trzali su se pri dodiru s kovinskim predmetima. Galvani je tu pojavu pripisao nekom “životnom elektricitetu”, poslije njemu u čast nazvanu galvanizmom. Volta je ustanovio kako je to elektrokemijska pojava između kovine i zakiseljene tekućine koju je sadržavalo tkivo, poslije nazvane elektrolitom. Na osnovi galvanizma 1800.

1 Osnova ovoga niza je, uz ostale izvore, i niz napisa o povijesti, nazivima i definicijama mjernih jedinica, objavljenih u autorovu Leksikonu mjernih jedinica te u časopisima Svijet po mjeri i Radio HRS. 2 Vidi o tome npr.: Z. J., Nove definicije osnovnih jedinica SI-a. ABC tehnike, br. 622, veljača 2019., str. 15-16 i 21. Alessandro Volta sa svojim člancima i stupom članaka godine Volta je konstruirao jednostavnu napravu, prvi galvanski članak. Bio je to slog dviju pločica od različitih kovina (cink i bakar), tzv. elektroda, između kojih je bila tkanina natopljena razrijeđenom sumpornom kiselinom kao elektrolitom. Elektrode su uslijed elektrokemijskih reakcija između kovine i elektrolita na stalnim različitim električnim potencijalima. Ta razlika električnih potencijala uzrokuje u zatvorenom strujnom krugu električnu struju, pa je tako galvanski članak izvor stalne električne struje. Uzrok je prvotno nazvan elektromotornom silom koja pokreće naboje. Taj se neispravan naziv susreće i danas, iako se ne radi o sili, nego o razlici električnih potencijala između dviju točaka. Ubrzo je taj galvanski članak nazvan Voltinim člankom. Njegov je napon reda vrijednosti jednoga današnjeg volta. Pod naponom galvanskog članka misli se na napon neopterećenoga izvora, dakle na napon praznoga hoda ili pranapon, obično označavan U0, u prošlosti nazivan elektromotornom silom (označavan E ili EMS). Volta je ustanovio kako se serijskim slaganjem više članaka naponi zbrajaju. Tako je načinio prvu električnu bateriju galvanskih članaka,

prvotno nazivanu Voltinim stupom. Volta je tim izumima postao slavan. Tom je baterijom Volta obavljao mnoge pokuse s električnom strujom. Između ostaloga uspostavljao je stalnu električnu iskru između ugljenih štapića koji se gotovo dodiruju, poslije nazvanu Voltinim lukom. Unutar uspostavljenoga luka užareni su plinovi na vrlo visokoj temperaturi koji su izvor jake, gotovo bijele svjetlosti i ultraljubičastog zračenja. Voltin je luk osnova lučnice, prve električne svjetiljke prije izuma žarulje i drugih električnih svjetlila. Lučnica se za posebne namjene rabila do u drugu polovicu XX. stoljeća, a njezina inačica s posebnim elektrodama i danas se rabi za električno zavarivanje. Do Voltina članka električni su se pokusi obavljali samo sa statičkim elektricitetom, nastalim trljanjem smolastih tvari. Voltin je članak omogućio održavanje stalnoga električnog napona između dviju elektroda, a time i mogućnost stalne električne struje. Važnost izuma pokazuje i to što je Voltino predavanje pred Francuskom akademijom u Parizu 1801. godine slušao i konzul Napoleon Bonaparte, te potom Volti dodijelio grofovski naslov i odličje Legije časti. Na početku XIX. stoljeća naziv električan rabio se za elektrostatičke pojave, a stalna istosmjerna električna struja (tada samo iz galvanskih članaka) nazivala se galvanizmom prema prijedlogu Alexandera von Humbodlta (1769.–1859.), znamenitog njemačkog prirodoslovca. To se nije ustalilo, ali su se do danas zadržali neki stariji nazivi: galvanska struja, galvanska veza, galvanoskop, galvanometar, galvanizacija, galvanoplastika i dr. Voltin je članak imao i velik nedostatak. Nakon nekoliko desetaka minuta elektrode su se polarizirale pri tijeku struje zbog kemijskih reakcija s elektrolitom, napon je postajao sve niži, a članak gotovo neuporabljiv. Zato se nastojalo načiniti galvanski članak u kojem se izbjegava ili makar usporava polarizacija elektroda uslijed toka električne struje. Tijekom XIX. stoljeća konstruirani su i patentirani brojni galvanski članci, koji su nazivani po njihovim izumiteljima. Bili su vrlo važni izvori električne struje u prvih stotinjak godina praktične uporabe elektriciteta. Većinom su to bile staklene posude s elektrolitom, u koji su bile uronjene elektrode, s raznim dodacima i dosjetkama kojima je sprječavana polarizacija. Današnje električne baterije i akumulatori sljednici su tih prvih galvanskih članaka. Među njima se za praktičnu uporabu isticao jednostavan, a prilično pouzdan članak koji je 1836. godine konstruirao John Frederic Daniell (1790.–1845.), britanski kemičar i meteorolog. U Daniellovu članku bakrena je elektroda bila uronjena u elektrolit od bakrenoga sulfata, cinkova u elektrolit od cinkova sulfata, a elektroliti su bili odijeljeni polupropusnom opnom. Tako je znatno smanjena nepoželjna polarizacija elektroda.

Voltin stup – prva električna baterija Alessandro Volta 1801. godine prikazuje Napoleonu svoju bateriju i njome napajanu lučnicu

Spomenik Alessandru Volti u rodnom gradu Comu u Italiji (djelo Francesca Durellija)

Napon je Daniellova članka oko 1,1 V. Ta je vrijednost povijesno zanimljiva, jer je napon baterije od stotinu članaka, dakle 110 V, postao prvo običajem, a potom normom gradske energetske mreže na počecima elektrifikacije (što je i danas u nekim zemljama, npr. u SAD-u), a dvostruko je 220 V, što je donedavno bila norma u Europi. Danas je fazni napon gradske energetske mreže u Europi normiran na 230 V. Daniellov se članak više od stoljeća rabio za baterije telegrafskih i telefonskih postaja te kućanskih instalacija (zvonca, kućnih telefona, pričuvne rasvjete i sl.).

Povijest mjerne jedinice volt Kao pramjera (etalon, normala) napona za praktičnu uporabu služili su u XIX. stoljeću galvanski članci, kojima je elektromotorna sila reda vrijednosti jednoga današnjeg volta. Od 1836. godine ponajviše se za to rabio Daniellov članak s naponom U0 = 1,09 današnjih volta. Elektrotehničari su, sjećajući se kako galvanski članci potječu od Volte, tu “praktičnu jedinicu” napona u prvim desetljećima XIX. stoljeća spontano počeli nazivati voltom. Danas je teško zamisliti kako se oko 1880. godine u svijetu rabilo najmanje 12 različitih jedinica napona! Stoga je ujednačavanje bilo neizbježno! Tu su zadaću obavili međunarodni kongresi elektrotehničara. Prvi međunarodni kongres elektrotehničara (iz kojega se razvila današnja Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC, prema engl. International Electrotechnical Commission)), održan 1881. godine u Parizu, prihvatio je pet “apsolutnih praktičnih jedinica” (apsolutni volt, kulon, amper, om i farad) za koje se nastojalo da budu decimalni višekratnici CGS-jedinica. Među njima je bio apsolutni volt, vrijednosti 108 CGSm jedinice napona. Međunarodni elektrotehnički kongres održan 1893. godine u Chicagu propisao je ostvarenje triju “praktičnih jedinica”: oma, ampera i volta (poslije su im pridruženi znakovi Ω, A i V Te su jedinice u skladnom međusobnom odnosu: V = A · Ω. Jedinica električnog napona volt ostvarena je Clarkovim člankom. Konstruirao ga je 1873. godine Josiah Latimer Clark (1822.–1898.), engleski inženjer, stručnjak za električni telegraf. Pridružena mu je vrijednost U0 = 1,431 V, te je kao pramjera zamijenio dotadašnji Daniellov članak. Međunarodna konferencija o električnim jedinicama i normama, održana 1908. godine u Londonu, unazadila je definiranja elektromagnetskih jedinica. Uvedene su tzv. praktične elektromagnetske jedinice, osnovane na pramjerama. Smatralo se da takav sustav jedinica predstavlja osnovne jedinice CGS-a, te da je “...dovoljno blizak njemu za potrebe električnih mjerenja i za osnovu zakonodavstva...” Jedinice su nazvane internacionalnima (om, amper, volt i dr.), a valja ih razlikovati od suvremenih internacionalnih ili međunarodnih jedinica SI. Tako je tadašnji internacionalni volt (Vin) povezan s apsolutnim voltom (Vaps) relacijom Vin = 1,000 4 Vaps. Kao nova pramjera napona preporučen je Westonov članak. Konstruirao ga je Edward Weston (1850.–1936.), američki kemičar i izumitelj engleskoga podrijetla, s oko 300 patenata, većinom iz područja elektrokemije, među njima kadmijev galvanski članak vrlo stabilnoga napona. Njemu je pridružen napon U0 = 1,018 65 V, a kao međunarodna pramjera rabio se od 1911. do 1990. godine. Time je nastao samostalan sustav elektromagnetskih jedinica, nažalost udaljen od jedinica mehanike i topline. Posebna je poteš-

koća što je ušao u zakone mnogih zemalja, pa je trebalo vremena i napora mjeritelja da se ponovno vrati na apsolutne jedinice. Na samom kraju XIX. stoljeća među mjeriteljima se sve više širila zamisao o općenitom i suvislom sustavu mjernih jedinica. Na tome su radila brojna međunarodna mjeriteljska tijela, kao što je Međunarodna elektrotehnička komisija (CEI), Međunarodna komisija za čistu i primijenjenu fiziku (IUPAP), Opća konferencija za utege i mjere (CGPM) i njezin Odbor za utege i mjere (CIPM). CGPM je 1933. godine odredio rok prijelaza na apsolutne jedinice do 1. siječnja 1940. Dijelom rat, a dijelom dugotrajnost vrhunskih mjerenja uvjetovali su da je CIPM tek 1946. godine, temeljem tada najboljih mjerenja objavio pretvorbene faktore između internacionalnih jedinica (ampera, oma, volta, vata, henrija, farada, kulona i džula) i apsolutnih jedinica (današnjih jedinica SI). Po njima je apsolutni volt jednak (1/1,000 34) internacionalnih volta.

SI jedinica volt Navedene su jedinice, razgovorno nazivane “novima”, međunarodno usvojene temeljem prijedloga CIPM-a iz 1946. godine, na 9. zasjedanju CGPM-a 1948. godine. Tada je usvojena definicija jedinice volt pomoću jedinica vat i amper, koja vrijedi i danas:

Volt (znak V) jedinica je električnog potencijala, napona i elektromotorne sile, izvedena je jedinica SI. Volt je napon između dviju točaka homogenog kovinskog žičanog vodiča kojim prolazi stalna električna struja od jednog ampera, a utrošena je snaga između tih dviju točaka jedan vat, tj. V = W/A. Nakon 1948. godine diljem svijeta umjereni su precizni mjerni instrumenti prema “novim jedinicama”, pa se u elektrotehnici, elektronici, fizici, kemiji i drugdje rabi samo SI jedinica volt, bez ikakvih pridjevaka. Zanimljivo je kako je akademik Josip Lončar (1891.–1973.), dugogodišnji profesor na Elektrotehničkom fakultetu u Zagrebu, prvak električnih mjerenja u nas, među prvima u svijetu već 1930-ih godina na predavanjima i u svojim knjigama rabio elektrotehničke jedinice u današnjem značenju. Na 11. zasjedanju CGPM-a 1960. godine taj je općeniti i suvisli sustav nazvan Međunarodnim sustavom jedinica (SI). U njemu se tada već nalazila većina današnjih jedinica SI, među njima i volt kao izvedena jedinica SI s posebnim nazivom i znakom. CIPM je 1988. godine odredio novu pramjeru volta, oslonjenu na Josephsonov kvantni učinak. Ustanovio ga je Brian David Josephson (r. 1940.), britanski fizičar, za što je Nobelovu nagradu za fiziku 1973. godine podijelio s Leom Esakijem (r. 1925.) i Ivarom Giaeverom (r. 1929.). Normirana Josephsonova stalnica iznosi K{J-90} = 2e/h = = 483 597,9 GHz/V, gdje je e elementarni naboj, a h Planckova stalnica. Ta se pramjera volta primjenjuje od 1. siječnja 1990. Time nije promijenjena definicija mjerne jedinice volt, nego je samo oslanjanjem na najnovije znanstvene spoznaje povećana točnost njegove reprodukcije oslanjanjem na prirodnu stalnicu. Suvremeni precizni voltmetri umjereni su osloncem na Josephsonovu stalnicu u razdoblju 1990.–1997. godine.

Stari analogni voltmetar Suvremeni digitalni voltmetar

Dr. sc. Zvonimir Jakobović

XtroMan protiv Crne horde

SF PRIČA

Martin spava. I sanja. * * * XtroMan je stajao na trgu, lagano raširenih nogu, stisnutih šaka. Crveni plašt padao mu je niz leđa, crni pripijeni kostim ocrtavao mu je snažne mišiće zaštićene fleksioklopom. Samo su mu brada i usta bili nepokriveni, umjesto očiju imao je bijele proreze. Kroz njih je odmjeravao stotinjak pripadnika Crne horde što su ga opkolili na trgu. Sve što se imalo za reći, rečeno je. Poziv na predaju odbijen je prezrivim režanjem kroz stegnute zube. XtroMan mrzi Crnu hordu. Ima za to dobrih razloga. Osjećaj je obostran. I za to ima razloga. Napeto iščekivanje. Tko će prvi? Na satu na zvoniku, duga kazaljka približavala se brojci 12. Čuo se mehanizam kad su kazaljke pale na puni sat. Zvono. Pet udaraca. Muk kad je zvono odzvonilo pet popodne. Jedan iz Horde zaurla i stisnutih šaka pojuri na XtroMana. On strgne svoj plašt, zavitla ga trzajem šake i baci na napadača. Crvena tkanina omota se napadaču oko glave, zastrijevši mu vid, i XtroMan ga obori silovitim udarcem. Sad su i ostali navalili na XtroMana. Njihovi udarci htjeli su ga samljeti: štitio ga je fleksioklop. Njegovi udarci bili su, pak, nezaustavljivi. Obarali su vojnike Crne horde, udari munje, brzi i ubojiti. Vrtlog oko XtroMana nije popuštao, ali ni on nije posustajao: činilo se kako mu je snaga neiscrpna. Povici, krici, prigušeno stenjanje kako se tijela ruše oborena njegovim šakama ili udarcima nogom. XtroMan nije znao koliko već traje borba. Nije imao vremena podići pogled do sata na zvoniku. Od stotinjak ljudi na početku, već ih je više od pola ležalo na trgu. Ostali nisu odustajali. Njihovi časnici iznova bi ih poredali u novi val napada, što bi se lomio pod bujicom XtroManovih pogodaka. A onda se iz daljine začuju sirene. Zvuk se brzo približavao. Nad trgom preleti sjena. XtroMan pogleda uvis. Xtromobil se zaustavi nad trgom i hitro se sjuri prema tlu. Podigla su se desna vrata i Leandra, zavaljena u vozačko sjedalo u svojoj ružičastoj haljini, poviče: “Dolazi im pojačanje!” XtroManu nije trebalo ponavljati. Sirene su sad bile sasvim blizu. Iako se vjerojatno mogao obračunati barem s pukovnijom Crne horde, nije bilo pametno izazivati vraga. XtroMan pograbi izgaženi plašt s tla, i stade si krčiti put prema xtromobilu što je lebdio na sigurnoj visini. Skoči, snažni ga mišići poput opruga odbace s tla, i on se popne u kabinu, sjedne i zakopča se. Leandra spusti vrata i pohita uvis i na sjever, praćena rafalom iz teške strojnice. XtroMan poljubi Leandru u obraz i zavali se u sjedalo, smiješeći se. I ovu je borbu dobio. Crna horda ostala je praznih šaka. Najtraženiji čovjek u Reichu i svim protektoratima opet im je izmakao.

* * * Martin se budi. Istjerava san iz očiju. Baca pogled na pokazivače. Sanjao je. Dobro je. Oko pola sata materijala. Ne zna još kakvog, ni što će ostati nakon montaže. Martin skida kacigu. MR-sustav bilježi njegove moždane valove, pretvara snove u slike, pohranjuje ih u memoriju. Kasnije će ih Martin montirati u smislenu cjelinu, ili pak pustiti neka se redaju u nadrealnoj orgiji prizora. Najkasnije do sljedeće večeri, nova će epizoda XtroMana završiti na Tubeu. Martin se smiješi. Broj njegovih pokrovitelja na Tubeu raste. Posljedično, i račun mu se puni. Nitko ne daje puno, netko euro, netko dva, netko ni toliko: gadna su vremena. Martin se ne sjeća kad nisu bila gadna. Pa ipak, puno puta malo jednako puno. Jednostavna matematika. * * * Prvi se put Martin našao u vlastitom snu. Hodao je ulicom, ljudi oko njega stisnuti, kao kakvi puževi, što su se umjesto u kućice uvlačili sami u sebe. Gledali su u tlo, da ih ophodnje Crne horde što su patrolirale ulicama ne zapaze. Martin gotovo nagonski uvuče glavu

među ramena. Odjeća mu se nije razlikovala od one ostalih ljudi oko njega i on je prošao pored ophodnje, stegnutoga grla, ali prošao je bez da ga je itko išta pitao. Nisu znali da je stranac u ovom gradu. Bez obzira što je to bio grad iz njegovih snova, bio je stranac. Odjednom, Martin postane svjestan ženskih koraka iza sebe. Nije se osvrtao. Žena je ubrzala, prošla pored njega i dobacila mu tiho, da je samo on čuje: “Prati me, ali održavaj razmak!” Martin joj prepozna glas. Leandra. U dugom sivom kaputu i s crnom beretkom na zlatnoj kosi. Slijedio ju je možda pola sata. Odvela ga je u usku, mračnu uličicu. Stala je, pogledala ga i rekla: “Pričekajmo!” Nakon pet minuta iz tame jedne veže izronio je XtroMan. Leandra je pazila da ih netko ne zatekne, ali uličica je izgledala zaboravljena, stisnuta između dva zida starih kuća, sivih od čađe. Martinu su se činile napuštenima. Ali, znao je, izgled može varati. Nije znao što bi rekao svojoj kreaciji. XtroMan je bio superjunak iz njegovih snova. Svakako da je podsjećao malo na ovoga, malo na onoga: crni kostim, crveni plašt, oči skrivene iza bijelih proreza. “Znaš li zašto sam te pozvao, Martine?”, upita XtroMan. “Da me bolje upoznaš?” XtroMan se nije nasmiješio. “Stvorio si prokleti svijet. Svijet zla.” “Stvorio sam ono što sam vidio u svome svijetu”, odvrati Martin, kao da se opravdavao. XtroMan samo kimne. “Da ti pokažem što si stvorio.” I slike preplave Martina. Osjećao se kao u noćnoj mori, stegnutoga grla pred užasima koje je gledao. Spaljeno selo, plamen je proždirao kuće i štale. Pobijeni ljudi, postrijeljani, gdje se tko zatekao. Muškarci, žene, djeca. Mučan zadah smrti i paljevine, pucketanje proždrljive vatre, prasak drvenih greda dok se negdje iza njega urušava krov. I muhe, zuje nad tijelima, roje se, vrte. Niz cestu, laje pseto. “Crna horda”, promrsi Leandra. “Nismo stigli na vrijeme. Ali sad vidiš.” “Zato Crna horda mora biti uništena. Ne da bih se ja imao s kime tući. Već da ovo prestane.” “Ali to je samo san”, pobuni se Martin. “Moj san! To nije stvaran svijet! To nije – ili jest?” XtroMan je kimao glavom. “Nama jest. Baš kao što je tebi tvoj.” Martin pogleda u tlo. Nije razmišljao da će njegovi snovi nekome, nekom isanjanom, ne stvarnom, ne u njegovu svijetu, donijeti patnju, smrt. Nije razmišljao da je stvorio hordu čudovišta što su se skrivala iza crnih zastava i drevnih križeva i ispruženih desnica. “Što želite od mene?”, pogleda on konačno XtroMana u oči. “Da nastaviš sanjati”, odgovori superjunak. “Bez tebe, nema tko zaustaviti Crnu hordu. Ako ti prestaneš sanjati, zlo će se preliti i u tvoj svijet.” “Već jest”, procijedi Martin. “Točno. Ali bilo je poraženo. Kao što ćemo ja i meni slični poraziti zlo u našem svijetu. A gledajući nas u tvojim snovima, i tvoj će svijet znati kako.”