La charge électrique est la propriété physique qui fait que les particules subissent la force électromagnétique. Elle existe en positive et négative. Les charges de même signe se repoussent, les charges opposées s'attirent. Fondamentale pour toute la chimie et l'électronique.

• 1 coulomb = 6.24×10¹⁸ électrons
• Proton : +1e, Électron : -1e
• La charge est conservée (jamais créée ni détruite)
• Quantifiée en multiples de e = 1.602×10⁻¹⁹ C

Le courant (I) est le débit de la charge. Q = I × t. 1 ampère = 1 coulomb par seconde. La capacité de la batterie en Ah est une charge, pas un courant. 1 Ah = 3600 C.

• Courant = charge par temps (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (définition)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampère pendant 1 heure)
• Le mAh est une capacité de charge, pas une puissance

Les batteries stockent de la charge. Évaluées en Ah ou mAh (charge) ou en Wh (énergie). Wh = Ah × Tension. Batterie de téléphone : 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. La tension est importante pour l'énergie, pas pour la charge.

• mAh = milliampère-heure (charge)
• Wh = watt-heure (énergie = charge × tension)
• Un mAh plus élevé = une plus grande autonomie (à tension égale)
• 3000 mAh ≈ 10 800 coulombs

Avant de comprendre la charge quantitativement, les scientifiques exploraient l'électricité statique et le mystérieux 'fluide électrique'. L'invention des batteries a permis une mesure précise du flux de charge continu.

• 1600: William Gilbert distingue l'électricité du magnétisme, invente le terme 'électrique'
• 1733: Charles du Fay découvre deux types d'électricité (positive et négative)
• 1745: Invention de la bouteille de Leyde — premier condensateur, stocke une charge mesurable
• 1785: Coulomb publie la loi en carré inverse F = k(q₁q₂/r²) pour la force électrique
• 1800: Volta invente la batterie — permet un flux de charge continu et mesurable
• 1833: Faraday découvre les lois de l'électrolyse — lie la charge à la chimie (constante de Faraday)

Le coulomb a évolué de définitions pratiques basées sur des normes électrochimiques à la définition moderne liée à l'ampère et à la seconde.

• 1881: Premier coulomb pratique défini via la norme de galvanoplastie à l'argent
• 1893: L'Exposition universelle de Chicago standardise le coulomb pour un usage international
• 1948: La CGPM définit le coulomb comme 1 ampère-seconde (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: L'ampère était défini par la force entre des conducteurs parallèles, rendant le coulomb indirect
• Problème: La définition de l'ampère basée sur la force était difficile à réaliser avec une grande précision
• 1990-2010: La métrologie quantique (effet Josephson, effet Hall quantique) permet le comptage des électrons

Le 20 mai 2019, la charge élémentaire a été fixée exactement, redéfinissant l'ampère et rendant le coulomb reproductible à partir de constantes fondamentales.

• Nouvelle définition: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exactement (incertitude nulle par définition)
• La charge élémentaire est maintenant une constante définie, pas une valeur mesurée
• 1 coulomb = 6.241509074 × 10¹⁸ charges élémentaires (exact)
• Les dispositifs à effet tunnel à un seul électron peuvent compter les électrons un par un pour des étalons de charge précis
• Triangle de la métrologie quantique: tension (Josephson), résistance (Hall quantique), courant (pompe à électrons)
• Résultat: Tout laboratoire équipé de matériel quantique peut réaliser le coulomb de manière indépendante

La redéfinition de 2019 représente plus de 135 ans de progrès, des normes électrochimiques à la précision quantique, permettant l'électronique et le stockage d'énergie de nouvelle génération.

• Technologie des batteries: Mesures de capacité plus précises pour les véhicules électriques, le stockage sur réseau
• Informatique quantique: Contrôle précis de la charge dans les qubits et les transistors à un seul électron
• Métrologie: Les laboratoires nationaux peuvent réaliser le coulomb de manière indépendante sans artefacts de référence
• Chimie: La constante de Faraday est désormais exacte, améliorant les calculs en électrochimie
• Électronique grand public: De meilleures normes pour les évaluations de capacité des batteries et les protocoles de charge rapide

• Raccourci mAh vers C: Multipliez par 3.6 → 1000 mAh = 3600 C exactement
• Ah vers C: Multipliez par 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampère pendant 1 heure)
• Rapide mAh vers Wh (3.7V): Divisez par ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh vers mAh (3.7V): Multipliez par ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Charge élémentaire: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (arrondi de 1.602)
• Constante de Faraday: F ≈ 96 500 C/mol (arrondi de 96 485)

Comprendre les évaluations des batteries évite la confusion entre la charge (mAh), la tension (V) et l'énergie (Wh). Ces règles permettent d'économiser du temps et de l'argent.

• Les mAh mesurent la CHARGE, pas la puissance ou l'énergie — c'est le nombre d'électrons que vous pouvez déplacer
• Pour obtenir l'énergie: Wh = mAh × V ÷ 1000 (la tension est cruciale!)
• Même mAh à des tensions différentes = énergie différente (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• Batteries externes: Attendez-vous à 70-80% de capacité utilisable (pertes de conversion de tension)
• Autonomie = Capacité ÷ Courant: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 heures (idéal, ajoutez une marge de 20%)
• Li-ion typique: 3.7V nominal, 4.2V plein, 3.0V vide (plage utilisable ~80%)

• Charge à partir du courant: Q = I × t (coulombs = ampères × secondes)
• Autonomie: t = Q / I (heures = ampères-heures / ampères)
• Énergie à partir de la charge: E = Q × V (watts-heures = ampères-heures × volts)
• Ajusté pour l'efficacité: Utilisable = Nominale × 0.8 (tenez compte des pertes)
• Électrolyse: Q = n × F (coulombs = moles d'électrons × constante de Faraday)
• Énergie du condensateur: E = ½CV² (joules = ½ farads × volts²)

• Confondre mAh et mWh — charge vs énergie (la tension est nécessaire pour convertir!)
• Ignorer la tension en comparant les batteries — utilisez les Wh pour la comparaison d'énergie
• S'attendre à une efficacité de 100% pour une batterie externe — 20-30% sont perdus en chaleur et conversion de tension
• Mélanger C (coulombs) et C (taux de décharge) — des significations totalement différentes!
• Supposer que mAh = autonomie — il faut connaître la consommation de courant (autonomie = mAh ÷ mA)
• Décharger profondément les batteries Li-ion en dessous de 20% — raccourcit leur durée de vie, capacité nominale ≠ capacité utilisable

Le coulomb (C) est l'unité de base du SI pour la charge. Défini à partir de l'ampère et de la seconde : 1 C = 1 A·s. Les préfixes de pico à kilo couvrent toutes les gammes pratiques.

• 1 C = 1 A·s (définition exacte)
• mC, µC, nC pour les petites charges
• pC, fC, aC pour les travaux quantiques/de précision
• kC pour les grands systèmes industriels

L'ampère-heure (Ah) et le milliampère-heure (mAh) sont la norme pour les batteries. Pratiques car ils sont directement liés à la consommation de courant et à l'autonomie. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartphones, tablettes, écouteurs
• Ah — ordinateurs portables, outils électriques, batteries de voiture
• kAh — véhicules électriques, UPS industriels
• Wh — capacité énergétique (dépendante de la tension)

La charge élémentaire (e) est une unité fondamentale en physique. La constante de Faraday en chimie. Les unités CGS (statcoulomb, abcoulomb) dans les vieux manuels.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (charge élémentaire)
• F = 96 485 C (constante de Faraday)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (UES)
• 1 abC = 10 C (UEM)

Toute charge est quantifiée en multiples de la charge élémentaire e. Vous ne pouvez pas avoir 1.5 électron. Les quarks ont une charge fractionnaire (⅓e, ⅔e) mais n'existent jamais seuls.

• Plus petite charge libre : 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• Électron : -1e, Proton : +1e
• Tous les objets ont une charge de N×e (N entier)
• L'expérience de la goutte d'huile de Millikan a prouvé la quantification (1909)

1 mole d'électrons transporte 96 485 C de charge. C'est la constante de Faraday (F). Fondamentale en électrochimie et en chimie des batteries.

• F = 96 485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mole e⁻ = 6.022×10²³ électrons
• Utilisée dans les calculs d'électrolyse
• Relie la charge aux réactions chimiques

Force entre les charges : F = k(q₁q₂/r²). Les charges de même signe se repoussent, les charges opposées s'attirent. Force fondamentale de la nature. Explique toute la chimie et l'électronique.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (produit des charges)
• F ∝ 1/r² (loi en carré inverse)
• Explique la structure atomique, les liaisons

Chaque appareil alimenté par batterie a une évaluation de capacité. Smartphones : 2500-5000 mAh. Ordinateurs portables : 40-100 Wh. Batteries externes : 10 000-30 000 mAh.

• iPhone 15: ~3 349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limite des compagnies aériennes)
• AirPods: ~500 mAh (combiné)
• Batterie externe: 20 000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

Les batteries des VE sont évaluées en kWh (énergie), mais la capacité est en kAh à la tension du pack. Tesla Model 3 : 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Énorme comparé aux téléphones !

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Charge VE : 50-350 kW DC rapide
• Charge à domicile : ~7 kW (32A @ 220V)

La galvanoplastie, l'électrolyse, les bancs de condensateurs, les systèmes UPS impliquent tous des transferts de charge importants. UPS industriel : capacité de 100+ kAh. Supercondensateurs : farads (C/V).

• Galvanoplastie : processus de 10-1000 Ah
• UPS industriel : 100+ kAh de secours
• Supercondensateur : 3000 F = 3000 C/V
• Éclair : ~15 C typique

Multipliez les mAh par 3.6 pour obtenir des coulombs. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (exact)
• 1 Ah = 3600 C
• Rapide : mAh × 3.6 → C
• Exemple : 3000 mAh = 10 800 C

Divisez les mAh par ~270 pour obtenir des Wh à une tension Li-ion de 3.7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• À 3.7V : Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• La tension est importante pour l'énergie !

Autonomie (h) = Batterie (mAh) ÷ Courant (mA). 3000 mAh à 300 mA = 10 heures.

• Autonomie = Capacité ÷ Courant
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Courant plus élevé = autonomie plus courte
• Pertes d'efficacité : attendez-vous à 80-90%

Batterie de 3500 mAh. Une application consomme 350 mA. Combien de temps avant qu'elle ne soit vide ?

Autonomie = Capacité ÷ Courant = 3500 ÷ 350 = 10 heures (idéal). En réalité : ~8-9h (pertes d'efficacité).

Batterie externe de 20 000 mAh. Recharger un téléphone de 3 000 mAh. Combien de recharges complètes ?

Tenez compte de l'efficacité (~80%) : 20 000 × 0.8 = 16 000 effectifs. 16 000 ÷ 3 000 = 5.3 recharges.

Déposer 1 mole de cuivre (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Combien de coulombs ?

2 moles d'e⁻ par mole de Cu. 2 × F = 2 × 96 485 = 192 970 C ≈ 53.6 Ah.

Votre corps a ~10²⁸ protons et un nombre égal d'électrons. Si vous perdiez 0.01% des électrons, vous ressentiriez une répulsion de 10⁹ newtons — assez pour écraser des bâtiments !

Un éclair : seulement ~15 C de charge, mais 1 milliard de volts ! Énergie = Q×V, donc 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. C'est 4.2 MWh — de quoi alimenter votre maison pendant des mois !

La démonstration scientifique classique accumule une charge de plusieurs millions de volts. Charge totale ? Seulement ~10 µC. Choquant mais sûr — faible courant. Tension ≠ danger, le courant tue.

Batterie de voiture : 60 Ah = 216 000 C, se libère sur des heures. Supercondensateur : 3000 F = 3000 C/V, se libère en quelques secondes. Densité d'énergie vs. densité de puissance.

1909 : Millikan a mesuré la charge élémentaire en observant la chute de gouttes d'huile chargées. Il a trouvé e = 1.592×10⁻¹⁹ C (moderne : 1.602). Il a remporté le prix Nobel en 1923.

La quantification de la charge de l'électron est si précise qu'elle est utilisée pour définir l'étalon de résistance. Précision : 1 partie sur 10⁹. Les constantes fondamentales définissent toutes les unités depuis 2019.

Le mAh mesure la charge (combien d'électrons). Le Wh mesure l'énergie (charge × tension). Un même mAh à des tensions différentes = une énergie différente. Utilisez les Wh pour comparer les batteries à différentes tensions. Wh = mAh × V ÷ 1000.

La capacité nominale n'est pas la capacité utilisable. Li-ion : se décharge de 4.2V (plein) à 3.0V (vide), mais s'arrêter à 20% préserve la durée de vie. Les pertes de conversion, la chaleur et le vieillissement réduisent la capacité effective. Attendez-vous à 80-90% de la valeur nominale.

Ce n'est pas simplement un rapport de capacités. Une batterie externe de 20 000 mAh : ~70-80% d'efficacité (conversion de tension, chaleur). Effective : 16 000 mAh. Pour un téléphone de 3 000 mAh : 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 recharges. Dans le monde réel : 4-5.

La charge élémentaire (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) est la charge d'un proton ou d'un électron. Toute charge est quantifiée en multiples de e. Fondamentale pour la mécanique quantique, elle définit la constante de structure fine. Depuis 2019, e est exacte par définition.

Oui ! Une charge négative signifie un excès d'électrons, une charge positive un déficit. La charge totale est algébrique (peut s'annuler). Électrons : -e. Protons : +e. Objets : généralement presque neutres (autant de + que de -). Les charges de même signe se repoussent, les charges opposées s'attirent.

Li-ion : les réactions chimiques dégradent lentement les matériaux des électrodes. Chaque cycle de charge provoque de petits changements irréversibles. La décharge profonde (<20%), les températures élevées, la charge rapide accélèrent le vieillissement. Batteries modernes : 500-1000 cycles jusqu'à 80% de la capacité.