ఎలక్ట్రిక్ ఛార్జ్ కన్వర్టర్
విద్యుత్ ఆవేశం — ఎలక్ట్రాన్ల నుండి బ్యాటరీల వరకు
భౌతిక శాస్త్రం, రసాయన శాస్త్రం, మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్లో విద్యుత్ ఆవేశ యూనిట్లను నేర్చుకోండి. కూలంబ్స్ నుండి బ్యాటరీ సామర్థ్యం వరకు 40 ఆర్డర్ల పరిమాణంలో — ఒకే ఎలక్ట్రాన్ల నుండి పారిశ్రామిక బ్యాటరీ బ్యాంకుల వరకు. 2019 SI పునర్నిర్వచనాన్ని అన్వేషించండి, ఇది ప్రాథమిక ఆవేశాన్ని కచ్చితంగా మార్చింది, మరియు బ్యాటరీ రేటింగ్లు నిజంగా ఏమిటో అర్థం చేసుకోండి.
విద్యుత్ ఆవేశం యొక్క పునాదులు
ఆవేశం అంటే ఏమిటి?
విద్యుత్ ఆవేశం అనేది కణాలను విద్యుదయస్కాంత బలాన్ని అనుభవించడానికి కారణమయ్యే భౌతిక లక్షణం. ధనాత్మక మరియు రుణాత్మక రూపాలలో వస్తుంది. ఒకే రకమైన ఆవేశాలు వికర్షిస్తాయి, వ్యతిరేక ఆవేశాలు ఆకర్షిస్తాయి. అన్ని రసాయన శాస్త్రం మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్కు ప్రాథమికం.
- 1 కూలంబ్ = 6.24×10¹⁸ ఎలక్ట్రాన్లు
- ప్రోటాన్: +1e, ఎలక్ట్రాన్: -1e
- ఆవేశం సంరక్షించబడుతుంది (ఎప్పుడూ సృష్టించబడదు/నాశనం చేయబడదు)
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C యొక్క గుణిజాలలో క్వాంటైజ్ చేయబడింది
కరెంట్ వర్సెస్ ఆవేశం
కరెంట్ (I) అనేది ఆవేశ ప్రవాహ రేటు. Q = I × t. 1 ఆంపియర్ = సెకనుకు 1 కూలంబ్. Ahలో బ్యాటరీ సామర్థ్యం ఆవేశం, కరెంట్ కాదు. 1 Ah = 3600 C.
- కరెంట్ = సమయానికి ఆవేశం (I = Q/t)
- 1 A = 1 C/s (నిర్వచనం)
- 1 Ah = 3600 C (1 గంటకు 1 ఆంపియర్)
- mAh అనేది ఆవేశ సామర్థ్యం, శక్తి కాదు
బ్యాటరీ సామర్థ్యం
బ్యాటరీలు ఆవేశాన్ని నిల్వ చేస్తాయి. Ah లేదా mAh (ఆవేశం) లేదా Wh (శక్తి) లో రేట్ చేయబడతాయి. Wh = Ah × వోల్టేజ్. ఫోన్ బ్యాటరీ: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. శక్తికి వోల్టేజ్ ముఖ్యం, ఆవేశానికి కాదు.
- mAh = మిల్లీఆంపియర్-గంట (ఆవేశం)
- Wh = వాట్-గంట (శక్తి = ఆవేశం × వోల్టేజ్)
- అధిక mAh = ఎక్కువ రన్టైమ్ (అదే వోల్టేజ్లో)
- 3000 mAh ≈ 10,800 కూలంబ్స్
- 1 కూలంబ్ = 6.24×10¹⁸ ఎలక్ట్రాన్ల ఆవేశం
- కరెంట్ (A) = సెకనుకు ఆవేశం (C): I = Q/t
- 1 Ah = 3600 C (1 గంట పాటు 1 ఆంపియర్ ప్రవహిస్తుంది)
- ఆవేశం సంరక్షించబడుతుంది మరియు e యొక్క గుణిజాలలో క్వాంటైజ్ చేయబడుతుంది
ఆవేశ కొలత యొక్క చారిత్రక పరిణామం
ప్రారంభ విద్యుత్ శాస్త్రం (1600-1830)
ఆవేశాన్ని పరిమాణాత్మకంగా అర్థం చేసుకోవడానికి ముందు, శాస్త్రవేత్తలు స్థిర విద్యుత్తును మరియు రహస్యమైన 'విద్యుత్ ద్రవాన్ని' అన్వేషించారు. బ్యాటరీల ఆవిష్కరణ నిరంతర ఆవేశ ప్రవాహం యొక్క కచ్చితమైన కొలతను సాధ్యం చేసింది.
- 1600: విలియం గిల్బర్ట్ విద్యుత్తును అయస్కాంతత్వం నుండి వేరు చేశారు, 'ఎలక్ట్రిక్' పదాన్ని సృష్టించారు
- 1733: చార్లెస్ డు ఫే రెండు రకాల విద్యుత్తును కనుగొన్నారు (ధనాత్మక మరియు రుణాత్మక)
- 1745: లైడెన్ జార్ కనుగొనబడింది — మొదటి కెపాసిటర్, కొలవగల ఆవేశాన్ని నిల్వ చేస్తుంది
- 1785: కూలంబ్ విద్యుత్ బలం కోసం విలోమ వర్గ నియమాన్ని ప్రచురించారు F = k(q₁q₂/r²)
- 1800: వోల్టా బ్యాటరీని కనుగొన్నారు — నిరంతర, కొలవగల ఆవేశ ప్రవాహాన్ని సాధ్యం చేశారు
- 1833: ఫారడే ఎలక్ట్రాలిసిస్ నియమాలను కనుగొన్నారు — ఆవేశాన్ని రసాయన శాస్త్రంతో అనుసంధానించారు (ఫారడే స్థిరాంకం)
కూలంబ్ యొక్క పరిణామం (1881-2019)
కూలంబ్ విద్యుత్ రసాయన ప్రమాణాలపై ఆధారపడిన ఆచరణాత్మక నిర్వచనాల నుండి ఆంపియర్ మరియు సెకనుతో ముడిపడి ఉన్న ఆధునిక నిర్వచనానికి పరిణామం చెందింది.
- 1881: మొదటి ఆచరణాత్మక కూలంబ్ వెండి ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ ప్రమాణం ద్వారా నిర్వచించబడింది
- 1893: చికాగో వరల్డ్స్ ఫేర్ అంతర్జాతీయ ఉపయోగం కోసం కూలంబ్ను ప్రామాణీకరించింది
- 1948: CGPM కూలంబ్ను 1 ఆంపియర్-సెకను (1 C = 1 A·s) గా నిర్వచించింది
- 1960-2018: ఆంపియర్ సమాంతర కండక్టర్ల మధ్య బలం ద్వారా నిర్వచించబడింది, ఇది కూలంబ్ను పరోక్షంగా చేసింది
- సమస్య: బలం ఆధారిత ఆంపియర్ నిర్వచనాన్ని అధిక కచ్చితత్వంతో గ్రహించడం కష్టం
- 1990లు-2010లు: క్వాంటం మెట్రాలజీ (జోసెఫ్సన్ ప్రభావం, క్వాంటం హాల్ ప్రభావం) ఎలక్ట్రాన్ల లెక్కింపును సాధ్యం చేసింది
2019 SI విప్లవం — ప్రాథమిక ఆవేశం స్థిరపరచబడింది
మే 20, 2019 న, ప్రాథమిక ఆవేశం కచ్చితంగా స్థిరపరచబడింది, ఇది ఆంపియర్ను పునర్నిర్వచించింది మరియు కూలంబ్ను ప్రాథమిక స్థిరాంకాల నుండి పునరుత్పాదకమయ్యేలా చేసింది.
- కొత్త నిర్వచనం: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C కచ్చితంగా (నిర్వచనం ప్రకారం శూన్య అనిశ్చితి)
- ప్రాథమిక ఆవేశం ఇప్పుడు ఒక నిర్వచించబడిన స్థిరాంకం, కొలవబడిన విలువ కాదు
- 1 కూలంబ్ = 6.241509074 × 10¹⁸ ప్రాథమిక ఆవేశాలు (కచ్చితంగా)
- ఒకే ఎలక్ట్రాన్ టన్నెలింగ్ పరికరాలు కచ్చితమైన ఆవేశ ప్రమాణాల కోసం ఎలక్ట్రాన్లను ఒక్కొక్కటిగా లెక్కించగలవు
- క్వాంటం మెట్రాలజీ త్రిభుజం: వోల్టేజ్ (జోసెఫ్సన్), నిరోధకత (క్వాంటం హాల్), కరెంట్ (ఎలక్ట్రాన్ పంప్)
- ఫలితం: క్వాంటం పరికరాలు ఉన్న ఏ ప్రయోగశాల అయినా కూలంబ్ను స్వతంత్రంగా గ్రహించగలదు
ఇది నేడు ఎందుకు ముఖ్యం
2019 పునర్నిర్వచనం విద్యుత్ రసాయన ప్రమాణాల నుండి క్వాంటం కచ్చితత్వం వరకు 135+ సంవత్సరాల పురోగతిని సూచిస్తుంది, ఇది తదుపరి తరం ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు శక్తి నిల్వను సాధ్యం చేస్తుంది.
- బ్యాటరీ టెక్నాలజీ: ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, గ్రిడ్ నిల్వ కోసం మరింత కచ్చితమైన సామర్థ్య కొలతలు
- క్వాంటం కంప్యూటింగ్: క్యూబిట్లు మరియు ఒకే ఎలక్ట్రాన్ ట్రాన్సిస్టర్లలో కచ్చితమైన ఆవేశ నియంత్రణ
- మెట్రాలజీ: జాతీయ ప్రయోగశాలలు రిఫరెన్స్ ఆర్టిఫ్యాక్ట్స్ లేకుండా కూలంబ్ను స్వతంత్రంగా గ్రహించగలవు
- రసాయన శాస్త్రం: ఫారడే స్థిరాంకం ఇప్పుడు కచ్చితంగా ఉంది, ఇది ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ గణనలను మెరుగుపరుస్తుంది
- వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్: బ్యాటరీ సామర్థ్య రేటింగ్లు మరియు ఫాస్ట్ ఛార్జింగ్ ప్రోటోకాల్స్ కోసం మెరుగైన ప్రమాణాలు
జ్ఞాపక సహాయాలు & శీఘ్ర మార్పిడి ఉపాయాలు
సులభమైన మానసిక గణితం
- mAh నుండి C షార్ట్కట్: 3.6తో గుణించండి → 1000 mAh = 3600 C కచ్చితంగా
- Ah నుండి C: 3600తో గుణించండి → 1 Ah = 3600 C (1 గంటకు 1 ఆంపియర్)
- త్వరిత mAh నుండి Wh (3.7V): ~270తో భాగించండి → 3000 mAh ≈ 11 Wh
- Wh నుండి mAh (3.7V): ~270తో గుణించండి → 11 Wh ≈ 2970 mAh
- ప్రాథమిక ఆవేశం: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (1.602 నుండి గుండ్రంగా)
- ఫారడే స్థిరాంకం: F ≈ 96,500 C/mol (96,485 నుండి గుండ్రంగా)
బ్యాటరీ సామర్థ్య జ్ఞాపక సహాయాలు
బ్యాటరీ రేటింగ్లను అర్థం చేసుకోవడం ఆవేశం (mAh), వోల్టేజ్ (V), మరియు శక్తి (Wh) మధ్య గందరగోళాన్ని నివారిస్తుంది. ఈ నియమాలు సమయం మరియు డబ్బును ఆదా చేస్తాయి.
- mAh ఆవేశాన్ని కొలుస్తుంది, శక్తిని లేదా పవర్ను కాదు — ఇది మీరు ఎన్ని ఎలక్ట్రాన్లను తరలించగలరో తెలియజేస్తుంది
- శక్తిని పొందడానికి: Wh = mAh × V ÷ 1000 (వోల్టేజ్ ముఖ్యం!)
- వివిధ వోల్టేజ్లలో అదే mAh = విభిన్న శక్తి (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
- పవర్ బ్యాంకులు: 70-80% ఉపయోగపడే సామర్థ్యాన్ని ఆశించండి (వోల్టేజ్ మార్పిడి నష్టాలు)
- రన్టైమ్ = సామర్థ్యం ÷ కరెంట్: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 గంటలు (ఆదర్శంగా, 20% మార్జిన్ జోడించండి)
- Li-ion సాధారణంగా: 3.7V నామమాత్రం, 4.2V పూర్తి, 3.0V ఖాళీ (ఉపయోగపడే పరిధి ~80%)
ఆచరణాత్మక సూత్రాలు
- కరెంట్ నుండి ఆవేశం: Q = I × t (కూలంబ్స్ = ఆంపియర్స్ × సెకన్లు)
- రన్టైమ్: t = Q / I (గంటలు = ఆంపియర్-గంటలు / ఆంపియర్స్)
- ఆవేశం నుండి శక్తి: E = Q × V (వాట్-గంటలు = ఆంపియర్-గంటలు × వోల్ట్స్)
- సామర్థ్యానికి సర్దుబాటు: ఉపయోగపడేది = రేటెడ్ × 0.8 (నష్టాలను లెక్కలోకి తీసుకోండి)
- ఎలక్ట్రాలిసిస్: Q = n × F (కూలంబ్స్ = ఎలక్ట్రాన్ల మోల్స్ × ఫారడే స్థిరాంకం)
- కెపాసిటర్ శక్తి: E = ½CV² (జూల్స్ = ½ ఫారడ్స్ × వోల్ట్స్²)
తప్పించుకోవలసిన సాధారణ తప్పులు
- mAhని mWhతో గందరగోళపరచడం — ఆవేశం వర్సెస్ శక్తి (మార్చడానికి వోల్టేజ్ అవసరం!)
- బ్యాటరీలను పోల్చేటప్పుడు వోల్టేజ్ను విస్మరించడం — శక్తి పోలిక కోసం Wh ఉపయోగించండి
- 100% పవర్ బ్యాంక్ సామర్థ్యాన్ని ఆశించడం — 20-30% వేడి మరియు వోల్టేజ్ మార్పిడిలో కోల్పోతారు
- C (కూలంబ్స్)ని C (డిస్చార్జ్ రేట్)తో కలపడం — పూర్తిగా విభిన్న అర్థాలు!
- mAh = రన్టైమ్ అని భావించడం — కరెంట్ డ్రాను తెలుసుకోవాలి (రన్టైమ్ = mAh ÷ mA)
- Li-ionని 20% కంటే తక్కువకు డీప్ డిస్చార్జ్ చేయడం — జీవితకాలాన్ని తగ్గిస్తుంది, రేటెడ్ సామర్థ్యం ≠ ఉపయోగపడే సామర్థ్యం
ఆవేశ స్కేల్: ఒకే ఎలక్ట్రాన్ల నుండి గ్రిడ్ నిల్వ వరకు
| స్కేల్ / ఆవేశం | ప్రతినిధి యూనిట్లు | సాధారణ అనువర్తనాలు | వాస్తవ ప్రపంచ ఉదాహరణలు |
|---|---|---|---|
| 1.602 × 10⁻¹⁹ C | ప్రాథమిక ఆవేశం (e) | ఒకే ఎలక్ట్రాన్/ప్రోటాన్, క్వాంటం ఫిజిక్స్ | ప్రాథమిక ఆవేశ క్వాంటం |
| ~10⁻¹⁸ C | అటోకూలంబ్ (aC) | కొన్ని-ఎలక్ట్రాన్ క్వాంటం సిస్టమ్స్, ఒకే-ఎలక్ట్రాన్ టన్నెలింగ్ | ≈ 6 ఎలక్ట్రాన్లు |
| ~10⁻¹² C | పికోకూలంబ్ (pC) | కచ్చితమైన సెన్సార్లు, క్వాంటం డాట్స్, అతి తక్కువ కరెంట్ కొలతలు | ≈ 6 మిలియన్ల ఎలక్ట్రాన్లు |
| ~10⁻⁹ C | నానోకూలంబ్ (nC) | చిన్న సెన్సార్ సిగ్నల్స్, కచ్చితమైన ఎలక్ట్రానిక్స్ | ≈ 6 బిలియన్ల ఎలక్ట్రాన్లు |
| ~10⁻⁶ C | మైక్రోకూలంబ్ (µC) | స్థిర విద్యుత్, చిన్న కెపాసిటర్లు | మీరు అనుభవించగల స్థిర విద్యుత్ షాక్ (~1 µC) |
| ~10⁻³ C | మిల్లీకూలంబ్ (mC) | కెమెరా ఫ్లాష్ కెపాసిటర్లు, చిన్న ప్రయోగశాల ప్రయోగాలు | ఫ్లాష్ కెపాసిటర్ డిస్చార్జ్ |
| 1 C | కూలంబ్ (C) | SI బేస్ యూనిట్, మధ్యస్థ విద్యుత్ సంఘటనలు | ≈ 6.24 × 10¹⁸ ఎలక్ట్రాన్లు |
| ~15 C | కూలంబ్స్ (C) | మెరుపు దాడులు, పెద్ద కెపాసిటర్ బ్యాంకులు | సాధారణ మెరుపు |
| ~10³ C | కిలోకూలంబ్ (kC) | చిన్న వినియోగదారు బ్యాటరీలు, స్మార్ట్ఫోన్ ఛార్జింగ్ | 3000 mAh ఫోన్ బ్యాటరీ ≈ 10.8 kC |
| ~10⁵ C | వందల kC | ల్యాప్టాప్ బ్యాటరీలు, ఫారడే స్థిరాంకం | 1 ఫారడే = 96,485 C (1 మోల్ e⁻) |
| ~10⁶ C | మెగాకూలంబ్ (MC) | కార్ బ్యాటరీలు, పెద్ద పారిశ్రామిక UPS సిస్టమ్స్ | 60 Ah కార్ బ్యాటరీ ≈ 216 kC |
| ~10⁹ C | గిగాకూలంబ్ (GC) | ఎలక్ట్రిక్ వాహన బ్యాటరీలు, గ్రిడ్ నిల్వ | Tesla Model 3 బ్యాటరీ ≈ 770 kC |
యూనిట్ సిస్టమ్స్ వివరించబడ్డాయి
SI యూనిట్లు — కూలంబ్
కూలంబ్ (C) అనేది ఆవేశం కోసం SI బేస్ యూనిట్. ఆంపియర్ మరియు సెకను నుండి నిర్వచించబడింది: 1 C = 1 A·s. పికో నుండి కిలో వరకు ఉన్న ప్రిఫిక్స్లు అన్ని ఆచరణాత్మక శ్రేణులను కవర్ చేస్తాయి.
- 1 C = 1 A·s (కచ్చితమైన నిర్వచనం)
- చిన్న ఆవేశాల కోసం mC, µC, nC
- క్వాంటం/కచ్చితమైన పని కోసం pC, fC, aC
- పెద్ద పారిశ్రామిక వ్యవస్థల కోసం kC
బ్యాటరీ సామర్థ్య యూనిట్లు
ఆంపియర్-గంట (Ah) మరియు మిల్లీఆంపియర్-గంట (mAh) బ్యాటరీలకు ప్రామాణికం. అవి కరెంట్ డ్రా మరియు రన్టైమ్తో నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉన్నందున ఆచరణాత్మకమైనవి. 1 Ah = 3600 C.
- mAh — స్మార్ట్ఫోన్లు, టాబ్లెట్లు, ఇయర్బడ్స్
- Ah — ల్యాప్టాప్లు, పవర్ టూల్స్, కార్ బ్యాటరీలు
- kAh — ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, పారిశ్రామిక UPS
- Wh — శక్తి సామర్థ్యం (వోల్టేజ్-ఆధారిత)
శాస్త్రీయ & వారసత్వ
ప్రాథమిక ఆవేశం (e) అనేది భౌతిక శాస్త్రంలో ప్రాథమిక యూనిట్. రసాయన శాస్త్రంలో ఫారడే స్థిరాంకం. పాత పాఠ్యపుస్తకాలలో CGS యూనిట్లు (స్టాట్కూలంబ్, అబ్కూలంబ్).
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C (ప్రాథమిక ఆవేశం)
- F = 96,485 C (ఫారడే స్థిరాంకం)
- 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
- 1 abC = 10 C (EMU)
ఆవేశం యొక్క భౌతిక శాస్త్రం
ఆవేశ క్వాంటైజేషన్
అన్ని ఆవేశాలు ప్రాథమిక ఆవేశం e యొక్క గుణిజాలలో క్వాంటైజ్ చేయబడ్డాయి. మీరు 1.5 ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉండలేరు. క్వార్క్లకు భిన్న ఆవేశం (⅓e, ⅔e) ఉంటుంది, కానీ అవి ఎప్పుడూ ఒంటరిగా ఉండవు.
- అతిచిన్న స్వేచ్ఛా ఆవేశం: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
- ఎలక్ట్రాన్: -1e, ప్రోటాన్: +1e
- అన్ని వస్తువులకు N×e ఆవేశం ఉంటుంది (N పూర్ణాంకం)
- మిల్లికాన్ ఆయిల్ డ్రాప్ ప్రయోగం క్వాంటైజేషన్ను నిరూపించింది (1909)
ఫారడే స్థిరాంకం
1 మోల్ ఎలక్ట్రాన్లు 96,485 C ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటాయి. దీనిని ఫారడే స్థిరాంకం (F) అంటారు. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ మరియు బ్యాటరీ కెమిస్ట్రీకి ప్రాథమికం.
- F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
- 1 మోల్ e⁻ = 6.022×10²³ ఎలక్ట్రాన్లు
- ఎలక్ట్రాలిసిస్ గణనలలో ఉపయోగించబడుతుంది
- ఆవేశాన్ని రసాయన ప్రతిచర్యలతో సంబంధం కలుపుతుంది
కూలంబ్ నియమం
ఆవేశాల మధ్య బలం: F = k(q₁q₂/r²). ఒకే రకమైన ఆవేశాలు వికర్షిస్తాయి, వ్యతిరేకమైనవి ఆకర్షిస్తాయి. ప్రకృతి యొక్క ప్రాథమిక బలం. అన్ని రసాయన శాస్త్రం మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ను వివరిస్తుంది.
- k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
- F ∝ q₁q₂ (ఆవేశాల ఉత్పత్తి)
- F ∝ 1/r² (విలోమ వర్గ నియమం)
- అణు నిర్మాణం, బంధాలను వివరిస్తుంది
ఆవేశ బెంచ్మార్క్లు
| సందర్భం | ఆవేశం | గమనికలు |
|---|---|---|
| ఒకే ఎలక్ట్రాన్ | 1.602×10⁻¹⁹ C | ప్రాథమిక ఆవేశం (e) |
| 1 పికోకూలంబ్ | 10⁻¹² C | ≈ 6 మిలియన్ల ఎలక్ట్రాన్లు |
| 1 నానోకూలంబ్ | 10⁻⁹ C | ≈ 6 బిలియన్ల ఎలక్ట్రాన్లు |
| స్థిర విద్యుత్ షాక్ | ~1 µC | అనుభవించడానికి సరిపోతుంది |
| AAA బ్యాటరీ (600 mAh) | 2,160 C | @ 1.5V = 0.9 Wh |
| స్మార్ట్ఫోన్ బ్యాటరీ | ~11,000 C | 3000 mAh సాధారణంగా |
| కార్ బ్యాటరీ (60 Ah) | 216,000 C | @ 12V = 720 Wh |
| మెరుపు | ~15 C | కానీ 1 బిలియన్ వోల్ట్లు! |
| Tesla బ్యాటరీ (214 Ah) | 770,400 C | @ 350V = 75 kWh |
| 1 ఫారడే (1 మోల్ e⁻) | 96,485 C | రసాయన శాస్త్ర ప్రమాణం |
బ్యాటరీ సామర్థ్య పోలిక
| పరికరం | సామర్థ్యం (mAh) | వోల్టేజ్ | శక్తి (Wh) |
|---|---|---|---|
| AirPods (ఒకటి) | 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 |
| పవర్ బ్యాంక్ 20K | 20,000 mAh | 3.7V | 74 Wh |
| Tesla Model 3 LR | 214,000 Ah | 350V | 75,000 Wh |
వాస్తవ ప్రపంచ అనువర్తనాలు
వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్
ప్రతి బ్యాటరీ-ఆధారిత పరికరానికి ఒక సామర్థ్య రేటింగ్ ఉంటుంది. స్మార్ట్ఫోన్లు: 2500-5000 mAh. ల్యాప్టాప్లు: 40-100 Wh. పవర్ బ్యాంకులు: 10,000-30,000 mAh.
- iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
- MacBook Pro: ~100 Wh (విమానయాన పరిమితి)
- AirPods: ~500 mAh (సంయుక్తంగా)
- పవర్ బ్యాంక్: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh
ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు
EV బ్యాటరీలు kWh (శక్తి) లో రేట్ చేయబడతాయి, కానీ సామర్థ్యం ప్యాక్ వోల్టేజ్లో kAh. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. ఫోన్లతో పోలిస్తే భారీగా ఉంటుంది!
- Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
- Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
- EV ఛార్జింగ్: 50-350 kW DC ఫాస్ట్
- ఇంటి ఛార్జింగ్: ~7 kW (32A @ 220V)
పారిశ్రామిక & ప్రయోగశాల
ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్, ఎలక్ట్రాలిసిస్, కెపాసిటర్ బ్యాంకులు, UPS సిస్టమ్స్ అన్నీ పెద్ద ఆవేశ బదిలీలను కలిగి ఉంటాయి. పారిశ్రామిక UPS: 100+ kAh సామర్థ్యం. సూపర్ కెపాసిటర్లు: ఫారడ్స్ (C/V).
- ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్: 10-1000 Ah ప్రక్రియలు
- పారిశ్రామిక UPS: 100+ kAh బ్యాకప్
- సూపర్ కెపాసిటర్: 3000 F = 3000 C/V
- మెరుపు: ~15 C సాధారణంగా
శీఘ్ర మార్పిడి గణితం
mAh ↔ కూలంబ్స్
mAhను 3.6తో గుణించి కూలంబ్స్ పొందండి. 1000 mAh = 3600 C.
- 1 mAh = 3.6 C (కచ్చితంగా)
- 1 Ah = 3600 C
- త్వరిత: mAh × 3.6 → C
- ఉదాహరణ: 3000 mAh = 10,800 C
mAh ↔ Wh (3.7V వద్ద)
mAhను ~270తో భాగించి 3.7V Li-ion వోల్టేజ్లో Wh పొందండి.
- Wh = mAh × V ÷ 1000
- 3.7V వద్ద: Wh ≈ mAh ÷ 270
- 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
- శక్తికి వోల్టేజ్ ముఖ్యం!
రన్టైమ్ అంచనా
రన్టైమ్ (గంటలు) = బ్యాటరీ (mAh) ÷ కరెంట్ (mA). 300 mA వద్ద 3000 mAh = 10 గంటలు.
- రన్టైమ్ = సామర్థ్యం ÷ కరెంట్
- 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 గంటలు
- అధిక కరెంట్ = తక్కువ రన్టైమ్
- సామర్థ్య నష్టాలు: 80-90% ఆశించండి
మార్పిడులు ఎలా పనిచేస్తాయి
- దశ 1: మూలాన్ని → కూలంబ్స్కు toBase ఫ్యాక్టర్ను ఉపయోగించి మార్చండి
- దశ 2: కూలంబ్స్ను → లక్ష్యానికి లక్ష్యం యొక్క toBase ఫ్యాక్టర్ను ఉపయోగించి మార్చండి
- ప్రత్యామ్నాయం: ప్రత్యక్ష ఫ్యాక్టర్ను ఉపయోగించండి (mAh → Ah: 1000తో భాగించండి)
- సాధారణ తనిఖీ: 1 Ah = 3600 C, 1 mAh = 3.6 C
- శక్తి కోసం: Wh = Ah × వోల్టేజ్ (వోల్టేజ్-ఆధారిత!)
సాధారణ మార్పిడి సూచన
| నుండి | కు | గుణించండి | ఉదాహరణ |
|---|---|---|---|
| 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 | ఎలక్ట్రాన్లు | 6.242×10¹⁸ | 1 C ≈ 6.24×10¹⁸ e |
| ఎలక్ట్రాన్లు | C | 1.602×10⁻¹⁹ | 1 e = 1.602×10⁻¹⁹ C |
శీఘ్ర ఉదాహరణలు
పనిచేసిన సమస్యలు
ఫోన్ బ్యాటరీ రన్టైమ్
3500 mAh బ్యాటరీ. యాప్ 350 mA ఉపయోగిస్తుంది. ఎంత సేపు చనిపోతుంది?
రన్టైమ్ = సామర్థ్యం ÷ కరెంట్ = 3500 ÷ 350 = 10 గంటలు (ఆదర్శంగా). నిజం: ~8-9 గంటలు (సామర్థ్య నష్టాలు).
పవర్ బ్యాంక్ ఛార్జీలు
20,000 mAh పవర్ బ్యాంక్. 3,000 mAh ఫోన్ను ఛార్జ్ చేయండి. ఎన్ని పూర్తి ఛార్జీలు?
సామర్థ్యాన్ని (~80%) లెక్కించండి: 20,000 × 0.8 = 16,000 ప్రభావవంతమైనది. 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 ఛార్జీలు.
ఎలక్ట్రాలిసిస్ సమస్య
1 మోల్ రాగి (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu) నిక్షేపించండి. ఎన్ని కూలంబ్స్?
మోల్ Cu కు 2 మోల్స్ e⁻. 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah.
తప్పించుకోవలసిన సాధారణ తప్పులు
- **mAh అనేది శక్తి కాదు**: mAh ఆవేశాన్ని కొలుస్తుంది, శక్తిని కాదు. శక్తి = mAh × వోల్టేజ్ ÷ సమయం.
- **Whకి వోల్టేజ్ అవసరం**: వోల్టేజ్ తెలియకుండా mAh → Wh మార్చలేము. Li-ion కోసం 3.7V సాధారణం.
- **సామర్థ్య నష్టాలు**: నిజమైన రన్టైమ్ లెక్కించిన దానిలో 80-90%. వేడి, వోల్టేజ్ డ్రాప్, అంతర్గత నిరోధకత.
- **వోల్టేజ్ ముఖ్యం**: 3000 mAh @ 12V ≠ శక్తిలో 3000 mAh @ 3.7V (36 Wh వర్సెస్ 11 Wh).
- **కరెంట్ వర్సెస్ సామర్థ్యం**: 5000 mAh బ్యాటరీ 1 గంటకు 5000 mA ఇవ్వలేదు—గరిష్ట డిస్చార్జ్ రేట్ పరిమితులు.
- **డీప్ డిస్చార్జ్ చేయవద్దు**: Li-ion ~20% కంటే తక్కువకు క్షీణిస్తుంది. రేటెడ్ సామర్థ్యం నామమాత్రం, ఉపయోగపడేది కాదు.
ఆవేశం గురించి ఆసక్తికరమైన వాస్తవాలు
మీరు విద్యుత్ పరంగా తటస్థంగా ఉన్నారు
మీ శరీరంలో ~10²⁸ ప్రోటాన్లు మరియు సమాన సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి. మీరు 0.01% ఎలక్ట్రాన్లను కోల్పోతే, మీరు 10⁹ న్యూటన్ల వికర్షణను అనుభవిస్తారు—భవనాలను కూల్చివేయడానికి సరిపోతుంది!
మెరుపు యొక్క పారడాక్స్
మెరుపు: కేవలం ~15 C ఆవేశం, కానీ 1 బిలియన్ వోల్ట్లు! శక్తి = Q×V, కాబట్టి 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. అది 4.2 MWh—మీ ఇంటికి నెలల తరబడి శక్తినివ్వగలదు!
వాన్ డి గ్రాఫ్ జనరేటర్
క్లాసిక్ సైన్స్ డెమో మిలియన్ల వోల్ట్లకు ఆవేశాన్ని పెంచుతుంది. మొత్తం ఆవేశం? కేవలం ~10 µC. షాకింగ్ కానీ సురక్షితం—తక్కువ కరెంట్. వోల్టేజ్ ≠ ప్రమాదం, కరెంట్ చంపుతుంది.
కెపాసిటర్ వర్సెస్ బ్యాటరీ
కార్ బ్యాటరీ: 60 Ah = 216,000 C, గంటల తరబడి విడుదల చేస్తుంది. సూపర్ కెపాసిటర్: 3000 F = 3000 C/V, సెకన్లలో విడుదల చేస్తుంది. శక్తి సాంద్రత వర్సెస్ పవర్ సాంద్రత.
మిల్లికాన్ యొక్క ఆయిల్ డ్రాప్
1909: మిల్లికాన్ ఆవేశిత నూనె చుక్కలు పడటాన్ని చూసి ప్రాథమిక ఆవేశాన్ని కొలిచారు. అతను e = 1.592×10⁻¹⁹ C అని కనుగొన్నారు (ఆధునిక: 1.602). 1923 నోబెల్ బహుమతి గెలుచుకున్నారు.
క్వాంటం హాల్ ప్రభావం
ఎలక్ట్రాన్ ఆవేశ క్వాంటైజేషన్ చాలా కచ్చితంగా ఉంది, ఇది నిరోధక ప్రమాణాన్ని నిర్వచించడానికి ఉపయోగించబడింది. కచ్చితత్వం: 10⁹ లో 1 భాగం. 2019 నుండి అన్ని యూనిట్లను ప్రాథమిక స్థిరాంకాలు నిర్వచిస్తాయి.
ప్రో చిట్కాలు
- **శీఘ్ర mAh నుండి C**: 3.6తో గుణించండి. 1000 mAh = 3600 C కచ్చితంగా.
- **mAh నుండి Wh**: వోల్టేజ్తో గుణించి, 1000తో భాగించండి. 3.7V వద్ద: Wh ≈ mAh ÷ 270.
- **బ్యాటరీ రన్టైమ్**: సామర్థ్యాన్ని (mAh) కరెంట్ డ్రా (mA) తో భాగించండి. నష్టాల కోసం 20% మార్జిన్ జోడించండి.
- **పవర్ బ్యాంక్ వాస్తవికత**: వోల్టేజ్ మార్పిడి నష్టాల కారణంగా 70-80% ఉపయోగపడే సామర్థ్యాన్ని ఆశించండి.
- **బ్యాటరీలను పోల్చండి**: శక్తి పోలిక కోసం Wh ఉపయోగించండి (వోల్టేజ్ను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది). mAh వివిధ వోల్టేజ్లలో తప్పుదోవ పట్టిస్తుంది.
- **ఆవేశ సంరక్షణ**: మొత్తం ఆవేశం ఎప్పుడూ మారదు. 1 C బయటకు ప్రవహిస్తే, 1 C తిరిగి ప్రవహిస్తుంది (చివరికి).
- **శాస్త్రీయ సంజ్ఞామానం ఆటో**: 1 µC కంటే తక్కువ లేదా 1 GC కంటే ఎక్కువ విలువలు చదవడానికి సులభంగా శాస్త్రీయ సంజ్ఞామానంగా ప్రదర్శించబడతాయి.
పూర్తి యూనిట్ల సూచన
SI యూనిట్లు
| యూనిట్ పేరు | చిహ్నం | కూలంబ్ సమానం | వినియోగ గమనికలు |
|---|---|---|---|
| కూలంబ్ | C | 1 C (base) | SI బేస్ యూనిట్; 1 C = 1 A·s = 6.24×10¹⁸ ఎలక్ట్రాన్లు. |
| కిలోకూలంబ్ | kC | 1.000 kC | పెద్ద పారిశ్రామిక ఆవేశాలు; UPS సిస్టమ్స్, ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్. |
| మిల్లీకూలంబ్ | mC | 1.0000 mC | చిన్న ప్రయోగశాల ప్రయోగాలు; కెపాసిటర్ డిస్చార్జ్. |
| మైక్రోకూలంబ్ | µC | 1.0000 µC | కచ్చితమైన ఎలక్ట్రానిక్స్; స్థిర విద్యుత్ (1 µC ≈ అనుభవించిన షాక్). |
| నానోకూలంబ్ | nC | 1.000e-9 C | చిన్న సెన్సార్ సిగ్నల్స్; కచ్చితమైన కొలతలు. |
| పికోకూలంబ్ | pC | 1.000e-12 C | కచ్చితమైన పరికరాలు; ≈ 6 మిలియన్ల ఎలక్ట్రాన్లు. |
| ఫెమ్టోకూలంబ్ | fC | 1.000e-15 C | ఒకే-ఎలక్ట్రాన్ ట్రాన్సిస్టర్లు; క్వాంటం డాట్స్; అతి-కచ్చితత్వం. |
| అట్టోకూలంబ్ | aC | 1.000e-18 C | కొన్ని-ఎలక్ట్రాన్ క్వాంటం సిస్టమ్స్; ≈ 6 ఎలక్ట్రాన్లు. |
బ్యాటరీ సామర్థ్యం
| యూనిట్ పేరు | చిహ్నం | కూలంబ్ సమానం | వినియోగ గమనికలు |
|---|---|---|---|
| కిలోఆంపియర్-గంట | kAh | 3.60e+0 C | పారిశ్రామిక బ్యాటరీ బ్యాంకులు; EV ఫ్లీట్ ఛార్జింగ్; గ్రిడ్ నిల్వ. |
| ఆంపియర్-గంట | Ah | 3.600 kC | ప్రామాణిక బ్యాటరీ యూనిట్; కార్ బ్యాటరీలు (60 Ah), ల్యాప్టాప్లు (5 Ah). |
| మిల్లీఆంపియర్-గంట | mAh | 3.6000 C | వినియోగదారు ప్రమాణం; ఫోన్లు (3000 mAh), టాబ్లెట్లు, ఇయర్బడ్స్. |
| ఆంపియర్-నిమిషం | A·min | 60.0000 C | స్వల్ప-కాలిక డిస్చార్జ్; అరుదుగా ఉపయోగించబడుతుంది. |
| ఆంపియర్-సెకను | A·s | 1 C (base) | కూలంబ్తో సమానం (1 A·s = 1 C); సైద్ధాంతికం. |
| watt-hour (@ 3.7V Li-ion) | Wh | 972.9730 C | ఆంపియర్-గంటలు మరియు సంబంధిత యూనిట్లు; బ్యాటరీ మరియు పవర్ రేటింగ్ల కోసం ప్రామాణికం. |
| milliwatt-hour (@ 3.7V Li-ion) | mWh | 972.9730 mC | ఆంపియర్-గంటలు మరియు సంబంధిత యూనిట్లు; బ్యాటరీ మరియు పవర్ రేటింగ్ల కోసం ప్రామాణికం. |
లెగసీ & సైంటిఫిక్
| యూనిట్ పేరు | చిహ్నం | కూలంబ్ సమానం | వినియోగ గమనికలు |
|---|---|---|---|
| అబ్కూలంబ్ (EMU) | abC | 10.0000 C | CGS-EMU యూనిట్ = 10 C; వాడుకలో లేదు, పాత EM టెక్స్ట్లలో కనిపిస్తుంది. |
| స్టాట్కూలంబ్ (ESU) | statC | 3.336e-10 C | CGS-ESU యూనిట్ ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C; వాడుకలో లేని ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్స్ యూనిట్. |
| ఫారడే | F | 96.485 kC | 1 మోల్ ఎలక్ట్రాన్లు = 96,485 C; ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ ప్రమాణం. |
| ప్రాథమిక ఛార్జ్ | e | 1.602e-19 C | ప్రాథమిక యూనిట్ e = 1.602×10⁻¹⁹ C; ప్రోటాన్/ఎలక్ట్రాన్ ఆవేశం. |
తరచుగా అడిగే ప్రశ్నలు
mAh మరియు Wh మధ్య తేడా ఏమిటి?
mAh ఆవేశాన్ని (ఎన్ని ఎలక్ట్రాన్లు) కొలుస్తుంది. Wh శక్తిని (ఆవేశం × వోల్టేజ్) కొలుస్తుంది. వివిధ వోల్టేజ్లలో అదే mAh = విభిన్న శక్తి. వివిధ వోల్టేజ్లలో బ్యాటరీలను పోల్చడానికి Wh ఉపయోగించండి. Wh = mAh × V ÷ 1000.
నా బ్యాటరీ నుండి రేటెడ్ సామర్థ్యాన్ని ఎందుకు పొందలేను?
రేటెడ్ సామర్థ్యం నామమాత్రం, ఉపయోగపడేది కాదు. Li-ion: 4.2V (పూర్తి) నుండి 3.0V (ఖాళీ) వరకు డిస్చార్జ్ అవుతుంది, కానీ 20% వద్ద ఆపడం జీవితకాలాన్ని కాపాడుతుంది. మార్పిడి నష్టాలు, వేడి, మరియు వృద్ధాప్యం ప్రభావవంతమైన సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తాయి. రేటెడ్ దానిలో 80-90% ఆశించండి.
ఒక పవర్ బ్యాంక్ నా ఫోన్ను ఎన్నిసార్లు ఛార్జ్ చేయగలదు?
కేవలం సామర్థ్య నిష్పత్తి కాదు. 20,000 mAh పవర్ బ్యాంక్: ~70-80% సమర్థవంతమైనది (వోల్టేజ్ మార్పిడి, వేడి). ప్రభావవంతమైనది: 16,000 mAh. 3,000 mAh ఫోన్ కోసం: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 ఛార్జీలు. వాస్తవ ప్రపంచంలో: 4-5.
ప్రాథమిక ఆవేశం అంటే ఏమిటి మరియు అది ఎందుకు ముఖ్యం?
ప్రాథమిక ఆవేశం (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) అనేది ఒక ప్రోటాన్ లేదా ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఆవేశం. అన్ని ఆవేశాలు e యొక్క గుణిజాలలో క్వాంటైజ్ చేయబడ్డాయి. క్వాంటం మెకానిక్స్కు ప్రాథమికం, ఫైన్ స్ట్రక్చర్ స్థిరాంకాన్ని నిర్వచిస్తుంది. 2019 నుండి, e నిర్వచనం ప్రకారం కచ్చితంగా ఉంది.
మీరు రుణాత్మక ఆవేశాన్ని కలిగి ఉండగలరా?
అవును! రుణాత్మక ఆవేశం అంటే ఎలక్ట్రాన్ల అధికం, ధనాత్మక అంటే లోటు. మొత్తం ఆవేశం బీజగణితం (రద్దు చేయవచ్చు). ఎలక్ట్రాన్లు: -e. ప్రోటాన్లు: +e. వస్తువులు: సాధారణంగా దాదాపు తటస్థంగా ఉంటాయి (సమాన + మరియు -). ఒకే రకమైన ఆవేశాలు వికర్షిస్తాయి, వ్యతిరేకమైనవి ఆకర్షిస్తాయి.
బ్యాటరీలు కాలక్రమేణా సామర్థ్యాన్ని ఎందుకు కోల్పోతాయి?
Li-ion: రసాయన ప్రతిచర్యలు నెమ్మదిగా ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను క్షీణింపజేస్తాయి. ప్రతి ఛార్జ్ సైకిల్ చిన్న కోలుకోలేని మార్పులకు కారణమవుతుంది. డీప్ డిస్చార్జ్ (<20%), అధిక ఉష్ణోగ్రత, ఫాస్ట్ ఛార్జింగ్ వృద్ధాప్యాన్ని వేగవంతం చేస్తాయి. ఆధునిక బ్యాటరీలు: 80% సామర్థ్యానికి 500-1000 సైకిళ్లు.
పూర్తి సాధనాల డైరెక్టరీ
UNITS లో అందుబాటులో ఉన్న అన్ని 71 సాధనాలు