전하는 입자가 전자기력을 경험하게 하는 물리적 속성입니다. 양전하와 음전하가 있습니다. 같은 종류의 전하는 서로 밀어내고, 다른 종류는 서로 끌어당깁니다. 모든 화학과 전자공학의 기본입니다.

• 1 쿨롱 = 6.24×10¹⁸개 전자
• 양성자: +1e, 전자: -1e
• 전하는 보존됩니다 (절대 생성되거나 파괴되지 않음)
• e = 1.602×10⁻¹⁹ C의 배수로 양자화됨

전류(I)는 전하의 흐름 속도입니다. Q = I × t. 1 암페어 = 초당 1 쿨롱. Ah 단위의 배터리 용량은 전하이지 전류가 아닙니다. 1 Ah = 3600 C.

• 전류 = 시간당 전하 (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (정의)
• 1 Ah = 3600 C (1시간 동안 1암페어)
• mAh는 전력 용량이 아닌 전하 용량입니다

배터리는 전하를 저장합니다. Ah 또는 mAh(전하) 또는 Wh(에너지)로 평가됩니다. Wh = Ah × 전압. 휴대폰 배터리: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. 전압은 전하가 아닌 에너지에 중요합니다.

• mAh = 밀리암페어시 (전하)
• Wh = 와트시 (에너지 = 전하 × 전압)
• mAh가 높을수록 작동 시간이 길어집니다 (동일 전압)
• 3000 mAh ≈ 10,800 쿨롱

전하를 정량적으로 이해하기 전에 과학자들은 정전기와 신비로운 '전기 유체'를 탐구했습니다. 배터리의 발명으로 연속적인 전하 흐름을 정밀하게 측정할 수 있게 되었습니다.

• 1600년: 윌리엄 길버트가 전기와 자기를 구별하고 '전기'라는 용어를 만듦
• 1733년: 샤를 뒤 페가 두 종류의 전기(양전하와 음전하)를 발견
• 1745년: 라이덴 병 발명 — 최초의 축전기로, 측정 가능한 전하를 저장
• 1785년: 쿨롱이 전기력에 대한 역제곱 법칙 F = k(q₁q₂/r²)을 발표
• 1800년: 볼타가 배터리를 발명 — 연속적이고 측정 가능한 전하 흐름을 가능하게 함
• 1833년: 패러데이가 전기분해 법칙을 발견 — 전하를 화학과 연결 (패러데이 상수)

쿨롱은 전기화학적 표준에 기초한 실용적인 정의에서 암페어와 초에 연결된 현대적인 정의로 발전했습니다.

• 1881년: 은 전기도금 표준을 통해 최초의 실용적인 쿨롱 정의
• 1893년: 시카고 만국 박람회에서 국제 사용을 위해 쿨롱을 표준화
• 1948년: CGPM이 쿨롱을 1암페어초(1 C = 1 A·s)로 정의
• 1960-2018년: 평행 도체 사이의 힘으로 암페어를 정의하여 쿨롱이 간접적이 됨
• 문제점: 힘에 기반한 암페어의 정의는 높은 정밀도로 실현하기 어려웠음
• 1990년대-2010년대: 양자 계측학(조셉슨 효과, 양자 홀 효과)으로 전자 계수 가능

2019년 5월 20일, 기본 전하가 정확하게 고정되어 암페어를 재정의하고 쿨롱을 기본 상수로부터 재현 가능하게 만들었습니다.

• 새로운 정의: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C (정의상 불확실성 없음)
• 기본 전하는 이제 측정된 값이 아닌 정의된 상수가 됨
• 1 쿨롱 = 6.241509074 × 10¹⁸ 기본 전하 (정확)
• 단일 전자 터널링 장치는 정밀한 전하 표준을 위해 전자를 하나씩 셀 수 있음
• 양자 계측학 삼각형: 전압(조셉슨), 저항(양자 홀), 전류(전자 펌프)
• 결과: 양자 장비를 갖춘 모든 실험실은 독립적으로 쿨롱을 실현할 수 있음

2019년의 재정의는 전기화학적 표준에서 양자 정밀도까지 135년 이상의 진보를 나타내며, 차세대 전자공학 및 에너지 저장을 가능하게 합니다.

• 배터리 기술: 전기 자동차, 그리드 저장을 위한 더 정확한 용량 측정
• 양자 컴퓨팅: 큐비트 및 단일 전자 트랜지스터의 정밀한 전하 제어
• 계측학: 국립 연구소는 기준 유물 없이 독립적으로 쿨롱을 실현할 수 있음
• 화학: 패러데이 상수가 이제 정확해져 전기화학 계산을 개선
• 소비자 전자제품: 배터리 용량 등급 및 고속 충전 프로토콜에 대한 더 나은 표준

• mAh에서 C로 가는 지름길: 3.6을 곱하세요 → 1000 mAh = 3600 C (정확)
• Ah에서 C로: 3600을 곱하세요 → 1 Ah = 3600 C (1시간 동안 1암페어)
• mAh에서 Wh로 빠르게 (3.7V): ~270으로 나누세요 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh에서 mAh로 (3.7V): ~270을 곱하세요 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• 기본 전하: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (1.602에서 반올림)
• 패러데이 상수: F ≈ 96,500 C/mol (96,485에서 반올림)

배터리 등급을 이해하면 전하(mAh), 전압(V), 에너지(Wh) 사이의 혼란을 막을 수 있습니다. 이 규칙들은 시간과 돈을 절약해 줍니다.

• mAh는 전력이나 에너지가 아닌 전하를 측정합니다 — 얼마나 많은 전자를 이동시킬 수 있는가입니다
• 에너지를 얻으려면: Wh = mAh × V ÷ 1000 (전압이 중요합니다!)
• 다른 전압에서 동일한 mAh = 다른 에너지 (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• 보조 배터리: 70-80%의 사용 가능한 용량을 예상하세요 (전압 변환 손실)
• 작동 시간 = 용량 ÷ 전류: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10시간 (이상적, 20% 여유 추가)
• 리튬 이온 일반: 3.7V 공칭, 4.2V 완전, 3.0V 방전 (사용 가능 범위 ~80%)

• 전류로부터의 전하: Q = I × t (쿨롱 = 암페어 × 초)
• 작동 시간: t = Q / I (시간 = 암페어시 / 암페어)
• 전하로부터의 에너지: E = Q × V (와트시 = 암페어시 × 볼트)
• 효율 조정: 사용 가능 = 정격 × 0.8 (손실 고려)
• 전기분해: Q = n × F (쿨롱 = 전자 몰 × 패러데이 상수)
• 축전기 에너지: E = ½CV² (줄 = ½패럿 × 볼트²)

• mAh를 mWh와 혼동하기 — 전하 vs. 에너지 (변환하려면 전압이 필요합니다!)
• 배터리를 비교할 때 전압 무시하기 — 에너지 비교에는 Wh를 사용하세요
• 보조 배터리 효율 100% 기대하기 — 20-30%는 열과 전압 변환으로 손실됩니다
• C(쿨롱)와 C(방전율)를 혼동하기 — 완전히 다른 의미입니다!
• mAh = 작동 시간이라고 가정하기 — 전류 소모량을 알아야 합니다 (작동 시간 = mAh ÷ mA)
• 리튬 이온을 20% 이하로 심하게 방전하기 — 수명을 단축시킵니다, 정격 용량 ≠ 사용 가능 용량

쿨롱(C)은 전하에 대한 SI 기본 단위입니다. 암페어와 초로부터 정의됩니다: 1 C = 1 A·s. 피코에서 킬로까지의 접두사는 모든 실용적인 범위를 포함합니다.

• 1 C = 1 A·s (정확한 정의)
• mC, µC, nC는 작은 전하용
• pC, fC, aC는 양자/정밀 작업용
• kC는 대규모 산업 시스템용

암페어시(Ah)와 밀리암페어시(mAh)는 배터리의 표준입니다. 전류 소모량과 작동 시간에 직접 관련되므로 실용적입니다. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — 스마트폰, 태블릿, 이어버드
• Ah — 노트북, 전동 공구, 자동차 배터리
• kAh — 전기 자동차, 산업용 UPS
• Wh — 에너지 용량 (전압 의존적)

기본 전하(e)는 물리학의 기본 단위입니다. 화학에서는 패러데이 상수입니다. 오래된 교과서에는 CGS 단위(스탯쿨롱, 아브쿨롱)가 있습니다.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (기본 전하)
• F = 96,485 C (패러데이 상수)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

모든 전하는 기본 전하 e의 배수로 양자화됩니다. 1.5개의 전자를 가질 수 없습니다. 쿼크는 분수 전하(⅓e, ⅔e)를 가지지만 절대 단독으로 존재하지 않습니다.

• 가장 작은 자유 전하: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• 전자: -1e, 양성자: +1e
• 모든 물체는 N×e 전하를 가집니다 (N은 정수)
• 밀리컨의 유적 실험이 양자화를 증명 (1909)

1 몰의 전자는 96,485 C의 전하를 운반합니다. 이를 패러데이 상수(F)라고 합니다. 전기화학과 배터리 화학의 기본입니다.

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 몰 e⁻ = 6.022×10²³개 전자
• 전기분해 계산에 사용됨
• 전하를 화학 반응과 연결

전하 사이의 힘: F = k(q₁q₂/r²). 같은 종류의 전하는 서로 밀어내고 다른 종류는 서로 끌어당깁니다. 자연의 기본 힘입니다. 모든 화학과 전자공학을 설명합니다.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (전하의 곱)
• F ∝ 1/r² (역제곱 법칙)
• 원자 구조, 결합을 설명

모든 배터리 구동 장치에는 용량 등급이 있습니다. 스마트폰: 2500-5000 mAh. 노트북: 40-100 Wh. 보조 배터리: 10,000-30,000 mAh.

• iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (항공사 제한)
• AirPods: ~500 mAh (통합)
• 보조 배터리: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

EV 배터리는 kWh(에너지)로 평가되지만, 용량은 팩 전압에서 kAh입니다. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. 휴대폰에 비해 엄청납니다!

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

전기도금, 전기분해, 축전기 뱅크, UPS 시스템은 모두 대규모 전하 이동을 포함합니다. 산업용 UPS: 100+ kAh 용량. 슈퍼커패시터: 패럿(C/V).

• 전기도금: 10-1000 Ah 공정
• 산업용 UPS: 100+ kAh 백업
• 슈퍼커패시터: 3000 F = 3000 C/V
• 번개: 일반적 ~15 C

mAh에 3.6을 곱하여 쿨롱을 구합니다. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (정확)
• 1 Ah = 3600 C
• 빠르게: mAh × 3.6 → C
• 예: 3000 mAh = 10,800 C

3.7V 리튬 이온 전압에서 Wh를 구하려면 mAh를 ~270으로 나눕니다.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• 3.7V에서: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• 에너지에는 전압이 중요합니다!

작동 시간(h) = 배터리(mAh) ÷ 전류(mA). 300mA에서 3000mAh = 10시간.

• 작동 시간 = 용량 ÷ 전류
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• 전류가 높을수록 작동 시간은 짧아짐
• 효율 손실: 80-90% 예상

3500 mAh 배터리. 앱이 350 mA를 사용합니다. 방전되기까지 얼마나 걸릴까요?

작동 시간 = 용량 ÷ 전류 = 3500 ÷ 350 = 10시간 (이상적). 실제: ~8-9시간 (효율 손실).

20,000 mAh 보조 배터리. 3,000 mAh 휴대폰을 충전합니다. 몇 번의 완전 충전이 가능할까요?

효율을 고려하세요 (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 유효. 16,000 ÷ 3,000 = 5.3회 충전.

1 몰의 구리(Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)를 석출합니다. 몇 쿨롱이 필요할까요?

1 몰의 Cu 당 2 몰의 e⁻. 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah.

당신의 몸에는 ~10²⁸개의 양성자와 같은 수의 전자가 있습니다. 만약 전자의 0.01%를 잃으면, 10⁹ 뉴턴의 반발력을 느낄 것입니다—건물을 부술 만큼 강력합니다!

번개: ~15 C의 전하뿐이지만, 10억 볼트입니다! 에너지 = Q×V이므로, 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. 이는 4.2 MWh로, 몇 달 동안 집안에 전력을 공급할 수 있습니다!

고전적인 과학 시연은 수백만 볼트까지 전하를 축적합니다. 총 전하는? 단 ~10 µC. 충격적이지만 안전합니다—저전류. 전압 ≠ 위험, 전류가 죽입니다.

자동차 배터리: 60 Ah = 216,000 C, 몇 시간 동안 방출. 슈퍼커패시터: 3000 F = 3000 C/V, 몇 초 안에 방출. 에너지 밀도 vs. 전력 밀도.

1909년: 밀리컨은 하전된 기름 방울이 떨어지는 것을 관찰하여 기본 전하를 측정했습니다. 그는 e = 1.592×10⁻¹⁹ C(현대: 1.602)를 발견했습니다. 1923년 노벨상을 수상했습니다.

전자 전하 양자화는 매우 정밀하여 저항 표준을 정의하는 데 사용됩니다. 정확도: 10억 분의 1. 2019년 이후 모든 단위는 기본 상수에 의해 정의됩니다.

mAh는 전하(전자의 수)를 측정합니다. Wh는 에너지(전하 × 전압)를 측정합니다. 다른 전압에서 동일한 mAh는 다른 에너지를 의미합니다. 다른 전압의 배터리를 비교하려면 Wh를 사용하세요. Wh = mAh × V ÷ 1000.

정격 용량은 공칭이며, 사용 가능한 용량이 아닙니다. 리튬 이온은 4.2V(완전)에서 3.0V(방전)까지 방전되지만, 20%에서 멈추면 수명을 보존할 수 있습니다. 변환 손실, 열, 노화는 유효 용량을 감소시킵니다. 정격의 80-90%를 예상하세요.

단순히 용량 비율이 아닙니다. 20,000 mAh 보조 배터리는 ~70-80% 효율적입니다(전압 변환, 열). 유효 용량: 16,000 mAh. 3,000 mAh 휴대폰의 경우: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5회 충전. 실제로는 4-5회입니다.

기본 전하(e = 1.602×10⁻¹⁹ C)는 양성자 하나 또는 전자 하나의 전하입니다. 모든 전하는 e의 배수로 양자화됩니다. 양자 역학의 기본이며, 미세 구조 상수를 정의합니다. 2019년부터 e는 정의상 정확합니다.

네! 음전하는 전자의 과잉을 의미하고, 양전하는 부족을 의미합니다. 총 전하는 대수적입니다(상쇄될 수 있음). 전자: -e. 양성자: +e. 물체는 일반적으로 거의 중성입니다(+와 -가 같음). 같은 종류의 전하는 서로 밀어내고, 다른 종류는 서로 끌어당깁니다.

리튬 이온: 화학 반응이 서서히 전극 재료를 저하시킵니다. 각 충전 사이클은 작은 비가역적 변화를 일으킵니다. 심한 방전(<20%), 고온, 고속 충전은 노화를 가속화합니다. 현대 배터리는 80% 용량까지 500-1000회 사이클을 가집니다.