우리는 너무나 쉽게 “220V 콘센트”, “5V 충전기” 같은 말을 하지만,
잠깐만 생각해보면 이런 질문이 떠오르기도 하죠.
“도대체 **‘1볼트(V)’는 누가, 어떻게 정한 걸까?”
그리고 그건 전 세계가 똑같이 알고 있는 걸까?”
오늘은 전압의 국제 기준이 어떻게 생겼고,
왜 지금은 양자역학의 ‘조셉슨 효과’로 측정하는지,
그 역사를 간단하고 재미있게 풀어보겠습니다.
🔌 전압(V)의 단위는 어떻게 시작되었을까?
📍 “볼트”는 어디서 왔을까?
- 전압 단위 **V(볼트)**는 19세기 이탈리아 과학자 **알레산드로 볼타(Volta)**의 이름에서 유래합니다.
- 그는 최초의 화학 전지를 만든 인물로, 전위차 개념을 도입했죠.
📍 초기의 전압 기준은?
- 은-아연 전지, 다니엘 전지 등을 기준으로 썼으나,
→ 불안정하고 재현 불가 - 이후에는 전기화학 반응 기반 표준 전지가 개발되었고,
1V = 특정 조건에서 동작하는 전지의 출력으로 정의되기도 했습니다.
하지만 문제는...
💥 열, 시간, 오염 등으로 인해 기준이 자주 바뀜
💥 국제적인 표준화가 어려움
→ "전압도 플랑크 상수처럼 ‘절대적인 기준’이 필요하다!"
⚛️ 전압의 기준을 바꾼 조셉슨 효과(Josephson Effect)
1962년, 영국의 물리학자 **브라이언 조셉슨(Brian D. Josephson)**은 놀라운 현상을 예측합니다.
초전도체 사이 얇은 절연막을 전자가 ‘터널링’해 넘어가며 전압과 주파수가 정확히 연동된다!
이 현상은 실험적으로도 검증되었고,
**‘조셉슨 접합(Josephson junction)’**이라는 나노 소자가 탄생합니다.
🧪 조셉슨 효과의 핵심 식
V=nhf2eV = \frac{n h f}{2e}
- VV: 전압
- hh: 플랑크 상수
- ff: 주파수 (GHz 수준의 마이크로파)
- ee: 전자 1개의 전하량
- nn: 정수 계수
✅ 이 식의 놀라운 점은?
→ 모든 값이 불변 상수 or 정밀히 생성 가능한 값이라는 것!
🔧 그래서 전압은 어떻게 측정하는가?
조셉슨 효과를 기반으로 만든 **전압 기준 장비 (Josephson voltage standard)**는
현재 전 세계 모든 국가의 전기 계측 표준기관에서 사용하는 기본 장비입니다.
- 1V를 생성하는 정확한 기준을 전 세계가 공유
- 주파수만 정확하게 제어하면 전압도 정확히 생성 가능
- 오차 수준: 수십억분의 1 (10⁻⁹ 수준)
💡 **‘디지털 SI 단위 시대’**의 대표 사례!
📐 국제표준화: IEC와 BIPM의 역할
| IEC (국제전기기술위원회) | 전기·전자 기술의 국제표준 개발. 계측 장비 성능, 인증 기준 제시 |
| BIPM (국제도량형국) | 전 세계 SI 단위 유지, 분배, 비교. 전압은 조셉슨 기반으로 유지됨 |
📌 **각국의 표준기관(NIST, KRISS 등)**은 BIPM과 연결돼 있으며,
공식적으로 “1V = 조셉슨 기준 기반”으로 정의하고 있습니다.
⚙️ 전기 단위 정의의 변화
| 볼트 (V) | 표준 전지의 전위차 | 조셉슨 효과 기반 (f, h, e) |
| 암페어 (A) | 두 전선 사이의 자기력 | 전자 1개의 전하량 e 고정 |
| 옴 (Ω) | V/A (기초 단위 조합) | 양자 홀 효과 기준 |
→ 전기 단위 전체가 “양자 전기 현상 기반”으로 통일된 것!
✍ 마무리하며
‘전압’은 더 이상 단순한 숫자가 아닙니다.
이제는 양자역학 + 주파수 기술 + 상수 기반 과학의 결정체입니다.
누구나 1V를 정확히 재현할 수 있는 이 시대,
전압은 더 이상 “측정하는 것”이 아니라 “정의된 수학적 기준”이 되었어요.
그리고 이 변화는
스마트폰부터 반도체, 의료기기, 우주항공까지…
모든 정밀 전기기술의 기반이 되고 있습니다.