홍라이프 계산기줄-볼트 환산 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 볼트의 정의를 이용해 줄 단위 에너지와 전하량으로 전압을 구합니다. 전하는 쿨롬, 밀리암페어시, 암페어시, 전자 개수 중 하나로 넣을 수 있으며, 전하를 mAh로, 에너지를 와트시와 전자볼트로도 바꿔 보여 줍니다. 배터리, 커패시터, 물리 문제에 도움이 됩니다.
계산 방법
V = W ÷ Q
- 1V = 1J/C입니다.
- 전하 단위: 1mAh = 3.6C, 1Ah = 3,600C, 전자 1개 = e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹C입니다.
- 에너지 단위: 1Wh = 3,600J, 1eV = 1.602176634 × 10⁻¹⁹J입니다.
원리
전압은 단위 전하당 에너지입니다. 1C의 전하를 1V의 전위차만큼 옮기면 1J을 쓰거나 얻습니다. 그래서 줄과 볼트는 서로 직접 바꿀 수 없습니다. 둘은 다른 양이며 전하가 둘을 이어 줍니다. 전자볼트도 같은 정의에서 나옵니다. 전자가 1V를 지나면 1eV를 얻으므로, eV 단위의 에너지를 전자 개수로 나누면 바로 전압이 됩니다. 반대로 전압을 알면 전하에 곱해 에너지를 구할 수 있어, 같은 식을 세 방향으로 쓸 수 있습니다.
예제 풀이
기본값인 9J, 전하 2C로 계산합니다.
- V = 9 ÷ 2 = 4.5V입니다.
- 전하를 mAh로 바꾸면 2 ÷ 3.6 = 0.555556mAh입니다.
- 에너지를 Wh로 바꾸면 9 ÷ 3,600 = 0.0025Wh입니다.
- 에너지를 eV로 바꾸면 9 ÷ 1.602176634 × 10⁻¹⁹ = 5.617 × 10¹⁹eV입니다.
| 전하량 | 전압 (V) |
|---|---|
| 0.5 | 18 |
| 1 | 9 |
| 1.5 | 6 |
| 2 | 4.5 |
| 2.5 | 3.6 |
| 3 | 3 |
| 4 | 2.25 |
결과 해석
전압은 1C마다 실어 나르는 평균 에너지입니다. 배터리에서 에너지 ÷ 전하는 방전 동안의 평균 전압이 되며, 10Wh에 2,700mAh인 배터리는 평균 약 3.7V입니다. 커패시터는 저장 에너지가 ½CV²이므로 에너지 ÷ 전하는 최종 전압이 아니라 그 절반이 됩니다. 충전하는 동안 전압이 0에서 V까지 고르게 올라가므로 평균 전압이 V/2이기 때문입니다. 배터리 사양을 비교할 때는 mAh만 보지 말고 전압을 곱한 Wh를 보아야 실제 에너지를 비교할 수 있습니다.
흔한 실수
- 전하 없이 줄을 볼트로 바꾸려는 경우
- mAh를 쿨롬으로 바꾸지 않는 경우(× 3.6)
- 커패시터 저장 에너지에 ½을 빼고 V = W/Q를 쓰는 경우
- Wh와 J를 섞는 경우
- 전자 개수로 넣을 때 전자 하나의 전하를 곱하지 않는 경우
자주 묻는 질문
3.7V에서 1mAh는 몇 줄입니까?
3.6C × 3.7V = 13.32J입니다.
볼트와 줄은 같은 단위입니까?
아닙니다. 볼트는 쿨롬당 줄입니다.
전자볼트는 무엇입니까?
전자 하나가 1V를 지날 때 얻는 에너지로, 1.602176634 × 10⁻¹⁹J입니다.
mAh와 전압으로 배터리 에너지를 구하려면 어떻게 합니까?
쿨롬으로 바꾼 전하에 평균 전압을 곱하거나, Wh로는 mAh × V ÷ 1,000을 계산합니다.
출처: BIPM, The International System of Units (SI Brochure), 9th edition (2019)