Convertor de Tensiune
Potențial Electric: De la Milivolți la Megavolți
Stăpâniți unitățile de tensiune din electronică, sistemele de putere și fizică. De la milivolți la megavolți, înțelegeți potențialul electric, distribuția puterii și ce înseamnă cifrele în circuite și în natură.
Fundamentele Tensiunii
Ce este Tensiunea?
Tensiunea este „presiunea electrică” ce împinge curentul printr-un circuit. Gândiți-vă la ea ca la presiunea apei în țevi. Tensiune mai mare = împingere mai puternică. Măsurată în volți (V). Nu este același lucru cu curentul sau puterea!
- 1 volt = 1 joule pe coulomb (energie pe sarcină)
- Tensiunea determină curgerea curentului (precum presiunea determină curgerea apei)
- Măsurată între două puncte (diferență de potențial)
- Tensiune mai mare = mai multă energie pe sarcină
Tensiune vs Curent vs Putere
Tensiune (V) = presiune, Curent (I) = debit, Putere (P) = rată de energie. P = V × I. 12V la 1A = 12W. Aceeași putere, posibile combinații diferite de tensiune/curent.
- Tensiune = presiune electrică (V)
- Curent = flux de sarcină (A)
- Putere = tensiune × curent (W)
- Rezistență = tensiune ÷ curent (Ω, legea lui Ohm)
Tensiune AC vs DC
Tensiunea DC (Curent Continuu) are direcție constantă: baterii (1.5V, 12V). Tensiunea AC (Curent Alternativ) își inversează sensul: priza de perete (120V, 230V). Tensiunea RMS = echivalentul DC efectiv.
- DC: tensiune constantă (baterii, USB, circuite)
- AC: tensiune alternativă (priza de perete, rețea)
- RMS = tensiune efectivă (120V AC RMS ≈ 170V vârf)
- Majoritatea dispozitivelor folosesc DC intern (adaptoarele AC convertesc)
- Tensiune = energie pe sarcină (1 V = 1 J/C)
- Tensiune mai mare = mai multă „presiune electrică”
- Tensiunea cauzează curent; curentul nu cauzează tensiune
- Putere = tensiune × curent (P = VI)
Explicarea Sistemelor de Unități
Unități SI — Volt
Volt (V) este unitatea SI pentru potențialul electric. Definit din watt și amper: 1 V = 1 W/A. De asemenea: 1 V = 1 J/C (energie pe sarcină). Prefixele de la atto la giga acoperă toate gamele.
- 1 V = 1 W/A = 1 J/C (definiții exacte)
- kV pentru linii electrice (110 kV, 500 kV)
- mV, µV pentru senzori, semnale
- fV, aV pentru măsurători cuantice
Unități de Definiție
W/A și J/C sunt echivalente cu voltul prin definiție. Arată relațiile: V = W/A (putere pe curent), V = J/C (energie pe sarcină). Utile pentru înțelegerea fizicii.
- 1 V = 1 W/A (din P = VI)
- 1 V = 1 J/C (definiție)
- Toate trei sunt identice
- Perspective diferite asupra aceleiași cantități
Unități CGS Vechi
Abvolt (EMU) și statvolt (ESU) din vechiul sistem CGS. Rare în uz modern, dar apar în texte istorice de fizică. 1 statV ≈ 300 V; 1 abV = 10 nV.
- 1 abvolt = 10⁻⁸ V (EMU)
- 1 statvolt ≈ 300 V (ESU)
- Învechite; voltul SI este standard
- Apar doar în manuale vechi
Fizica Tensiunii
Legea lui Ohm
Relație fundamentală: V = I × R. Tensiunea este egală cu curentul înmulțit cu rezistența. Cunoașteți oricare două, calculați-o pe a treia. Fundamentul tuturor analizelor de circuit.
- V = I × R (tensiune = curent × rezistență)
- I = V / R (curent din tensiune)
- R = V / I (rezistență din măsurători)
- Liniară pentru rezistoare; neliniară pentru diode etc.
Legea Tensiunilor a lui Kirchhoff
În orice buclă închisă, suma tensiunilor este zero. Ca și cum ați merge într-un cerc: schimbările de altitudine se însumează la zero. Energia se conservă. Esențială pentru analiza circuitelor.
- ΣV = 0 în jurul oricărei bucle
- Creșterile de tensiune = căderile de tensiune
- Conservarea energiei în circuite
- Folosită pentru a rezolva circuite complexe
Câmp Electric & Tensiune
Câmp electric E = V/d (tensiune pe distanță). Tensiune mai mare pe o distanță scurtă = câmp mai puternic. Fulger: milioane de volți pe metri = câmp de MV/m.
- E = V / d (câmp din tensiune)
- Tensiune înaltă + distanță scurtă = câmp puternic
- Strapungere: aerul se ionizează la ~3 MV/m
- Șocuri statice: kV pe mm
Valori de Referință ale Tensiunii în Lumea Reală
| Context | Tensiune | Note |
|---|---|---|
| Semnal nervos | ~70 mV | Potențial de repaus |
| Termocuplu | ~50 µV/°C | Senzor de temperatură |
| Baterie AA (nouă) | 1.5 V | Alcalină, scade odată cu utilizarea |
| Alimentare USB | 5 V | Standard USB-A/B |
| Baterie auto | 12 V | Șase celule de 2V în serie |
| USB-C PD | 5-20 V | Protocol Power Delivery |
| Priză (SUA) | 120 V AC | Tensiune RMS |
| Priză (UE) | 230 V AC | Tensiune RMS |
| Gard electric | ~5-10 kV | Curent scăzut, sigur |
| Bobină de inducție auto | ~20-40 kV | Creează scânteie |
| Linie de transport | 110-765 kV | Rețea de înaltă tensiune |
| Fulger | ~100 MV | 100 de milioane de volți |
| Raz[ cosmic[ | ~1 GV+ | Particule de energie extremă |
Standarde Comune de Tensiune
| Dispozitiv / Standard | Tensiune | Tip | Note |
|---|---|---|---|
| Baterie AAA/AA | 1.5 V | DC | Standard alcalin |
| Celulă Li-ion | 3.7 V | DC | Nominal (interval 3.0-4.2V) |
| USB 2.0 / 3.0 | 5 V | DC | Alimentare USB standard |
| Baterie 9V | 9 V | DC | Șase celule de 1.5V |
| Baterie auto | 12 V | DC | Șase celule de 2V plumb-acid |
| Încărcător laptop | 19 V | DC | Tensiune comună pentru laptop |
| PoE (Power over Ethernet) | 48 V | DC | Alimentare dispozitive de rețea |
| Gospodărie SUA | 120 V | AC | 60 Hz, tensiune RMS |
| Gospodărie UE | 230 V | AC | 50 Hz, tensiune RMS |
| Vehicul electric | 400 V | DC | Pachet de baterii tipic |
Aplicații în Lumea Reală
Electronice de Consum
USB: 5V (USB-A), 9V, 20V (USB-C PD). Baterii: 1.5V (AA/AAA), 3.7V (Li-ion), 12V (mașină). Logică: 3.3V, 5V. Încărcătoare laptop: 19V tipic.
- USB: 5V (2.5W) până la 20V (100W PD)
- Baterie telefon: 3.7-4.2V Li-ion
- Laptop: 19V DC tipic
- Niveluri logice: 0V (jos), 3.3V/5V (sus)
Distribuția Energiei Electrice
Acasă: 120V (SUA), 230V (UE) AC. Transmisie: 110-765 kV (tensiune înaltă = pierderi mici). Stațiile de transformare coboară tensiunea pentru distribuție. Tensiune mai mică aproape de case pentru siguranță.
- Transmisie: 110-765 kV (distanțe lungi)
- Distribuție: 11-33 kV (cartier)
- Acasă: 120V/230V AC (prize)
- Tensiune înaltă = transmisie eficientă
Energie Înaltă & Știință
Acceleratoare de particule: MV la GV (LHC: 6.5 TeV). Raze X: 50-150 kV. Microscope electronice: 100-300 kV. Fulger: 100 MV tipic. Generator Van de Graaff: ~1 MV.
- Fulger: ~100 MV (100 milioane de volți)
- Acceleratoare de particule: gama GV
- Tuburi de raze X: 50-150 kV
- Microscope electronice: 100-300 kV
Calcule Rapide de Conversie
Conversii Rapide Prefix SI
Fiecare pas de prefix = ×1000 sau ÷1000. kV → V: ×1000. V → mV: ×1000. mV → µV: ×1000.
- kV → V: înmulțiți cu 1.000
- V → mV: înmulțiți cu 1.000
- mV → µV: înmulțiți cu 1.000
- Invers: împărțiți cu 1.000
Puterea din Tensiune
P = V × I (putere = tensiune × curent). 12V la 2A = 24W. 120V la 10A = 1200W.
- P = V × I (Wați = Volți × Amperi)
- 12V × 5A = 60W
- P = V² / R (dacă se cunoaște rezistența)
- I = P / V (curent din putere)
Verificări Rapide cu Legea lui Ohm
V = I × R. Cunoașteți oricare două, găsiți-o pe a treia. 12V pe 4Ω = 3A. 5V ÷ 100mA = 50Ω.
- V = I × R (Volți = Amperi × Ohmi)
- I = V / R (curent din tensiune)
- R = V / I (rezistență)
- Rețineți: împărțiți pentru I sau R
Cum Funcționează Conversiile
- Pasul 1: Convertiți sursa → volți folosind factorul toBase
- Pasul 2: Convertiți volți → țintă folosind factorul toBase al țintei
- Alternativă: Folosiți factor direct (kV → V: înmulțiți cu 1000)
- Verificare de bun simț: 1 kV = 1000 V, 1 mV = 0.001 V
- Rețineți: W/A și J/C sunt identice cu V
Referință Comună de Conversie
| De la | La | Înmulțiți cu | Exemplu |
|---|---|---|---|
| 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 (identitate) |
| V | J/C | 1 | 12 V = 12 J/C (identitate) |
Exemple Rapide
Probleme Rezolvate
Calculul Puterii USB
USB-C livrează 20V la 5A. Care este puterea?
P = V × I = 20V × 5A = 100W (maxim pentru USB Power Delivery)
Proiectarea Rezistorului pentru LED
Alimentare 5V, LED-ul necesită 2V la 20mA. Ce rezistor?
Căderea de tensiune = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Folosiți 150Ω sau 180Ω standard.
Eficiența Liniilor Electrice
De ce se transmite la 500 kV în loc de 10 kV?
Pierderea = I²R. Aceeași putere P = VI, deci I = P/V. 500 kV are un curent de 50× mai mic → pierdere de 2500× mai mică (factorul I²)!
Greșeli Comune de Evitat
- **Tensiune ≠ putere**: 12V × 1A = 12W, dar 12V × 10A = 120W. Aceeași tensiune, putere diferită!
- **Vârf AC vs RMS**: 120V AC RMS ≈ 170V vârf. Folosiți RMS pentru calculele de putere (P = V_RMS × I_RMS).
- **Tensiunile în serie se adună**: Două baterii de 1.5V în serie = 3V. În paralel = tot 1.5V (capacitate mai mare).
- **Tensiune înaltă ≠ pericol**: Șocul static este de 10+ kV, dar sigur (curent mic). Curentul ucide, nu doar tensiunea.
- **Căderea de tensiune**: Firele lungi au rezistență. 12V la sursă ≠ 12V la sarcină dacă firul este prea subțire.
- **Nu amestecați AC/DC**: 12V DC ≠ 12V AC. AC necesită componente speciale. DC doar de la baterii/USB.
Date Fascinante despre Tensiune
Nervii Tăi Funcționează pe 70 mV
Celulele nervoase mențin un potențial de repaus de -70 mV. Potențialul de acțiune crește la +40 mV (o variație de 110 mV) pentru a transmite semnale la ~100 m/s. Creierul tău este un computer electrochimic de 20W!
Fulgerul Are 100 de Milioane de Volți
Un fulger tipic: ~100 MV pe ~5 km = câmp de 20 kV/m. Dar curentul (30 kA) și durata (<1 ms) cauzează daunele. Energie: ~1 GJ, ar putea alimenta o casă timp de o lună — dacă am putea să o captăm!
Țiparii Electrici: Armă Vie de 600V
Țiparul electric poate descărca 600V la 1A pentru apărare/vânătoare. Are peste 6000 de electrocite (baterii biologice) în serie. Putere de vârf: 600W. Paralizează prada instantaneu. Taserul naturii!
USB-C Poate Acum să Ofere 240W
USB-C PD 3.1: până la 48V × 5A = 240W. Poate încărca laptopuri de gaming, monitoare, chiar și unele unelte electrice. Același conector ca la telefon. Un singur cablu pentru a le stăpâni pe toate!
Linii de Transmisie: Mai Sus Este Mai Bine
Pierderea de putere ∝ I². Tensiune mai mare = curent mai mic pentru aceeași putere. Liniile de 765 kV pierd <1% pe 100 de mile. La 120V, ați pierde totul într-o milă! De aceea rețeaua folosește kV.
Poți Supraviețui unui Milion de Volți
Generatoarele Van de Graaff ating 1 MV, dar sunt sigure — curent minuscul. Șoc static: 10-30 kV. Tasere: 50 kV. Curentul prin inimă (>100 mA) este periculos, nu tensiunea. Doar tensiunea singură nu ucide.
Evoluție Istorică
1800
Volta inventează bateria (pila voltaică). Prima sursă continuă de tensiune. Unitatea este numită ulterior „volt” în onoarea sa.
1827
Ohm descoperă V = I × R. Legea lui Ohm devine fundamentul teoriei circuitelor. Inițial respinsă, acum fundamentală.
1831
Faraday descoperă inducția electromagnetică. Arată că tensiunea poate fi indusă prin schimbarea câmpurilor magnetice. Permite generatoarele.
1881
Primul congres internațional de electricitate definește voltul: FEM care produce 1 amper printr-un ohm.
1893
Westinghouse câștigă contractul pentru centrala de la Cascada Niagara. Curentul alternativ câștigă „Războiul Curenților”. Tensiunea AC poate fi transformată eficient.
1948
CGPM redefinește voltul în termeni absoluți. Bazat pe watt și amper. Definiția modernă SI este stabilită.
1990
Standardul de tensiune Josephson. Efectul cuantic definește voltul cu o precizie de 10⁻⁹. Bazat pe constanta lui Planck și frecvență.
2019
Redefinirea SI: voltul este acum derivat din constanta lui Planck fixă. Definiție exactă, nu este necesar niciun artefact fizic.
Sfaturi Utile
- **Rapid kV la V**: Mutați virgula zecimală cu 3 locuri la dreapta. 1.2 kV = 1200 V.
- **Tensiunea AC este RMS**: 120V AC înseamnă 120V RMS ≈ 170V vârf. Folosiți RMS pentru calcule de putere.
- **Tensiunile în serie se adună**: 4× baterii AA de 1.5V = 6V (în serie). Paralel = 1.5V (mai multă capacitate).
- **Tensiunea cauzează curent**: Gândiți-vă la tensiune = presiune, curent = debit. Fără presiune, fără debit.
- **Verificați tensiunile nominale**: Depășirea tensiunii nominale distruge componentele. Verificați întotdeauna fișa tehnică.
- **Măsurați tensiunea în paralel**: Voltmetrul se conectează peste (în paralel cu) componentă. Ampermetrul se conectează în serie.
- **Notație științifică automată**: Valorile < 1 µV sau > 1 GV se afișează în notație științifică pentru lizibilitate.
Referință Completă a Unităților
Unități SI
| Numele Unității | Simbol | Echivalent în Volți | Note de Utilizare |
|---|---|---|---|
| volt | V | 1 V (base) | Unitate de bază SI; 1 V = 1 W/A = 1 J/C (exact). |
| gigavolt | GV | 1.0 GV | Fizica energiilor înalte; raze cosmice, acceleratoare de particule. |
| megavolt | MV | 1.0 MV | Fulger (~100 MV), acceleratoare de particule, aparate cu raze X. |
| kilovolt | kV | 1.0 kV | Transportul energiei (110-765 kV), distribuție, sisteme de înaltă tensiune. |
| milivolt | mV | 1.0000 mV | Semnale de senzori, termocupluri, bioelectricitate (semnale nervoase ~70 mV). |
| microvolt | µV | 1.0000 µV | Măsurători de precizie, semnale EEG/ECG, amplificatoare cu zgomot redus. |
| nanovolt | nV | 1.000e-9 V | Măsurători ultrasensibile, dispozitive cuantice, limite de zgomot. |
| picovolt | pV | 1.000e-12 V | Electronică cuantică, circuite supraconductoare, precizie extremă. |
| femtovolt | fV | 1.000e-15 V | Sisteme cuantice cu puțini electroni, măsurători teoretice limită. |
| attovolt | aV | 1.000e-18 V | Nivel de zgomot cuantic, dispozitive cu un singur electron, doar cercetare. |
Unități Comune
| Numele Unității | Simbol | Echivalent în Volți | Note de Utilizare |
|---|---|---|---|
| watt pe amper | W/A | 1 V (base) | Echivalent cu voltul: 1 V = 1 W/A din P = VI. Arată relația de putere. |
| joule pe coulomb | J/C | 1 V (base) | Definiția voltului: 1 V = 1 J/C (energie pe sarcină). Fundamental. |
Vechi și Științifice
| Numele Unității | Simbol | Echivalent în Volți | Note de Utilizare |
|---|---|---|---|
| abvolt (EMU) | abV | 1.000e-8 V | Unitate CGS-EMU = 10⁻⁸ V = 10 nV. Unitate electromagnetică învechită. |
| statvolt (ESU) | statV | 299.7925 V | Unitate CGS-ESU ≈ 300 V (c/1e6 × 1e-2). Unitate electrostatică învechită. |
Întrebări Frecvente
Care este diferența dintre tensiune și curent?
Tensiunea este presiune electrică (ca presiunea apei). Curentul este debitul (ca debitul apei). Tensiune înaltă nu înseamnă curent înalt. Puteți avea tensiune înaltă cu curent zero (circuit deschis) sau curent înalt cu tensiune joasă (scurtcircuit printr-un fir).
De ce se folosește tensiune înaltă pentru transportul energiei?
Pierderea de putere în fire ∝ I² (curent la pătrat). Pentru aceeași putere P = VI, tensiune mai mare înseamnă curent mai mic. 765 kV are un curent de 6.375× mai mic decât 120V pentru aceeași putere → ~40 de milioane de ori mai puține pierderi! De aceea liniile electrice folosesc kV.
Te poate ucide tensiunea înaltă chiar și cu curent mic?
Nu, curentul prin corpul tău ucide, nu tensiunea. Șocurile statice sunt de 10-30 kV, dar sigure (<1 mA). Taserele: 50 kV, dar sigure. Totuși, tensiunea înaltă poate forța curentul prin rezistență (V = IR), deci tensiunea înaltă înseamnă adesea curent înalt. Curentul >50 mA prin inimă este letal.
Care este diferența dintre tensiunea AC și DC?
Tensiunea DC (Curent Continuu) are direcție constantă: baterii, USB, panouri solare. Tensiunea AC (Curent Alternativ) își inversează direcția: prize de perete (50/60 Hz). Tensiunea RMS (120V, 230V) este echivalentul DC efectiv. Majoritatea dispozitivelor folosesc DC intern (adaptoarele AC convertesc).
De ce țările folosesc tensiuni diferite (120V vs 230V)?
Motive istorice. SUA a ales 110V în anii 1880 (mai sigur, necesita mai puțină izolație). Europa a standardizat pe 220-240V mai târziu (mai eficient, mai puțin cupru). Ambele funcționează bine. Tensiune mai mare = curent mai mic pentru aceeași putere = fire mai subțiri. Un compromis între siguranță și eficiență.
Poți aduna tensiunile?
Da, în serie: bateriile în serie adună tensiunile (1.5V + 1.5V = 3V). Paralel: tensiunea rămâne aceeași (1.5V + 1.5V = 1.5V, dar capacitate dublă). Legea Tensiunilor a lui Kirchhoff: tensiunile dintr-o buclă se însumează la zero (creșterile egalează căderile).
Director Complet de Unelte
Toate cele 71 unelte disponibile pe UNITS