Elektros Krūvio Keitiklis
Elektros krūvis — Nuo elektronų iki baterijų
Įsisavinkite elektros krūvio vienetus fizikoje, chemijoje ir elektronikoje. Nuo kulonų iki baterijos talpos, apimančios 40 dydžio eilių — nuo pavienių elektronų iki pramoninių baterijų bankų. Ištirkite 2019 m. SI peribrėžimą, kuris elementarųjį krūvį padarė tiksliu, ir supraskite, ką iš tiesų reiškia baterijų vertinimai.
Elektros krūvio pagrindai
Kas yra krūvis?
Elektros krūvis yra fizikinė savybė, dėl kurios dalelės patiria elektromagnetinę jėgą. Būna teigiamas ir neigiamas. Vienodi krūviai stumia, priešingi traukia. Fundamentalus visai chemijai ir elektronikai.
- 1 kulonas = 6.24×10¹⁸ elektronų
- Protonas: +1e, Elektronas: -1e
- Krūvis yra tvermingas (niekada nesukuriamas/nesunaikinamas)
- Kvantizuotas e = 1.602×10⁻¹⁹ C kartotiniais
Srovė vs. Krūvis
Srovė (I) yra krūvio tėkmės greitis. Q = I × t. 1 amperas = 1 kulonas per sekundę. Baterijos talpa Ah yra krūvis, o ne srovė. 1 Ah = 3600 C.
- Srovė = krūvis per laiką (I = Q/t)
- 1 A = 1 C/s (apibrėžimas)
- 1 Ah = 3600 C (1 amperas 1 valandą)
- mAh yra krūvio talpa, o ne galia
Baterijos talpa
Baterijos kaupia krūvį. Vertinama Ah arba mAh (krūvis) arba Wh (energija). Wh = Ah × Įtampa. Telefono baterija: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Įtampa svarbi energijai, o ne krūviui.
- mAh = miliampervalandė (krūvis)
- Wh = vatvalandė (energija = krūvis × įtampa)
- Didesnis mAh = ilgesnis veikimo laikas (ta pati įtampa)
- 3000 mAh ≈ 10 800 kulonų
- 1 kulonas = 6,24×10¹⁸ elektronų krūvis
- Srovė (A) = krūvis (C) per sekundę: I = Q/t
- 1 Ah = 3600 C (1 amperas teka 1 valandą)
- Krūvis yra tvermingas ir kvantizuotas e kartotiniais
Krūvio matavimo istorinė evoliucija
Ankstyvasis elektros mokslas (1600-1830)
Prieš suprantant krūvį kiekybiškai, mokslininkai tyrinėjo statinę elektrą ir paslaptingą „elektrinį fluidą“. Baterijų išradimas leido tiksliai matuoti nuolatinį krūvio srautą.
- 1600: William Gilbert atskiria elektrą nuo magnetizmo, sukuria terminą „elektrinis“
- 1733: Charles du Fay atranda dviejų tipų elektrą (teigiamą ir neigiamą)
- 1745: Išrastas Leideno stiklainis — pirmasis kondensatorius, saugantis išmatuojamą krūvį
- 1785: Coulomb paskelbia atvirkštinės kvadrato priklausomybės dėsnį F = k(q₁q₂/r²) elektrinei jėgai
- 1800: Volta išranda bateriją — leidžia nuolatinį, išmatuojamą krūvio srautą
- 1833: Faraday atranda elektrolizės dėsnius — susieja krūvį su chemija (Faradėjaus konstanta)
Kulono evoliucija (1881-2019)
Kulonas išsivystė iš praktinių apibrėžimų, pagrįstų elektrocheminiais standartais, į modernų apibrėžimą, susietą su amperu ir sekunde.
- 1881: Pirmasis praktinis kulonas apibrėžtas sidabro galvanizavimo standartu
- 1893: Čikagos pasaulinė paroda standartizuoja kuloną tarptautiniam naudojimui
- 1948: CGPM apibrėžia kuloną kaip 1 ampero sekundę (1 C = 1 A·s)
- 1960-2018: Amperas apibrėžtas jėga tarp lygiagrečių laidininkų, todėl kulonas tapo netiesioginis
- Problema: Ampero apibrėžimą, pagrįstą jėga, buvo sunku realizuoti su dideliu tikslumu
- 1990-ieji–2010-ieji: Kvantinė metrologija (Josephsono efektas, kvantinis Holo efektas) leidžia skaičiuoti elektronus
2019 m. SI revoliucija — Elementarusis krūvis fiksuotas
2019 m. gegužės 20 d. elementarusis krūvis buvo tiksliai fiksuotas, peribrėžiant amperą ir padarant kuloną atkuriamą iš fundamentaliųjų konstantų.
- Naujas apibrėžimas: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C tiksliai (nulinė neapibrėžtis pagal apibrėžimą)
- Elementarusis krūvis dabar yra apibrėžta konstanta, o ne išmatuota vertė
- 1 kulonas = 6.241509074 × 10¹⁸ elementariųjų krūvių (tiksliai)
- Vieno elektrono tuneliniai įtaisai gali skaičiuoti elektronus po vieną tiksliems krūvio standartams
- Kvantinės metrologijos trikampis: įtampa (Josephsonas), varža (kvantinis Holas), srovė (elektronų siurblys)
- Rezultatas: Bet kuri laboratorija su kvantine įranga gali realizuoti kuloną savarankiškai
Kodėl tai svarbu šiandien
2019 m. peribrėžimas reiškia daugiau nei 135 metų pažangą nuo elektrocheminių standartų iki kvantinio tikslumo, leidžiančio kurti naujos kartos elektroniką ir energijos saugojimą.
- Baterijų technologija: Tikslesni talpos matavimai elektrinėms transporto priemonėms, tinklo saugykloms
- Kvantinė kompiuterija: Tikslus krūvio valdymas kubituose ir vieno elektrono tranzistoriuose
- Metrologija: Nacionalinės laboratorijos gali savarankiškai realizuoti kuloną be etalonų
- Chemija: Faradėjaus konstanta dabar yra tiksli, gerina elektrochemijos skaičiavimus
- Vartotojų elektronika: Geresni standartai baterijų talpos vertinimams ir greito įkrovimo protokolams
Atminties pagalbinės priemonės ir greiti konvertavimo triukai
Lengva protinė matematika
- mAh į C trumpinys: Padauginkite iš 3,6 → 1000 mAh = 3600 C tiksliai
- Ah į C: Padauginkite iš 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 amperas 1 valandą)
- Greitai mAh į Wh (3,7V): Padalinkite iš ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
- Wh į mAh (3,7V): Padauginkite iš ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
- Elementarusis krūvis: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (suapvalinta nuo 1,602)
- Faradėjaus konstanta: F ≈ 96 500 C/mol (suapvalinta nuo 96 485)
Baterijos talpos atminties pagalbinės priemonės
Baterijų įvertinimų supratimas padeda išvengti painiavos tarp krūvio (mAh), įtampos (V) ir energijos (Wh). Šios taisyklės taupo laiką ir pinigus.
- mAh matuoja KRŪVĮ, o ne galią ar energiją — tai kiek elektronų galite perkelti
- Norėdami gauti energiją: Wh = mAh × V ÷ 1000 (įtampa yra kritinė!)
- Tas pats mAh esant skirtingoms įtampoms = skirtinga energija (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
- Išorinės baterijos (Power banks): Tikėkitės 70-80% naudingos talpos (įtampos konvertavimo nuostoliai)
- Veikimo laikas = Talpa ÷ Srovė: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 valandų (idealiai, pridėkite 20% maržą)
- Tipinis ličio jonų: 3,7V nominali, 4,2V pilna, 3,0V tuščia (naudingas diapazonas ~80%)
Praktinės formulės
- Krūvis iš srovės: Q = I × t (kulonai = amperai × sekundės)
- Veikimo laikas: t = Q / I (valandos = ampervalandės / amperai)
- Energija iš krūvio: E = Q × V (vatvalandės = ampervalandės × voltai)
- Pritaikyta efektyvumui: Naudinga = Nominali × 0,8 (atsižvelkite į nuostolius)
- Elektrolizė: Q = n × F (kulonai = elektronų moliai × Faradėjaus konstanta)
- Kondensatoriaus energija: E = ½CV² (džauliai = ½ faradų × voltų²)
Dažnos klaidos, kurių reikia vengti
- Painioti mAh su mWh — krūvis vs. energija (konvertavimui reikalinga įtampa!)
- Ignoruoti įtampą lyginant baterijas — naudokite Wh energijos palyginimui
- Tikėtis 100% išorinės baterijos efektyvumo — 20-30% prarandama dėl šilumos ir įtampos konvertavimo
- Maišyti C (kulonus) su C (iškrovos greičiu) — visiškai skirtingos reikšmės!
- Daryti prielaidą, kad mAh = veikimo laikas — reikia žinoti srovės suvartojimą (veikimo laikas = mAh ÷ mA)
- Giliai iškrauti ličio jonų baterijas žemiau 20% — sutrumpina tarnavimo laiką, nominali talpa ≠ naudinga talpa
Krūvio skalė: Nuo pavienių elektronų iki tinklo saugyklų
| Skalė / Krūvis | Reprezentatyvūs vienetai | Dažnos taikymo sritys | Pavyzdžiai iš realaus pasaulio |
|---|---|---|---|
| 1.602 × 10⁻¹⁹ C | Elementarusis krūvis (e) | Pavienis elektronas/protonas, kvantinė fizika | Fundamentalus krūvio kvantas |
| ~10⁻¹⁸ C | Atokulonas (aC) | Kelių elektronų kvantinės sistemos, vieno elektrono tuneliavimas | ≈ 6 elektronai |
| ~10⁻¹² C | Pikokulonas (pC) | Tikslūs jutikliai, kvantiniai taškai, itin mažos srovės matavimai | ≈ 6 milijonai elektronų |
| ~10⁻⁹ C | Nanokulonas (nC) | Maži jutiklių signalai, tiksli elektronika | ≈ 6 milijardai elektronų |
| ~10⁻⁶ C | Mikrokulonas (µC) | Statinė elektra, maži kondensatoriai | Statinis smūgis, kurį galite pajusti (~1 µC) |
| ~10⁻³ C | Milikulonas (mC) | Fotoaparato blykstės kondensatoriai, maži laboratoriniai eksperimentai | Blykstės kondensatoriaus iškrova |
| 1 C | Kulonas (C) | SI bazinis vienetas, vidutiniai elektriniai reiškiniai | ≈ 6.24 × 10¹⁸ elektronų |
| ~15 C | Kulonai (C) | Žaibo smūgiai, dideli kondensatorių bankai | Tipiškas žaibo smūgis |
| ~10³ C | Kilokulonas (kC) | Mažos vartotojų baterijos, išmaniojo telefono įkrovimas | 3000 mAh telefono baterija ≈ 10.8 kC |
| ~10⁵ C | Šimtai kC | Nešiojamųjų kompiuterių baterijos, Faradėjaus konstanta | 1 Faradėjus = 96,485 C (1 molis e⁻) |
| ~10⁶ C | Megakulonas (MC) | Automobilių akumuliatoriai, didelės pramoninės UPS sistemos | 60 Ah automobilio akumuliatorius ≈ 216 kC |
| ~10⁹ C | Gigakulonas (GC) | Elektrinių transporto priemonių baterijos, tinklo saugyklos | Tesla Model 3 baterija ≈ 770 kC |
Vienetų sistemos paaiškintos
SI vienetai — Kulonas
Kulonas (C) yra SI bazinis vienetas krūviui. Apibrėžiamas iš ampero ir sekundės: 1 C = 1 A·s. Priešdėliai nuo piko iki kilo apima visus praktinius diapazonus.
- 1 C = 1 A·s (tikslus apibrėžimas)
- mC, µC, nC mažiems krūviams
- pC, fC, aC kvantiniam/tiksliam darbui
- kC didelėms pramoninėms sistemoms
Baterijos talpos vienetai
Ampervalandė (Ah) ir miliampervalandė (mAh) yra standartas baterijoms. Praktiškos, nes tiesiogiai susijusios su srovės suvartojimu ir veikimo laiku. 1 Ah = 3600 C.
- mAh — išmanieji telefonai, planšetės, ausinės
- Ah — nešiojamieji kompiuteriai, elektriniai įrankiai, automobilių akumuliatoriai
- kAh — elektrinės transporto priemonės, pramoninės UPS
- Wh — energijos talpa (priklausoma nuo įtampos)
Moksliniai ir pasenę
Elementarusis krūvis (e) yra fundamentalus vienetas fizikoje. Faradėjaus konstanta chemijoje. CGS vienetai (statkulonas, abkulonas) senuose vadovėliuose.
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C (elementarusis krūvis)
- F = 96,485 C (Faradėjaus konstanta)
- 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
- 1 abC = 10 C (EMU)
Krūvio fizika
Krūvio kvantavimas
Visas krūvis yra kvantizuotas elementariojo krūvio e kartotiniais. Jūs negalite turėti 1,5 elektrono. Kvarkai turi trupmeninį krūvį (⅓e, ⅔e), bet niekada neegzistuoja vieni.
- Mažiausias laisvas krūvis: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
- Elektronas: -1e, Protonas: +1e
- Visi objektai turi N×e krūvį (sveikasis skaičius N)
- Millikano aliejaus lašo eksperimentas įrodė kvantavimą (1909)
Faradėjaus konstanta
1 molis elektronų neša 96 485 C krūvio. Tai vadinama Faradėjaus konstanta (F). Fundamentali elektrochemijai ir baterijų chemijai.
- F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
- 1 molis e⁻ = 6.022×10²³ elektronų
- Naudojama elektrolizės skaičiavimuose
- Susieja krūvį su cheminėmis reakcijomis
Kulono dėsnis
Jėga tarp krūvių: F = k(q₁q₂/r²). Vienodi krūviai stumia, priešingi traukia. Fundamentali gamtos jėga. Paaiškina visą chemiją ir elektroniką.
- k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
- F ∝ q₁q₂ (krūvių sandauga)
- F ∝ 1/r² (atvirkštinės kvadrato priklausomybės dėsnis)
- Paaiškina atomo struktūrą, ryšius
Krūvio etalonai
| Kontekstas | Krūvis | Pastabos |
|---|---|---|
| Pavienis elektronas | 1.602×10⁻¹⁹ C | Elementarusis krūvis (e) |
| 1 pikokulonas | 10⁻¹² C | ≈ 6 milijonai elektronų |
| 1 nanokulonas | 10⁻⁹ C | ≈ 6 milijardai elektronų |
| Statinis smūgis | ~1 µC | Pakankamai, kad pajustumėte |
| AAA baterija (600 mAh) | 2,160 C | @ 1.5V = 0.9 Wh |
| Išmaniojo telefono baterija | ~11,000 C | 3000 mAh tipiškai |
| Automobilio akumuliatorius (60 Ah) | 216,000 C | @ 12V = 720 Wh |
| Žaibo smūgis | ~15 C | Bet 1 milijardas voltų! |
| Tesla baterija (214 Ah) | 770,400 C | @ 350V = 75 kWh |
| 1 Faradėjus (1 molis e⁻) | 96,485 C | Chemijos standartas |
Baterijų talpos palyginimas
| Įrenginys | Talpa (mAh) | Įtampa | Energija (Wh) |
|---|---|---|---|
| AirPods (vienas) | 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 |
| Išorinė baterija 20K | 20,000 mAh | 3.7V | 74 Wh |
| Tesla Model 3 LR | 214,000 Ah | 350V | 75,000 Wh |
Taikymas realiame pasaulyje
Vartotojų elektronika
Kiekvienas baterija maitinamas įrenginys turi talpos įvertinimą. Išmanieji telefonai: 2500-5000 mAh. Nešiojamieji kompiuteriai: 40-100 Wh. Išorinės baterijos: 10 000-30 000 mAh.
- iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
- MacBook Pro: ~100 Wh (oro linijų limitas)
- AirPods: ~500 mAh (kartu)
- Išorinė baterija: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh
Elektrinės transporto priemonės
EV baterijos vertinamos kWh (energija), bet talpa yra kAh esant paketo įtampai. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Milžiniška palyginti su telefonais!
- Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
- Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
- EV įkrovimas: 50-350 kW DC greitas
- Namų įkrovimas: ~7 kW (32A @ 220V)
Pramonė ir laboratorija
Galvanizavimas, elektrolizė, kondensatorių bankai, UPS sistemos apima didelius krūvio perdavimus. Pramoninis UPS: 100+ kAh talpa. Superkondensatoriai: faradai (C/V).
- Galvanizavimas: 10-1000 Ah procesai
- Pramoninis UPS: 100+ kAh atsarginis
- Superkondensatorius: 3000 F = 3000 C/V
- Žaibo smūgis: ~15 C tipiškai
Greita konvertavimo matematika
mAh ↔ Kulonai
Padauginkite mAh iš 3,6, kad gautumėte kulonus. 1000 mAh = 3600 C.
- 1 mAh = 3.6 C (tiksliai)
- 1 Ah = 3600 C
- Greitai: mAh × 3.6 → C
- Pavyzdys: 3000 mAh = 10,800 C
mAh ↔ Wh (prie 3,7V)
Padalinkite mAh iš ~270, kad gautumėte Wh esant 3,7V ličio jonų įtampai.
- Wh = mAh × V ÷ 1000
- Prie 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
- 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
- Įtampa svarbi energijai!
Veikimo laiko įvertinimas
Veikimo laikas (h) = Baterija (mAh) ÷ Srovė (mA). 3000 mAh esant 300 mA = 10 valandų.
- Veikimo laikas = Talpa ÷ Srovė
- 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
- Didesnė srovė = trumpesnis veikimo laikas
- Efektyvumo nuostoliai: tikėkitės 80-90%
Kaip veikia konvertavimas
- 1 žingsnis: Konvertuokite šaltinį → kulonus naudodami toBase koeficientą
- 2 žingsnis: Konvertuokite kulonus → tikslinį naudodami tikslinio toBase koeficientą
- Alternatyva: Naudokite tiesioginį koeficientą (mAh → Ah: padalinkite iš 1000)
- Sveiko proto patikrinimas: 1 Ah = 3600 C, 1 mAh = 3.6 C
- Energijai: Wh = Ah × Įtampa (priklausomai nuo įtampos!)
Dažnų konvertavimų nuoroda
| Iš | Į | Padauginti iš | Pavyzdys |
|---|---|---|---|
| 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 | elektronai | 6.242×10¹⁸ | 1 C ≈ 6.24×10¹⁸ e |
| elektronai | C | 1.602×10⁻¹⁹ | 1 e = 1.602×10⁻¹⁹ C |
Greiti pavyzdžiai
Išspręsti uždaviniai
Telefono baterijos veikimo laikas
3500 mAh baterija. Programa naudoja 350 mA. Kiek laiko iki išsikrovimo?
Veikimo laikas = Talpa ÷ Srovė = 3500 ÷ 350 = 10 valandų (idealiai). Realiai: ~8-9 val. (efektyvumo nuostoliai).
Išorinės baterijos įkrovimai
20 000 mAh išorinė baterija. Įkrauti 3 000 mAh telefoną. Kiek pilnų įkrovimų?
Atsižvelkite į efektyvumą (~80%): 20 000 × 0.8 = 16 000 efektyvių. 16 000 ÷ 3 000 = 5,3 įkrovimo.
Elektrolizės uždavinys
Nusodinti 1 molį vario (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Kiek kulonų?
2 moliai e⁻ vienam moliui Cu. 2 × F = 2 × 96 485 = 192 970 C ≈ 53,6 Ah.
Dažnos klaidos, kurių reikia vengti
- **mAh NĖRA galia**: mAh matuoja krūvį, o ne galią. Galia = mAh × Įtampa ÷ laikas.
- **Wh reikalauja įtampos**: Negalima konvertuoti mAh → Wh nežinant įtampos. 3,7V yra tipiška ličio jonų baterijoms.
- **Efektyvumo nuostoliai**: Realus veikimo laikas yra 80-90% apskaičiuoto. Šiluma, įtampos kritimas, vidinė varža.
- **Įtampa yra svarbi**: 3000 mAh @ 12V ≠ 3000 mAh @ 3,7V energijoje (36 Wh vs. 11 Wh).
- **Srovė vs. talpa**: 5000 mAh baterija negali tiekti 5000 mA 1 valandą — riboja maksimalus iškrovos greitis.
- **Neiškraukite giliai**: Ličio jonų baterijos degraduoja žemiau ~20%. Nominali talpa yra nominali, o ne naudinga.
Įdomūs faktai apie krūvį
Jūs esate elektriškai neutralus
Jūsų kūne yra ~10²⁸ protonų ir tiek pat elektronų. Jei prarastumėte 0,01% elektronų, pajustumėte 10⁹ niutonų atstūmimo jėgą — pakankamai, kad sugriautų pastatus!
Žaibo paradoksas
Žaibo smūgis: tik ~15 C krūvio, bet 1 milijardas voltų! Energija = Q×V, taigi 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Tai 4,2 MWh — galėtų maitinti jūsų namus mėnesiais!
Van de Graaffo generatorius
Klasikinė mokslo demonstracija sukuria krūvį iki milijonų voltų. Bendras krūvis? Tik ~10 µC. Šokiruoja, bet saugu — maža srovė. Įtampa ≠ pavojus, srovė žudo.
Kondensatorius vs. Baterija
Automobilio akumuliatorius: 60 Ah = 216 000 C, išsikrauna per valandas. Superkondensatorius: 3000 F = 3000 C/V, išsikrauna per sekundes. Energijos tankis vs. galios tankis.
Millikano aliejaus lašas
1909: Millikanas išmatavo elementarųjį krūvį stebėdamas įelektrintų aliejaus lašų kritimą. Nustatė e = 1,592×10⁻¹⁹ C (modernus: 1,602). Laimėjo Nobelio premiją 1923 m.
Kvantinis Holo efektas
Elektrono krūvio kvantavimas yra toks tikslus, kad naudojamas varžos standartui apibrėžti. Tikslumas: 1 dalis iš 10⁹. Fundamentalios konstantos apibrėžia visus vienetus nuo 2019 m.
Profesionalūs patarimai
- **Greitai mAh į C**: Padauginkite iš 3,6. 1000 mAh = 3600 C tiksliai.
- **Wh iš mAh**: Padauginkite iš įtampos, padalinkite iš 1000. Prie 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270.
- **Baterijos veikimo laikas**: Padalinkite talpą (mAh) iš srovės suvartojimo (mA). Pridėkite 20% maržą nuostoliams.
- **Išorinės baterijos realybė**: Tikėkitės 70-80% naudingos talpos dėl įtampos konvertavimo nuostolių.
- **Palyginkite baterijas**: Naudokite Wh energijos palyginimui (atsižvelgia į įtampą). mAh yra klaidinantis esant skirtingoms įtampoms.
- **Krūvio tvermė**: Bendras krūvis niekada nesikeičia. Jei 1 C išteka, 1 C grįžta (galiausiai).
- **Automatinis mokslinis žymėjimas**: Vertės < 1 µC arba > 1 GC rodomos moksliniu žymėjimu dėl geresnio skaitomumo.
Visų vienetų nuoroda
SI Vienetai
| Vieneto pavadinimas | Simbolis | Atitikmuo kulonais | Naudojimo pastabos |
|---|---|---|---|
| kulonas | C | 1 C (base) | SI bazinis vienetas; 1 C = 1 A·s = 6,24×10¹⁸ elektronų. |
| kilokulonas | kC | 1.000 kC | Dideli pramoniniai krūviai; UPS sistemos, galvanizavimas. |
| milikulonas | mC | 1.0000 mC | Maži laboratoriniai eksperimentai; kondensatoriaus iškrova. |
| mikrokulonas | µC | 1.0000 µC | Tiksli elektronika; statinė elektra (1 µC ≈ jaučiamas smūgis). |
| nanokulonas | nC | 1.000e-9 C | Maži jutiklių signalai; tikslūs matavimai. |
| pikokulonas | pC | 1.000e-12 C | Tiksli instrumentacija; ≈ 6 milijonai elektronų. |
| femtokulonas | fC | 1.000e-15 C | Vieno elektrono tranzistoriai; kvantiniai taškai; itin didelis tikslumas. |
| atokulonas | aC | 1.000e-18 C | Kelių elektronų kvantinės sistemos; ≈ 6 elektronai. |
Baterijos Talpa
| Vieneto pavadinimas | Simbolis | Atitikmuo kulonais | Naudojimo pastabos |
|---|---|---|---|
| kiloampervalandė | kAh | 3.60e+0 C | Pramoniniai baterijų bankai; EV parkų įkrovimas; tinklo saugyklos. |
| ampervalandė | Ah | 3.600 kC | Standartinis baterijos vienetas; automobilių akumuliatoriai (60 Ah), nešiojamieji kompiuteriai (5 Ah). |
| miliampervalandė | mAh | 3.6000 C | Vartotojų standartas; telefonai (3000 mAh), planšetės, ausinės. |
| amperminutė | A·min | 60.0000 C | Trumpalaikė iškrova; retai naudojamas. |
| ampersekundė | A·s | 1 C (base) | Tas pats kaip kulonas (1 A·s = 1 C); teorinis. |
| watt-hour (@ 3.7V Li-ion) | Wh | 972.9730 C | Ampervalandės ir susiję vienetai; standartas baterijų ir galios įvertinimams. |
| milliwatt-hour (@ 3.7V Li-ion) | mWh | 972.9730 mC | Ampervalandės ir susiję vienetai; standartas baterijų ir galios įvertinimams. |
Pasenę ir Moksliniai
| Vieneto pavadinimas | Simbolis | Atitikmuo kulonais | Naudojimo pastabos |
|---|---|---|---|
| abkulonas (EMU) | abC | 10.0000 C | CGS-EMU vienetas = 10 C; pasenęs, randamas senuose EM tekstuose. |
| statkulonas (ESU) | statC | 3.336e-10 C | CGS-ESU vienetas ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C; pasenęs elektrostatinis vienetas. |
| faradėjus | F | 96.485 kC | 1 molis elektronų = 96 485 C; elektrochemijos standartas. |
| elementarusis krūvis | e | 1.602e-19 C | Fundamentalus vienetas e = 1,602×10⁻¹⁹ C; protono/elektrono krūvis. |
Dažnai užduodami klausimai
Kuo skiriasi mAh ir Wh?
mAh matuoja krūvį (kiek elektronų). Wh matuoja energiją (krūvis × įtampa). Tas pats mAh esant skirtingoms įtampoms = skirtinga energija. Naudokite Wh, kad palygintumėte baterijas esant skirtingoms įtampoms. Wh = mAh × V ÷ 1000.
Kodėl negaliu gauti nominalios talpos iš savo baterijos?
Nominali talpa nėra naudinga talpa. Ličio jonų: išsikrauna nuo 4,2V (pilna) iki 3,0V (tuščia), bet sustojimas ties 20% išsaugo tarnavimo laiką. Konvertavimo nuostoliai, šiluma ir senėjimas sumažina efektyvią talpą. Tikėkitės 80-90% nominalios.
Kiek kartų išorinė baterija gali įkrauti mano telefoną?
Tai ne tik talpos santykis. 20 000 mAh išorinė baterija: ~70-80% efektyvi (įtampos konvertavimas, šiluma). Efektyvi: 16 000 mAh. 3 000 mAh telefonui: 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 įkrovimai. Realiame pasaulyje: 4-5.
Kas yra elementarusis krūvis ir kodėl jis svarbus?
Elementarusis krūvis (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) yra vieno protono arba elektrono krūvis. Visas krūvis yra kvantizuotas e kartotiniais. Fundamentalus kvantinės mechanikos, apibrėžia smulkiosios struktūros konstantą. Nuo 2019 m. e yra tikslus pagal apibrėžimą.
Ar galite turėti neigiamą krūvį?
Taip! Neigiamas krūvis reiškia elektronų perteklių, teigiamas — trūkumą. Bendras krūvis yra algebrinis (gali anuliuotis). Elektronai: -e. Protonai: +e. Objektai: paprastai beveik neutralūs (lygus + ir - kiekis). Vienodi krūviai stumia, priešingi traukia.
Kodėl baterijos laikui bėgant praranda talpą?
Ličio jonų: cheminės reakcijos lėtai degraduoja elektrodų medžiagas. Kiekvienas įkrovimo ciklas sukelia mažus negrįžtamus pokyčius. Gilus iškrovimas (<20%), aukšta temperatūra, greitas įkrovimas pagreitina senėjimą. Modernios baterijos: 500-1000 ciklų iki 80% talpos.
Visas Įrankių Katalogas
Visi 71 įrankiai, pasiekiami UNITS