ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ કન્વર્ટર
વિદ્યુતભાર — ઇલેક્ટ્રોનથી બેટરી સુધી
ભૌતિકશાસ્ત્ર, રસાયણશાસ્ત્ર અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં વિદ્યુતભારના એકમોમાં નિપુણતા મેળવો. કુલંબથી બેટરીની ક્ષમતા સુધી, જે 40 ઘાતાંકના ક્રમમાં ફેલાયેલી છે — એકલ ઇલેક્ટ્રોનથી ઔદ્યોગિક બેટરી બેંકો સુધી. 2019 ની SI પુનઃવ્યાખ્યાનું અન્વેષણ કરો જેણે પ્રારંભિક ચાર્જને ચોક્કસ બનાવ્યો, અને સમજો કે બેટરી રેટિંગ્સનો ખરેખર અર્થ શું છે.
વિદ્યુતભારના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો
ચાર્જ શું છે?
વિદ્યુતભાર એ ભૌતિક ગુણધર્મ છે જે કણોને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક બળનો અનુભવ કરાવે છે. તે ધન અને ઋણ સ્વરૂપમાં આવે છે. સમાન ચાર્જ એકબીજાને અપાકર્ષે છે, વિરોધી ચાર્જ એકબીજાને આકર્ષે છે. તમામ રસાયણશાસ્ત્ર અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે મૂળભૂત છે.
- 1 કુલંબ = 6.24×10¹⁸ ઇલેક્ટ્રોન
- પ્રોટોન: +1e, ઇલેક્ટ્રોન: -1e
- ચાર્જ સંરક્ષિત છે (ક્યારેય બનાવવામાં કે નાશ પામતો નથી)
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C ના ગુણાંકમાં ક્વોન્ટાઇઝ્ડ
પ્રવાહ વિ. ચાર્જ
પ્રવાહ (I) એ ચાર્જનો પ્રવાહ દર છે. Q = I × t. 1 એમ્પીયર = 1 કુલંબ પ્રતિ સેકન્ડ. Ah માં બેટરીની ક્ષમતા ચાર્જ છે, પ્રવાહ નથી. 1 Ah = 3600 C.
- પ્રવાહ = સમય દીઠ ચાર્જ (I = Q/t)
- 1 A = 1 C/s (વ્યાખ્યા)
- 1 Ah = 3600 C (1 એમ્પીયર 1 કલાક માટે)
- mAh એ ચાર્જ ક્ષમતા છે, પાવર નથી
બેટરીની ક્ષમતા
બેટરી ચાર્જ સંગ્રહ કરે છે. Ah અથવા mAh (ચાર્જ) અથવા Wh (ઊર્જા) માં રેટ કરવામાં આવે છે. Wh = Ah × વોલ્ટેજ. ફોન બેટરી: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. ઊર્જા માટે વોલ્ટેજ મહત્વનું છે, ચાર્જ માટે નહીં.
- mAh = મિલિએમ્પિયર-કલાક (ચાર્જ)
- Wh = વોટ-કલાક (ઊર્જા = ચાર્જ × વોલ્ટેજ)
- વધુ mAh = લાંબો રનટાઇમ (સમાન વોલ્ટેજ)
- 3000 mAh ≈ 10,800 કુલંબ
- 1 કુલંબ = 6.24×10¹⁸ ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ
- પ્રવાહ (A) = સેકન્ડ દીઠ ચાર્જ (C): I = Q/t
- 1 Ah = 3600 C (1 એમ્પીયર 1 કલાક માટે વહે છે)
- ચાર્જ સંરક્ષિત અને e ના ગુણાંકમાં ક્વોન્ટાઇઝ્ડ છે
ચાર્જ માપનનો ઐતિહાસિક વિકાસ
પ્રારંભિક વિદ્યુત વિજ્ઞાન (1600-1830)
ચાર્જને માત્રાત્મક રીતે સમજતા પહેલા, વૈજ્ઞાનિકોએ સ્થિર વીજળી અને રહસ્યમય 'વિદ્યુત પ્રવાહી'નું સંશોધન કર્યું. બેટરીની શોધે સતત ચાર્જ પ્રવાહનું ચોક્કસ માપન શક્ય બનાવ્યું.
- 1600: વિલિયમ ગિલ્બર્ટે વીજળીને ચુંબકત્વથી અલગ પાડી, 'વિદ્યુત' શબ્દનો ઉપયોગ કર્યો
- 1733: ચાર્લ્સ ડુ ફેએ બે પ્રકારની વીજળી (ધન અને ઋણ) શોધી કાઢી
- 1745: લેડન જારની શોધ થઈ — પ્રથમ કેપેસિટર, જે માપી શકાય તેવો ચાર્જ સંગ્રહ કરે છે
- 1785: કુલંબે વિદ્યુત બળ માટે વ્યસ્ત-વર્ગનો નિયમ F = k(q₁q₂/r²) પ્રકાશિત કર્યો
- 1800: વોલ્ટાએ બેટરીની શોધ કરી — જે સતત, માપી શકાય તેવા ચાર્જ પ્રવાહને શક્ય બનાવે છે
- 1833: ફેરાડેએ ઇલેક્ટ્રોલિસિસના નિયમો શોધી કાઢ્યા — જે ચાર્જને રસાયણશાસ્ત્ર સાથે જોડે છે (ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ)
કુલંબનો વિકાસ (1881-2019)
કુલંબ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ધોરણો પર આધારિત વ્યવહારુ વ્યાખ્યાઓથી એમ્પીયર અને સેકન્ડ સાથે જોડાયેલ આધુનિક વ્યાખ્યા સુધી વિકસિત થયો.
- 1881: પ્રથમ વ્યવહારુ કુલંબ ચાંદીના ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ ધોરણ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યો
- 1893: શિકાગો વર્લ્ડ ફેર આંતરરાષ્ટ્રીય ઉપયોગ માટે કુલંબને માનક બનાવે છે
- 1948: CGPM કુલંબને 1 એમ્પીયર-સેકન્ડ (1 C = 1 A·s) તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરે છે
- 1960-2018: એમ્પીયરને સમાંતર વાહકો વચ્ચેના બળ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યું, જે કુલંબને પરોક્ષ બનાવે છે
- સમસ્યા: એમ્પીયરની બળ-આધારિત વ્યાખ્યાને ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે સાકાર કરવી મુશ્કેલ હતી
- 1990-2010 ના દાયકા: ક્વોન્ટમ મેટ્રોલોજી (જોસેફસન ઇફેક્ટ, ક્વોન્ટમ હોલ ઇફેક્ટ) ઇલેક્ટ્રોન ગણતરીને શક્ય બનાવે છે
2019 SI ક્રાંતિ — પ્રારંભિક ચાર્જ નિશ્ચિત
20 મે, 2019 ના રોજ, પ્રારંભિક ચાર્જને બરાબર નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યો, જેણે એમ્પીયરને પુનઃવ્યાખ્યાયિત કર્યું અને કુલંબને મૂળભૂત સ્થિરાંકોથી પુનઃઉત્પાદનક્ષમ બનાવ્યો.
- નવી વ્યાખ્યા: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C બરાબર (વ્યાખ્યા દ્વારા શૂન્ય અનિશ્ચિતતા)
- પ્રારંભિક ચાર્જ હવે એક વ્યાખ્યાયિત સ્થિરાંક છે, માપેલ મૂલ્ય નથી
- 1 કુલંબ = 6.241509074 × 10¹⁸ પ્રારંભિક ચાર્જ (ચોક્કસ)
- સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટનલિંગ ઉપકરણો ચોક્કસ ચાર્જ ધોરણો માટે ઇલેક્ટ્રોનને એક-એક કરીને ગણી શકે છે
- ક્વોન્ટમ મેટ્રોલોજી ત્રિકોણ: વોલ્ટેજ (જોસેફસન), પ્રતિકાર (ક્વોન્ટમ હોલ), પ્રવાહ (ઇલેક્ટ્રોન પંપ)
- પરિણામ: ક્વોન્ટમ સાધનો ધરાવતી કોઈપણ પ્રયોગશાળા સ્વતંત્ર રીતે કુલંબને સાકાર કરી શકે છે
આજે આ શા માટે મહત્વનું છે
2019 ની પુનઃવ્યાખ્યા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ધોરણોથી ક્વોન્ટમ ચોકસાઈ સુધીના 135+ વર્ષોના પ્રગતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે આગામી પેઢીના ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઊર્જા સંગ્રહને શક્ય બનાવે છે.
- બેટરી ટેકનોલોજી: ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, ગ્રીડ સ્ટોરેજ માટે વધુ ચોક્કસ ક્ષમતા માપન
- ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ: ક્યુબિટ્સ અને સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં ચોક્કસ ચાર્જ નિયંત્રણ
- મેટ્રોલોજી: રાષ્ટ્રીય પ્રયોગશાળાઓ સંદર્ભ કલાકૃતિઓ વિના સ્વતંત્ર રીતે કુલંબને સાકાર કરી શકે છે
- રસાયણશાસ્ત્ર: ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ હવે ચોક્કસ છે, જે ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી ગણતરીઓને સુધારે છે
- ઉપભોક્તા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ: બેટરી ક્ષમતા રેટિંગ્સ અને ફાસ્ટ ચાર્જિંગ પ્રોટોકોલ માટે વધુ સારા ધોરણો
યાદશક્તિ સહાયક અને ઝડપી રૂપાંતરણ યુક્તિઓ
સરળ માનસિક ગણિત
- mAh થી C શોર્ટકટ: 3.6 વડે ગુણાકાર કરો → 1000 mAh = 3600 C બરાબર
- Ah થી C: 3600 વડે ગુણાકાર કરો → 1 Ah = 3600 C (1 એમ્પીયર 1 કલાક માટે)
- ઝડપી mAh થી Wh (3.7V): ~270 વડે ભાગાકાર કરો → 3000 mAh ≈ 11 Wh
- Wh થી mAh (3.7V): ~270 વડે ગુણાકાર કરો → 11 Wh ≈ 2970 mAh
- પ્રારંભિક ચાર્જ: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (1.602 માંથી ગોળાકાર)
- ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ: F ≈ 96,500 C/mol (96,485 માંથી ગોળાકાર)
બેટરી ક્ષમતા યાદશક્તિ સહાયક
બેટરી રેટિંગ્સ સમજવાથી ચાર્જ (mAh), વોલ્ટેજ (V), અને ઊર્જા (Wh) વચ્ચેની મૂંઝવણ અટકે છે. આ નિયમો સમય અને પૈસા બચાવે છે.
- mAh ચાર્જ માપે છે, પાવર કે ઊર્જા નહીં — તે એ છે કે તમે કેટલા ઇલેક્ટ્રોન ખસેડી શકો છો
- ઊર્જા મેળવવા માટે: Wh = mAh × V ÷ 1000 (વોલ્ટેજ નિર્ણાયક છે!)
- વિવિધ વોલ્ટેજ પર સમાન mAh = વિવિધ ઊર્જા (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
- પાવર બેંકો: 70-80% ઉપયોગી ક્ષમતાની અપેક્ષા રાખો (વોલ્ટેજ રૂપાંતરણ નુકસાન)
- રનટાઇમ = ક્ષમતા ÷ પ્રવાહ: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 કલાક (આદર્શ, 20% માર્જિન ઉમેરો)
- Li-ion સામાન્ય: 3.7V નોમિનલ, 4.2V સંપૂર્ણ, 3.0V ખાલી (ઉપયોગી શ્રેણી ~80%)
વ્યવહારુ સૂત્રો
- પ્રવાહથી ચાર્જ: Q = I × t (કુલંબ = એમ્પીયર × સેકન્ડ)
- રનટાઇમ: t = Q / I (કલાક = એમ્પિયર-કલાક / એમ્પીયર)
- ચાર્જથી ઊર્જા: E = Q × V (વોટ-કલાક = એમ્પિયર-કલાક × વોલ્ટ)
- કાર્યક્ષમતા સમાયોજિત: ઉપયોગી = રેટેડ × 0.8 (નુકસાનનો હિસાબ કરો)
- ઇલેક્ટ્રોલિસિસ: Q = n × F (કુલંબ = ઇલેક્ટ્રોનના મોલ × ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ)
- કેપેસિટર ઊર્જા: E = ½CV² (જૂલ = ½ ફેરાડ × વોલ્ટ²)
ટાળવા માટે સામાન્ય ભૂલો
- mAh ને mWh સાથે ગૂંચવવું — ચાર્જ વિ. ઊર્જા (રૂપાંતર માટે વોલ્ટેજની જરૂર છે!)
- બેટરીની તુલના કરતી વખતે વોલ્ટેજને અવગણવું — ઊર્જાની તુલના માટે Wh નો ઉપયોગ કરો
- 100% પાવર બેંક કાર્યક્ષમતાની અપેક્ષા રાખવી — 20-30% ગરમી અને વોલ્ટેજ રૂપાંતરણમાં ગુમાવાય છે
- C (કુલંબ) ને C (ડિસ્ચાર્જ દર) સાથે મિશ્રિત કરવું — સંપૂર્ણપણે અલગ અર્થો!
- ધારવું કે mAh = રનટાઇમ — પ્રવાહ ખેંચાણ જાણવાની જરૂર છે (રનટાઇમ = mAh ÷ mA)
- Li-ion ને 20% થી નીચે ઊંડાણપૂર્વક ડિસ્ચાર્જ કરવું — આયુષ્ય ઘટાડે છે, રેટેડ ક્ષમતા ≠ ઉપયોગી ક્ષમતા
ચાર્જ સ્કેલ: એકલ ઇલેક્ટ્રોનથી ગ્રીડ સ્ટોરેજ સુધી
| સ્કેલ / ચાર્જ | પ્રતિનિધિ એકમો | સામાન્ય એપ્લિકેશનો | વાસ્તવિક-વિશ્વના ઉદાહરણો |
|---|---|---|---|
| 1.602 × 10⁻¹⁹ C | પ્રારંભિક ચાર્જ (e) | એકલ ઇલેક્ટ્રોન/પ્રોટોન, ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર | મૂળભૂત ચાર્જ ક્વોન્ટમ |
| ~10⁻¹⁸ C | એટોકુલંબ (aC) | થોડા-ઇલેક્ટ્રોન ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ, સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટનલિંગ | ≈ 6 ઇલેક્ટ્રોન |
| ~10⁻¹² C | પિકોકુલંબ (pC) | ચોકસાઇ સેન્સર્સ, ક્વોન્ટમ ડોટ્સ, અતિ-ઓછા પ્રવાહ માપન | ≈ 60 લાખ ઇલેક્ટ્રોન |
| ~10⁻⁹ C | નેનોકુલંબ (nC) | નાના સેન્સર સિગ્નલો, ચોકસાઇ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ | ≈ 6 અબજ ઇલેક્ટ્રોન |
| ~10⁻⁶ C | માઇક્રોકુલંબ (µC) | સ્થિર વીજળી, નાના કેપેસિટર | સ્થિર આંચકો જે તમે અનુભવી શકો છો (~1 µC) |
| ~10⁻³ C | મિલિકુલંબ (mC) | કેમેરા ફ્લેશ કેપેસિટર, નાના પ્રયોગશાળા પ્રયોગો | ફ્લેશ કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ |
| 1 C | કુલંબ (C) | SI બેઝ યુનિટ, મધ્યમ વિદ્યુત ઘટનાઓ | ≈ 6.24 × 10¹⁸ ઇલેક્ટ્રોન |
| ~15 C | કુલંબ (C) | વીજળીના ઝટકા, મોટા કેપેસિટર બેંકો | લાક્ષણિક વીજળીનો ઝટકો |
| ~10³ C | કિલોકુલંબ (kC) | નાની ઉપભોક્તા બેટરી, સ્માર્ટફોન ચાર્જિંગ | 3000 mAh ફોન બેટરી ≈ 10.8 kC |
| ~10⁵ C | સેંકડો kC | લેપટોપ બેટરી, ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ | 1 ફેરાડે = 96,485 C (1 મોલ e⁻) |
| ~10⁶ C | મેગાકુલંબ (MC) | કાર બેટરી, મોટી ઔદ્યોગિક UPS સિસ્ટમો | 60 Ah કાર બેટરી ≈ 216 kC |
| ~10⁹ C | ગીગાકુલંબ (GC) | ઇલેક્ટ્રિક વાહન બેટરી, ગ્રીડ સ્ટોરેજ | Tesla Model 3 બેટરી ≈ 770 kC |
એકમ પ્રણાલીઓ સમજાવી
SI એકમો — કુલંબ
કુલંબ (C) એ ચાર્જ માટે SI બેઝ યુનિટ છે. એમ્પીયર અને સેકન્ડથી વ્યાખ્યાયિત: 1 C = 1 A·s. પિકોથી કિલો સુધીના ઉપસર્ગો તમામ વ્યવહારુ શ્રેણીઓને આવરી લે છે.
- 1 C = 1 A·s (ચોક્કસ વ્યાખ્યા)
- નાના ચાર્જ માટે mC, µC, nC
- ક્વોન્ટમ/ચોકસાઇ કાર્ય માટે pC, fC, aC
- મોટી ઔદ્યોગિક પ્રણાલીઓ માટે kC
બેટરી ક્ષમતા એકમો
એમ્પિયર-કલાક (Ah) અને મિલિએમ્પિયર-કલાક (mAh) બેટરી માટે માનક છે. વ્યવહારુ છે કારણ કે તે સીધા પ્રવાહ ખેંચાણ અને રનટાઇમ સાથે સંબંધિત છે. 1 Ah = 3600 C.
- mAh — સ્માર્ટફોન, ટેબ્લેટ, ઇયરબડ્સ
- Ah — લેપટોપ, પાવર ટૂલ્સ, કાર બેટરી
- kAh — ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, ઔદ્યોગિક UPS
- Wh — ઊર્જા ક્ષમતા (વોલ્ટેજ-આધારિત)
વૈજ્ઞાનિક અને વારસાગત
પ્રારંભિક ચાર્જ (e) ભૌતિકશાસ્ત્રમાં મૂળભૂત એકમ છે. રસાયણશાસ્ત્રમાં ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ. જૂના પાઠ્યપુસ્તકોમાં CGS એકમો (સ્ટેટકલંબ, એબકુલંબ).
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C (પ્રારંભિક ચાર્જ)
- F = 96,485 C (ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ)
- 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
- 1 abC = 10 C (EMU)
ચાર્જનું ભૌતિકશાસ્ત્ર
ચાર્જ ક્વોન્ટાઇઝેશન
બધો ચાર્જ પ્રારંભિક ચાર્જ e ના ગુણાંકમાં ક્વોન્ટાઇઝ્ડ છે. તમારી પાસે 1.5 ઇલેક્ટ્રોન ન હોઈ શકે. ક્વાર્ક્સમાં અપૂર્ણાંક ચાર્જ (⅓e, ⅔e) હોય છે પરંતુ તે ક્યારેય એકલા અસ્તિત્વમાં નથી.
- સૌથી નાનો મુક્ત ચાર્જ: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
- ઇલેક્ટ્રોન: -1e, પ્રોટોન: +1e
- બધી વસ્તુઓમાં N×e ચાર્જ હોય છે (પૂર્ણાંક N)
- મિલિકનના તેલના ટીપાંના પ્રયોગે ક્વોન્ટાઇઝેશન સાબિત કર્યું (1909)
ફેરાડેનો સ્થિરાંક
1 મોલ ઇલેક્ટ્રોન 96,485 C ચાર્જ વહન કરે છે. તેને ફેરાડે કોન્સ્ટન્ટ (F) કહેવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી અને બેટરી કેમિસ્ટ્રી માટે મૂળભૂત છે.
- F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
- 1 મોલ e⁻ = 6.022×10²³ ઇલેક્ટ્રોન
- ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ગણતરીઓમાં વપરાય છે
- ચાર્જને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ સાથે સંબંધિત કરે છે
કુલંબનો નિયમ
ચાર્જ વચ્ચેનું બળ: F = k(q₁q₂/r²). સમાન ચાર્જ એકબીજાને અપાકર્ષે છે, વિરોધી ચાર્જ એકબીજાને આકર્ષે છે. પ્રકૃતિનું મૂળભૂત બળ. તમામ રસાયણશાસ્ત્ર અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સને સમજાવે છે.
- k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
- F ∝ q₁q₂ (ચાર્જનો ગુણાકાર)
- F ∝ 1/r² (વ્યસ્ત વર્ગનો નિયમ)
- પરમાણુ માળખું, બંધન સમજાવે છે
ચાર્જ બેન્ચમાર્ક
| સંદર્ભ | ચાર્જ | નોંધો |
|---|---|---|
| એકલ ઇલેક્ટ્રોન | 1.602×10⁻¹⁹ C | પ્રારંભિક ચાર્જ (e) |
| 1 પિકોકુલંબ | 10⁻¹² C | ≈ 60 લાખ ઇલેક્ટ્રોન |
| 1 નેનોકુલંબ | 10⁻⁹ C | ≈ 6 અબજ ઇલેક્ટ્રોન |
| સ્થિર આંચકો | ~1 µC | અનુભવવા માટે પૂરતું |
| AAA બેટરી (600 mAh) | 2,160 C | @ 1.5V = 0.9 Wh |
| સ્માર્ટફોન બેટરી | ~11,000 C | 3000 mAh લાક્ષણિક |
| કાર બેટરી (60 Ah) | 216,000 C | @ 12V = 720 Wh |
| વીજળીનો ઝટકો | ~15 C | પરંતુ 1 અબજ વોલ્ટ! |
| Tesla બેટરી (214 Ah) | 770,400 C | @ 350V = 75 kWh |
| 1 ફેરાડે (1 મોલ e⁻) | 96,485 C | રસાયણશાસ્ત્ર ધોરણ |
બેટરી ક્ષમતાની તુલના
| ઉપકરણ | ક્ષમતા (mAh) | વોલ્ટેજ | ઊર્જા (Wh) |
|---|---|---|---|
| AirPods (એકલ) | 93 mAh | 3.7V | 0.34 Wh |
| Apple Watch | 300 mAh | 3.85V | 1.2 Wh |
| iPhone 15 | 3,349 mAh | 3.85V | 12.9 Wh |
| iPad Pro 12.9" | 10,758 mAh | 3.77V | 40.6 Wh |
| MacBook Pro 16" | 25,641 mAh | ~3.9V | 100 Wh |
| પાવર બેંક 20K | 20,000 mAh | 3.7V | 74 Wh |
| Tesla Model 3 LR | 214,000 Ah | 350V | 75,000 Wh |
વાસ્તવિક-વિશ્વની એપ્લિકેશનો
ઉપભોક્તા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ
દરેક બેટરી-સંચાલિત ઉપકરણમાં ક્ષમતા રેટિંગ હોય છે. સ્માર્ટફોન: 2500-5000 mAh. લેપટોપ: 40-100 Wh. પાવર બેંકો: 10,000-30,000 mAh.
- iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
- MacBook Pro: ~100 Wh (એરલાઇન મર્યાદા)
- AirPods: ~500 mAh (સંયુક્ત)
- પાવર બેંક: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh
ઇલેક્ટ્રિક વાહનો
EV બેટરી kWh (ઊર્જા) માં રેટ કરવામાં આવે છે, પરંતુ ક્ષમતા પેક વોલ્ટેજ પર kAh માં હોય છે. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. ફોનની તુલનામાં વિશાળ!
- Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
- Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
- EV ચાર્જિંગ: 50-350 kW DC ફાસ્ટ
- હોમ ચાર્જિંગ: ~7 kW (32A @ 220V)
ઔદ્યોગિક અને પ્રયોગશાળા
ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ, ઇલેક્ટ્રોલિસિસ, કેપેસિટર બેંકો, UPS સિસ્ટમો બધામાં મોટા ચાર્જ ટ્રાન્સફરનો સમાવેશ થાય છે. ઔદ્યોગિક UPS: 100+ kAh ક્ષમતા. સુપરકેપેસિટર્સ: ફેરાડ (C/V).
- ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ: 10-1000 Ah પ્રક્રિયાઓ
- ઔદ્યોગિક UPS: 100+ kAh બેકઅપ
- સુપરકેપેસિટર: 3000 F = 3000 C/V
- વીજળીનો ઝટકો: ~15 C લાક્ષણિક
ઝડપી રૂપાંતરણ ગણિત
mAh ↔ કુલંબ
mAh ને 3.6 વડે ગુણાકાર કરીને કુલંબ મેળવો. 1000 mAh = 3600 C.
- 1 mAh = 3.6 C (ચોક્કસ)
- 1 Ah = 3600 C
- ઝડપી: mAh × 3.6 → C
- ઉદાહરણ: 3000 mAh = 10,800 C
mAh ↔ Wh (3.7V પર)
3.7V Li-ion વોલ્ટેજ પર Wh માટે mAh ને ~270 વડે ભાગો.
- Wh = mAh × V ÷ 1000
- 3.7V પર: Wh ≈ mAh ÷ 270
- 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
- ઊર્જા માટે વોલ્ટેજ મહત્વનું છે!
રનટાઇમ અંદાજ
રનટાઇમ (કલાક) = બેટરી (mAh) ÷ પ્રવાહ (mA). 3000 mAh 300 mA પર = 10 કલાક.
- રનટાઇમ = ક્ષમતા ÷ પ્રવાહ
- 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 કલાક
- વધુ પ્રવાહ = ઓછો રનટાઇમ
- કાર્યક્ષમતા નુકસાન: 80-90% ની અપેક્ષા રાખો
રૂપાંતરણ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે
- પગલું 1: સ્રોતને toBase ફેક્ટરનો ઉપયોગ કરીને કુલંબમાં રૂપાંતરિત કરો
- પગલું 2: કુલંબને લક્ષ્યના toBase ફેક્ટરનો ઉપયોગ કરીને લક્ષ્યમાં રૂપાંતરિત કરો
- વૈકલ્પિક: સીધા ફેક્ટરનો ઉપયોગ કરો (mAh → Ah: 1000 વડે ભાગાકાર કરો)
- સામાન્ય જ્ઞાન તપાસ: 1 Ah = 3600 C, 1 mAh = 3.6 C
- ઊર્જા માટે: Wh = Ah × વોલ્ટેજ (વોલ્ટેજ-આધારિત!)
સામાન્ય રૂપાંતરણ સંદર્ભ
| થી | માં | દ્વારા ગુણાકાર કરો | ઉદાહરણ |
|---|---|---|---|
| C | mAh | 0.2778 | 3600 C = 1000 mAh |
| mAh | C | 3.6 | 1000 mAh = 3600 C |
| Ah | C | 3600 | 1 Ah = 3600 C |
| C | Ah | 0.0002778 | 3600 C = 1 Ah |
| mAh | Ah | 0.001 | 3000 mAh = 3 Ah |
| Ah | mAh | 1000 | 2 Ah = 2000 mAh |
| mAh | Wh (3.7V) | 0.0037 | 3000 mAh ≈ 11.1 Wh |
| Wh (3.7V) | mAh | 270.27 | 11 Wh ≈ 2973 mAh |
| C | ઇલેક્ટ્રોન | 6.242×10¹⁸ | 1 C ≈ 6.24×10¹⁸ e |
| ઇલેક્ટ્રોન | C | 1.602×10⁻¹⁹ | 1 e = 1.602×10⁻¹⁹ C |
ઝડપી ઉદાહરણો
કામ કરેલા ઉદાહરણો
ફોન બેટરી રનટાઇમ
3500 mAh બેટરી. એપ્લિકેશન 350 mA વાપરે છે. મૃત થવા સુધી કેટલો સમય?
રનટાઇમ = ક્ષમતા ÷ પ્રવાહ = 3500 ÷ 350 = 10 કલાક (આદર્શ). વાસ્તવિક: ~8-9 કલાક (કાર્યક્ષમતા નુકસાન).
પાવર બેંક ચાર્જ
20,000 mAh પાવર બેંક. 3,000 mAh ફોન ચાર્જ કરો. કેટલા સંપૂર્ણ ચાર્જ?
કાર્યક્ષમતાનો હિસાબ કરો (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 અસરકારક. 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 ચાર્જ.
ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સમસ્યા
1 મોલ કોપર (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu) જમા કરો. કેટલા કુલંબ?
1 મોલ Cu દીઠ 2 મોલ e⁻. 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah.
ટાળવા માટે સામાન્ય ભૂલો
- **mAh પાવર નથી**: mAh ચાર્જ માપે છે, પાવર નહીં. પાવર = mAh × વોલ્ટેજ ÷ સમય.
- **Wh ને વોલ્ટેજની જરૂર છે**: વોલ્ટેજ જાણ્યા વિના mAh → Wh માં રૂપાંતર કરી શકાતું નથી. Li-ion માટે 3.7V સામાન્ય છે.
- **કાર્યક્ષમતા નુકસાન**: વાસ્તવિક રનટાઇમ ગણતરી કરેલના 80-90% છે. ગરમી, વોલ્ટેજ ડ્રોપ, આંતરિક પ્રતિકાર.
- **વોલ્ટેજ મહત્વનું છે**: 3000 mAh @ 12V ≠ 3000 mAh @ 3.7V ઊર્જામાં (36 Wh વિ. 11 Wh).
- **પ્રવાહ વિ. ક્ષમતા**: 5000 mAh બેટરી 1 કલાક માટે 5000 mA પહોંચાડી શકતી નથી—મહત્તમ ડિસ્ચાર્જ દર મર્યાદિત કરે છે.
- **ઊંડાણપૂર્વક ડિસ્ચાર્જ કરશો નહીં**: Li-ion ~20% થી નીચે બગડે છે. રેટેડ ક્ષમતા નોમિનલ છે, ઉપયોગી નથી.
ચાર્જ વિશે રસપ્રદ તથ્યો
તમે વિદ્યુત રીતે તટસ્થ છો
તમારા શરીરમાં ~10²⁸ પ્રોટોન અને સમાન સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન છે. જો તમે 0.01% ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવો, તો તમે 10⁹ ન્યૂટનનું અપાકર્ષણ અનુભવશો—ઇમારતોને કચડી નાખવા માટે પૂરતું!
વીજળીનો વિરોધાભાસ
વીજળીનો ઝટકો: માત્ર ~15 C ચાર્જ, પરંતુ 1 અબજ વોલ્ટ! ઊર્જા = Q×V, તેથી 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. તે 4.2 MWh છે—તમારા ઘરને મહિનાઓ સુધી શક્તિ આપી શકે છે!
વાન ડી ગ્રાફ જનરેટર
ક્લાસિક વિજ્ઞાન પ્રદર્શન લાખો વોલ્ટ સુધી ચાર્જ બનાવે છે. કુલ ચાર્જ? માત્ર ~10 µC. આઘાતજનક પરંતુ સલામત—ઓછો પ્રવાહ. વોલ્ટેજ ≠ ભય, પ્રવાહ મારી નાખે છે.
કેપેસિટર વિ. બેટરી
કાર બેટરી: 60 Ah = 216,000 C, કલાકોમાં મુક્ત થાય છે. સુપરકેપેસિટર: 3000 F = 3000 C/V, સેકન્ડોમાં મુક્ત થાય છે. ઊર્જા ઘનતા વિ. શક્તિ ઘનતા.
મિલિકનનું તેલનું ટીપું
1909: મિલિકને ચાર્જ કરેલા તેલના ટીપાંને પડતા જોઈને પ્રારંભિક ચાર્જ માપ્યો. તેણે e = 1.592×10⁻¹⁹ C (આધુનિક: 1.602) શોધી કાઢ્યું. 1923 માં નોબેલ પુરસ્કાર જીત્યો.
ક્વોન્ટમ હોલ ઇફેક્ટ
ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ ક્વોન્ટાઇઝેશન એટલું ચોક્કસ છે કે તેનો ઉપયોગ પ્રતિકાર ધોરણને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટે થાય છે. ચોકસાઈ: 10⁹ માં 1 ભાગ. મૂળભૂત સ્થિરાંકો 2019 થી તમામ એકમોને વ્યાખ્યાયિત કરે છે.
પ્રો ટિપ્સ
- **ઝડપી mAh થી C**: 3.6 વડે ગુણાકાર કરો. 1000 mAh = 3600 C બરાબર.
- **mAh થી Wh**: વોલ્ટેજ વડે ગુણાકાર કરો, 1000 વડે ભાગાકાર કરો. 3.7V પર: Wh ≈ mAh ÷ 270.
- **બેટરી રનટાઇમ**: ક્ષમતા (mAh) ને પ્રવાહ ખેંચાણ (mA) વડે ભાગો. નુકસાન માટે 20% માર્જિન ઉમેરો.
- **પાવર બેંક વાસ્તવિકતા**: વોલ્ટેજ રૂપાંતરણ નુકસાનને કારણે 70-80% ઉપયોગી ક્ષમતાની અપેક્ષા રાખો.
- **બેટરીની તુલના કરો**: ઊર્જાની તુલના માટે Wh નો ઉપયોગ કરો (વોલ્ટેજનો હિસાબ કરે છે). mAh વિવિધ વોલ્ટેજ પર ગેરમાર્ગે દોરે છે.
- **ચાર્જ સંરક્ષણ**: કુલ ચાર્જ ક્યારેય બદલાતો નથી. જો 1 C બહાર વહે છે, તો 1 C પાછો વહે છે (આખરે).
- **ઓટોમેટિક વૈજ્ઞાનિક સંકેત**: < 1 µC અથવા > 1 GC ના મૂલ્યો વાંચનક્ષમતા માટે વૈજ્ઞાનિક સંકેતમાં પ્રદર્શિત થાય છે.
સંપૂર્ણ એકમો સંદર્ભ
SI એકમો
| એકમનું નામ | પ્રતીક | કુલંબ સમકક્ષ | ઉપયોગ નોંધો |
|---|---|---|---|
| કુલંબ | C | 1 C (base) | SI બેઝ યુનિટ; 1 C = 1 A·s = 6.24×10¹⁸ ઇલેક્ટ્રોન. |
| કિલોકુલંબ | kC | 1.000 kC | મોટા ઔદ્યોગિક ચાર્જ; UPS સિસ્ટમો, ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ. |
| મિલિકુલંબ | mC | 1.0000 mC | નાના પ્રયોગશાળા પ્રયોગો; કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ. |
| માઇક્રોકુલંબ | µC | 1.0000 µC | ચોકસાઇ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ; સ્થિર વીજળી (1 µC ≈ અનુભવાયેલો આંચકો). |
| નેનોકુલંબ | nC | 1.000e-9 C | નાના સેન્સર સિગ્નલો; ચોકસાઇ માપન. |
| પિકોકુલંબ | pC | 1.000e-12 C | ચોકસાઇ સાધનસામગ્રી; ≈ 60 લાખ ઇલેક્ટ્રોન. |
| ફેમટોકુલંબ | fC | 1.000e-15 C | સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્ઝિસ્ટર; ક્વોન્ટમ ડોટ્સ; અતિ-ચોકસાઇ. |
| એટોકુલંબ | aC | 1.000e-18 C | થોડા-ઇલેક્ટ્રોન ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ; ≈ 6 ઇલેક્ટ્રોન. |
બેટરીની ક્ષમતા
| એકમનું નામ | પ્રતીક | કુલંબ સમકક્ષ | ઉપયોગ નોંધો |
|---|---|---|---|
| કિલોએમ્પિયર-કલાક | kAh | 3.60e+0 C | ઔદ્યોગિક બેટરી બેંકો; EV ફ્લીટ ચાર્જિંગ; ગ્રીડ સ્ટોરેજ. |
| એમ્પિયર-કલાક | Ah | 3.600 kC | માનક બેટરી એકમ; કાર બેટરી (60 Ah), લેપટોપ (5 Ah). |
| મિલિએમ્પિયર-કલાક | mAh | 3.6000 C | ઉપભોક્તા ધોરણ; ફોન (3000 mAh), ટેબ્લેટ, ઇયરબડ્સ. |
| એમ્પિયર-મિનિટ | A·min | 60.0000 C | ટૂંકા-ગાળાનો ડિસ્ચાર્જ; ભાગ્યે જ વપરાય છે. |
| એમ્પિયર-સેકન્ડ | A·s | 1 C (base) | કુલંબ જેવું જ (1 A·s = 1 C); સૈદ્ધાંતિક. |
| watt-hour (@ 3.7V Li-ion) | Wh | 972.9730 C | એમ્પિયર-કલાક અને સંબંધિત એકમો; બેટરી અને પાવર રેટિંગ્સ માટે માનક. |
| milliwatt-hour (@ 3.7V Li-ion) | mWh | 972.9730 mC | એમ્પિયર-કલાક અને સંબંધિત એકમો; બેટરી અને પાવર રેટિંગ્સ માટે માનક. |
લેગસી અને વૈજ્ઞાનિક
| એકમનું નામ | પ્રતીક | કુલંબ સમકક્ષ | ઉપયોગ નોંધો |
|---|---|---|---|
| એબકુલંબ (EMU) | abC | 10.0000 C | CGS-EMU એકમ = 10 C; અપ્રચલિત, જૂના EM ગ્રંથોમાં દેખાય છે. |
| સ્ટેટકુલંબ (ESU) | statC | 3.336e-10 C | CGS-ESU એકમ ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C; અપ્રચલિત ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સ એકમ. |
| ફેરાડે | F | 96.485 kC | 1 મોલ ઇલેક્ટ્રોન = 96,485 C; ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી ધોરણ. |
| પ્રારંભિક ચાર્જ | e | 1.602e-19 C | મૂળભૂત એકમ e = 1.602×10⁻¹⁹ C; પ્રોટોન/ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ. |
વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો
mAh અને Wh વચ્ચે શું તફાવત છે?
mAh ચાર્જ માપે છે (કેટલા ઇલેક્ટ્રોન). Wh ઊર્જા માપે છે (ચાર્જ × વોલ્ટેજ). વિવિધ વોલ્ટેજ પર સમાન mAh = વિવિધ ઊર્જા. વિવિધ વોલ્ટેજ પર બેટરીની તુલના કરવા માટે Wh નો ઉપયોગ કરો. Wh = mAh × V ÷ 1000.
શા માટે હું મારી બેટરીમાંથી રેટેડ ક્ષમતા મેળવી શકતો નથી?
રેટેડ ક્ષમતા નોમિનલ છે, ઉપયોગી નથી. Li-ion: 4.2V (સંપૂર્ણ) થી 3.0V (ખાલી) સુધી ડિસ્ચાર્જ થાય છે, પરંતુ 20% પર રોકવાથી આયુષ્ય જળવાય છે. રૂપાંતરણ નુકસાન, ગરમી અને વૃદ્ધત્વ અસરકારક ક્ષમતા ઘટાડે છે. રેટેડના 80-90% ની અપેક્ષા રાખો.
પાવર બેંક મારા ફોનને કેટલી વાર ચાર્જ કરી શકે છે?
તે માત્ર ક્ષમતાનો ગુણોત્તર નથી. 20,000 mAh પાવર બેંક: ~70-80% કાર્યક્ષમ (વોલ્ટેજ રૂપાંતરણ, ગરમી). અસરકારક: 16,000 mAh. 3,000 mAh ફોન માટે: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 ચાર્જ. વાસ્તવિક દુનિયામાં: 4-5.
પ્રારંભિક ચાર્જ શું છે અને તે શા માટે મહત્વનું છે?
પ્રારંભિક ચાર્જ (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) એ એક પ્રોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ છે. બધો ચાર્જ e ના ગુણાંકમાં ક્વોન્ટાઇઝ્ડ છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ માટે મૂળભૂત, ફાઇન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. 2019 થી, e વ્યાખ્યા દ્વારા ચોક્કસ છે.
શું તમે નકારાત્મક ચાર્જ ધરાવી શકો છો?
હા! નકારાત્મક ચાર્જ એટલે ઇલેક્ટ્રોનની અધિકતા, સકારાત્મક એટલે ઉણપ. કુલ ચાર્જ બીજગણિતીય છે (રદ કરી શકે છે). ઇલેક્ટ્રોન: -e. પ્રોટોન: +e. વસ્તુઓ: સામાન્ય રીતે લગભગ તટસ્થ (સમાન + અને -). સમાન ચાર્જ એકબીજાને અપાકર્ષે છે, વિરોધી ચાર્જ એકબીજાને આકર્ષે છે.
બેટરી સમય જતાં ક્ષમતા શા માટે ગુમાવે છે?
Li-ion: રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ધીમે ધીમે ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીને બગાડે છે. દરેક ચાર્જ ચક્ર નાના ઉલટાવી ન શકાય તેવા ફેરફારોનું કારણ બને છે. ઊંડાણપૂર્વક ડિસ્ચાર્જ (<20%), ઉચ્ચ તાપમાન, ઝડપી ચાર્જિંગ વૃદ્ધત્વને વેગ આપે છે. આધુનિક બેટરીઓ: 80% ક્ષમતા સુધી 500-1000 ચક્ર.
સંપૂર્ણ ટૂલ ડિરેક્ટરી
UNITS પર ઉપલબ્ધ બધા 71 ટૂલ્સ