Elektrický náboj je fyzikální vlastnost, která způsobuje, že částice zakoušejí elektromagnetickou sílu. Vyskytuje se v pozitivní a negativní formě. Stejné náboje se odpuzují, opačné se přitahují. Základní pro veškerou chemii a elektroniku.

• 1 coulomb = 6.24×10¹⁸ elektronů
• Proton: +1e, Elektron: -1e
• Náboj je zachován (nikdy se nevytváří/nezaniká)
• Kvantovaný v násobcích e = 1.602×10⁻¹⁹ C

Proud (I) je rychlost toku náboje. Q = I × t. 1 ampér = 1 coulomb za sekundu. Kapacita baterie v Ah je náboj, ne proud. 1 Ah = 3600 C.

• Proud = náboj za čas (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definice)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampér po dobu 1 hodiny)
• mAh je kapacita náboje, ne výkon

Baterie ukládají náboj. Hodnotí se v Ah nebo mAh (náboj) nebo Wh (energie). Wh = Ah × Napětí. Baterie telefonu: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Napětí je důležité pro energii, ne pro náboj.

• mAh = miliampérhodina (náboj)
• Wh = watthodina (energie = náboj × napětí)
• Vyšší mAh = delší doba provozu (stejné napětí)
• 3000 mAh ≈ 10,800 coulombů

Před kvantitativním pochopením náboje vědci zkoumali statickou elektřinu a tajemnou 'elektrickou tekutinu'. Vynález baterií umožnil přesné měření nepřetržitého toku náboje.

• 1600: William Gilbert rozlišuje elektřinu od magnetismu, zavádí termín 'elektrický'
• 1733: Charles du Fay objevuje dva typy elektřiny (pozitivní a negativní)
• 1745: Vynalezena Leydenská láhev — první kondenzátor, uchovává měřitelný náboj
• 1785: Coulomb publikuje zákon nepřímé úměrnosti čtverce F = k(q₁q₂/r²) pro elektrickou sílu
• 1800: Volta vynalézá baterii — umožňuje nepřetržitý, měřitelný tok náboje
• 1833: Faraday objevuje zákony elektrolýzy — spojuje náboj s chemií (Faradayova konstanta)

Coulomb se vyvinul od praktických definic založených na elektrochemických standardech k moderní definici spojené s ampérem a sekundou.

• 1881: První praktický coulomb definován pomocí standardu postříbřování
• 1893: Světová výstava v Chicagu standardizuje coulomb pro mezinárodní použití
• 1948: CGPM definuje coulomb jako 1 ampér-sekundu (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Ampér definován silou mezi rovnoběžnými vodiči, což činí coulomb nepřímým
• Problém: Definici ampéru založenou na síle bylo obtížné realizovat s vysokou přesností
• 1990-léta-2010-léta: Kvantová metrologie (Josephsonův jev, kvantový Hallův jev) umožňuje počítání elektronů

Dne 20. května 2019 byl elementární náboj stanoven přesně, což redefinovalo ampér a učinilo coulomb reprodukovatelným z fundamentálních konstant.

• Nová definice: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C přesně (nulová nejistota z definice)
• Elementární náboj je nyní definovaná konstanta, ne měřená hodnota
• 1 coulomb = 6.241509074 × 10¹⁸ elementárních nábojů (přesně)
• Zařízení pro tunelování jednoho elektronu mohou počítat elektrony jeden po druhém pro přesné standardy náboje
• Trojúhelník kvantové metrologie: napětí (Josephson), odpor (kvantový Hall), proud (elektronová pumpa)
• Výsledek: Každá laboratoř s kvantovým vybavením může realizovat coulomb nezávisle

Redefinice z roku 2019 představuje více než 135 let pokroku od elektrochemických standardů k kvantové přesnosti, což umožňuje elektroniku a ukládání energie nové generace.

• Technologie baterií: Přesnější měření kapacity pro elektrická vozidla, ukládání do sítě
• Kvantové počítání: Přesná kontrola náboje v qubitech a tranzistorech s jedním elektronem
• Metrologie: Národní laboratoře mohou nezávisle realizovat coulomb bez referenčních artefaktů
• Chemie: Faradayova konstanta je nyní přesná, zlepšuje elektrochemické výpočty
• Spotřební elektronika: Lepší standardy pro hodnocení kapacity baterií a protokoly rychlého nabíjení

• Zkratka mAh na C: Vynásobte 3.6 → 1000 mAh = 3600 C přesně
• Ah na C: Vynásobte 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampér po dobu 1 hodiny)
• Rychle mAh na Wh (3.7V): Vydělte ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh na mAh (3.7V): Vynásobte ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Elementární náboj: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (zaokrouhleno z 1.602)
• Faradayova konstanta: F ≈ 96,500 C/mol (zaokrouhleno z 96,485)

Porozumění hodnocení baterií zabraňuje záměně mezi nábojem (mAh), napětím (V) a energií (Wh). Tato pravidla šetří čas a peníze.

• mAh měří NÁBOJ, ne výkon nebo energii — je to, kolik elektronů můžete přesunout
• Pro získání energie: Wh = mAh × V ÷ 1000 (napětí je klíčové!)
• Stejné mAh při různých napětích = různá energie (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• Powerbanky: Očekávejte 70-80% využitelné kapacity (ztráty při převodu napětí)
• Doba provozu = Kapacita ÷ Proud: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 hodin (ideálně, přidejte 20% rezervu)
• Typické pro Li-ion: 3.7V jmenovité, 4.2V plné, 3.0V prázdné (využitelný rozsah ~80%)

• Náboj z proudu: Q = I × t (coulomby = ampéry × sekundy)
• Doba provozu: t = Q / I (hodiny = ampérhodiny / ampéry)
• Energie z náboje: E = Q × V (watthodiny = ampérhodiny × volty)
• Upraveno o účinnost: Využitelné = Jmenovité × 0.8 (započtěte ztráty)
• Elektrolýza: Q = n × F (coulomby = moly elektronů × Faradayova konstanta)
• Energie kondenzátoru: E = ½CV² (jouly = ½ faradů × volty²)

• Záměna mAh s mWh — náboj vs. energie (k převodu potřebujete napětí!)
• Ignorování napětí při porovnávání baterií — použijte Wh pro porovnání energie
• Očekávání 100% účinnosti powerbanky — 20-30% se ztratí teplem a převodem napětí
• Záměna C (coulomby) s C (rychlost vybíjení) — úplně jiné významy!
• Předpoklad, že mAh = doba provozu — musíte znát odběr proudu (doba provozu = mAh ÷ mA)
• Hluboké vybíjení Li-ion pod 20% — zkracuje životnost, jmenovitá kapacita ≠ využitelná kapacita

Coulomb (C) je základní jednotka SI pro náboj. Definuje se z ampéru a sekundy: 1 C = 1 A·s. Předpony od piko po kilo pokrývají všechny praktické rozsahy.

• 1 C = 1 A·s (přesná definice)
• mC, µC, nC pro malé náboje
• pC, fC, aC pro kvantovou/přesnou práci
• kC pro velké průmyslové systémy

Ampérhodina (Ah) a miliampérhodina (mAh) jsou standardem pro baterie. Jsou praktické, protože se přímo vztahují k odběru proudu a době provozu. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartphony, tablety, sluchátka
• Ah — notebooky, elektrické nářadí, autobaterie
• kAh — elektrická vozidla, průmyslové UPS
• Wh — energetická kapacita (závislá na napětí)

Elementární náboj (e) je základní jednotkou ve fyzice. Faradayova konstanta v chemii. Jednotky CGS (statcoulomb, abcoulomb) ve starých učebnicích.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (elementární náboj)
• F = 96,485 C (Faradayova konstanta)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Veškerý náboj je kvantován v násobcích elementárního náboje e. Nemůžete mít 1,5 elektronu. Kvarky mají zlomkový náboj (⅓e, ⅔e), ale nikdy neexistují samostatně.

• Nejmenší volný náboj: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• Elektron: -1e, Proton: +1e
• Všechny objekty mají náboj N×e (celé číslo N)
• Millikanův experiment s olejovou kapkou dokázal kvantování (1909)

1 mol elektronů nese náboj 96,485 C. Nazývá se Faradayova konstanta (F). Je základní pro elektrochemii a chemii baterií.

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6.022×10²³ elektronů
• Používá se ve výpočtech elektrolýzy
• Vztahuje náboj k chemickým reakcím

Síla mezi náboji: F = k(q₁q₂/r²). Stejné náboje se odpuzují, opačné se přitahují. Základní síla přírody. Vysvětluje veškerou chemii a elektroniku.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (součin nábojů)
• F ∝ 1/r² (zákon nepřímé úměrnosti čtverce)
• Vysvětluje atomovou strukturu, vazby

Každé zařízení napájené baterií má hodnocení kapacity. Smartphony: 2500-5000 mAh. Notebooky: 40-100 Wh. Powerbanky: 10,000-30,000 mAh.

• iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limit pro letecké společnosti)
• AirPods: ~500 mAh (kombinovaně)
• Powerbanka: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

Baterie EV jsou hodnoceny v kWh (energie), ale kapacita je v kAh při napětí balíčku. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Obrovské ve srovnání s telefony!

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Nabíjení EV: 50-350 kW DC rychlé
• Domácí nabíjení: ~7 kW (32A @ 220V)

Galvanické pokovování, elektrolýza, kondenzátorové banky, systémy UPS všechny zahrnují velké přenosy náboje. Průmyslové UPS: kapacita 100+ kAh. Superkondenzátory: farady (C/V).

• Galvanické pokovování: 10-1000 Ah procesy
• Průmyslové UPS: 100+ kAh záloha
• Superkondenzátor: 3000 F = 3000 C/V
• Úder blesku: ~15 C typicky

Vynásobte mAh číslem 3.6, abyste získali coulomby. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (přesně)
• 1 Ah = 3600 C
• Rychle: mAh × 3.6 → C
• Příklad: 3000 mAh = 10,800 C

Vydělte mAh číslem ~270 pro Wh při 3.7V Li-ion napětí.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Při 3.7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• Napětí je důležité pro energii!

Doba provozu (h) = Baterie (mAh) ÷ Proud (mA). 3000 mAh při 300 mA = 10 hodin.

• Doba provozu = Kapacita ÷ Proud
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Vyšší proud = kratší doba provozu
• Ztráty účinnosti: očekávejte 80-90%

Baterie 3500 mAh. Aplikace spotřebovává 350 mA. Jak dlouho do vybití?

Doba provozu = Kapacita ÷ Proud = 3500 ÷ 350 = 10 hodin (ideálně). Reálně: ~8-9h (ztráty účinnosti).

Powerbanka 20,000 mAh. Nabijte telefon s 3,000 mAh. Kolik plných nabití?

Započtěte účinnost (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 efektivně. 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 nabití.

Uložte 1 mol mědi (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Kolik coulombů?

2 moly e⁻ na mol Cu. 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah.

Vaše tělo má ~10²⁸ protonů a stejný počet elektronů. Kdybyste ztratili 0.01% elektronů, pocítili byste odpudivou sílu 10⁹ newtonů — dost na to, aby zničila budovy!

Úder blesku: pouze ~15 C náboje, ale 1 miliarda voltů! Energie = Q×V, takže 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. To je 4.2 MWh — mohlo by to napájet váš dům měsíce!

Klasická vědecká demonstrace vytváří náboj až miliony voltů. Celkový náboj? Jen ~10 µC. Šokující, ale bezpečné — nízký proud. Napětí ≠ nebezpečí, zabíjí proud.

Autobaterie: 60 Ah = 216,000 C, uvolňuje se hodiny. Superkondenzátor: 3000 F = 3000 C/V, uvolňuje se v sekundách. Hustota energie vs. hustota výkonu.

1909: Millikan změřil elementární náboj pozorováním pádu nabitých olejových kapek. Zjistil e = 1.592×10⁻¹⁹ C (moderní: 1.602). V roce 1923 získal Nobelovu cenu.

Kvantování náboje elektronu je tak přesné, že se používá k definici standardu odporu. Přesnost: 1 díl na 10⁹. Fundamentální konstanty definují všechny jednotky od roku 2019.

mAh měří náboj (kolik elektronů). Wh měří energii (náboj × napětí). Stejné mAh při různých napětích = různá energie. Použijte Wh pro porovnání baterií při různých napětích. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Jmenovitá kapacita je nominální, ne využitelná. Li-ion: vybíjí se z 4.2V (plná) na 3.0V (prázdná), ale zastavení na 20% chrání životnost. Ztráty při převodu, teplo a stárnutí snižují efektivní kapacitu. Očekávejte 80-90% jmenovité.

Není to jen poměr kapacit. Powerbanka 20,000 mAh: ~70-80% účinná (převod napětí, teplo). Efektivně: 16,000 mAh. Pro telefon s 3,000 mAh: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 nabití. V reálném světě: 4-5.

Elementární náboj (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) je náboj jednoho protonu nebo elektronu. Veškerý náboj je kvantován v násobcích e. Je základní pro kvantovou mechaniku, definuje konstantu jemné struktury. Od roku 2019 je e přesně definován.

Ano! Negativní náboj znamená přebytek elektronů, pozitivní znamená nedostatek. Celkový náboj je algebraický (může se vyrušit). Elektrony: -e. Protony: +e. Objekty: obvykle téměř neutrální (stejně + a -). Stejné náboje se odpuzují, opačné se přitahují.

Li-ion: chemické reakce pomalu degradují materiály elektrod. Každý cyklus nabíjení způsobuje malé nevratné změny. Hluboké vybíjení (<20%), vysoká teplota, rychlé nabíjení urychlují stárnutí. Moderní baterie: 500-1000 cyklů na 80% kapacity.