Konvertor Napona
Električni Potencijal: Od Milivolta do Megavolta
Savladajte jedinice napona u elektronici, energetskim sistemima i fizici. Od milivolta do megavolta, razumite električni potencijal, distribuciju energije i šta brojevi znače u krugovima i prirodi.
Osnove Napona
Šta je Napon?
Napon je 'električni pritisak' koji gura struju kroz krug. Zamislite ga kao pritisak vode u cijevima. Viši napon = jači pritisak. Mjeri se u voltima (V). Nije isto što i struja ili snaga!
- 1 volt = 1 džul po kulonu (energija po naboju)
- Napon uzrokuje protok struje (kao što pritisak uzrokuje protok vode)
- Mjeri se između dvije tačke (razlika potencijala)
- Viši napon = više energije po naboju
Napon vs Struja vs Snaga
Napon (V) = pritisak, Struja (I) = brzina protoka, Snaga (P) = brzina energije. P = V × I. 12V na 1A = 12W. Ista snaga, moguće su različite kombinacije napona/struje.
- Napon = električni pritisak (V)
- Struja = protok naboja (A)
- Snaga = napon × struja (W)
- Otpor = napon ÷ struja (Ω, Ohmov zakon)
AC vs DC Napon
DC (istosmjerna struja) napon ima konstantan smjer: baterije (1.5V, 12V). AC (izmjenična struja) napon mijenja smjer: zidne utičnice (120V, 230V). RMS napon = efektivni DC ekvivalent.
- DC: konstantan napon (baterije, USB, krugovi)
- AC: izmjenični napon (zidne utičnice, mreža)
- RMS = efektivni napon (120V AC RMS ≈ 170V vrh)
- Većina uređaja interno koristi DC (AC adapteri konvertuju)
- Napon = energija po naboju (1 V = 1 J/C)
- Viši napon = više 'električnog pritiska'
- Napon uzrokuje struju; struja ne uzrokuje napon
- Snaga = napon × struja (P = VI)
Objašnjenje Sistema Jedinica
SI Jedinice — Volt
Volt (V) je SI jedinica za električni potencijal. Definisana je iz vata i ampera: 1 V = 1 W/A. Također: 1 V = 1 J/C (energija po naboju). Prefiksi od ato do giga pokrivaju sve opsege.
- 1 V = 1 W/A = 1 J/C (tačne definicije)
- kV za dalekovode (110 kV, 500 kV)
- mV, µV za senzore, signale
- fV, aV za kvantna mjerenja
Definicijske Jedinice
W/A i J/C su po definiciji ekvivalentni voltu. Prikazuju odnose: V = W/A (snaga po struji), V = J/C (energija po naboju). Korisno za razumijevanje fizike.
- 1 V = 1 W/A (iz P = VI)
- 1 V = 1 J/C (definicija)
- Sve tri su identične
- Različite perspektive na istu količinu
Zastarjele CGS Jedinice
Abvolt (EMU) i statvolt (ESU) iz starog CGS sistema. Rijetko se koriste u modernoj upotrebi, ali se pojavljuju u historijskim tekstovima iz fizike. 1 statV ≈ 300 V; 1 abV = 10 nV.
- 1 abvolt = 10⁻⁸ V (EMU)
- 1 statvolt ≈ 300 V (ESU)
- Zastarjelo; SI volt je standard
- Pojavljuju se samo u starim udžbenicima
Fizika Napona
Ohmov Zakon
Osnovni odnos: V = I × R. Napon je jednak struji pomnoženoj s otporom. Ako znate bilo koja dva, izračunajte treći. Osnova svih analiza krugova.
- V = I × R (napon = struja × otpor)
- I = V / R (struja iz napona)
- R = V / I (otpor iz mjerenja)
- Linearno za otpornike; nelinearno za diode, itd.
Kirchhoffov Zakon o Naponu
U bilo kojoj zatvorenoj petlji, zbir napona je nula. Kao da hodate u krug: promjene nadmorske visine se zbrajaju u nulu. Energija je očuvana. Neophodno za analizu krugova.
- ΣV = 0 oko bilo koje petlje
- Porast napona = pad napona
- Očuvanje energije u krugovima
- Koristi se za rješavanje složenih krugova
Električno Polje i Napon
Električno polje E = V/d (napon po udaljenosti). Viši napon na kratkoj udaljenosti = jače polje. Munja: milioni volti na metrima = polje od MV/m.
- E = V / d (polje iz napona)
- Visok napon + kratka udaljenost = jako polje
- Proboj: zrak se ionizira na ~3 MV/m
- Statički udari: kV preko mm
Referentne Vrijednosti Napona u Stvarnom Svijetu
| Kontekst | Napon | Napomene |
|---|---|---|
| Nervni signal | ~70 mV | Potencijal mirovanja |
| Termopar | ~50 µV/°C | Senzor temperature |
| AA baterija (nova) | 1.5 V | Alkalna, smanjuje se s upotrebom |
| USB napajanje | 5 V | USB-A/B standard |
| Akumulator automobila | 12 V | Šest 2V ćelija u seriji |
| USB-C PD | 5-20 V | Protokol za isporuku snage |
| Kućna utičnica (SAD) | 120 V AC | RMS napon |
| Kućna utičnica (EU) | 230 V AC | RMS napon |
| Električna ograda | ~5-10 kV | Niska struja, sigurno |
| Zavojnica za paljenje automobila | ~20-40 kV | Stvara iskru |
| Dalekovod | 110-765 kV | Mreža visokog napona |
| Munja | ~100 MV | 100 miliona volti |
| Kosmički zrak | ~1 GV+ | Čestice ekstremne energije |
Uobičajeni Standardi Napona
| Uređaj / Standard | Napon | Tip | Napomene |
|---|---|---|---|
| AAA/AA baterija | 1.5 V | DC | Alkalni standard |
| Li-ion ćelija | 3.7 V | DC | Nominalno (opseg 3.0-4.2V) |
| USB 2.0 / 3.0 | 5 V | DC | Standardno USB napajanje |
| 9V baterija | 9 V | DC | Šest 1.5V ćelija |
| Akumulator automobila | 12 V | DC | Šest 2V olovno-kiselinskih ćelija |
| Punjač za laptop | 19 V | DC | Uobičajeni napon za laptop |
| PoE (Napajanje preko Etherneta) | 48 V | DC | Napajanje mrežnih uređaja |
| Domaćinstvo u SAD | 120 V | AC | 60 Hz, RMS napon |
| Domaćinstvo u EU | 230 V | AC | 50 Hz, RMS napon |
| Električno vozilo | 400 V | DC | Tipičan paket baterija |
Primjene u Stvarnom Svijetu
Potrošačka Elektronika
USB: 5V (USB-A), 9V, 20V (USB-C PD). Baterije: 1.5V (AA/AAA), 3.7V (Li-ion), 12V (auto). Logika: 3.3V, 5V. Punjači za laptope: tipično 19V.
- USB: 5V (2.5W) do 20V (100W PD)
- Baterija telefona: 3.7-4.2V Li-ion
- Laptop: tipično 19V DC
- Logički nivoi: 0V (nisko), 3.3V/5V (visoko)
Distribucija Energije
Kuća: 120V (SAD), 230V (EU) AC. Prijenos: 110-765 kV (visok napon = mali gubitak). Podstanice smanjuju napon na distribucijski napon. Niži napon u blizini kuća radi sigurnosti.
- Prijenos: 110-765 kV (velike udaljenosti)
- Distribucija: 11-33 kV (susjedstvo)
- Kuća: 120V/230V AC (utičnice)
- Visok napon = efikasan prijenos
Visoka Energija i Nauka
Akceleratori čestica: MV do GV (LHC: 6.5 TeV). Rendgenski zraci: 50-150 kV. Elektronski mikroskopi: 100-300 kV. Munja: tipično 100 MV. Van de Graaff generator: ~1 MV.
- Munja: ~100 MV (100 miliona volti)
- Akceleratori čestica: GV opseg
- Rendgenske cijevi: 50-150 kV
- Elektronski mikroskopi: 100-300 kV
Brza Matematika Konverzije
Brze Konverzije SI Prefiksa
Svaki korak prefiksa = ×1000 ili ÷1000. kV → V: ×1000. V → mV: ×1000. mV → µV: ×1000.
- kV → V: pomnožite sa 1.000
- V → mV: pomnožite sa 1.000
- mV → µV: pomnožite sa 1.000
- Obrnuto: podijelite sa 1.000
Snaga iz Napona
P = V × I (snaga = napon × struja). 12V na 2A = 24W. 120V na 10A = 1200W.
- P = V × I (Vati = Volti × Amperi)
- 12V × 5A = 60W
- P = V² / R (ako je otpor poznat)
- I = P / V (struja iz snage)
Brze Provjere Ohmovog Zakona
V = I × R. Znajte bilo koja dva, pronađite treći. 12V preko 4Ω = 3A. 5V ÷ 100mA = 50Ω.
- V = I × R (Volti = Amperi × Ohmi)
- I = V / R (struja iz napona)
- R = V / I (otpor)
- Zapamtite: dijelite za I ili R
Kako Funkcionišu Konverzije
- Korak 1: Konvertujte izvor → volte koristeći toBase faktor
- Korak 2: Konvertujte volte → cilj koristeći toBase faktor cilja
- Alternativa: Koristite direktni faktor (kV → V: pomnožite sa 1000)
- Provjera zdravog razuma: 1 kV = 1000 V, 1 mV = 0.001 V
- Zapamtite: W/A i J/C su identični V
Uobičajena Referenca za Konverziju
| Od | Do | Pomnožiti sa | Primjer |
|---|---|---|---|
| V | kV | 0.001 | 1000 V = 1 kV |
| kV | V | 1000 | 1 kV = 1000 V |
| V | mV | 1000 | 1 V = 1000 mV |
| mV | V | 0.001 | 1000 mV = 1 V |
| mV | µV | 1000 | 1 mV = 1000 µV |
| µV | mV | 0.001 | 1000 µV = 1 mV |
| kV | MV | 0.001 | 1000 kV = 1 MV |
| MV | kV | 1000 | 1 MV = 1000 kV |
| V | W/A | 1 | 5 V = 5 W/A (identitet) |
| V | J/C | 1 | 12 V = 12 J/C (identitet) |
Brzi Primjeri
Riješeni Problemi
Proračun USB Snage
USB-C isporučuje 20V na 5A. Koja je snaga?
P = V × I = 20V × 5A = 100W (maksimalno za USB Power Delivery)
Dizajn Otpornika za LED
5V napajanje, LED treba 2V na 20mA. Koji otpornik?
Pad napona = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Koristite standardni otpornik od 150Ω ili 180Ω.
Efikasnost Dalekovoda
Zašto prenositi na 500 kV umjesto na 10 kV?
Gubitak = I²R. Ista snaga P = VI, pa je I = P/V. 500 kV ima 50× manje struje → 2500× manji gubitak (faktor I²)!
Uobičajene Greške koje Treba Izbjegavati
- **Napon ≠ snaga**: 12V × 1A = 12W, ali 12V × 10A = 120W. Isti napon, različita snaga!
- **AC vrh vs RMS**: 120V AC RMS ≈ 170V vrh. Koristite RMS za proračune snage (P = V_RMS × I_RMS).
- **Serijski naponi se sabiraju**: Dvije 1.5V baterije u seriji = 3V. Paralelno = i dalje 1.5V (veći kapacitet).
- **Visok napon ≠ opasnost**: Statički udar je 10+ kV ali siguran (niska struja). Struja ubija, a ne samo napon.
- **Pad napona**: Duge žice imaju otpor. 12V na izvoru ≠ 12V na opterećenju ako je žica pretanka.
- **Ne miješajte AC/DC**: 12V DC ≠ 12V AC. AC zahtijeva posebne komponente. DC samo iz baterija/USB-a.
Fascinantne Činjenice o Naponu
Vaši Nervi Rade na 70 mV
Nervne ćelije održavaju potencijal mirovanja od -70 mV. Akcioni potencijal skoči na +40 mV (zamah od 110 mV) da bi prenio signale brzinom od ~100 m/s. Vaš mozak je 20W elektrohemijski kompjuter!
Munja je 100 Miliona Volti
Tipična munja: ~100 MV na ~5 km = polje od 20 kV/m. Ali struja (30 kA) i trajanje (<1 ms) uzrokuju štetu. Energija: ~1 GJ, mogla bi napajati kuću mjesec dana—da je možemo uhvatiti!
Električne Jegulje: 600V Živo Oružje
Električna jegulja može isprazniti 600V na 1A za odbranu/lov. Ima 6000+ elektrocita (bioloških baterija) u seriji. Vršna snaga: 600W. Trenutno ošamuti plijen. Prirodni taser!
USB-C Sada Može Iznositi 240W
USB-C PD 3.1: do 48V × 5A = 240W. Može puniti gejmerske laptope, monitore, čak i neke električne alate. Isti konektor kao na vašem telefonu. Jedan kabl da vlada svima!
Dalekovodi: Što Više, to Bolje
Gubitak snage ∝ I². Viši napon = niža struja za istu snagu. 765 kV vodovi gube <1% na 100 milja. Na 120V, izgubili biste sve za 1 milju! Zato mreža koristi kV.
Možete Preživjeti Milion Volti
Van de Graaff generatori dostižu 1 MV, ali su sigurni—zanemarljiva struja. Statički udar: 10-30 kV. Taseri: 50 kV. Struja kroz srce (>100 mA) je opasna, a ne napon. Sam napon ne ubija.
Historijska Evolucija
1800
Volta izmišlja bateriju (voltni stup). Prvi kontinuirani izvor napona. Jedinica je kasnije nazvana 'volt' u njegovu čast.
1827
Ohm otkriva V = I × R. Ohmov zakon postaje temelj teorije krugova. U početku odbačen, sada fundamentalan.
1831
Faraday otkriva elektromagnetnu indukciju. Pokazuje da se napon može inducirati promjenom magnetnih polja. Omogućava generatore.
1881
Prvi međunarodni električni kongres definiše volt: EMF koji proizvodi 1 amper kroz 1 ohm.
1893
Westinghouse dobija ugovor za elektranu na Nijagarinim vodopadima. AC pobjeđuje u 'ratu struja'. AC napon se može efikasno transformisati.
1948
CGPM redefiniše volt u apsolutnim terminima. Zasnovan na vatu i amperu. Uspostavljena moderna SI definicija.
1990
Josephsonov naponski standard. Kvantni efekat definiše volt sa tačnošću od 10⁻⁹. Zasnovan na Planckovoj konstanti i frekvenciji.
2019
Redefinicija SI: volt se sada izvodi iz fiksne Planckove konstante. Tačna definicija, nije potreban fizički artefakt.
Profesionalni Savjeti
- **Brzo kV u V**: Pomjerite decimalnu tačku za 3 mjesta udesno. 1.2 kV = 1200 V.
- **AC napon je RMS**: 120V AC znači 120V RMS ≈ 170V vrh. Koristite RMS za proračune snage.
- **Serijski naponi se sabiraju**: 4× 1.5V AA baterije = 6V (u seriji). Paralelno = 1.5V (veći kapacitet).
- **Napon uzrokuje struju**: Mislite na napon = pritisak, struja = protok. Nema pritiska, nema protoka.
- **Provjerite nazivne napone**: Prekoračenje nazivnog napona uništava komponente. Uvijek provjerite tehnički list.
- **Mjerite napon paralelno**: Voltmetar ide preko (paralelno sa) komponente. Ampermetar ide u seriju.
- **Automatska naučna notacija**: Vrijednosti < 1 µV ili > 1 GV prikazuju se kao naučna notacija radi čitljivosti.
Kompletna Referenca Jedinica
SI Jedinice
| Naziv Jedinice | Simbol | Ekvivalent u Voltima | Napomene o Upotrebi |
|---|---|---|---|
| volt | V | 1 V (base) | Osnovna SI jedinica; 1 V = 1 W/A = 1 J/C (tačno). |
| gigavolt | GV | 1.0 GV | Fizika visokih energija; kosmički zraci, akceleratori čestica. |
| megavolt | MV | 1.0 MV | Munja (~100 MV), akceleratori čestica, rendgenski aparati. |
| kilovolt | kV | 1.0 kV | Prijenos energije (110-765 kV), distribucija, visokonaponski sistemi. |
| milivolt | mV | 1.0000 mV | Senzorski signali, termoparovi, bioelektricitet (nervni signali ~70 mV). |
| mikrovolt | µV | 1.0000 µV | Precizna mjerenja, EEG/ECG signali, niskoshumni pojačivači. |
| nanovolt | nV | 1.000e-9 V | Ultra-osjetljiva mjerenja, kvantni uređaji, granice šuma. |
| pikovolt | pV | 1.000e-12 V | Kvantna elektronika, superprovodnički krugovi, ekstremna preciznost. |
| femtovolt | fV | 1.000e-15 V | Kvantni sistemi sa malo elektrona, mjerenja teorijskih granica. |
| at Volt | aV | 1.000e-18 V | Kvantni šumni pod, jednoelektronski uređaji, samo istraživanje. |
Uobičajene Jedinice
| Naziv Jedinice | Simbol | Ekvivalent u Voltima | Napomene o Upotrebi |
|---|---|---|---|
| vat po amperu | W/A | 1 V (base) | Ekvivalent voltu: 1 V = 1 W/A iz P = VI. Pokazuje odnos snage. |
| džul po kulonu | J/C | 1 V (base) | Definicija volta: 1 V = 1 J/C (energija po naboju). Fundamentalno. |
Zastarjele i Naučne
| Naziv Jedinice | Simbol | Ekvivalent u Voltima | Napomene o Upotrebi |
|---|---|---|---|
| abvolt (EMU) | abV | 1.000e-8 V | CGS-EMU jedinica = 10⁻⁸ V = 10 nV. Zastarjela elektromagnetna jedinica. |
| statvolt (ESU) | statV | 299.7925 V | CGS-ESU jedinica ≈ 300 V (c/1e6 × 1e-2). Zastarjela elektrostatička jedinica. |
Često Postavljana Pitanja
Koja je razlika između napona i struje?
Napon je električni pritisak (kao pritisak vode). Struja je brzina protoka (kao protok vode). Visok napon ne znači visoku struju. Možete imati visok napon sa nula struje (otvoreni krug) ili visoku struju sa niskim naponom (kratki spoj kroz žicu).
Zašto se visok napon koristi za prijenos energije?
Gubitak snage u žicama je ∝ I² (struja na kvadrat). Za istu snagu P = VI, viši napon znači nižu struju. 765 kV ima 6.375× manje struje od 120V za istu snagu → ~40 miliona puta manji gubitak! Zato dalekovodi koriste kV.
Može li vas visok napon ubiti čak i sa niskom strujom?
Ne, struja kroz vaše tijelo ubija, a ne napon. Statički udari su 10-30 kV, ali su sigurni (<1 mA). Taseri: 50 kV, ali sigurni. Međutim, visok napon može prisiliti struju kroz otpor (V = IR), pa visok napon često znači visoku struju. Struja >50 mA kroz srce je smrtonosna.
Koja je razlika između AC i DC napona?
DC (istosmjerna struja) napon ima konstantan smjer: baterije, USB, solarni paneli. AC (izmjenična struja) napon mijenja smjer: zidne utičnice (50/60 Hz). RMS napon (120V, 230V) je efektivni DC ekvivalent. Većina uređaja interno koristi DC (AC adapteri konvertuju).
Zašto zemlje koriste različite napone (120V vs 230V)?
Historijski razlozi. SAD su izabrale 110V 1880-ih (sigurnije, potrebno manje izolacije). Evropa je kasnije standardizovala na 220-240V (efikasnije, manje bakra). Oba rade dobro. Viši napon = niža struja za istu snagu = tanje žice. Kompromis između sigurnosti i efikasnosti.
Možete li sabirati napone?
Da, u seriji: baterije u seriji sabiraju napone (1.5V + 1.5V = 3V). Paralelno: napon ostaje isti (1.5V + 1.5V = 1.5V, ali dvostruki kapacitet). Kirchhoffov zakon o naponu: naponi u bilo kojoj petlji se zbrajaju u nulu (porasti su jednaki padovima).
Kompletan Direktorij Alata
Svih 71 alata dostupnih na UNITS