Канвэртар Электрычнага Зараду
Электрычны Зарад — ад Электронаў да Батарэй
Авалодайце адзінкамі электрычнага зараду ў фізіцы, хіміі і электроніцы. Ад кулонаў да ёмістасці батарэй, што ахоплівае 40 парадкаў велічыні — ад адзінкавых электронаў да прамысловых акумулятарных банкаў. Даследуйце перавызначэнне СІ 2019 года, якое зрабіла элементарны зарад дакладным, і зразумейце, што насамрэч азначаюць паказчыкі батарэй.
Асновы электрычнага зараду
Што такое зарад?
Электрычны зарад — гэта фізічная ўласцівасць, якая прымушае часціцы адчуваць электрамагнітную сілу. Бывае станоўчым і адмоўным. Аднайменныя зарады адштурхваюцца, рознайменныя прыцягваюцца. Фундаментальны для ўсёй хіміі і электронікі.
- 1 кулон = 6,24×10¹⁸ электронаў
- Пратон: +1e, Электрон: -1e
- Зарад захоўваецца (ніколі не ствараецца/не знішчаецца)
- Квантаваны ў кратных e = 1,602×10⁻¹⁹ Кл
Ток супраць зараду
Ток (I) — гэта хуткасць патоку зараду. Q = I × t. 1 ампер = 1 кулон у секунду. Ёмістасць батарэі ў Аг — гэта зарад, а не ток. 1 Аг = 3600 Кл.
- Ток = зарад за час (I = Q/t)
- 1 А = 1 Кл/с (азначэнне)
- 1 Аг = 3600 Кл (1 ампер на працягу 1 гадзіны)
- мАг — гэта ёмістасць зараду, а не магутнасць
Ёмістасць батарэі
Батарэі захоўваюць зарад. Вымяраюцца ў Аг або мАг (зарад) або Вт-г (энергія). Вт-г = Аг × Напружанне. Батарэя тэлефона: 3000 мАг пры 3,7В ≈ 11 Вт-г. Напружанне важна для энергіі, а не для зараду.
- мАг = міліампер-гадзіна (зарад)
- Вт-г = ват-гадзіна (энергія = зарад × напружанне)
- Больш мАг = даўжэйшы час працы (пры аднолькавым напружанні)
- 3000 мАг ≈ 10 800 кулонаў
- 1 кулон = зарад 6,24×10¹⁸ электронаў
- Ток (А) = зарад (Кл) у секунду: I = Q/t
- 1 Аг = 3600 Кл (ток 1 ампер на працягу 1 гадзіны)
- Зарад захоўваецца і квантаваны ў кратных e
Гістарычная эвалюцыя вымярэння зараду
Ранняя навука аб электрычнасці (1600-1830)
Да колькаснага разумення зараду навукоўцы даследавалі статычную электрычнасць і таямнічую «электрычную вадкасць». Вынаходніцтва батарэй дазволіла дакладна вымяраць бесперапынны паток зараду.
- 1600: Уільям Гільберт адрознівае электрычнасць ад магнетызму, уводзіць тэрмін «электрычны»
- 1733: Шарль дзю Фэ адкрывае два тыпы электрычнасці (станоўчую і адмоўную)
- 1745: Вынайдзена лейдэнская банка — першы кандэнсатар, які захоўвае вымерны зарад
- 1785: Кулон публікуе закон адваротных квадратаў F = k(q₁q₂/r²) для электрычнай сілы
- 1800: Вольта вынаходзіць батарэю — забяспечвае бесперапынны, вымерны паток зараду
- 1833: Фарадэй адкрывае законы электролізу — звязвае зарад з хіміяй (пастаянная Фарадэя)
Эвалюцыя Кулона (1881-2019)
Кулон эвалюцыянаваў ад практычных азначэнняў, заснаваных на электрахімічных стандартах, да сучаснага азначэння, звязанага з амперам і секундай.
- 1881: Першы практычны кулон вызначаны праз стандарт пасярэбрання
- 1893: Сусветная выстава ў Чыкага стандартызуе кулон для міжнароднага выкарыстання
- 1948: CGPM вызначае кулон як 1 ампер-секунду (1 Кл = 1 А·с)
- 1960-2018: Ампер вызначаецца сілай паміж паралельнымі праваднікамі, робячы кулон непрамым
- Праблема: Азначэнне ампера, заснаванае на сіле, было цяжка рэалізаваць з высокай дакладнасцю
- 1990-я-2010-я: Квантавая метралогія (эфект Джозэфсана, квантавы эфект Хола) дазваляе лічыць электроны
Рэвалюцыя СІ 2019 года — Элементарны зарад зафіксаваны
20 мая 2019 года элементарны зарад быў зафіксаваны дакладна, што перавызначыла ампер і зрабіла кулон узнаўляльным з фундаментальных канстант.
- Новае азначэнне: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ Кл дакладна (нулявая нявызначанасць па вызначэнні)
- Элементарны зарад цяпер з'яўляецца вызначанай канстантай, а не вымераным значэннем
- 1 кулон = 6,241509074 × 10¹⁸ элементарных зарадаў (дакладна)
- Прылады з аднаэлектронным тунэляваннем могуць лічыць электроны адзін за адным для дакладных стандартаў зараду
- Трохкутнік квантавай метралогіі: напружанне (Джозэфсан), супраціўленне (квантавы Хол), ток (электронная помпа)
- Вынік: Любая лабараторыя з квантавым абсталяваннем можа рэалізаваць кулон незалежна
Чаму гэта важна сёння
Перавызначэнне 2019 года ўяўляе сабой больш за 135 гадоў прагрэсу ад электрахімічных стандартаў да квантавай дакладнасці, што дазваляе ствараць электроніку і назапашвальнікі энергіі наступнага пакалення.
- Тэхналогіі батарэй: Больш дакладныя вымярэнні ёмістасці для электрамабіляў, сеткавых назапашвальнікаў
- Квантавыя вылічэнні: Дакладны кантроль зараду ў кубітах і аднаэлектронных транзістарах
- Метралогія: Нацыянальныя лабараторыі могуць незалежна рэалізоўваць кулон без эталонных артэфактаў
- Хімія: Пастаянная Фарадэя цяпер дакладная, што паляпшае электрахімічныя разлікі
- Бытавая электроніка: Лепшыя стандарты для паказчыкаў ёмістасці батарэй і пратаколаў хуткай зарадкі
Дапаможнікі для памяці і хуткія прыёмы канвертацыі
Лёгкія разумовыя вылічэнні
- Скарочаны шлях ад мАг да Кл: памножце на 3,6 → 1000 мАг = 3600 Кл дакладна
- Аг да Кл: памножце на 3600 → 1 Аг = 3600 Кл (1 ампер на працягу 1 гадзіны)
- Хуткае пераўтварэнне мАг у Вт-г (3,7 В): падзяліце на ~270 → 3000 мАг ≈ 11 Вт-г
- Вт-г у мАг (3,7 В): памножце на ~270 → 11 Вт-г ≈ 2970 мАг
- Элементарны зарад: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ Кл (акруглена з 1,602)
- Пастаянная Фарадэя: F ≈ 96 500 Кл/моль (акруглена з 96 485)
Дапаможнікі для памяці па ёмістасці батарэі
Разуменне паказчыкаў батарэй дазваляе пазбегнуць блытаніны паміж зарадам (мАг), напружаннем (В) і энергіяй (Вт-г). Гэтыя правілы эканомяць час і грошы.
- мАг вымярае ЗАРАД, а не магутнасць ці энергію — гэта колькасць электронаў, якую вы можаце перамясціць
- Каб атрымаць энергію: Вт-г = мАг × В ÷ 1000 (напружанне мае вырашальнае значэнне!)
- Аднолькавая колькасць мАг пры розным напружанні = розная энергія (12В 1000мАг ≠ 3.7В 1000мАг)
- Павербанкі: чакайце 70-80% карыснай ёмістасці (страты пры пераўтварэнні напружання)
- Час працы = Ёмістасць ÷ Ток: 3000 мАг ÷ 300 мА = 10 гадзін (ідэальна, дадайце 20% запасу)
- Тыповы літый-іённы: 3,7В намінальна, 4,2В поўны, 3,0В пусты (карысны дыяпазон ~80%)
Практычныя формулы
- Зарад з току: Q = I × t (кулоны = амперы × секунды)
- Час працы: t = Q / I (гадзіны = ампер-гадзіны / амперы)
- Энергія з зараду: E = Q × V (ват-гадзіны = ампер-гадзіны × вольты)
- З папраўкай на эфектыўнасць: Карысная = Намінальная × 0,8 (улічвайце страты)
- Электроліз: Q = n × F (кулоны = молі электронаў × пастаянная Фарадэя)
- Энергія кандэнсатара: E = ½CV² (джоўлі = ½ фарады × вольты²)
Распаўсюджаныя памылкі, якіх варта пазбягаць
- Блытаніна мАг з мВт-г — зарад супраць энергіі (для пераўтварэння неабходна напружанне!)
- Ігнараванне напружання пры параўнанні батарэй — выкарыстоўвайце Вт-г для параўнання энергіі
- Чаканне 100% эфектыўнасці павербанка — 20-30% губляецца на нагрэў і пераўтварэнне напружання
- Блытаніна Кл (кулоны) з C (хуткасць разраду) — зусім розныя значэнні!
- Меркаванне, што мАг = час працы — трэба ведаць спажыванне току (час працы = мАг ÷ мА)
- Глыбокі разрад літый-іённых батарэй ніжэй за 20% — скарачае тэрмін службы, намінальная ёмістасць ≠ карысная ёмістасць
Шкала зараду: ад адзінкавых электронаў да сеткавых назапашвальнікаў
| Шкала / Зарад | Рэпрэзентатыўныя адзінкі | Распаўсюджаныя прымяненні | Прыклады з рэальнага свету |
|---|---|---|---|
| 1,602 × 10⁻¹⁹ Кл | Элементарны зарад (e) | Адзін электрон/пратон, квантавая фізіка | Фундаментальны квант зараду |
| ~10⁻¹⁸ Кл | Атакулон (аКл) | Квантавыя сістэмы з невялікай колькасцю электронаў, аднаэлектроннае тунэляванне | ≈ 6 электронаў |
| ~10⁻¹² Кл | Пікакулон (пКл) | Дакладныя датчыкі, квантавыя кропкі, вымярэнні звышнізкіх токаў | ≈ 6 мільёнаў электронаў |
| ~10⁻⁹ Кл | Нанакулон (нКл) | Малыя сігналы датчыкаў, дакладная электроніка | ≈ 6 мільярдаў электронаў |
| ~10⁻⁶ Кл | Мікракулон (мкКл) | Статычная электрычнасць, малыя кандэнсатары | Статычны разрад, які можна адчуць (~1 мкКл) |
| ~10⁻³ Кл | Мілікулон (мКл) | Кандэнсатары фотаапаратаў, невялікія лабараторныя эксперыменты | Разрад кандэнсатара фотаўспышкі |
| 1 Кл | Кулон (Кл) | Базавая адзінка СІ, умераныя электрычныя з'явы | ≈ 6,24 × 10¹⁸ электронаў |
| ~15 Кл | Кулоны (Кл) | Удары маланак, вялікія кандэнсатарныя батарэі | Тыповая маланка |
| ~10³ Кл | Кілакулон (кКл) | Малыя бытавыя батарэі, зарадка смартфонаў | Батарэя тэлефона 3000 мАг ≈ 10,8 кКл |
| ~10⁵ Кл | Сотні кКл | Батарэі для ноўтбукаў, пастаянная Фарадэя | 1 Фарадэй = 96 485 Кл (1 моль e⁻) |
| ~10⁶ Кл | Мегакулон (МКл) | Аўтамабільныя акумулятары, вялікія прамысловыя сістэмы КБС | Аўтамабільны акумулятар 60 Аг ≈ 216 кКл |
| ~10⁹ Кл | Гігакулон (ГКл) | Батарэі электрамабіляў, сеткавыя назапашвальнікі | Батарэя Tesla Model 3 ≈ 770 кКл |
Тлумачэнне сістэм адзінак
Адзінкі СІ — Кулон
Кулон (Кл) — базавая адзінка СІ для зараду. Вызначаецца з ампера і секунды: 1 Кл = 1 А·с. Прыстаўкі ад піка- да кіла- ахопліваюць усе практычныя дыяпазоны.
- 1 Кл = 1 А·с (дакладнае азначэнне)
- мКл, мкКл, нКл для малых зарадаў
- пКл, фКл, аКл для квантавай/дакладнай працы
- кКл для вялікіх прамысловых сістэм
Адзінкі ёмістасці батарэі
Ампер-гадзіна (Аг) і міліампер-гадзіна (мАг) з'яўляюцца стандартам для батарэй. Практычныя, таму што яны непасрэдна звязаны са спажываннем току і часам працы. 1 Аг = 3600 Кл.
- мАг — смартфоны, планшэты, навушнікі
- Аг — ноўтбукі, электраінструменты, аўтамабільныя акумулятары
- кАг — электрамабілі, прамысловыя КБС
- Вт-г — энергетычная ёмістасць (залежыць ад напружання)
Навуковыя і састарэлыя
Элементарны зарад (e) — фундаментальная адзінка ў фізіцы. Пастаянная Фарадэя ў хіміі. Адзінкі СГС (статкулон, абкулон) у старых падручніках.
- e = 1,602×10⁻¹⁹ Кл (элементарны зарад)
- F = 96 485 Кл (пастаянная Фарадэя)
- 1 статКл ≈ 3,34×10⁻¹⁰ Кл (ЭСА)
- 1 абКл = 10 Кл (ЭМА)
Фізіка зараду
Квантаванне зараду
Увесь зарад квантаваны ў кратных элементарнага зараду e. Вы не можаце мець 1,5 электрона. Кваркі маюць дробавы зарад (⅓e, ⅔e), але ніколі не існуюць паасобку.
- Найменшы свабодны зарад: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ Кл
- Электрон: -1e, Пратон: +1e
- Усе аб'екты маюць зарад N×e (цэлае N)
- Эксперымент Мілікена з алейнай кропляй даказаў квантаванне (1909)
Пастаянная Фарадэя
1 моль электронаў нясе зарад 96 485 Кл. Гэта называецца пастаяннай Фарадэя (F). Фундаментальная для электрахіміі і хіміі батарэй.
- F = 96 485,33212 Кл/моль (CODATA 2018)
- 1 моль e⁻ = 6,022×10²³ электронаў
- Выкарыстоўваецца ў разліках электролізу
- Звязвае зарад з хімічнымі рэакцыямі
Закон Кулона
Сіла паміж зарадамі: F = k(q₁q₂/r²). Аднайменныя зарады адштурхваюцца, рознайменныя прыцягваюцца. Фундаментальная сіла прыроды. Тлумачыць усю хімію і электроніку.
- k = 8,99×10⁹ Н·м²/Кл²
- F ∝ q₁q₂ (здабытак зарадаў)
- F ∝ 1/r² (закон адваротных квадратаў)
- Тлумачыць атамную структуру, сувязі
Арыенціры зараду
| Кантэкст | Зарад | Заўвагі |
|---|---|---|
| Адзін электрон | 1,602×10⁻¹⁹ Кл | Элементарны зарад (e) |
| 1 пікакулон | 10⁻¹² Кл | ≈ 6 мільёнаў электронаў |
| 1 нанакулон | 10⁻⁹ Кл | ≈ 6 мільярдаў электронаў |
| Статычны разрад | ~1 мкКл | Дастаткова, каб адчуць |
| Батарэйка AAA (600 мАг) | 2 160 Кл | @ 1,5В = 0,9 Вт-г |
| Батарэя смартфона | ~11 000 Кл | 3000 мАг тыповая |
| Аўтамабільны акумулятар (60 Аг) | 216 000 Кл | @ 12В = 720 Вт-г |
| Удар маланкі | ~15 Кл | Але 1 мільярд вольт! |
| Батарэя Tesla (214 Аг) | 770 400 Кл | @ 350В = 75 кВт-г |
| 1 Фарадэй (1 моль e⁻) | 96 485 Кл | Хімічны стандарт |
Параўнанне ёмістасці батарэй
| Прылада | Ёмістасць (мАг) | Напружанне | Энергія (Вт-г) |
|---|---|---|---|
| AirPods (адзін) | 93 мАг | 3.7В | 0.34 Вт-г |
| Apple Watch | 300 мАг | 3.85В | 1.2 Вт-г |
| iPhone 15 | 3,349 мАг | 3.85В | 12.9 Вт-г |
| iPad Pro 12.9" | 10,758 мАг | 3.77В | 40.6 Вт-г |
| MacBook Pro 16" | 25,641 мАг | ~3.9В | 100 Вт-г |
| Павербанк 20K | 20,000 мАг | 3.7В | 74 Вт-г |
| Tesla Model 3 LR | 214,000 Аг | 350В | 75,000 Вт-г |
Прымяненні ў рэальным свеце
Бытавая электроніка
Кожная прылада з батарэйным харчаваннем мае паказчык ёмістасці. Смартфоны: 2500-5000 мАг. Ноўтбукі: 40-100 Вт-г. Павербанкі: 10 000-30 000 мАг.
- iPhone 15: ~3,349 мАг @ 3.85В ≈ 13 Вт-г
- MacBook Pro: ~100 Вт-г (ліміт для авіякампаній)
- AirPods: ~500 мАг (разам)
- Павербанк: 20,000 мАг @ 3.7В ≈ 74 Вт-г
Электрамабілі
Батарэі электрамабіляў ацэньваюцца ў кВт-г (энергія), але ёмістасць — гэта кАг пры напружанні пакета. Tesla Model 3: 75 кВт-г @ 350В = 214 Аг. Велізарная ў параўнанні з тэлефонамі!
- Tesla Model 3: 75 кВт-г (214 Аг @ 350В)
- Nissan Leaf: 40 кВт-г (114 Аг @ 350В)
- Зарадка электрамабіля: 50-350 кВт пастаяннага току хуткая
- Хатняя зарадка: ~7 кВт (32А @ 220В)
Прамысловасць і лабараторыя
Гальванапластыка, электроліз, кандэнсатарныя батарэі, сістэмы КБС — усе яны звязаны з вялікімі перадачамі зараду. Прамысловыя КБС: ёмістасць 100+ кАг. Суперкандэнсатары: фарады (Кл/В).
- Гальванапластыка: працэсы 10-1000 Аг
- Прамысловыя КБС: рэзерв 100+ кАг
- Суперкандэнсатар: 3000 Ф = 3000 Кл/В
- Удар маланкі: ~15 Кл тыповы
Хуткія матэматычныя разлікі для канвертацыі
мАг ↔ Кулоны
Памножце мАг на 3,6, каб атрымаць кулоны. 1000 мАг = 3600 Кл.
- 1 мАг = 3,6 Кл (дакладна)
- 1 Аг = 3600 Кл
- Хутка: мАг × 3,6 → Кл
- Прыклад: 3000 мАг = 10 800 Кл
мАг ↔ Вт-г (пры 3,7В)
Падзяліце мАг на ~270, каб атрымаць Вт-г пры напружанні літый-іённай батарэі 3,7В.
- Вт-г = мАг × В ÷ 1000
- Пры 3,7В: Вт-г ≈ мАг ÷ 270
- 3000 мАг @ 3,7В = 11,1 Вт-г
- Напружанне важна для энергіі!
Ацэнка часу працы
Час працы (г) = Батарэя (мАг) ÷ Ток (мА). 3000 мАг пры 300 мА = 10 гадзін.
- Час працы = Ёмістасць ÷ Ток
- 3000 мАг ÷ 300 мА = 10 г
- Вышэйшы ток = карацейшы час працы
- Страты эфектыўнасці: чакайце 80-90%
Як працуюць пераўтварэнні
- Крок 1: Пераўтварыце крыніцу → кулоны, выкарыстоўваючы каэфіцыент toBase
- Крок 2: Пераўтварыце кулоны → мэта, выкарыстоўваючы каэфіцыент toBase мэты
- Альтэрнатыва: выкарыстоўвайце прамы каэфіцыент (мАг → Аг: падзяліце на 1000)
- Праверка на здаровы сэнс: 1 Аг = 3600 Кл, 1 мАг = 3,6 Кл
- Для энергіі: Вт-г = Аг × Напружанне (залежыць ад напружання!)
Даведнік па распаўсюджаных пераўтварэннях
| З | У | Памножыць на | Прыклад |
|---|---|---|---|
| Кл | мАг | 0.2778 | 3600 Кл = 1000 мАг |
| мАг | Кл | 3.6 | 1000 мАг = 3600 Кл |
| Аг | Кл | 3600 | 1 Аг = 3600 Кл |
| Кл | Аг | 0.0002778 | 3600 Кл = 1 Аг |
| мАг | Аг | 0.001 | 3000 мАг = 3 Аг |
| Аг | мАг | 1000 | 2 Аг = 2000 мАг |
| мАг | Вт-г (3.7В) | 0.0037 | 3000 мАг ≈ 11.1 Вт-г |
| Вт-г (3.7В) | мАг | 270.27 | 11 Вт-г ≈ 2973 мАг |
| Кл | электронаў | 6.242×10¹⁸ | 1 Кл ≈ 6.24×10¹⁸ e |
| электронаў | Кл | 1.602×10⁻¹⁹ | 1 e = 1.602×10⁻¹⁹ Кл |
Хуткія прыклады
Разабраныя задачы
Час працы батарэі тэлефона
Батарэя 3500 мАг. Праграма спажывае 350 мА. Як доўга да разраду?
Час працы = Ёмістасць ÷ Ток = 3500 ÷ 350 = 10 гадзін (ідэальна). Рэальна: ~8-9 г (страты эфектыўнасці).
Зарадкі ад павербанка
Павербанк на 20 000 мАг. Зарадзіць тэлефон на 3 000 мАг. Колькі поўных зарадак?
Улічвайце эфектыўнасць (~80%): 20 000 × 0,8 = 16 000 эфектыўных. 16 000 ÷ 3 000 = 5,3 зарадкі.
Задача па электролізу
Асадзіць 1 моль медзі (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Колькі кулонаў?
2 молі e⁻ на моль Cu. 2 × F = 2 × 96 485 = 192 970 Кл ≈ 53,6 Аг.
Распаўсюджаныя памылкі, якіх варта пазбягаць
- **мАг — гэта НЕ магутнасць**: мАг вымярае зарад, а не магутнасць. Магутнасць = мАг × Напружанне ÷ час.
- **Вт-г патрабуе напружання**: Немагчыма пераўтварыць мАг → Вт-г, не ведаючы напружання. 3,7В — тыповае значэнне для літый-іённых батарэй.
- **Страты эфектыўнасці**: Рэальны час працы складае 80-90% ад разліковага. Цяпло, падзенне напружання, унутранае супраціўленне.
- **Напружанне мае значэнне**: 3000 мАг пры 12В ≠ 3000 мАг пры 3,7В у энергіі (36 Вт-г супраць 11 Вт-г).
- **Ток супраць ёмістасці**: Батарэя 5000 мАг не можа выдаваць 5000 мА на працягу 1 гадзіны — абмяжоўвае максімальная хуткасць разраду.
- **Не дапускайце глыбокага разраду**: літый-іённыя батарэі дэградуюць ніжэй за ~20%. Намінальная ёмістасць — гэта намінальная, а не карысная.
Цікавыя факты пра зарад
Вы электрычна нейтральныя
У вашым целе ~10²⁸ пратонаў і столькі ж электронаў. Калі б вы страцілі 0,01% электронаў, вы б адчулі адштурхванне ў 10⁹ ньютанаў — дастаткова, каб разбурыць будынкі!
Парадокс маланкі
Удар маланкі: усяго ~15 Кл зараду, але 1 мільярд вольт! Энергія = Q×V, таму 15 Кл × 10⁹ В = 15 ГДж. Гэта 4,2 МВт-г — магло б забяспечыць ваш дом энергіяй на месяцы!
Генератар Ван дэ Граафа
Класічная навуковая дэманстрацыя стварае зарад да мільёнаў вольт. Агульны зарад? Усяго ~10 мкКл. Шакуе, але бяспечна — нізкі ток. Напружанне ≠ небяспека, забівае ток.
Кандэнсатар супраць батарэі
Аўтамабільны акумулятар: 60 Аг = 216 000 Кл, разраджаецца гадзінамі. Суперкандэнсатар: 3000 Ф = 3000 Кл/В, разраджаецца за секунды. Шчыльнасць энергіі супраць шчыльнасці магутнасці.
Алейная кропля Мілікена
1909: Мілікен вымераў элементарны зарад, назіраючы за падзеннем зараджаных алейных кропель. Знайшоў e = 1,592×10⁻¹⁹ Кл (сучаснае: 1,602). Атрымаў Нобелеўскую прэмію ў 1923 годзе.
Квантавы эфект Хола
Квантаванне зараду электрона настолькі дакладнае, што выкарыстоўваецца для вызначэння эталона супраціўлення. Дакладнасць: 1 частка на 10⁹. Фундаментальныя канстанты вызначаюць усе адзінкі з 2019 года.
Парады прафесіяналаў
- **Хуткае пераўтварэнне мАг у Кл**: Памножце на 3,6. 1000 мАг = 3600 Кл дакладна.
- **Вт-г з мАг**: Памножце на напружанне, падзяліце на 1000. Пры 3,7В: Вт-г ≈ мАг ÷ 270.
- **Час працы батарэі**: Падзяліце ёмістасць (мАг) на спажыванне току (мА). Дадайце 20% запасу на страты.
- **Рэальнасць павербанка**: Чакайце 70-80% карыснай ёмістасці з-за страт пры пераўтварэнні напружання.
- **Параўноўвайце батарэі**: Выкарыстоўвайце Вт-г для параўнання энергіі (улічвае напружанне). мАг уводзіць у зман пры розных напружаннях.
- **Захаванне зараду**: Агульны зарад ніколі не змяняецца. Калі 1 Кл выцякае, 1 Кл вяртаецца (у рэшце рэшт).
- **Аўтаматычны навуковы запіс**: Значэнні < 1 мкКл або > 1 ГКл адлюстроўваюцца ў навуковым запісе для чытэльнасці.
Поўны даведнік па адзінках
Адзінкі СІ
| Назва адзінкі | Сімвал | Эквівалент у кулонах | Заўвагі па выкарыстанні |
|---|---|---|---|
| кулон | C | 1 C (base) | Базавая адзінка СІ; 1 Кл = 1 А·с = 6,24×10¹⁸ электронаў. |
| кілякулон | kC | 1.000 kC | Вялікія прамысловыя зарады; сістэмы КБС, гальванапластыка. |
| мілікулон | mC | 1.0000 mC | Малыя лабараторныя эксперыменты; разрад кандэнсатара. |
| мікракулон | µC | 1.0000 µC | Дакладная электроніка; статычная электрычнасць (1 мкКл ≈ адчувальны ўдар). |
| нанакулон | nC | 1.000e-9 C | Малыя сігналы датчыкаў; дакладныя вымярэнні. |
| пікакулон | pC | 1.000e-12 C | Дакладныя прыборы; ≈ 6 мільёнаў электронаў. |
| фэмтакулон | fC | 1.000e-15 C | Аднаэлектронныя транзістары; квантавыя кропкі; звышдакладнасць. |
| атакулон | aC | 1.000e-18 C | Квантавыя сістэмы з невялікай колькасцю электронаў; ≈ 6 электронаў. |
Ёмістасьць Батарэі
| Назва адзінкі | Сімвал | Эквівалент у кулонах | Заўвагі па выкарыстанні |
|---|---|---|---|
| кіляампэр-гадзіна | kAh | 3.60e+0 C | Прамысловыя акумулятарныя банкі; зарадка паркаў электрамабіляў; сеткавыя назапашвальнікі. |
| ампэр-гадзіна | Ah | 3.600 kC | Стандартная адзінка для батарэй; аўтамабільныя акумулятары (60 Аг), ноўтбукі (5 Аг). |
| міліампэр-гадзіна | mAh | 3.6000 C | Спажывецкі стандарт; тэлефоны (3000 мАг), планшэты, навушнікі. |
| ампэр-хвіліна | A·min | 60.0000 C | Кароткачасовы разрад; рэдка выкарыстоўваецца. |
| ампэр-сэкунда | A·s | 1 C (base) | Тое ж, што і кулон (1 А·с = 1 Кл); тэарэтычна. |
| watt-hour (@ 3.7V Li-ion) | Wh | 972.9730 C | Ампер-гадзіны і звязаныя з імі адзінкі; стандарт для паказчыкаў батарэй і магутнасці. |
| milliwatt-hour (@ 3.7V Li-ion) | mWh | 972.9730 mC | Ампер-гадзіны і звязаныя з імі адзінкі; стандарт для паказчыкаў батарэй і магутнасці. |
Састарэлыя і Навуковыя
| Назва адзінкі | Сімвал | Эквівалент у кулонах | Заўвагі па выкарыстанні |
|---|---|---|---|
| абкулон (EMU) | abC | 10.0000 C | Адзінка СГС-ЭМА = 10 Кл; састарэлая, сустракаецца ў старых тэкстах па ЭМ. |
| статкулон (ESU) | statC | 3.336e-10 C | Адзінка СГС-ЭСА ≈ 3,34×10⁻¹⁰ Кл; састарэлая адзінка электрастатыкі. |
| фарадэй | F | 96.485 kC | 1 моль электронаў = 96 485 Кл; стандарт у электрахіміі. |
| элемэнтарны зарад | e | 1.602e-19 C | Фундаментальная адзінка e = 1,602×10⁻¹⁹ Кл; зарад пратона/электрона. |
Частыя пытанні
У чым розніца паміж мАг і Вт-г?
мАг вымярае зарад (колькі электронаў). Вт-г вымярае энергію (зарад × напружанне). Аднолькавая колькасць мАг пры розных напружаннях = розная энергія. Выкарыстоўвайце Вт-г для параўнання батарэй з рознымі напружаннямі. Вт-г = мАг × В ÷ 1000.
Чаму я не магу атрымаць намінальную ёмістасць ад маёй батарэі?
Намінальная ёмістасць — гэта намінальная, а не карысная. Літый-іённыя: разраджаюцца з 4,2В (поўны) да 3,0В (пусты), але спыненне на 20% падаўжае тэрмін службы. Страты пры пераўтварэнні, цяпло і старэнне зніжаюць эфектыўную ёмістасць. Чакайце 80-90% ад намінальнай.
Колькі разоў павербанк можа зарадзіць мой тэлефон?
Гэта не проста суадносіны ёмістасці. Павербанк на 20 000 мАг: эфектыўнасць ~70-80% (пераўтварэнне напружання, цяпло). Эфектыўная ёмістасць: 16 000 мАг. Для тэлефона на 3 000 мАг: 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 зарадак. У рэальнасці: 4-5.
Што такое элементарны зарад і чаму ён важны?
Элементарны зарад (e = 1,602×10⁻¹⁹ Кл) — гэта зарад аднаго пратона або электрона. Увесь зарад квантаваны ў кратных e. Фундаментальны для квантавай механікі, вызначае пастаянную тонкай структуры. З 2019 года e з'яўляецца дакладным па вызначэнні.
Ці можа быць адмоўны зарад?
Так! Адмоўны зарад азначае лішак электронаў, станоўчы — недахоп. Агульны зарад алгебраічны (можа кампенсавацца). Электроны: -e. Пратоны: +e. Аб'екты: звычайна амаль нейтральныя (роўная колькасць + і -). Аднайменныя зарады адштурхваюцца, рознайменныя прыцягваюцца.
Чаму батарэі з часам губляюць ёмістасць?
Літый-іённыя: хімічныя рэакцыі павольна руйнуюць матэрыялы электродаў. Кожны цыкл зарадкі выклікае невялікія незваротныя змены. Глыбокі разрад (<20%), высокая тэмпература, хуткая зарадка паскараюць старэнне. Сучасныя батарэі: 500-1000 цыклаў да 80% ёмістасці.
Поўны Даведнік Інструментаў
Усе 71 інструменты, даступныя на UNITS