Tiontaire Voltais
Acmhainn Leictreach: Ó Mhivolta go Meigeavolta
Máistir aonaid voltais ar fud na leictreonaice, na gcóras cumhachta, agus na fisice. Ó mhivolta go meigeavolta, tuig acmhainn leictreach, dáileadh cumhachta, agus cad is brí leis na huimhreacha i gciorcaid agus sa nádúr.
Buneolas an Voltais
Cad is Voltas ann?
Is é voltas an 'brú leictreach' a bhrúnn sruth trí chiorcad. Smaoinigh air mar bhrú uisce i bpíopaí. Voltas níos airde = brú níos láidre. Tomhaiste i volta (V). Ní hionann é agus sruth nó cumhacht!
- 1 volt = 1 joule in aghaidh an coulomb (fuinneamh in aghaidh an luchta)
- Cruthaíonn voltas sruth ag sileadh (cosúil le brú a chruthaíonn uisce ag sileadh)
- Tomhaistear idir dhá phointe (difríocht acmhainne)
- Voltas níos airde = níos mó fuinnimh in aghaidh an luchta
Voltas vs Sruth vs Cumhacht
Voltas (V) = brú, Sruth (I) = ráta sreafa, Cumhacht (P) = ráta fuinnimh. P = V × I. 12V ag 1A = 12W. An chumhacht chéanna, is féidir teaglamaí éagsúla voltais/srutha a bheith ann.
- Voltas = brú leictreach (V)
- Sruth = sreabhadh luchta (A)
- Cumhacht = voltas × sruth (W)
- Friotaíocht = voltas ÷ sruth (Ω, dlí Ohm)
Voltas AC vs DC
Tá treo seasmhach ag voltas DC (Sruth Díreach): cadhnraí (1.5V, 12V). Déanann voltas AC (Sruth Ailtéarnach) a threo a aisiompú: cumhacht balla (120V, 230V). Voltas RMS = coibhéis DC éifeachtach.
- DC: voltas seasmhach (cadhnraí, USB, ciorcaid)
- AC: voltas ailtéarnach (cumhacht balla, greille)
- RMS = voltas éifeachtach (120V AC RMS ≈ 170V buaic)
- Úsáideann an chuid is mó de na gléasanna DC go hinmheánach (déanann cuibheoirí AC tiontú)
- Voltas = fuinneamh in aghaidh an luchta (1 V = 1 J/C)
- Voltas níos airde = níos mó 'brú leictreach'
- Cruthaíonn voltas sruth; ní chruthaíonn sruth voltas
- Cumhacht = voltas × sruth (P = VI)
Córais Aonad Mínithe
Aonaid SI — Volt
Is é an volt (V) an t-aonad SI don acmhainn leictreach. Sainmhínithe ó watt agus ampère: 1 V = 1 W/A. Chomh maith leis sin: 1 V = 1 J/C (fuinneamh in aghaidh an luchta). Clúdaíonn réimíreanna ó atto go giga gach raon.
- 1 V = 1 W/A = 1 J/C (sainmhínithe beachta)
- kV do línte cumhachta (110 kV, 500 kV)
- mV, µV do bhraiteoirí, comharthaí
- fV, aV do thomhais chandamacha
Aonaid Sainmhínithe
Tá W/A agus J/C coibhéiseach le volt de réir sainmhínithe. Taispeánann siad caidrimh: V = W/A (cumhacht in aghaidh an tsrutha), V = J/C (fuinneamh in aghaidh an luchta). Úsáideach chun an fhisic a thuiscint.
- 1 V = 1 W/A (ó P = VI)
- 1 V = 1 J/C (sainmhíniú)
- Tá na trí cinn comhionann
- Dearcthaí éagsúla ar an gcainníocht chéanna
Aonaid Oidhreachta CGS
Tagann abvolt (EMU) agus statvolt (ESU) ón sean-chóras CGS. Is annamh a úsáidtear iad sa lá atá inniu ann ach feictear iad i dtéacsanna fisice stairiúla. 1 statV ≈ 300 V; 1 abV = 10 nV.
- 1 abvolt = 10⁻⁸ V (EMU)
- 1 statvolt ≈ 300 V (ESU)
- As feidhm; is é an volt SI an caighdeán
- Ní fheictear iad ach i sean-téacsleabhair
Fisic an Voltais
Dlí Ohm
Gaol bunúsach: V = I × R. Is ionann an voltas agus an sruth iolraithe faoin bhfriotaíocht. Má tá dhá cheann ar eolas agat, ríomh an tríú ceann. Bunús gach anailíse ciorcaid.
- V = I × R (voltas = sruth × friotaíocht)
- I = V / R (sruth ó voltas)
- R = V / I (friotaíocht ó thomhais)
- Líneach do fhriotóirí; neamhlíneach do dhé-óidí, etc.
Dlí Voltais Kirchhoff
In aon lúb iata, is ionann suim na voltas agus nialas. Cosúil le siúl i gciorcal: is ionann suim na n-athruithe airde agus nialas. Coimeádtar fuinneamh. Riachtanach le haghaidh anailíse ciorcaid.
- Is ionann ΣV agus 0 timpeall aon lúibe
- Arduithe voltais = titimí voltais
- Caomhnú fuinnimh i gciorcaid
- Úsáidtear chun ciorcaid chasta a réiteach
Réimse Leictreach & Voltas
Réimse leictreach E = V/d (voltas in aghaidh an achair). Voltas níos airde thar achar gairid = réimse níos láidre. Tintreach: na milliúin voltas thar mhéadair = réimse MV/m.
- E = V / d (réimse ó voltas)
- Voltas ard + achar gairid = réimse láidir
- Miondealú: ionaíonn an t-aer ag ~3 MV/m
- Turraingí statacha: kV trasna mm
Tagarmharcanna Voltais an Domhain Réadaigh
| Comhthéacs | Voltas | Nótaí |
|---|---|---|
| Comhartha néarógach | ~70 mV | Acmhainn scíthe |
| Teirmeachúpla | ~50 µV/°C | Braiteoir teochta |
| Cadhnra AA (nua) | 1.5 V | Alcaileach, laghdaíonn sé le húsáid |
| Cumhacht USB | 5 V | Caighdeán USB-A/B |
| Ceallra cairr | 12 V | Sé chill 2V i sraith |
| USB-C PD | 5-20 V | Prótacal Seachadta Cumhachta |
| Asraon baile (SAM) | 120 V AC | Voltas RMS |
| Asraon baile (AE) | 230 V AC | Voltas RMS |
| Fál leictreach | ~5-10 kV | Sruth íseal, sábháilte |
| Corna adhainte cairr | ~20-40 kV | Cruthaíonn sé spréach |
| Líne tarchurtha | 110-765 kV | Greille ardvoltais |
| Bolt tintrí | ~100 MV | 100 milliún voltas |
| Ga cosmach | ~1 GV+ | Cáithníní fuinnimh an-mhór |
Caighdeáin Voltais Choitianta
| Gléas / Caighdeán | Voltas | Cineál | Nótaí |
|---|---|---|---|
| Cadhnra AAA/AA | 1.5 V | DC | Caighdeán alcaileach |
| Cill Li-ian | 3.7 V | DC | Ainmniúil (raon 3.0-4.2V) |
| USB 2.0 / 3.0 | 5 V | DC | Cumhacht USB caighdeánach |
| Cadhnra 9V | 9 V | DC | Sé chill 1.5V |
| Ceallra cairr | 12 V | DC | Sé chill luaidhe-aigéid 2V |
| Luchtaire ríomhaire glúine | 19 V | DC | Voltas coitianta ríomhaire glúine |
| PoE (Cumhacht thar Ethernet) | 48 V | DC | Cumhacht gléas líonra |
| Teaghlach SAM | 120 V | AC | 60 Hz, voltas RMS |
| Teaghlach AE | 230 V | AC | 50 Hz, voltas RMS |
| Feithicil leictreach | 400 V | DC | Pacáiste ceallraí tipiciúil |
Feidhmchláir an Domhain Réadaigh
Leictreonaic Tomhaltóirí
USB: 5V (USB-A), 9V, 20V (USB-C PD). Cadhnraí: 1.5V (AA/AAA), 3.7V (Li-ian), 12V (carr). Loighic: 3.3V, 5V. Luchtairí ríomhaire glúine: 19V tipiciúil.
- USB: 5V (2.5W) go 20V (100W PD)
- Ceallra fón: 3.7-4.2V Li-ian
- Ríomhaire glúine: 19V DC tipiciúil
- Leibhéil loighce: 0V (íseal), 3.3V/5V (ard)
Dáileadh Cumhachta
Baile: 120V (SAM), 230V (AE) AC. Tarchur: 110-765 kV (voltas ard = caillteanas íseal). Déanann fostáisiúin an voltas a laghdú go voltas dáileacháin. Voltas níos ísle in aice le tithe ar mhaithe le sábháilteacht.
- Tarchur: 110-765 kV (fadraoin)
- Dáileadh: 11-33 kV (comharsanacht)
- Baile: 120V/230V AC (asraonta)
- Voltas ard = tarchur éifeachtach
Ardfhuinneamh & Eolaíocht
Luasairí cáithníní: MV go GV (LHC: 6.5 TeV). X-ghathanna: 50-150 kV. Leictreonmhicreascóip: 100-300 kV. Tintreach: 100 MV tipiciúil. Gineadóir Van de Graaff: ~1 MV.
- Tintreach: ~100 MV (100 milliún voltas)
- Luasairí cáithníní: raon GV
- Feadáin X-gha: 50-150 kV
- Leictreonmhicreascóip: 100-300 kV
Mata Tiontaithe Tapa
Tiontuithe Tapa ar Réimíreanna SI
Gach céim réimíre = ×1000 nó ÷1000. kV → V: ×1000. V → mV: ×1000. mV → µV: ×1000.
- kV → V: iolraigh faoi 1,000
- V → mV: iolraigh faoi 1,000
- mV → µV: iolraigh faoi 1,000
- Droim ar ais: roinn ar 1,000
Cumhacht ó Voltas
P = V × I (cumhacht = voltas × sruth). 12V ag 2A = 24W. 120V ag 10A = 1200W.
- P = V × I (Watts = Volta × Ampère)
- 12V × 5A = 60W
- P = V² / R (má tá an fhriotaíocht ar eolas)
- I = P / V (sruth ó chumhacht)
Seiceálacha Tapa ar Dhlí Ohm
V = I × R. Má tá dhá cheann ar eolas agat, faigh an tríú ceann. 12V trasna 4Ω = 3A. 5V ÷ 100mA = 50Ω.
- V = I × R (Volta = Ampère × Ohms)
- I = V / R (sruth ó voltas)
- R = V / I (friotaíocht)
- Cuimhnigh: roinn le haghaidh I nó R
Conas a Oibríonn Tiontuithe
- Céim 1: Tiontaigh an fhoinse → volta ag úsáid fachtóir toBase
- Céim 2: Tiontaigh volta → sprioc ag úsáid fachtóir toBase na sprice
- Rogha eile: Úsáid fachtóir díreach (kV → V: iolraigh faoi 1000)
- Seiceáil ciallmhar: 1 kV = 1000 V, 1 mV = 0.001 V
- Cuimhnigh: tá W/A agus J/C comhionann le V
Tagairt Tiontaithe Coitianta
| Ó | Go dtí | Iolraigh Faoi | Sampla |
|---|---|---|---|
| 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 (féiniúlacht) |
| V | J/C | 1 | 12 V = 12 J/C (féiniúlacht) |
Samplaí Tapa
Fadhbanna Oibrithe
Ríomh Cumhachta USB
Seachadann USB-C 20V ag 5A. Cad é an chumhacht?
P = V × I = 20V × 5A = 100W (uasmhéid Seachadta Cumhachta USB)
Dearadh Friotóra LED
Soláthar 5V, teastaíonn 2V ag 20mA ó LED. Cén friotóir?
Titim voltais = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Úsáid friotóir caighdeánach 150Ω nó 180Ω.
Éifeachtúlacht Línte Cumhachta
Cén fáth tarchur ag 500 kV in ionad 10 kV?
Caillteanas = I²R. An chumhacht chéanna P = VI, mar sin I = P/V. Tá 50× níos lú srutha ag 500 kV → 2500× níos lú caillteanais (fachtóir I²)!
Botúin Choitianta le Seachaint
- **Ní hionann voltas agus cumhacht**: 12V × 1A = 12W, ach 12V × 10A = 120W. An voltas céanna, cumhacht dhifriúil!
- **Buaic AC vs RMS**: 120V AC RMS ≈ 170V buaic. Úsáid RMS le haghaidh ríomhanna cumhachta (P = V_RMS × I_RMS).
- **Suimíonn voltais i sraith**: Dhá chadhnra 1.5V i sraith = 3V. I gcomhthreo = fós 1.5V (toilleadh níos airde).
- **Ní hionann voltas ard agus contúirt**: Is ionann turraing statach agus 10+ kV ach tá sé sábháilte (sruth íseal). Maraíonn sruth, ní voltas amháin.
- **Titim voltais**: Tá friotaíocht ag sreanga fada. 12V ag an bhfoinse ≠ 12V ag an ualach má tá an sreang ró-thanaí.
- **Ná measc AC/DC**: Ní hionann 12V DC agus 12V AC. Teastaíonn comhpháirteanna speisialta ó AC. DC ó chadhnraí/USB amháin.
Fíricí Suimiúla faoi Voltas
Ritheann do Néaróga ar 70 mV
Coinníonn néarchealla acmhainn scíthe -70 mV. Sroicheann an acmhainn gníomhaíochta +40 mV (luascán 110 mV) chun comharthaí a tharchur ag ~100 m/s. Is ríomhaire leictricheimiceach 20W é d'inchinn!
Is ionann Tintreach agus 100 Milliún Voltas
Bolt tintrí tipiciúil: ~100 MV thar ~5 km = réimse 20 kV/m. Ach is é an sruth (30 kA) agus an fad (<1 ms) is cúis leis an damáiste. Fuinneamh: ~1 GJ, d'fhéadfadh sé teach a chumhachtú ar feadh míosa—dá bhféadfaimis é a ghabháil!
Eascanna Leictreacha: Arm Beo 600V
Is féidir le heascann leictreach 600V ag 1A a scaoileadh le haghaidh cosanta/seilge. Tá os cionn 6000 leictricítí (cadhnraí bitheolaíocha) i sraith aici. Buaicchumhacht: 600W. Stánann sé creach láithreach. Taser an dúlra!
Is Féidir le USB-C 240W a Dhéanamh Anois
USB-C PD 3.1: suas le 48V × 5A = 240W. Féadann sé ríomhairí glúine cearrbhachais, monatóirí, fiú roinnt uirlisí cumhachta a luchtú. An cónascaire céanna le do ghuthán. Cábla amháin chun iad go léir a rialú!
Línte Tarchurtha: Dá Airde, is ea is Fearr
Caillteanas cumhachta ∝ I². Voltas níos airde = sruth níos ísle don chumhacht chéanna. Cailleann línte 765 kV <1% in aghaidh gach 100 míle. Ag 120V, chaillfeá gach rud i 1 mhíle! Sin an fáth go n-úsáideann an greille kV.
Is Féidir Leat Maireachtáil ar Mhilliún Voltas
Sroicheann gineadóirí Van de Graaff 1 MV ach tá siad sábháilte—sruth an-bheag. Turraing statach: 10-30 kV. Tasers: 50 kV. Is é an sruth tríd an gcroí (>100 mA) atá contúirteach, ní an voltas. Ní mharaíonn voltas amháin.
Éabhlóid Stairiúil
1800
Cheapann Volta an ceallra (carn voltaic). An chéad fhoinse voltais leanúnach. Ainmníodh an t-aonad 'volt' ina onóir níos déanaí.
1827
Aimsíonn Ohm V = I × R. Tagann dlí Ohm chun bheith mar bhunús le teoiric na gciorcad. Diúltaíodh dó ar dtús, anois tá sé bunúsach.
1831
Aimsíonn Faraday ionduchtú leictreamaighnéadach. Taispeánann sé gur féidir voltas a ionduchtú trí réimsí maighnéadacha a athrú. Cumasaíonn sé gineadóirí.
1881
Sainmhíníonn an chéad chomhdháil leictreach idirnáisiúnta an volt: F.L.L. a tháirgeann 1 ampère trí 1 ohm.
1893
Bhuaigh Westinghouse an conradh do ghléasra cumhachta Eas Niagara. Bhuaigh AC 'Cogadh na Sruthanna'. Is féidir voltas AC a athrú go héifeachtach.
1948
Athsainmhíníonn CGPM an volt i dtéarmaí absalóideacha. Bunaithe ar watt agus ampère. Bunaíodh sainmhíniú nua-aimseartha SI.
1990
Caighdeán voltais Josephson. Sainmhíníonn éifeacht chandamach an volt le cruinneas 10⁻⁹. Bunaithe ar thairiseach Planck agus ar mhinicíocht.
2019
Athsainmhíniú SI: díorthaítear an volt anois ó thairiseach Planck seasta. Sainmhíniú beacht, níl aon déantán fisiceach ag teastáil.
Leideanna Pro
- **Go tapa ó kV go V**: Bog an pointe deachúil 3 áit ar dheis. 1.2 kV = 1200 V.
- **Is é voltas AC ná RMS**: ciallaíonn 120V AC 120V RMS ≈ 170V buaic. Úsáid RMS le haghaidh ríomhanna cumhachta.
- **Suimíonn voltais i sraith**: 4 × 1.5V cadhnraí AA = 6V (i sraith). I gcomhthreo = 1.5V (níos mó toillte).
- **Cruthaíonn voltas sruth**: Smaoinigh ar voltas = brú, sruth = sreabhadh. Gan brú, gan sreabhadh.
- **Seiceáil rátálacha voltais**: Scriosann comhpháirteanna má sháraítear an voltas rátáilte. Seiceáil an bhileog sonraí i gcónaí.
- **Tomhais voltas i gcomhthreo**: Téann an voltmhéadar trasna (i gcomhthreo le) an chomhpháirt. Téann an aimpmhéadar i sraith.
- **Nodaireacht eolaíoch uathoibríoch**: Taispeántar luachanna < 1 µV nó > 1 GV mar nodaireacht eolaíoch ar mhaithe le hinléiteacht.
Tagairt Iomlán Aonad
Aonaid SI
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Volta | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| volt | V | 1 V (base) | Bunaonad SI; 1 V = 1 W/A = 1 J/C (beacht). |
| gigavolt | GV | 1.0 GV | Fisic ardfhuinnimh; gathanna cosmacha, luasairí cáithníní. |
| megavolt | MV | 1.0 MV | Tintreach (~100 MV), luasairí cáithníní, meaisíní X-gha. |
| kilovolt | kV | 1.0 kV | Tarchur cumhachta (110-765 kV), dáileadh, córais ardvoltais. |
| millivolt | mV | 1.0000 mV | Comharthaí braiteora, teirmeachúplaí, bithleictreachas (comharthaí néarógacha ~70 mV). |
| microvolt | µV | 1.0000 µV | Tomhais bheachtais, comharthaí EEG/ECG, aimplitheoirí íseal-torainn. |
| nanovolt | nV | 1.000e-9 V | Tomhais ultra-íogaire, gléasanna candamacha, teorainneacha torainn. |
| picovolt | pV | 1.000e-12 V | Leictreonaic chandamach, ciorcaid forsheoltacha, cruinneas an-mhór. |
| femtovolt | fV | 1.000e-15 V | Córais chandamacha le beagán leictreon, tomhais teorainneacha teoiriciúla. |
| attovolt | aV | 1.000e-18 V | Urlár torainn chandamach, gléasanna aon-leictreon, taighde amháin. |
Aonaid Choitianta
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Volta | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| watt in aghaidh an aimpéir | W/A | 1 V (base) | Coibhéiseach le volt: 1 V = 1 W/A ó P = VI. Taispeánann sé an caidreamh cumhachta. |
| giúl in aghaidh an chúlóim | J/C | 1 V (base) | Sainmhíniú ar volt: 1 V = 1 J/C (fuinneamh in aghaidh an luchta). Bunúsach. |
Oidhreacht & Eolaíoch
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Volta | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| abvolt (EMU) | abV | 1.000e-8 V | Aonad CGS-EMU = 10⁻⁸ V = 10 nV. Aonad leictreamaighnéadach as feidhm. |
| statvolt (ESU) | statV | 299.7925 V | Aonad CGS-ESU ≈ 300 V (c/1e6 × 1e-2). Aonad leictreastatach as feidhm. |
Ceisteanna Coitianta
Cad é an difríocht idir voltas agus sruth?
Is brú leictreach é voltas (cosúil le brú uisce). Is ráta sreafa é sruth (cosúil le sreabhadh uisce). Ní chiallaíonn voltas ard sruth ard. Is féidir leat voltas ard a bheith agat gan aon sruth (ciorcad oscailte) nó sruth ard le voltas íseal (ciorcad gearr trí shreang).
Cén fáth a n-úsáidtear voltas ard le haghaidh tarchur cumhachta?
Caillteanas cumhachta i sreanga ∝ I² (sruth cearnaithe). Don chumhacht chéanna P = VI, ciallaíonn voltas níos airde sruth níos ísle. Tá sruth 6,375 uair níos lú ag 765 kV ná ag 120V don chumhacht chéanna → ~40 milliún uair níos lú caillteanais! Sin an fáth go n-úsáideann línte cumhachta kV.
An féidir le voltas ard tú a mharú fiú le sruth íseal?
Ní féidir, is é an sruth trí do chorp a mharaíonn, ní an voltas. Is ionann turraingí statacha agus 10-30 kV ach tá siad sábháilte (<1 mA). Tasers: 50 kV ach sábháilte. Mar sin féin, is féidir le voltas ard sruth a bhrú trí fhriotaíocht (V = IR), mar sin is minic a chiallaíonn voltas ard sruth ard. Is é an sruth >50 mA tríd an gcroí atá marfach.
Cad é an difríocht idir voltas AC agus DC?
Tá treo seasmhach ag voltas DC (Sruth Díreach): cadhnraí, USB, painéil ghréine. Déanann voltas AC (Sruth Ailtéarnach) a threo a aisiompú: asraonta balla (50/60 Hz). Is é voltas RMS (120V, 230V) an coibhéis DC éifeachtach. Úsáideann an chuid is mó de na gléasanna DC go hinmheánach (déanann cuibheoirí AC tiontú).
Cén fáth a n-úsáideann tíortha voltais éagsúla (120V vs 230V)?
Cúiseanna stairiúla. Roghnaigh SAM 110V sna 1880idí (níos sábháilte, níos lú inslithe ag teastáil). Rinne an Eoraip caighdeánú ar 220-240V níos déanaí (níos éifeachtaí, níos lú copair). Oibríonn an dá cheann go breá. Voltas níos airde = sruth níos ísle don chumhacht chéanna = sreanga níos tanaí. Comhbhabhtáil idir sábháilteacht agus éifeachtúlacht.
An féidir leat voltais a shuimiú le chéile?
Is féidir, i sraith: suimíonn cadhnraí i sraith a gcuid voltas (1.5V + 1.5V = 3V). I gcomhthreo: fanann an voltas mar an gcéanna (1.5V + 1.5V = 1.5V, ach toilleadh dúbailte). Dlí Voltais Kirchhoff: is ionann suim na voltas in aon lúb agus nialas (is ionann arduithe agus titimí).
Eolaire Iomlán na nUirlisí
Gach 71 uirlis atá ar fáil ar UNITS