विद्युत आवेश परिवर्तक
विद्युत आवेश — इलेक्ट्रॉनों से बैटरियों तक
भौतिकी, रसायन विज्ञान और इलेक्ट्रॉनिक्स में विद्युत आवेश की इकाइयों में महारत हासिल करें। कूलम्ब से लेकर बैटरी क्षमता तक जो 40 परिमाण के क्रम में फैली हुई है — एकल इलेक्ट्रॉनों से लेकर औद्योगिक बैटरी बैंकों तक। 2019 के SI पुनर्परिभाषा का अन्वेषण करें जिसने प्राथमिक आवेश को सटीक बनाया, और समझें कि बैटरी रेटिंग का वास्तव में क्या मतलब है।
विद्युत आवेश की नींव
आवेश क्या है?
विद्युत आवेश वह भौतिक संपत्ति है जिसके कारण कण विद्युत चुम्बकीय बल का अनुभव करते हैं। यह सकारात्मक और नकारात्मक में आता है। समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं। सभी रसायन विज्ञान और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मौलिक।
- 1 कूलम्ब = 6.24×10¹⁸ इलेक्ट्रॉन
- प्रोटॉन: +1e, इलेक्ट्रॉन: -1e
- आवेश संरक्षित है (कभी बनाया/नष्ट नहीं किया जाता)
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C के गुणकों में परिमाणित
करंट बनाम आवेश
करंट (I) आवेश के प्रवाह की दर है। Q = I × t। 1 एम्पीयर = 1 कूलम्ब प्रति सेकंड। Ah में बैटरी क्षमता आवेश है, करंट नहीं। 1 Ah = 3600 C।
- करंट = आवेश प्रति समय (I = Q/t)
- 1 A = 1 C/s (परिभाषा)
- 1 Ah = 3600 C (1 घंटे के लिए 1 एम्पीयर)
- mAh आवेश क्षमता है, शक्ति नहीं
बैटरी क्षमता
बैटरियां आवेश संग्रहीत करती हैं। Ah या mAh (आवेश) या Wh (ऊर्जा) में रेट की जाती हैं। Wh = Ah × वोल्टेज। फोन बैटरी: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh। वोल्टेज ऊर्जा के लिए मायने रखता है, आवेश के लिए नहीं।
- mAh = मिलीएम्पीयर-घंटा (आवेश)
- Wh = वाट-घंटा (ऊर्जा = आवेश × वोल्टेज)
- उच्च mAh = लंबा रनटाइम (समान वोल्टेज)
- 3000 mAh ≈ 10,800 कूलम्ब
- 1 कूलम्ब = 6.24×10¹⁸ इलेक्ट्रॉनों का आवेश
- करंट (A) = आवेश (C) प्रति सेकंड: I = Q/t
- 1 Ah = 3600 C (1 घंटे तक 1 एम्पीयर प्रवाहित होता है)
- आवेश संरक्षित और e के गुणकों में परिमाणित है
आवेश मापन का ऐतिहासिक विकास
प्रारंभिक विद्युत विज्ञान (1600-1830)
आवेश को मात्रात्मक रूप से समझने से पहले, वैज्ञानिकों ने स्थिर बिजली और रहस्यमय 'विद्युत द्रव' का पता लगाया। बैटरियों के आविष्कार ने निरंतर आवेश प्रवाह के सटीक माप को सक्षम किया।
- 1600: विलियम गिल्बर्ट ने बिजली को चुंबकत्व से अलग किया, 'इलेक्ट्रिक' शब्द गढ़ा
- 1733: चार्ल्स डू फे ने दो प्रकार की बिजली (सकारात्मक और नकारात्मक) की खोज की
- 1745: लेडेन जार का आविष्कार हुआ — पहला संधारित्र, जो मापने योग्य आवेश संग्रहीत करता है
- 1785: कूलम्ब ने विद्युत बल के लिए व्युत्क्रम-वर्ग नियम F = k(q₁q₂/r²) प्रकाशित किया
- 1800: वोल्टा ने बैटरी का आविष्कार किया — निरंतर, मापने योग्य आवेश प्रवाह को सक्षम किया
- 1833: फैराडे ने इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों की खोज की — आवेश को रसायन विज्ञान से जोड़ा (फैराडे स्थिरांक)
कूलम्ब का विकास (1881-2019)
कूलम्ब इलेक्ट्रोकेमिकल मानकों पर आधारित व्यावहारिक परिभाषाओं से एम्पीयर और सेकंड से जुड़ी आधुनिक परिभाषा तक विकसित हुआ।
- 1881: पहला व्यावहारिक कूलम्ब चांदी इलेक्ट्रोप्लेटिंग मानक के माध्यम से परिभाषित किया गया
- 1893: शिकागो विश्व मेले ने अंतरराष्ट्रीय उपयोग के लिए कूलम्ब को मानकीकृत किया
- 1948: CGPM ने कूलम्ब को 1 एम्पीयर-सेकंड (1 C = 1 A·s) के रूप में परिभाषित किया
- 1960-2018: एम्पीयर को समानांतर कंडक्टरों के बीच बल द्वारा परिभाषित किया गया, जिससे कूलम्ब अप्रत्यक्ष हो गया
- समस्या: एम्पीयर की बल-आधारित परिभाषा को उच्च परिशुद्धता के साथ साकार करना मुश्किल था
- 1990-2010 का दशक: क्वांटम मेट्रोलॉजी (जोसेफसन प्रभाव, क्वांटम हॉल प्रभाव) इलेक्ट्रॉन गिनती को सक्षम करता है
2019 SI क्रांति — प्राथमिक आवेश निश्चित
20 मई, 2019 को, प्राथमिक आवेश को बिल्कुल सटीक रूप से निश्चित किया गया, जिसने एम्पीयर को फिर से परिभाषित किया और कूलम्ब को मौलिक स्थिरांकों से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य बनाया।
- नई परिभाषा: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C बिल्कुल (परिभाषा के अनुसार शून्य अनिश्चितता)
- प्राथमिक आवेश अब एक परिभाषित स्थिरांक है, मापा गया मान नहीं
- 1 कूलम्ब = 6.241509074 × 10¹⁸ प्राथमिक आवेश (सटीक)
- एकल-इलेक्ट्रॉन टनलिंग डिवाइस सटीक आवेश मानकों के लिए एक-एक करके इलेक्ट्रॉनों की गिनती कर सकते हैं
- क्वांटम मेट्रोलॉजी त्रिभुज: वोल्टेज (जोसेफसन), प्रतिरोध (क्वांटम हॉल), करंट (इलेक्ट्रॉन पंप)
- परिणाम: क्वांटम उपकरण वाली कोई भी प्रयोगशाला स्वतंत्र रूप से कूलम्ब को साकार कर सकती है
आज यह क्यों महत्वपूर्ण है
2019 की पुनर्परिभाषा इलेक्ट्रोकेमिकल मानकों से क्वांटम परिशुद्धता तक 135+ वर्षों की प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है, जो अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा भंडारण को सक्षम करती है।
- बैटरी प्रौद्योगिकी: इलेक्ट्रिक वाहनों, ग्रिड भंडारण के लिए अधिक सटीक क्षमता माप
- क्वांटम कंप्यूटिंग: क्यूबिट्स और एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर में सटीक आवेश नियंत्रण
- मेट्रोलॉजी: राष्ट्रीय प्रयोगशालाएं संदर्भ कलाकृतियों के बिना स्वतंत्र रूप से कूलम्ब को साकार कर सकती हैं
- रसायन विज्ञान: फैराडे स्थिरांक अब सटीक है, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री गणनाओं में सुधार करता है
- उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: बैटरी क्षमता रेटिंग और फास्ट चार्जिंग प्रोटोकॉल के लिए बेहतर मानक
स्मृति सहायक और त्वरित रूपांतरण युक्तियाँ
आसान मानसिक गणित
- mAh से C शॉर्टकट: 3.6 से गुणा करें → 1000 mAh = 3600 C बिल्कुल
- Ah से C: 3600 से गुणा करें → 1 Ah = 3600 C (1 घंटे के लिए 1 एम्पीयर)
- त्वरित mAh से Wh (3.7V): ~270 से विभाजित करें → 3000 mAh ≈ 11 Wh
- Wh से mAh (3.7V): ~270 से गुणा करें → 11 Wh ≈ 2970 mAh
- प्राथमिक आवेश: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (1.602 से पूर्णांकित)
- फैराडे स्थिरांक: F ≈ 96,500 C/mol (96,485 से पूर्णांकित)
बैटरी क्षमता स्मृति सहायक
बैटरी रेटिंग को समझना आवेश (mAh), वोल्टेज (V), और ऊर्जा (Wh) के बीच भ्रम को रोकता है। ये नियम समय और पैसा बचाते हैं।
- mAh आवेश को मापता है, शक्ति या ऊर्जा को नहीं — यह है कि आप कितने इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकते हैं
- ऊर्जा प्राप्त करने के लिए: Wh = mAh × V ÷ 1000 (वोल्टेज महत्वपूर्ण है!)
- विभिन्न वोल्टेज पर समान mAh = विभिन्न ऊर्जा (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
- पावर बैंक: 70-80% उपयोग करने योग्य क्षमता की अपेक्षा करें (वोल्टेज रूपांतरण हानि)
- रनटाइम = क्षमता ÷ करंट: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 घंटे (आदर्श, 20% मार्जिन जोड़ें)
- Li-ion विशिष्ट: 3.7V नाममात्र, 4.2V पूर्ण, 3.0V खाली (उपयोग करने योग्य सीमा ~80%)
व्यावहारिक सूत्र
- करंट से आवेश: Q = I × t (कूलम्ब = एम्पीयर × सेकंड)
- रनटाइम: t = Q / I (घंटे = एम्पीयर-घंटे / एम्पीयर)
- आवेश से ऊर्जा: E = Q × V (वाट-घंटे = एम्पीयर-घंटे × वोल्ट)
- दक्षता समायोजित: उपयोग करने योग्य = रेटेड × 0.8 (हानियों का हिसाब रखें)
- इलेक्ट्रोलिसिस: Q = n × F (कूलम्ब = इलेक्ट्रॉनों के मोल × फैराडे स्थिरांक)
- संधारित्र ऊर्जा: E = ½CV² (जूल = ½ फैराड × वोल्ट²)
बचने के लिए सामान्य गलतियाँ
- mAh को mWh के साथ भ्रमित करना — आवेश बनाम ऊर्जा (रूपांतरण के लिए वोल्टेज की आवश्यकता है!)
- बैटरियों की तुलना करते समय वोल्टेज को अनदेखा करना — ऊर्जा तुलना के लिए Wh का उपयोग करें
- 100% पावर बैंक दक्षता की अपेक्षा करना — 20-30% गर्मी और वोल्टेज रूपांतरण में खो जाता है
- C (कूलम्ब) को C (डिस्चार्ज दर) के साथ मिलाना — पूरी तरह से अलग अर्थ!
- मान लेना कि mAh = रनटाइम — करंट ड्रॉ को जानना आवश्यक है (रनटाइम = mAh ÷ mA)
- Li-ion को 20% से नीचे गहराई से डिस्चार्ज करना — जीवनकाल छोटा करता है, रेटेड क्षमता ≠ उपयोग करने योग्य क्षमता
आवेश पैमाना: एकल इलेक्ट्रॉनों से ग्रिड भंडारण तक
| पैमाना / आवेश | प्रतिनिधि इकाइयाँ | सामान्य अनुप्रयोग | वास्तविक-दुनिया के उदाहरण |
|---|---|---|---|
| 1.602 × 10⁻¹⁹ C | प्राथमिक आवेश (e) | एकल इलेक्ट्रॉन/प्रोटॉन, क्वांटम भौतिकी | मौलिक आवेश क्वांटम |
| ~10⁻¹⁸ C | एटोकूलम्ब (aC) | कुछ-इलेक्ट्रॉन क्वांटम सिस्टम, एकल-इलेक्ट्रॉन टनलिंग | ≈ 6 इलेक्ट्रॉन |
| ~10⁻¹² C | पिकोकूलम्ब (pC) | सटीक सेंसर, क्वांटम डॉट्स, अति-निम्न करंट माप | ≈ 60 लाख इलेक्ट्रॉन |
| ~10⁻⁹ C | नैनोकूलम्ब (nC) | छोटे सेंसर सिग्नल, सटीक इलेक्ट्रॉनिक्स | ≈ 6 अरब इलेक्ट्रॉन |
| ~10⁻⁶ C | माइक्रोकूलम्ब (µC) | स्थिर बिजली, छोटे संधारित्र | स्थिर झटका जिसे आप महसूस कर सकते हैं (~1 µC) |
| ~10⁻³ C | मिलीकूलम्ब (mC) | कैमरा फ्लैश संधारित्र, छोटे प्रयोगशाला प्रयोग | फ्लैश संधारित्र डिस्चार्ज |
| 1 C | कूलम्ब (C) | SI आधार इकाई, मध्यम विद्युत घटनाएँ | ≈ 6.24 × 10¹⁸ इलेक्ट्रॉन |
| ~15 C | कूलम्ब (C) | बिजली गिरना, बड़े संधारित्र बैंक | विशिष्ट बिजली का झटका |
| ~10³ C | किलोकूलम्ब (kC) | छोटे उपभोक्ता बैटरी, स्मार्टफोन चार्जिंग | 3000 mAh फोन बैटरी ≈ 10.8 kC |
| ~10⁵ C | सैकड़ों kC | लैपटॉप बैटरी, फैराडे स्थिरांक | 1 फैराडे = 96,485 C (1 मोल e⁻) |
| ~10⁶ C | मेगाकूलम्ब (MC) | कार बैटरी, बड़े औद्योगिक यूपीएस सिस्टम | 60 Ah कार बैटरी ≈ 216 kC |
| ~10⁹ C | गीगाकूलम्ब (GC) | इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी, ग्रिड भंडारण | टेस्ला मॉडल 3 बैटरी ≈ 770 kC |
इकाई प्रणालियों की व्याख्या
SI इकाइयाँ — कूलम्ब
कूलम्ब (C) आवेश के लिए SI आधार इकाई है। एम्पीयर और सेकंड से परिभाषित: 1 C = 1 A·s। पिको से किलो तक के उपसर्ग सभी व्यावहारिक श्रेणियों को कवर करते हैं।
- 1 C = 1 A·s (सटीक परिभाषा)
- छोटे आवेशों के लिए mC, µC, nC
- क्वांटम/सटीक कार्य के लिए pC, fC, aC
- बड़े औद्योगिक प्रणालियों के लिए kC
बैटरी क्षमता इकाइयाँ
एम्पीयर-घंटा (Ah) और मिलीएम्पीयर-घंटा (mAh) बैटरियों के लिए मानक हैं। व्यावहारिक हैं क्योंकि वे सीधे करंट ड्रॉ और रनटाइम से संबंधित हैं। 1 Ah = 3600 C।
- mAh — स्मार्टफोन, टैबलेट, ईयरबड्स
- Ah — लैपटॉप, पावर टूल्स, कार बैटरी
- kAh — इलेक्ट्रिक वाहन, औद्योगिक यूपीएस
- Wh — ऊर्जा क्षमता (वोल्टेज-निर्भर)
वैज्ञानिक और विरासत
प्राथमिक आवेश (e) भौतिकी में मौलिक इकाई है। रसायन विज्ञान में फैराडे स्थिरांक। पुरानी पाठ्यपुस्तकों में CGS इकाइयाँ (स्टैटकूलम्ब, एबकूलम्ब)।
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C (प्राथमिक आवेश)
- F = 96,485 C (फैराडे स्थिरांक)
- 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
- 1 abC = 10 C (EMU)
आवेश की भौतिकी
आवेश परिमाणीकरण
सभी आवेश प्राथमिक आवेश e के गुणकों में परिमाणित होते हैं। आपके पास 1.5 इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते। क्वार्क में भिन्नात्मक आवेश (⅓e, ⅔e) होता है लेकिन वे कभी अकेले मौजूद नहीं होते।
- सबसे छोटा मुक्त आवेश: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
- इलेक्ट्रॉन: -1e, प्रोटॉन: +1e
- सभी वस्तुओं में N×e आवेश होता है (पूर्णांक N)
- मिलिकन के तेल ड्रॉप ने परिमाणीकरण साबित किया (1909)
फैराडे का स्थिरांक
1 मोल इलेक्ट्रॉनों में 96,485 C आवेश होता है। इसे फैराडे स्थिरांक (F) कहा जाता है। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और बैटरी रसायन विज्ञान के लिए मौलिक।
- F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
- 1 मोल e⁻ = 6.022×10²³ इलेक्ट्रॉन
- इलेक्ट्रोलिसिस गणनाओं में उपयोग किया जाता है
- आवेश को रासायनिक प्रतिक्रियाओं से संबंधित करता है
कूलम्ब का नियम
आवेशों के बीच बल: F = k(q₁q₂/r²)। समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं। प्रकृति का मौलिक बल। सभी रसायन विज्ञान और इलेक्ट्रॉनिक्स की व्याख्या करता है।
- k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
- F ∝ q₁q₂ (आवेशों का उत्पाद)
- F ∝ 1/r² (व्युत्क्रम वर्ग नियम)
- परमाणु संरचना, बंधन की व्याख्या करता है
आवेश बेंचमार्क
| प्रसंग | आवेश | टिप्पणियाँ |
|---|---|---|
| एकल इलेक्ट्रॉन | 1.602×10⁻¹⁹ C | प्राथमिक आवेश (e) |
| 1 पिकोकूलम्ब | 10⁻¹² C | ≈ 60 लाख इलेक्ट्रॉन |
| 1 नैनोकूलम्ब | 10⁻⁹ C | ≈ 6 अरब इलेक्ट्रॉन |
| स्थिर झटका | ~1 µC | महसूस करने के लिए पर्याप्त |
| AAA बैटरी (600 mAh) | 2,160 C | @ 1.5V = 0.9 Wh |
| स्मार्टफोन बैटरी | ~11,000 C | 3000 mAh विशिष्ट |
| कार बैटरी (60 Ah) | 216,000 C | @ 12V = 720 Wh |
| बिजली का झटका | ~15 C | लेकिन 1 अरब वोल्ट! |
| टेस्ला बैटरी (214 Ah) | 770,400 C | @ 350V = 75 kWh |
| 1 फैराडे (1 मोल e⁻) | 96,485 C | रसायन विज्ञान मानक |
बैटरी क्षमता की तुलना
| डिवाइस | क्षमता (mAh) | वोल्टेज | ऊर्जा (Wh) |
|---|---|---|---|
| AirPods (एकल) | 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 |
| पावर बैंक 20K | 20,000 mAh | 3.7V | 74 Wh |
| टेस्ला मॉडल 3 LR | 214,000 Ah | 350V | 75,000 Wh |
वास्तविक-दुनिया के अनुप्रयोग
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स
प्रत्येक बैटरी चालित डिवाइस में क्षमता रेटिंग होती है। स्मार्टफोन: 2500-5000 mAh। लैपटॉप: 40-100 Wh। पावर बैंक: 10,000-30,000 mAh।
- iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
- MacBook Pro: ~100 Wh (एयरलाइन सीमा)
- AirPods: ~500 mAh (संयुक्त)
- पावर बैंक: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh
इलेक्ट्रिक वाहन
ईवी बैटरियों को kWh (ऊर्जा) में रेट किया जाता है, लेकिन क्षमता पैक वोल्टेज पर kAh है। टेस्ला मॉडल 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah। फोन की तुलना में विशाल!
- टेस्ला मॉडल 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
- निसान लीफ: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
- ईवी चार्जिंग: 50-350 kW DC फास्ट
- होम चार्जिंग: ~7 kW (32A @ 220V)
औद्योगिक और प्रयोगशाला
इलेक्ट्रोप्लेटिंग, इलेक्ट्रोलिसिस, संधारित्र बैंक, यूपीएस सिस्टम सभी में बड़े आवेश स्थानान्तरण शामिल होते हैं। औद्योगिक यूपीएस: 100+ kAh क्षमता। सुपरकैपेसिटर: फैराड (C/V)।
- इलेक्ट्रोप्लेटिंग: 10-1000 Ah प्रक्रियाएं
- औद्योगिक यूपीएस: 100+ kAh बैकअप
- सुपरकैपेसिटर: 3000 F = 3000 C/V
- बिजली का झटका: ~15 C विशिष्ट
त्वरित रूपांतरण गणित
mAh ↔ कूलम्ब
mAh को 3.6 से गुणा करके कूलम्ब प्राप्त करें। 1000 mAh = 3600 C।
- 1 mAh = 3.6 C (सटीक)
- 1 Ah = 3600 C
- त्वरित: mAh × 3.6 → C
- उदाहरण: 3000 mAh = 10,800 C
mAh ↔ Wh (3.7V पर)
3.7V Li-ion वोल्टेज पर Wh के लिए mAh को ~270 से विभाजित करें।
- Wh = mAh × V ÷ 1000
- 3.7V पर: Wh ≈ mAh ÷ 270
- 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
- ऊर्जा के लिए वोल्टेज मायने रखता है!
रनटाइम अनुमान
रनटाइम (घंटा) = बैटरी (mAh) ÷ करंट (mA)। 3000 mAh 300 mA पर = 10 घंटे।
- रनटाइम = क्षमता ÷ करंट
- 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 घंटा
- उच्च करंट = छोटा रनटाइम
- दक्षता हानि: 80-90% की अपेक्षा करें
रूपांतरण कैसे काम करते हैं
- चरण 1: स्रोत → कूलम्ब में toBase कारक का उपयोग करके परिवर्तित करें
- चरण 2: कूलम्ब → लक्ष्य में लक्ष्य के toBase कारक का उपयोग करके परिवर्तित करें
- विकल्प: सीधे कारक का उपयोग करें (mAh → Ah: 1000 से विभाजित करें)
- समझदारी जांच: 1 Ah = 3600 C, 1 mAh = 3.6 C
- ऊर्जा के लिए: Wh = Ah × वोल्टेज (वोल्टेज-निर्भर!)
सामान्य रूपांतरण संदर्भ
| से | में | से गुणा करें | उदाहरण |
|---|---|---|---|
| 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 | इलेक्ट्रॉनों | 6.242×10¹⁸ | 1 C ≈ 6.24×10¹⁸ e |
| इलेक्ट्रॉनों | C | 1.602×10⁻¹⁹ | 1 e = 1.602×10⁻¹⁹ C |
त्वरित उदाहरण
काम किए गए उदाहरण
फोन बैटरी रनटाइम
3500 mAh बैटरी। ऐप 350 mA का उपयोग करता है। डेड होने तक कितना समय?
रनटाइम = क्षमता ÷ करंट = 3500 ÷ 350 = 10 घंटे (आदर्श)। वास्तविक: ~8-9 घंटे (दक्षता हानि)।
पावर बैंक चार्ज
20,000 mAh पावर बैंक। 3,000 mAh फोन चार्ज करें। कितने पूर्ण चार्ज?
दक्षता का हिसाब करें (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 प्रभावी। 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 चार्ज।
इलेक्ट्रोलिसिस समस्या
1 मोल तांबा (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu) जमा करें। कितने कूलम्ब?
2 मोल e⁻ प्रति मोल Cu। 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah।
बचने के लिए सामान्य गलतियाँ
- **mAh शक्ति नहीं है**: mAh आवेश को मापता है, शक्ति को नहीं। शक्ति = mAh × वोल्टेज ÷ समय।
- **Wh को वोल्टेज की आवश्यकता होती है**: वोल्टेज जाने बिना mAh → Wh में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। Li-ion के लिए 3.7V विशिष्ट है।
- **दक्षता हानि**: वास्तविक रनटाइम गणना किए गए का 80-90% है। गर्मी, वोल्टेज ड्रॉप, आंतरिक प्रतिरोध।
- **वोल्टेज मायने रखता है**: 3000 mAh @ 12V ≠ 3000 mAh @ 3.7V ऊर्जा में (36 Wh बनाम 11 Wh)।
- **करंट बनाम क्षमता**: 5000 mAh बैटरी 1 घंटे के लिए 5000 mA नहीं दे सकती है—अधिकतम डिस्चार्ज दर सीमित करती है।
- **गहराई से डिस्चार्ज न करें**: Li-ion ~20% से नीचे खराब हो जाता है। रेटेड क्षमता नाममात्र है, उपयोग करने योग्य नहीं।
आवेश के बारे में आकर्षक तथ्य
आप विद्युत रूप से तटस्थ हैं
आपके शरीर में ~10²⁸ प्रोटॉन और बराबर इलेक्ट्रॉन हैं। यदि आप 0.01% इलेक्ट्रॉन खो देते हैं, तो आप 10⁹ न्यूटन का प्रतिकर्षण महसूस करेंगे—इमारतों को कुचलने के लिए पर्याप्त!
बिजली का विरोधाभास
बिजली का झटका: केवल ~15 C आवेश, लेकिन 1 अरब वोल्ट! ऊर्जा = Q×V, तो 15 C × 10⁹ V = 15 GJ। यह 4.2 MWh है—आपके घर को महीनों तक बिजली दे सकता है!
वैन डी ग्राफ जनरेटर
क्लासिक विज्ञान प्रदर्शन लाखों वोल्ट तक आवेश बनाता है। कुल आवेश? केवल ~10 µC। चौंकाने वाला लेकिन सुरक्षित—कम करंट। वोल्टेज ≠ खतरा, करंट मारता है।
संधारित्र बनाम बैटरी
कार बैटरी: 60 Ah = 216,000 C, घंटों में जारी होती है। सुपरकैपेसिटर: 3000 F = 3000 C/V, सेकंड में जारी होती है। ऊर्जा घनत्व बनाम शक्ति घनत्व।
मिलिकन का तेल ड्रॉप
1909: मिलिकन ने आवेशित तेल की बूंदों को गिरते हुए देखकर प्राथमिक आवेश को मापा। उन्होंने e = 1.592×10⁻¹⁹ C (आधुनिक: 1.602) पाया। 1923 में नोबेल पुरस्कार जीता।
क्वांटम हॉल प्रभाव
इलेक्ट्रॉन आवेश परिमाणीकरण इतना सटीक है कि इसका उपयोग प्रतिरोध मानक को परिभाषित करने के लिए किया जाता है। सटीकता: 10⁹ में 1 भाग। मौलिक स्थिरांक 2019 से सभी इकाइयों को परिभाषित करते हैं।
प्रो टिप्स
- **त्वरित mAh से C**: 3.6 से गुणा करें। 1000 mAh = 3600 C बिल्कुल।
- **Wh से mAh**: वोल्टेज से गुणा करें, 1000 से विभाजित करें। 3.7V पर: Wh ≈ mAh ÷ 270।
- **बैटरी रनटाइम**: क्षमता (mAh) को करंट ड्रॉ (mA) से विभाजित करें। हानियों के लिए 20% मार्जिन जोड़ें।
- **पावर बैंक की वास्तविकता**: वोल्टेज रूपांतरण हानियों के कारण 70-80% उपयोग करने योग्य क्षमता की अपेक्षा करें।
- **बैटरियों की तुलना करें**: ऊर्जा तुलना के लिए Wh का उपयोग करें (वोल्टेज को ध्यान में रखता है)। mAh विभिन्न वोल्टेज पर गुमराह करता है।
- **आवेश संरक्षण**: कुल आवेश कभी नहीं बदलता है। यदि 1 C बाहर बहता है, तो 1 C वापस बहता है (अंततः)।
- **स्वचालित वैज्ञानिक संकेतन**: < 1 µC या > 1 GC के मान पठनीयता के लिए वैज्ञानिक संकेतन में प्रदर्शित होते हैं।
पूर्ण इकाई संदर्भ
SI इकाइयाँ
| इकाई का नाम | प्रतीक | कूलम्ब समतुल्य | उपयोग नोट्स |
|---|---|---|---|
| कूलम्ब | C | 1 C (base) | SI आधार इकाई; 1 C = 1 A·s = 6.24×10¹⁸ इलेक्ट्रॉन। |
| किलोकूलम्ब | kC | 1.000 kC | बड़े औद्योगिक आवेश; यूपीएस सिस्टम, इलेक्ट्रोप्लेटिंग। |
| मिलीकूलम्ब | mC | 1.0000 mC | छोटे प्रयोगशाला प्रयोग; संधारित्र डिस्चार्ज। |
| माइक्रोकूलम्ब | µC | 1.0000 µC | सटीक इलेक्ट्रॉनिक्स; स्थिर बिजली (1 µC ≈ महसूस किया गया झटका)। |
| नैनोकूलम्ब | nC | 1.000e-9 C | छोटे सेंसर सिग्नल; सटीक माप। |
| पीकोकूलम्ब | pC | 1.000e-12 C | सटीक उपकरण; ≈ 60 लाख इलेक्ट्रॉन। |
| फेम्टोकूलम्ब | fC | 1.000e-15 C | एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर; क्वांटम डॉट्स; अति-सटीकता। |
| एट्टोकूलम्ब | aC | 1.000e-18 C | कुछ-इलेक्ट्रॉन क्वांटम सिस्टम; ≈ 6 इलेक्ट्रॉन। |
बैटरी क्षमता
| इकाई का नाम | प्रतीक | कूलम्ब समतुल्य | उपयोग नोट्स |
|---|---|---|---|
| किलोएम्पीयर-घंटा | kAh | 3.60e+0 C | औद्योगिक बैटरी बैंक; ईवी बेड़े चार्जिंग; ग्रिड भंडारण। |
| एम्पीयर-घंटा | Ah | 3.600 kC | मानक बैटरी इकाई; कार बैटरी (60 Ah), लैपटॉप (5 Ah)। |
| मिलीएम्पीयर-घंटा | mAh | 3.6000 C | उपभोक्ता मानक; फोन (3000 mAh), टैबलेट, ईयरबड्स। |
| एम्पीयर-मिनट | A·min | 60.0000 C | अल्पकालिक डिस्चार्ज; शायद ही कभी इस्तेमाल किया जाता है। |
| एम्पीयर-सेकंड | A·s | 1 C (base) | कूलम्ब के समान (1 A·s = 1 C); सैद्धांतिक। |
| watt-hour (@ 3.7V Li-ion) | Wh | 972.9730 C | एम्पीयर-घंटे और संबंधित इकाइयाँ; बैटरी और पावर रेटिंग के लिए मानक। |
| milliwatt-hour (@ 3.7V Li-ion) | mWh | 972.9730 mC | एम्पीयर-घंटे और संबंधित इकाइयाँ; बैटरी और पावर रेटिंग के लिए मानक। |
विरासत और वैज्ञानिक
| इकाई का नाम | प्रतीक | कूलम्ब समतुल्य | उपयोग नोट्स |
|---|---|---|---|
| एबकूलम्ब (EMU) | abC | 10.0000 C | CGS-EMU इकाई = 10 C; अप्रचलित, पुराने ईएम ग्रंथों में दिखाई देता है। |
| स्टैटकूलम्ब (ESU) | statC | 3.336e-10 C | CGS-ESU इकाई ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C; अप्रचलित इलेक्ट्रोस्टैटिक्स इकाई। |
| फैराडे | F | 96.485 kC | 1 मोल इलेक्ट्रॉनों = 96,485 C; इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री मानक। |
| प्राथमिक आवेश | e | 1.602e-19 C | मौलिक इकाई e = 1.602×10⁻¹⁹ C; प्रोटॉन/इलेक्ट्रॉन आवेश। |
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
mAh और Wh में क्या अंतर है?
mAh आवेश को मापता है (कितने इलेक्ट्रॉन)। Wh ऊर्जा को मापता है (आवेश × वोल्टेज)। विभिन्न वोल्टेज पर समान mAh = विभिन्न ऊर्जा। विभिन्न वोल्टेज पर बैटरियों की तुलना करने के लिए Wh का उपयोग करें। Wh = mAh × V ÷ 1000।
मैं अपनी बैटरी से रेटेड क्षमता क्यों नहीं प्राप्त कर सकता?
रेटेड क्षमता नाममात्र है, उपयोग करने योग्य नहीं। Li-ion: 4.2V (पूर्ण) से 3.0V (खाली) तक डिस्चार्ज होता है, लेकिन 20% पर रुकना जीवनकाल को संरक्षित करता है। रूपांतरण हानि, गर्मी और उम्र बढ़ने से प्रभावी क्षमता कम हो जाती है। रेटेड का 80-90% की अपेक्षा करें।
एक पावर बैंक मेरे फोन को कितनी बार चार्ज कर सकता है?
यह केवल क्षमता अनुपात नहीं है। 20,000 mAh पावर बैंक: ~70-80% कुशल (वोल्टेज रूपांतरण, गर्मी)। प्रभावी: 16,000 mAh। 3,000 mAh फोन के लिए: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 चार्ज। वास्तविक दुनिया में: 4-5।
प्राथमिक आवेश क्या है और यह क्यों महत्वपूर्ण है?
प्राथमिक आवेश (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) एक प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉन का आवेश है। सभी आवेश e के गुणकों में परिमाणित होते हैं। क्वांटम यांत्रिकी के लिए मौलिक, ठीक संरचना स्थिरांक को परिभाषित करता है। 2019 से, e परिभाषा के अनुसार सटीक है।
क्या आप नकारात्मक आवेश रख सकते हैं?
हाँ! नकारात्मक आवेश का मतलब है इलेक्ट्रॉनों की अधिकता, सकारात्मक का मतलब है कमी। कुल आवेश बीजगणितीय है (रद्द कर सकता है)। इलेक्ट्रॉन: -e। प्रोटॉन: +e। वस्तुएं: आमतौर पर लगभग-तटस्थ (बराबर + और -)। समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं।
बैटरियां समय के साथ क्षमता क्यों खो देती हैं?
Li-ion: रासायनिक प्रतिक्रियाएं धीरे-धीरे इलेक्ट्रोड सामग्री को खराब करती हैं। प्रत्येक चार्ज चक्र छोटे अपरिवर्तनीय परिवर्तन का कारण बनता है। गहरा डिस्चार्ज (<20%), उच्च तापमान, तेज चार्जिंग उम्र बढ़ने को तेज करते हैं। आधुनिक बैटरियां: 80% क्षमता तक 500-1000 चक्र।
संपूर्ण उपकरण निर्देशिका
UNITS पर उपलब्ध सभी 71 उपकरण