Relación entre voltios y energía mecánica

Pues sí, la energía es energía. El único problema es convertirlo de una forma de energía a otra forma de energía.

Y no puedes tomar una batería al azar con 10 V. Tiene que tener suficiente carga para poder hacer el trabajo.

Entonces, en un mundo perfecto, construiría algún mecanismo mágico, que sería capaz de levantar algo al 100% de eficiencia cuando lo suministre con 10 V. Quiere levantar 1 kg hasta 1 m, por lo que necesita aproximadamente 10 J.

¿Cuánta carga necesitarías? Bueno, 1 C, pero esa no es una medida realmente útil que usualmente obtienes con una batería. La mayoría de las veces obtienes algo como amperehours o watthours. 1 Ah es igual a 3600 C (1 A es 1 C por segundo). Por lo tanto, su batería solo necesita tener 1/3600 Ah. O 2,8 mWh. Esto es tan poca energía: su teléfono podría hacer este trabajo seguramente 20000 veces antes de quedarse sin jugo.

Pero su teléfono funciona con 3.6 V: el voltaje no importa (lo hará en una aplicación práctica), si reafirma la ecuación, obtendrá J = V * C, así que si tiene menos voltaje, Solo necesitas más carga para obtener la misma energía.

El problema es que, en realidad, tendrá pérdidas en todas partes y podría obtener una eficiencia del 80% (pérdidas de conversión, fricción en el mecánico) o algo así, por lo que necesitará más energía para hacer el trabajo.

Los dispositivos como este existen, se llaman ascensores.

una batería de 10 V debería poder producir 10 julios de energía por coulomb de carga.

Sí. Como dices, eso es directamente de la definición de un voltio.

¿cuál es la relación entre los voltios y la energía mecánica?

Usted ya contestó eso usted mismo. El voltaje es una medida de la cantidad de energía que tiene cada Coulomb de carga.

Esto no tiene nada que ver con la energía "mecánica". Un joule es un joule, ya sea un coulomb a un potencial de 1 voltio, un newton de peso elevado 1 metro o algo más.

  

¿Esto significa que al usar una batería de 10 V, debería poder crear un dispositivo que pueda mover 1 kg de agua a una distancia de 1 metro en el aire?

Si esa batería puede suministrar 1 Amp por 1 segundo ... sí. 1 amp es 1 coulomb / segundo, y dejó caer el coulomb de su pregunta real, aunque estaba, correctamente, presente en su introducción.

Conéctelo a un motor eléctrico 100% eficiente, enrollando la cuerda en un tambor, para aumentar el peso. 10V se traducirá en el funcionamiento del motor a una velocidad específica, y el par de torsión requerido para aumentar el peso tomará una corriente específica (tal vez 1 amperio) del motor. Si consume menos corriente (0.5A), se traduce en menos potencia (5W), por lo que su trabajo 10J tomará más tiempo (2 segundos).

El truco, por supuesto, es encontrar un motor 100% eficiente. Es probable que uno pequeño como ese (10W) sea un 50% en el mejor de los casos, hasta un 90% por encima del rango de potencia.