Chuyển đổi đơn vị điện áp

Điện áp là gì và vì sao có nhiều đơn vị đến vậy?

Điện áp — chính xác là hiệu điện thế — là công thực hiện trên một đơn vị điện tích để di chuyển một điện tích thử dương từ điểm này tới điểm khác trong điện trường. Đơn vị SI là vôn (V), với 1 V = 1 W/A = 1 J/C. Vôn được đặt theo tên Alessandro Volta, người phát minh pin điện hoá năm 1800, và được liên kết chặt với các đơn vị cơ bản SI sau khi hệ thống được hoàn chỉnh. Vì điện áp thực tế trải dài hơn mười lăm bậc — từ tín hiệu micrôvôn của cặp nhiệt điện đến hiệu điện thế gigavôn trong một tia sét — kỹ sư dùng tiền tố SI (mili-, micrô-, nanô-, kilô-, mega-, giga-) để giữ con số trong khoảng dễ đọc.

Vôn áp đảo trong kỹ thuật hiện đại, nhưng hai đơn vị CGS vẫn tồn tại trong tài liệu vật lý: statvolt (≈299,79 V) thuộc hệ điện tĩnh, và abvolt (10⁻⁸ V) thuộc hệ điện từ. Hai đơn vị này xuất hiện trong giáo trình điện từ cũ và một số bài báo vật lý lý thuyết; bạn sẽ không gặp chúng trên đồng hồ vạn năng. Trong thực tế ngành điện và điện tử ở Việt Nam, vôn SI là đơn vị duy nhất cần dùng hằng ngày.

Giải thích từng đơn vị điện áp

Vôn (V) và bội số — gốc của hệ SI

1 V = 1 J/C = 1 W/A = 1 kg·m²·s⁻³·A⁻¹. Sau định nghĩa lại SI năm 2019, vôn được hiện thực hoá qua điện tích nguyên tố e và hằng số Planck h, cả hai đều cố định chính xác. Bội số thực tế: milivôn (mV, 10⁻³ V), micrôvôn (μV, 10⁻⁶ V), nanôvôn (nV, 10⁻⁹ V), kilôvôn (kV, 10³ V), megavôn (MV, 10⁶ V), gigavôn (GV, 10⁹ V). Đều là cùng một đại lượng vật lý nhân với một bội số 10.

Milivôn (mV) và micrôvôn (μV) — cảm biến, tín hiệu sinh học

1 mV = 10⁻³ V; 1 μV = 10⁻⁶ V. Cặp nhiệt điện loại K cho ra 40 μV/°C, nên chênh nhiệt 100 °C tạo khoảng 4 mV. Tín hiệu sinh điện — EEG (10–100 μV), ECG (≈1 mV), EMG (50 μV–10 mV) — nằm trong dải milivôn và micrôvôn. Điện áp lệch đầu vào của khuếch đại thuật toán điển hình 1–5 mV — giới hạn của độ chính xác tín hiệu nhỏ.

Nanôvôn (nV) — đo đạc nhiễu thấp

1 nV = 10⁻⁹ V. Dùng trong nanôvôn-kế, từ kế SQUID và mối nối Josephson tham chiếu. Nhiễu Johnson của một điện trở 1 kΩ ở nhiệt độ phòng trong băng thông 1 Hz là khoảng 4 nV — đây là sàn tuyệt đối của điện tử analog.

Kilôvôn (kV) — truyền tải điện

1 kV = 1.000 V. Tại Việt Nam: lưới phân phối nông thôn 22 kV, nội đô và khu công nghiệp 22 kV và 35 kV; lưới truyền tải trung gian 110 kV; truyền tải đường dài 220 kV và 500 kV (đường dây 500 kV Bắc-Nam mạch 1, 2, 3). Sạc nhanh xe điện 400 V hoặc 800 V (kỹ thuật <1 kV nhưng thường gộp chung). Ống tia X công nghiệp 30–150 kV.

Megavôn (MV) — HVDC và vật lý

1 MV = 10⁶ V. Đường dây HVDC siêu cao áp ±800 kV (1,6 MV giữa hai cực) — đường Changji-Guquan ở Trung Quốc đạt ±1,1 MV. Bộ tăng tốc tĩnh điện trong vật lý hạt (Pelletron, Tandem) đạt 25 MV. Kênh sét trong cơn dông mạnh mang điện áp tức thời gần 100 MV giữa mây và đất.

Statvolt và abvolt — di sản CGS

1 statV = c × 10⁻⁸ V = 299,792458 V chính xác (c là tốc độ ánh sáng tính theo cm/s). 1 abV = 10⁻⁸ V. Statvolt thuộc hệ CGS điện tĩnh, abvolt thuộc CGS điện từ. Chúng được thiết kế để các phương trình Maxwell đơn giản hơn về thứ nguyên trong CGS, nhưng đổi lại tỉ số đơn vị có chứa c. Xuất hiện trong sách Jackson và một số bài plasma physics, nhưng không có dụng cụ thương mại nào hiệu chuẩn theo CGS từ hàng chục năm nay.

Điện áp thực tế và đơn vị đi với từng ngành

• Điện sinh hoạt: Việt Nam: 220 V một pha, 50 Hz (TCVN 7447 và quy chuẩn EVN). Liên minh châu Âu, Anh, Úc, Ấn Độ: 230 V / 50 Hz. Mỹ và Canada: 120 V một pha, 240 V hai pha (cho bếp và máy sấy). Nhật Bản: 100 V (50 Hz miền đông, 60 Hz miền tây). Brazil: hỗn hợp — São Paulo 127 V, Brasília 220 V tuỳ bang.
• Đồ điện tử dân dụng: Sạc USB (USB 2.0): 5 V ở 0,5–2 A. USB-C PD: 5 V, 9 V, 15 V, 20 V, 28 V, 36 V, 48 V (thoả thuận). Bộ chuyển đổi laptop chân tròn: thường 12–20 V. Pin smartphone: 3,7 V danh định (Li-ion). Đèn bàn LED 12 V hoặc 24 V.
• Ô tô, xe máy: Bình ắc-quy ô tô tiêu chuẩn: 12 V danh định (đầy 12,6 V, hết 11,8 V). Bình xe máy: cũng 12 V (đa phần) — Honda Wave, Yamaha Sirius, SH dùng bình 12V-3Ah hoặc 12V-5Ah. Xe tải, xe khách hạng nặng: 24 V. Hybrid mild: hệ phụ 48 V. Xe điện và PHEV: 400 V (Tesla, VinFast VF8/VF9, hầu hết EV châu Á); 800 V (Porsche Taycan, Hyundai Ioniq 5/6, Kia EV6) để sạc DC nhanh hơn.
• Truyền tải điện tại Việt Nam: Đường dây phân phối: 22 kV (chủ yếu), 35 kV (vùng núi). Truyền tải trung gian: 110 kV. Truyền tải đường dài: 220 kV và 500 kV. Đường dây 500 kV Bắc-Nam mạch 1 vận hành từ 1994, mạch 3 hoàn thành 2024. Trạm biến áp hạ áp dần xuống 220/110 V đến nhà dân.
• Tín hiệu y sinh: EEG (sóng não): 10–100 μV. ECG (tim): khoảng 1 mV đỉnh (sóng R). EMG (cơ): 50 μV–10 mV. Điện thế hoạt động neuron: ≈ −70 mV (nghỉ) đến +30 mV (đỉnh khử cực). Đo bằng khuếch đại trở kháng vào cao.
• Sét và tĩnh điện khí quyển: Sét đất-mây tại Việt Nam (mật độ sét đặc biệt cao mùa hè): khoảng 100 MV chênh lệch điện thế giữa chân mây và đất, dòng đỉnh 30 kA trong vài chục micrô giây. Tĩnh điện khi đi trên thảm: 5–20 kV (điện tích nhỏ, vô hại quá tê).
• Năng lượng mặt trời và lưu trữ: Một tế bào PV silic: 0,6 V hở mạch. Mô-đun 60 tế bào: 36 V hở mạch. Hệ điện mặt trời quy mô tiện ích hiện đại: 1.500 V DC. Pin Tesla Megapack: ~1.500 V DC. Pin gia đình Powerwall: 50 V DC danh định.

1 đơn vị bằng bao nhiêu vôn?

Câu hỏi thường gặp về đơn vị điện áp

Tài liệu tham khảo

1. NIST Special Publication 811 — Guide for the Use of the International System of Units (SI)
2. BIPM SI Brochure (9th edition, 2019)
3. ISO 80000-6:2022 — Quantities and units, Part 6: Electromagnetism
4. IEC 60050 — International Electrotechnical Vocabulary

Các bộ chuyển đổi chuyên dụng