А в чем, собстенно вопрос? Почему именно 5 выбрано стандартом, а не 4 или 6? Или, скажем, 12, 24, 36 или 100 вольт?
Нужно понимать, что есть такая штука, как закон Ома. Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Сопротивление - это свойство проводника, зависит (если не слишком углубляться) от того, что за метал, от его толщины и длины. А ещё у нас всегда ограничена мощность источника тока.
Мощность - это количество энергии, которая расходуется, преобразуется или передаётся за единицу времени.
Вот у нас есть кабель и нам нужно передать через него 5 ватт, чтобы достаточно быстро зарядить смартфон. Ка краз получается 5 вольт * 1 ампер = 5 ватт. То есть по нашему кабелю должен идти ток 1 ампер. Это достаточно большой ток, и, если у нашего кабеля будет слишком большой сопротивение (то есть он будет длинным, или тонким, или не из меди), то большАя часть передаваемой энергии будет тратиться на бесполезный нагрев кабеля.
Если хочется поднять мощность вдвое, чтобы еще быстрее зарядить смартфон, придётся либо удвоить ток, а при этом удвоится учетверится энергия (ведь зависимсть от тока квадратичная), уходящая на нагрев и чтобы это го не происходило, нужно делать толще кабель, покрывать его серебром (у которого низкое сопротивление), делать провод короче. Всё это дорого и неудобно.
Второй вариант - это удвоить напряжение, тогда при напряжении 10 вольт и том же токе в 1 ампер передаваться будет уже 10 ватт мощности при тех же потерях на нагрев проводов.
Получается, что за счет увеличения напряжения можно снижать потери на передачу энергии по тем же тонким. гибким недорогим проводам, что и раньше, НО!
Но. Чем выше напряжение, тем более высоки требования к изоляции между проводниками с разным потенциалом. А ещё химичесие источники обычно выдают не такое уж и большое напржение, приходится включать их последовательно, отчего возникают сложности с балансировкой при заряде\разряде, габаритами, конструкционной сложностью элементов... Кроме того, p-n-переходы в транзисторах и диодах не способны выдерживать больших напряжений, потому что может возникнуть пробой. Такая же проблема может возникнуть и в катушках индуктивности и в конденсаторах. Конденсаторы становятся более громоздкими, нужно больше изоляции, а транзисторы нельзя делать очень маленькими.
Получается такая вот дилемма. Электроника между током и напряжением балансирует как между Сциллой и Харибдой, пытаясь сэкономить на том-на сём.
Там, где нужны большие мощности, риходится задирать напряжение. Именно поэтому у нас в розетке 220в, а между фазами 380. Чтобы закипятить двухкилловатный чайник приходится пропускать ток почти 10 ампер, но нам важно, чтобы грелся чайник, а не провода от розетки до чайника и в стенах. Поэтому провода толстые, гораздо толще вашего шнурочка зарядки от мобильника или дорожек на плате внутри него.
Там, где важна в основном логика и мощность требуется не сильно, лишь для подсветки экрана или яркого светодиода вспыщки, выбирается небольшое напряжение 5 в. В процессорах и вообще в интегральных микросхемах приходится использовать еще меньшее напряжение 3.3в, чтобы не пробивали очень тесно проложенные дорожки внутри. Снижать еще сильнее напряжение уже проблематично, поскольку есть ограничения снизу на открытие p-n переходов. Просто не хватает напряжения для переброса электронов в слоях полупроводнка.
Так что не 5 вольтами едиными жива электроника. Где-то, например для питания светодиодов, не так важн о напряжение, как ток. Он должен быть в заданных рамках, поскольку превысив возможности рассеивать тепло мы буквально сожжем p-n-переход, поэтому приходится варьировать напряжение так, чтобы ток сохранялся в допустимы пределах.
В автомобиле стандарт 12 вольт и во многих грузовиках 24. Про розетку я уже говорил и там отдельная тема почему и как устроены электро-сети разных стран. В вашем ноутбуке и смартфоне целый зоопарк напряжений. Раньше даже встречались устройства, где подсветка экрана требовала несколько киловольт.
Мощность при этом не большая, а изоляция рассчитана на то, чтобы ничего не пробило, но это отдельная цепь внутри устройства и в каждом месте нужно то напряжение, на которое рассчитаны соответствующие участки цепи.
