Энергию для работы мобильные устройства получают от аккумулятора. Его основная характеристика — электрическая емкость. Измеряется она ампер-часами (обозначается А·ч, Ah). Её значение, например, 55 А·ч в маркировке аккумулятора характеризует время, в течение которого АКБ обеспечит электропитание автономного устройства. Правда, надо уточнить — как оно будет зависеть от уровня потребления энергии самим прибором.
Терминология, понятия, определения
По ГОСТ Р 53165-2008 понятие ёмкости аккумулятора означает “количество электричества, А·ч, которое заряженная батарея может отдать в заданных условиях”. Это определение кажется общим и неконкретным, а вот понятие номинальной 20-часовой ёмкости, обозначаемое, как С20, позволяет лучше понять, о чём идёт речь.
ВАЖНО — не стоит разряжать АКБ до напряжения менее 10,5 В. В этом случае возможно её повреждение или как минимум сокращение числа возможных циклов заряд-разряд.
ГОСТ характеризует C20 как “количество электричества, А·ч, которое отдаёт заряженная батарея при 20-часовом разряде номинальным током при заданных условиях”. Считается, что АКБ не стоит разряжать ниже 10,5 В. Исходя из приведённого значения напряжения, аккумулятор, показанный на фото выше (55 А·ч), способен обеспечивать в течение 20 часов выдачу тока 2,75 А, и при этом напряжение батареи не опускается ниже 10,5 В (55 А·ч : 20 ч = 2,75 А).
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос
Интересным может быть такое понятие: номинальная резервная ёмкость — Cρ. По ГОСТу, это “расчётное время разряда (в мин.), в течение которого батарея может давать разрядный ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В”. А также понятие — фактическая резервная ёмкость, Cρф — “получившееся время разряда для сравнения с номинальным”.
Всё вышесказанное относится в первую очередь к автомобильным свинцово-кислотным аккумуляторам, используемым в качестве стартерных АКБ или источников аварийного питания. В электронной технике чаще используются литий-ионные аккумуляторы, у них свои особенности, но понятие электрической ёмкости распространяется и на них.
Как перевести миллиампер-часы в ампер-часы или ватт-часы
По сути дела, АКБ выступает источником энергии, а её мощность измеряется в ваттах. Мощность определяется произведением тока на напряжение, т. е. P = I × U. Для нашего аккумулятора (55 А·ч) легко узнать, сколько ватт можно от него получить. Исходя из приведённой формулы данных, указанных на маркировке, результат будет равен: 55 А·ч·12 В = 660 Вт·ч.
Можно рассчитать энергию в джоулях. Перевод выполняется на основании соотношения 1 Вт = 3600 Дж/ч. Таким образом, запасённая энергия будет равна 3600 × 660 = 2376000 Дж или 2,376 МДж.
Ампер-часы как единица измерения — большая величина. Она лучше подходит для мощных потребителей (например, автомобилей, тракторов, прочих аналогичных изделий. Для менее энергоёмких — мобильных или автономных устройств — часто пользуются производными единицами измерения, например, миллиампер-часами (1 ампер = 1000 миллиампер).
Их обозначают: миллиампер·час, или сокращённо — мА·ч. Перевод единиц измерения сделать просто, для этого используется приведённое выше соотношение между ампером и миллиампером. Если ёмкость батареи для телефона равна 1500 mAh, значит, она будет равна 1,5 А·ч (1500 mAh : 1000 = 1,5 А·ч).
Примеры статического электричества
Грозы на Земле. Вид с Международной космической станции. Фотографии НАСА.
Мы с детства инстинктивно боимся грома, хотя сам по себе он абсолютно безопасен — просто акустическое следствие грозного удара молнии, которая и вызвана атмосферным статическим электричеством. Моряки времён парусного флота впадали в священный трепет, наблюдая огоньки святого Эльма на своих мачтах, которые тоже являются проявлением атмосферного статического электричества. Люди наделяли верховных богов древних религий неотъемлемым атрибутом в виде молний, будь то греческий Зевс, римский Юпитер, скандинавский Тор или Перун русичей.
Самолет Air Canada на земле во время заправки
С тех пор, как люди впервые начали интересоваться электричеством, прошли века, и мы даже порой не подозреваем, что учёные, сделав из изучения статического электричества глубокомысленные выводы, спасают нас от ужасов пожаров и взрывов. Мы укротили электростатику, нацелив в небо пики громоотводов и снабдив бензовозы заземляющими устройствами, позволяющими электростатическим зарядам безопасно уходить в землю. И, тем не менее, статическое электричество продолжает хулиганить, создавая помехи приёму радиосигналов — ведь на Земле одновременно бушует до 2000 гроз, которые ежесекундно генерируют до 50 разрядов молний.
Исследованием статического электричества люди занимались с незапамятных времён; даже термину «электрон» мы обязаны древним грекам, хотя они подразумевали под этим несколько иное — так они называли янтарь, который прекрасно электризовался при трении (др. — греч. ἤλεκτρον — янтарь). К сожалению, наука о статическом электричестве не обошлась без жертв — российский учёный Георг Вильгельм Рихман во время проведения эксперимента был убит разрядом молнии, которая является наиболее грозным проявлением атмосферного статического электричества.
Статическое электричество и погода
В первом приближении, механизм образования зарядов грозового облака во многом сходен с механизмом электризации расчёски — в нём точно так же происходит электризация трением. Льдинки, образуясь из мелких капелек воды, охлаждённой из-за переноса восходящими потоками воздуха в верхнюю, более холодную, часть облака, сталкиваются между собой. Более крупные льдинки заряжаются при этом отрицательно, а меньшие — положительно. Из-за разницы в весе происходит перераспределение льдинок в облаке: крупные, более тяжёлые, опускаются в нижнюю часть облака, а более лёгкие льдинки меньшего размера собираются в верхней части грозового облака. Хотя всё облако в целом остаётся нейтральным, нижняя часть облака получает отрицательный заряд, а верхняя — положительный.
Франклин на стодолларовой купюре
Подобно наэлектризованной расческе, притягивающей воздушный шарик из-за индуцирования на его ближней к расческе стороне противоположного заряда, грозовое облако индуцирует на поверхности Земли положительный заряд. По мере развития грозового облака, заряды увеличиваются, при этом растёт напряжённость поля между ними, и, когда напряжённость поля превысит критическое значение для данных погодных условий, происходит электрический пробой воздуха — разряд молнии.
На бога надейся, а про молниеотвод не забывай!
Человечество обязано Бенджамину Франклину — впоследствии президенту Высшего исполнительного совета Пенсильвании и первому Генеральному почтмейстеру США — за изобретение громоотвода (точнее было бы назвать его молниеотводом), навсегда избавившего население Земли от пожаров, вызываемых попаданием молний в здания. Кстати, Франклин не стал патентовать своё изобретение, сделав его доступным для всего человечества.
Не всегда молнии несли только разрушения — уральские рудознатцы определяли расположение железных и медных руд именно по частоте ударов молний в определённые точки местности.
Лейденские банки в экспозиции Канадского музея науки и техники
В числе учёных, посвятивших своё время исследованию явлений электростатики, необходимо упомянуть англичанина Майкла Фарадея, впоследствии одного из основателей электродинамики, и голландца Питера ван Мушенбрука, изобретателя прототипа электрического конденсатора — знаменитой лейденской банки.
Наблюдая за гонками DTM, IndyCar или Formula 1, мы даже не подозреваем, что механики зазывают пилотов для смены резины на дождевую, опираясь на данные метеорологических РЛС. А эти данные, в свою очередь, основаны именно на электрических характеристиках подступающих грозовых облаков.
Метеорологическая РЛС в аэропорту им. Пирсона, Торонто
Статическое электричество — наш друг и враг одновременно: его недолюбливают радиоинженеры, натягивая заземляющие браслеты при ремонте сгоревших плат в результате удара поблизости молнии — при этом, как правило, выходят из строя входные каскады оборудования. При неисправном заземляющем оборудовании оно может стать причиной тяжёлых техногенных катастроф с трагическими последствиями — пожаров и взрывов целых заводов.
Статическое электричество в медицине
Тем не менее, оно приходит на помощь людям при нарушениях сердечного ритма, вызванных хаотическими судорожными сокращениями сердца больного. Его нормальная работа восстанавливается пропусканием небольшого электростатического разряда при помощи прибора, называемого дефибриллятором. Сцена возвращения пациента с того света с помощью дефибриллятора является своего рода классикой для кино определённого жанра. При этом следует отметить, что в кино традиционно показывают монитор с отсутствующим сигналом сердцебиения и зловещей прямой линией, хотя на самом деле применение дефибриллятора не помогает, если сердце пациента остановилось.
Разрядники на крыле самолета Boeing 738-800 предназначены для снятия статического электричества для обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Другие примеры
Нелишне будет вспомнить о необходимости металлизации самолетов для защиты от статического электричества, то есть, соединения всех металлических частей самолета, включая двигатель, в одну электрически целостную конструкцию. На законцовках всего оперения самолета устанавливают статические разрядники для стекания статического электричества, накапливающегося во время полета вследствие трения воздуха о корпус самолета. Эти меры необходимы для защиты от помех, возникающих при разряде статического электричества, и обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Электростатика играет определённую роль в знакомстве учеников с разделом «Электричество» — более эффектных опытов, пожалуй, не знает ни один из разделов физики — тут тебе и волосы, вставшие дыбом, и погоня воздушного шарика за расческой, и таинственное свечение люминесцентных ламп безо всякого подключения проводов! А ведь этот эффект свечения газонаполненных приборов спасает жизни электромонтёрам, имеющих дело с высоким напряжением в современных линиях электропередач и распределительных сетях.
И самое главное, учёные пришли к выводу, что статическому электричеству, точнее его разрядам в виде молний, мы, вероятно, обязаны появлению жизни на Земле. В ходе экспериментов в середине прошлого века, с пропусканием электрических разрядов через смесь газов, близкую по составу к первичному составу атмосферы Земли, была получена одна из аминокислот, которая является «кирпичиком» нашей жизни.
Источники бесперебойного питания (ИБП) используются для защиты оборудования от провалов напряжения, пропадания электропитания и импульсов высокого напряжения в промышленной электросети, которые могут возникать во время непрямых ударов молний
Для укрощения электростатики очень важно знать разность потенциалов или электрическое напряжение, для измерения которого придуманы приборы, называемые вольтметрами. Ввел понятие электрического напряжения итальянский учёный 19-го века Алессандро Вольта, по имени которого и названа эта единица. В своё время для измерения электростатического напряжения использовались гальванометры, названные по имени соотечественника Вольта Луиджи Гальвани. К сожалению, эти приборы электродинамического типа вносили искажения в измерения.
Почему используются ампер-часы
Подобная маркировка позволяет легко определить, сколько времени батарея сможет отдавать нужный ток. Для этого достаточно разделить приведённые на маркировке данные об ампер-часах на требуемый ток. Например, от заряженной и исправной АКБ ёмкостью 55 А·ч ток 5,5 А можно получать 10 часов (расчёт прост: 55 А·ч : 5,5 А = 10 ч).
Конечно, оценка приблизительная и не означает, что полученный результат будет соответствовать прогнозам. Дело в том, что при периодической работе АКБ (когда она то подключена, то нет к нагрузке), когда она не отдаёт энергию, её ёмкость несколько восстанавливается. Кроме того, если ток превышает допустимый, то батарея может просто выйти из строя.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос
ВАЖНО. Ёмкость АКБ — величина непостоянная, зависит от условий эксплуатации, особенностей конструкции, её технического состояния. Поэтому требуется постоянно контролировать уровень заряда батареи.
Значение емкости в Втч и мАч – принципиальное различие
Максимально точно потенциал устройства описывает абсолютная постоянная емкость, измеренная в Вт.ч. К примеру, у Carku E-Power Elite она равна 44,4 Вт.ч. Это означает, что данный прибор может питать нагрузку 44,4 Вт в течение одного часа при любых токах и напряжениях.
Если емкость в Втч не указана в технических характеристиках ПЗУ, подсчитать ее очень просто – нужно перемножить ее значение в Ач на номинальное напряжение аккумулятора в вольтах. Значение емкости в мАч – это относительная величина, описывающая емкость устройства для конкретного напряжения. То есть, к примеру, для 5 В у аккумуляторной батареи будет одна емкость, а для 19 В – другая.
Для определения абсолютной постоянной емкости в Втч необходимо знать ее значение в Ач (ампер-час). 1 Ач = 1000 мАч. Чтобы получить величину емкости в Ач, нужно показатель в мАч разделить на 1000.
Как определить реальные характеристики аккумулятора
Емкость АКБ за время эксплуатации может значительно меняться. Не касаясь вопросов конкретного применения батареи, легко оценить её реальное текущее состояние. Для этого используют два способа.
- Лабораторный. Предварительно заряженный аккумулятор разряжают продолжительное время малым током, фиксируя время, в течение которого проводится этот разряд. Ёмкость заряженной батареи будет равна произведению времени на силу тока. Сложность метода – в применении специального оборудования.
- Бытовой. Подход такой же, но при этом используется обычная лампа ближнего или дальнего света на 55 ватт, например, мощностью 55 Вт. Она обеспечивает ток 4,6 А. К предварительно заряженной батарее подключают лампочку и засекают время разряда. При этом желательно контролировать напряжение на выводах аккумулятора. Когда оно достигнет значения 10,5 В, разряд прекращают. Произведение времени разряда на ток (в нашем случае 4,6 А) даёт емкость АКБ. Так, если процесс занял 10 часов, то ёмкость аккумулятора будет равна 46 А·ч.
Использование лампочки для оценки состояния батареи не обеспечит той точности, что лабораторное оборудование, но позволит примерно определить текущие характеристики АКБ.
Почему производители не хотят изменить обозначения в мАч на Ач?
Тут всё просто — это хорошее правило в маркетинге: «Не пытайтесь бессмысленно менять поведение потребителей». Если мы с вами сегодня изобрели новую батарею и можем выбирать между обозначениями «3000 mAh» и «3.0 Ah», то для нас, как производителя, в этом нет никакой разницы.
Для потребителя же незначительное усложнение в выборе приведёт к изменению маркетингового поведения.
Хотя мы с вами просто сместили множитель в Международной системе единиц. Не все, далеко не все, но некоторые люди будут смущены. Мы с вами столкнёмся с ситуацией, когда кто-то окажется сбит с толку. А этот кто-то может быть потенциальным клиентом.
Что значит mAh на аккумуляторе
Как уже выяснилось, mAh не является показателем энергии, однако связан ней. Все становится ясно при простых математических расчетах.
При данных на аккумуляторе телефона 5000 mAh и израсходованном 1 миллиампере батареи хватает на 5000 часов, при утрате 2 миллиампер хватит на 2500 часов, при потраченных 1000 миллиамперах аккумулятора хватит на 5 часов.
Часто бывают ситуации, когда батарея с 6000 mah сначала дает ток в 6 Ампер в час, но потом все меньше и меньше, то есть «садится». Это зависит от того, какие задачи выполняются на электронном устройстве. Известно, что если слушать на смартфоне музыку или смотреть видео, гаджет «сядет» быстрее, чем при чтении электронной книги за то же количество времени.
Иногда на упаковках электронных устройств можно увидеть значение: «2000 mah двух ячеек». Что это значит? mAh для вычисления общей емкости 2000 нужно удвоить, и получится общая емкость 4000 mah (2000*2).
Как долго работает батарея 20000 mAh
К примеру, обычная ситуация: потерялось (сломалось) «родное» зарядное устройство к гаджету. В пользование дали другое, на выходе которого указано «800 mA», но теперь непонятно, сколько его заряжать. На батарее телефона указано: 2500 мА, и есть непонятная надпись: Standart charge 18 hr at 200 mA. Как во всем этом разобраться? Опять же расчеты: батарея способна накопить энергию тока 1500 мА, который выдается теоретически в течение часа до полного разряда.
Надпись на АКБ обозначает, что его следует заряжать током 200 мА в течение 18 часов, а зарядное устройство может выдать ток в 800 мА. Остается только высчитать часы: зарядный ток в 4 раз больше (800 mA разделить на 200 мА), значит, времени понадобится для заряда батареи в 4 раза меньше. Таким образом, аккумулятор данным зарядным устройством будет заряжаться 4.5 часа (10 часов разделить на 4 часа).
В идеале стоит покупать внешние батареи с выдающей силой тока от 2А, т. к. сила тока на выходе влияет на то, как быстро зарядится гаджет.
К примеру, если внешнее зарядное устройство имеет емкость 20000 мАч, его хватит на 17 полных зарядов смартфона, но, опять же, все зависит от «родного» аккумулятора.
Ампер с точки зрения физики
В физике и электротехнике ампер является величиной, характеризующей силу тока в количественном отношении. Для ее определения используются различные способы. Среди них наибольшее распространение получил метод прямых измерений, когда используется амперметр, тестер или мультиметр. При выполнении замеров эти приборы последовательно включаются в электрическую цепь.
Другой способ считается косвенным, требующим проведения специальных расчетов. В этом случае необходимо знать напряжение, приложенное к данному участку цепи, и сопротивление этого участка. После чего, сила тока легко определяется по формуле I = U/R, а полученный результат отображается в амперах.
В практической деятельности амперы используются довольно редко, поскольку эта единица считается слишком большой для обычного пользования. Поэтому большинство специалистов пользуются кратными единицами – миллиамперами (10-3А) и микроамперами (10-6А), которые по-другому могут обозначаться в виде 0,001 А и 0,000001 А. Однако при выполнении расчетов необходимо вновь перевести миллиамперы в амперы и во всех формулах применять уже эти единицы. Именно на этой стадии у многих возникает вопрос, как переводить миллиамперы в амперы.
Что такое Wh
Wh (ватт-час) даст понять, сколько мощности хранится в аккумуляторе, то есть 1 Wh имеет мощность в 1 ватт, передаваемую в течение часа по проводнику. Как правило, обозначение Wh более понятно пользователям гаджетов, потому что проще понять, сколько потребуется часов для работы ноутбука, на какое время хватит аккумулятора.
К примеру, на АКБ ноутбука указано 90Wh. Зная, что 1 ватт расходуется за час, можно вычислить время работы ноутбука, которому необходимо мощности для работы не менее 60 ватт: 90Wh делится на 60 ватт, получается 1.5 часа работы электронного устройства.
Возникает вопрос: откуда же взялись эти 60 ватт? Они указываются практически всегда на блоке питания ноутбука в виде вольт и ампер, которые нужно перемножить друг с другом – так получится цифра мощности, эти пресловутые 60 или 70 ватт.
Как измерить
Для того чтобы определить силу тока на конкретном участке цепи, используются измерительные приборы, перечисленные выше. Среди них наиболее точным считается амперметр, производящий замеры только одной величины, с использованием одной шкалы. Однако более удобными считаются тестеры и мультиметры, с помощью которых осуществляется измерение не только силы тока, но и других электротехнических величин в различных диапазонах. Данные приборы обладают возможностью переключаться с одних единиц измерения на другие и точно определять, сколько миллиампер в ампере.
Что еще влияет на производительность электронных устройств
Многое зависит от типа АКБ – большая часть электронных гаджетов сегодня имеет литий-ионную батарею, которую допустимо заряжать, не дожидаясь полного разряда.
На производительность, к тому же, влияет и железо: чем мощнее телефон, тем больше мА должно быть в батарее. К примеру, один гаджет с аккумулятором 1550 мАч может проработать 5 дней без подзаряда, а другой с 3500 мАч не продержится и суток.
Дисплей также является большим потребителем энергии. Здесь секрет – в технологии производства экранов. IPS потребует больше энергии, чем Super AMOLED, которые очень энергоэкономны, благодаря преобладающему черному цвету на экране. Не стоит списывать со счетов яркость и разрешение.
Важно, чтобы в телефоне было включено как можно меньше лишних фоновых процессов и служб. К счастью, девайсы от «Сони» и «Самсунга» включают специальные утилиты в программное обеспечение, которые оптимизируют работу устройства и экономят энергию.
И это еще не все: не стоит забывать о сердце любого электронного гаджета – процессоре, который тоже любит хорошо «покушать».
Получается, это не так важно, если присмотреться к остальным характеристикам. Потому при покупке нового устройства следует обращать внимание не только на батарею, но и на железо, ПО и тип экрана.
