Конвертор Напона
Електрични Потенцијал: Од Миливолта до Мегаволта
Савладајте јединице напона у електроници, енергетским системима и физици. Од миливолта до мегаволта, разумите електрични потенцијал, дистрибуцију енергије и шта бројеви значе у колима и природи.
Основе Напона
Шта је Напон?
Напон је 'електрични притисак' који гура струју кроз коло. Замислите га као притисак воде у цевима. Виши напон = јачи потисак. Мери се у волтима (V). Није исто што и струја или снага!
- 1 волт = 1 џул по кулону (енергија по набоју)
- Напон узрокује проток струје (као што притисак узрокује проток воде)
- Мери се између две тачке (разлика потенцијала)
- Виши напон = више енергије по набоју
Напон наспрам Струје наспрам Снаге
Напон (V) = притисак, Струја (I) = брзина протока, Снага (P) = брзина енергије. P = V × I. 12V на 1A = 12W. Иста снага, могуће су различите комбинације напона/струје.
- Напон = електрични притисак (V)
- Струја = проток набоја (A)
- Снага = напон × струја (W)
- Отпор = напон ÷ струја (Ω, Омов закон)
AC наспрам DC Напона
DC (једносмерна струја) напон има константан смер: батерије (1.5V, 12V). AC (наизменична струја) напон мења смер: зидне утичнице (120V, 230V). RMS напон = ефективни DC еквивалент.
- DC: константан напон (батерије, USB, кола)
- AC: наизменични напон (зидне утичнице, мрежа)
- RMS = ефективни напон (120V AC RMS ≈ 170V врх)
- Већина уређаја интерно користи DC (AC адаптери конвертују)
- Напон = енергија по набоју (1 V = 1 J/C)
- Виши напон = више 'електричног притиска'
- Напон узрокује струју; струја не узрокује напон
- Снага = напон × струја (P = VI)
Објашњење Система Јединица
СИ Јединице — Волт
Волт (V) је СИ јединица за електрични потенцијал. Дефинисана је из вата и ампера: 1 V = 1 W/A. Такође: 1 V = 1 J/C (енергија по набоју). Префикси од ато до гига покривају све опсеге.
- 1 V = 1 W/A = 1 J/C (тачне дефиниције)
- kV за далеководе (110 kV, 500 kV)
- mV, µV за сензоре, сигнале
- fV, aV за квантна мерења
Дефиницијске Јединице
W/A и J/C су по дефиницији еквивалентни волту. Приказују односе: V = W/A (снага по струји), V = J/C (енергија по набоју). Корисно за разумевање физике.
- 1 V = 1 W/A (из P = VI)
- 1 V = 1 J/C (дефиниција)
- Све три су идентичне
- Различите перспективе на исту количину
Застареле ЦГС Јединице
Абволт (EMU) и статволт (ESU) из старог ЦГС система. Ретко се користе у модерној употреби, али се појављују у историјским текстовима из физике. 1 statV ≈ 300 V; 1 abV = 10 nV.
- 1 абволт = 10⁻⁸ V (EMU)
- 1 статволт ≈ 300 V (ESU)
- Застарело; СИ волт је стандард
- Појављују се само у старим уџбеницима
Физика Напона
Омов Закон
Основни однос: V = I × R. Напон је једнак струји помноженој с отпором. Ако знате било која два, израчунајте трећи. Основа свих анализа кола.
- V = I × R (напон = струја × отпор)
- I = V / R (струја из напона)
- R = V / I (отпор из мерења)
- Линеарно за отпорнике; нелинеарно за диоде, итд.
Кирхофов Закон о Напону
У било којој затвореној петљи, збир напона је нула. Као да ходате у круг: промене надморске висине се збрајају у нулу. Енергија је очувана. Неопходно за анализу кола.
- ΣV = 0 око било које петље
- Пораст напона = пад напона
- Очување енергије у колима
- Користи се за решавање сложених кола
Електрично Поље и Напон
Електрично поље E = V/d (напон по удаљености). Виши напон на краткој удаљености = јаче поље. Муња: милиони волти на метрима = поље од MV/m.
- E = V / d (поље из напона)
- Висок напон + кратка удаљеност = јако поље
- Пробој: ваздух се јонизује на ~3 MV/m
- Статички удари: kV преко mm
Референтне Вредности Напона у Стварном Свету
| Контекст | Напон | Напомене |
|---|---|---|
| Нервни сигнал | ~70 mV | Потенцијал мировања |
| Термопар | ~50 µV/°C | Сензор температуре |
| АА батерија (нова) | 1.5 V | Алкална, смањује се с употребом |
| USB напајање | 5 V | USB-A/B стандард |
| Акумулатор аутомобила | 12 V | Шест 2V ћелија у серији |
| USB-C PD | 5-20 V | Протокол за испоруку снаге |
| Кућна утичница (САД) | 120 V AC | RMS напон |
| Кућна утичница (ЕУ) | 230 V AC | RMS напон |
| Електрична ограда | ~5-10 kV | Ниска струја, сигурно |
| Завојница за паљење аутомобила | ~20-40 kV | Ствара искру |
| Далековод | 110-765 kV | Мрежа високог напона |
| Муња | ~100 MV | 100 милиона волти |
| Космички зрак | ~1 GV+ | Честице екстремне енергије |
Уобичајени Стандарди Напона
| Уређај / Стандард | Напон | Тип | Напомене |
|---|---|---|---|
| ААА/АА батерија | 1.5 V | DC | Алкални стандард |
| Li-ion ћелија | 3.7 V | DC | Номинално (опсег 3.0-4.2V) |
| USB 2.0 / 3.0 | 5 V | DC | Стандардно USB напајање |
| 9V батерија | 9 V | DC | Шест 1.5V ћелија |
| Акумулатор аутомобила | 12 V | DC | Шест 2V оловно-киселинских ћелија |
| Пуњач за лаптоп | 19 V | DC | Уобичајени напон за лаптоп |
| PoE (Напајање преко Етернета) | 48 V | DC | Напајање мрежних уређаја |
| Домаћинство у САД | 120 V | AC | 60 Hz, RMS напон |
| Домаћинство у ЕУ | 230 V | AC | 50 Hz, RMS напон |
| Електрично возило | 400 V | DC | Типичан пакет батерија |
Примене у Стварном Свету
Потрошачка Електроника
USB: 5V (USB-A), 9V, 20V (USB-C PD). Батерије: 1.5V (AA/AAA), 3.7V (Li-ion), 12V (ауто). Логика: 3.3V, 5V. Пуњачи за лаптопе: типично 19V.
- USB: 5V (2.5W) до 20V (100W PD)
- Батерија телефона: 3.7-4.2V Li-ion
- Лаптоп: типично 19V DC
- Логички нивои: 0V (ниско), 3.3V/5V (високо)
Дистрибуција Енергије
Кућа: 120V (САД), 230V (ЕУ) AC. Пренос: 110-765 kV (висок напон = мали губитак). Подстанице смањују напон на дистрибуцијски напон. Нижи напон у близини кућа ради сигурности.
- Пренос: 110-765 kV (велике удаљености)
- Дистрибуција: 11-33 kV (суседство)
- Кућа: 120V/230V AC (утичнице)
- Висок напон = ефикасан пренос
Висока Енергија и Наука
Акцелератори честица: MV до GV (LHC: 6.5 TeV). Рендгенски зраци: 50-150 kV. Електронски микроскопи: 100-300 kV. Муња: типично 100 MV. Ван де Графов генератор: ~1 MV.
- Муња: ~100 MV (100 милиона волти)
- Акцелератори честица: GV опсег
- Рендгенске цеви: 50-150 kV
- Електронски микроскопи: 100-300 kV
Брза Математика Конверзије
Брзе Конверзије СИ Префикса
Сваки корак префикса = ×1000 или ÷1000. kV → V: ×1000. V → mV: ×1000. mV → µV: ×1000.
- kV → V: помножите са 1.000
- V → mV: помножите са 1.000
- mV → µV: помножите са 1.000
- Обрнуто: поделите са 1.000
Снага из Напона
P = V × I (снага = напон × струја). 12V на 2A = 24W. 120V на 10A = 1200W.
- P = V × I (Вати = Волти × Ампери)
- 12V × 5A = 60W
- P = V² / R (ако је отпор познат)
- I = P / V (струја из снаге)
Брзе Провере Омовог Закона
V = I × R. Знајте било која два, пронађите трећи. 12V преко 4Ω = 3A. 5V ÷ 100mA = 50Ω.
- V = I × R (Волти = Ампери × Оми)
- I = V / R (струја из напона)
- R = V / I (отпор)
- Запамтите: делите за I или R
Како Функционишу Конверзије
- Корак 1: Конвертујте извор → волте користећи toBase фактор
- Корак 2: Конвертујте волте → циљ користећи toBase фактор циља
- Алтернатива: Користите директни фактор (kV → V: помножите са 1000)
- Провера здравог разума: 1 kV = 1000 V, 1 mV = 0.001 V
- Запамтите: W/A и J/C су идентични V
Уобичајена Референца за Конверзију
| Од | До | Помножити са | Пример |
|---|---|---|---|
| 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 (идентитет) |
| V | J/C | 1 | 12 V = 12 J/C (идентитет) |
Брзи Примери
Решени Проблеми
Прорачун USB Снаге
USB-C испоручује 20V на 5A. Која је снага?
P = V × I = 20V × 5A = 100W (максимално за USB Power Delivery)
Дизајн Отпорника за ЛЕД
5V напајање, ЛЕД треба 2V на 20mA. Који отпорник?
Пад напона = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Користите стандардни отпорник од 150Ω или 180Ω.
Ефикасност Далековода
Зашто преносити на 500 kV уместо на 10 kV?
Губитак = I²R. Иста снага P = VI, па је I = P/V. 500 kV има 50× мање струје → 2500× мањи губитак (фактор I²)!
Уобичајене Грешке које Треба Избегавати
- **Напон ≠ снага**: 12V × 1A = 12W, али 12V × 10A = 120W. Исти напон, различита снага!
- **AC врх vs. RMS**: 120V AC RMS ≈ 170V врх. Користите RMS за прорачуне снаге (P = V_RMS × I_RMS).
- **Серијски напони се сабирају**: Две 1.5V батерије у серији = 3V. Паралелно = и даље 1.5V (већи капацитет).
- **Висок напон ≠ опасност**: Статички удар је 10+ kV али сигуран (ниска струја). Струја убија, а не само напон.
- **Пад напона**: Дуге жице имају отпор. 12V на извору ≠ 12V на оптерећењу ако је жица претанка.
- **Не мешајте AC/DC**: 12V DC ≠ 12V AC. AC захтева посебне компоненте. DC само из батерија/USB-а.
Фасцинантне Чињенице о Напону
Ваши Нерви Раде на 70 mV
Нервне ћелије одржавају потенцијал мировања од -70 mV. Акциони потенцијал скочи на +40 mV (замах од 110 mV) да би пренео сигнале брзином од ~100 m/s. Ваш мозак је 20W електрохемијски компјутер!
Муња је 100 Милиона Волти
Типична муња: ~100 MV на ~5 km = поље од 20 kV/m. Али струја (30 kA) и трајање (<1 ms) узрокују штету. Енергија: ~1 GJ, могла би напајати кућу месец дана—да је можемо ухватити!
Електричне Јегуље: 600V Живо Оружје
Електрична јегуља може испразнити 600V на 1A за одбрану/лов. Има 6000+ електроцита (биолошких батерија) у серији. Вршна снага: 600W. Тренутно ошамути плен. Природни тасер!
USB-C Сада Може Износити 240W
USB-C PD 3.1: до 48V × 5A = 240W. Може пунити гејмерске лаптопе, мониторе, чак и неке електричне алате. Исти конектор као на вашем телефону. Један кабл да влада свима!
Далеководи: Што Више, то Боље
Губитак снаге ∝ I². Виши напон = нижа струја за исту снагу. 765 kV водови губе <1% на 100 миља. На 120V, изгубили бисте све за 1 миљу! Зато мрежа користи kV.
Можете Преживети Милион Волти
Ван де Графови генератори достижу 1 MV, али су сигурни—занемарљива струја. Статички удар: 10-30 kV. Тасери: 50 kV. Струја кроз срце (>100 mA) је опасна, а не напон. Сам напон не убија.
Историјска Еволуција
1800
Волта измишља батерију (волтни стуб). Први континуирани извор напона. Јединица је касније названа 'волт' у његову част.
1827
Ом открива V = I × R. Омов закон постаје темељ теорије кола. У почетку одбачен, сада фундаменталан.
1831
Фарадеј открива електромагнетну индукцију. Показује да се напон може индуковати променом магнетних поља. Омогућава генераторе.
1881
Први међународни електрични конгрес дефинише волт: ЕМФ који производи 1 ампер кроз 1 ом.
1893
Вестингхаус добија уговор за електрану на Нијагариним водопадима. AC побеђује у 'рату струја'. AC напон се може ефикасно трансформисати.
1948
CGPM редефинише волт у апсолутним терминима. Заснован на вату и амперу. Успостављена модерна СИ дефиниција.
1990
Јозефсонов напонски стандард. Квантни ефекат дефинише волт са тачношћу од 10⁻⁹. Заснован на Планковој константи и фреквенцији.
2019
Редефиниција СИ: волт се сада изводи из фиксне Планкове константе. Тачна дефиниција, није потребан физички артефакт.
Професионални Савети
- **Брзо kV у V**: Померите децималну тачку за 3 места удесно. 1.2 kV = 1200 V.
- **AC напон је RMS**: 120V AC значи 120V RMS ≈ 170V врх. Користите RMS за прорачуне снаге.
- **Серијски напони се сабирају**: 4× 1.5V АА батерије = 6V (у серији). Паралелно = 1.5V (више капацитета).
- **Напон узрокује струју**: Мислите на напон = притисак, струја = проток. Нема притиска, нема протока.
- **Проверите називне напоне**: Прекорачење називног напона уништава компоненте. Увек проверите технички лист.
- **Мерите напон паралелно**: Волтметар иде преко (паралелно са) компоненте. Амперметар иде у серију.
- **Аутоматска научна нотација**: Вредности < 1 µV или > 1 GV приказују се као научна нотација ради читљивости.
Комплетна Референца Јединица
СИ Јединице
| Назив Јединице | Симбол | Еквивалент у Волтима | Напомене о Употреби |
|---|---|---|---|
| волт | V | 1 V (base) | Основна СИ јединица; 1 V = 1 W/A = 1 J/C (тачно). |
| гигаволт | GV | 1.0 GV | Физика високих енергија; космички зраци, акцелератори честица. |
| мегаволт | MV | 1.0 MV | Муња (~100 MV), акцелератори честица, рендгенски апарати. |
| киловолт | kV | 1.0 kV | Пренос енергије (110-765 kV), дистрибуција, високонапонски системи. |
| миливолт | mV | 1.0000 mV | Сензорски сигнали, термопарови, биоелектрицитет (нервни сигнали ~70 mV). |
| микроволт | µV | 1.0000 µV | Прецизна мерења, ЕЕГ/ЕЦГ сигнали, нискошумни појачивачи. |
| нановолт | nV | 1.000e-9 V | Ултра-осетљива мерења, квантни уређаји, границе шума. |
| пиковолт | pV | 1.000e-12 V | Квантна електроника, суперпроводнички кругови, екстремна прецизност. |
| фемтоволт | fV | 1.000e-15 V | Квантни системи са мало електрона, мерења теоријских граница. |
| атотолт | aV | 1.000e-18 V | Квантни шумни под, једно-електронски уређаји, само истраживање. |
Уобичајене Јединице
| Назив Јединице | Симбол | Еквивалент у Волтима | Напомене о Употреби |
|---|---|---|---|
| ват по амперу | W/A | 1 V (base) | Еквивалент волту: 1 V = 1 W/A из P = VI. Показује однос снаге. |
| џул по кулону | J/C | 1 V (base) | Дефиниција волта: 1 V = 1 J/C (енергија по набоју). Фундаментално. |
Застареле и Научне
| Назив Јединице | Симбол | Еквивалент у Волтима | Напомене о Употреби |
|---|---|---|---|
| абволт (EMU) | abV | 1.000e-8 V | ЦГС-ЕМУ јединица = 10⁻⁸ V = 10 nV. Застарела електромагнетна јединица. |
| статволт (ESU) | statV | 299.7925 V | ЦГС-ЕСУ јединица ≈ 300 V (c/1e6 × 1e-2). Застарела електростатичка јединица. |
Често Постављана Питања
Која је разлика између напона и струје?
Напон је електрични притисак (као притисак воде). Струја је брзина протока (као проток воде). Висок напон не значи високу струју. Можете имати висок напон са нула струје (отворени круг) или високу струју са ниским напоном (кратки спој кроз жицу).
Зашто се висок напон користи за пренос енергије?
Губитак снаге у жицама је ∝ I² (струја на квадрат). За исту снагу P = VI, виши напон значи нижу струју. 765 kV има 6.375× мање струје од 120V за исту снагу → ~40 милиона пута мањи губитак! Зато далеководи користе kV.
Може ли вас висок напон убити чак и са ниском струјом?
Не, струја кроз ваше тело убија, а не напон. Статички удари су 10-30 kV, али су сигурни (<1 mA). Тасери: 50 kV, али сигурни. Међутим, висок напон може присилити струју кроз отпор (V = IR), па висок напон често значи високу струју. Струја >50 mA кроз срце је смртоносна.
Која је разлика између AC и DC напона?
DC (једносмерна струја) напон има константан смер: батерије, USB, соларни панели. AC (наизменична струја) напон мења смер: зидне утичнице (50/60 Hz). RMS напон (120V, 230V) је ефективни DC еквивалент. Већина уређаја интерно користи DC (AC адаптери конвертују).
Зашто земље користе различите напоне (120V наспрам 230V)?
Историјски разлози. САД су изабрале 110V 1880-их (сигурније, потребно мање изолације). Европа је касније стандардизовала на 220-240V (ефикасније, мање бакра). Оба раде добро. Виши напон = нижа струја за исту снагу = тање жице. Компромис између сигурности и ефикасности.
Можете ли сабирати напоне?
Да, у серији: батерије у серији сабирају напоне (1.5V + 1.5V = 3V). Паралелно: напон остаје исти (1.5V + 1.5V = 1.5V, али двоструки капацитет). Кирхофов закон о напону: напони у било којој петљи се збрајају у нулу (порасти су једнаки падовима).
Комплетан директоријум алата
Сви 71 алати доступни на UNITS