Електричниот полнеж е физичката особина што ги тера честичките да доживуваат електромагнетна сила. Доаѓа во позитивна и негативна форма. Истоимените полнежи се одбиваат, спротивните се привлекуваат. Основно за целата хемија и електроника.

• 1 кулон = 6.24×10¹⁸ електрони
• Протон: +1e, Електрон: -1e
• Полнежот е зачуван (никогаш не се создава/уништува)
• Квантизиран во множители на e = 1.602×10⁻¹⁹ C

Струјата (I) е брзината на проток на полнеж. Q = I × t. 1 ампер = 1 кулон во секунда. Капацитетот на батеријата во Ah е полнеж, а не струја. 1 Ah = 3600 C.

• Струја = полнеж по време (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (дефиниција)
• 1 Ah = 3600 C (1 ампер за 1 час)
• mAh е капацитет на полнеж, а не моќност

Батериите складираат полнеж. Се оценуваат во Ah или mAh (полнеж) или Wh (енергија). Wh = Ah × Напон. Батерија на телефон: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Напонот е важен за енергијата, а не за полнежот.

• mAh = милиампер-час (полнеж)
• Wh = ват-час (енергија = полнеж × напон)
• Повисок mAh = подолго времетраење (ист напон)
• 3000 mAh ≈ 10,800 кулони

Пред да се разбере полнежот квантитативно, научниците го истражувале статичкиот електрицитет и мистериозниот „електричен флуид“. Пронаоѓањето на батериите овозможило прецизно мерење на континуираниот проток на полнеж.

• 1600: Вилијам Гилберт го разликува електрицитетот од магнетизмот, го создава терминот „електричен“
• 1733: Шарл ду Феј открива два типа на електрицитет (позитивен и негативен)
• 1745: Измислена е Лајденската тегла — првиот кондензатор, кој складира мерлив полнеж
• 1785: Кулон го објавува законот за инверзен квадрат F = k(q₁q₂/r²) за електрична сила
• 1800: Волта ја измислува батеријата — овозможува континуиран, мерлив проток на полнеж
• 1833: Фарадеј ги открива законите на електролиза — го поврзува полнежот со хемијата (Фарадеева константа)

Кулонот еволуирал од практични дефиниции засновани на електрохемиски стандарди до модерната дефиниција поврзана со амперот и секундата.

• 1881: Првиот практичен кулон е дефиниран преку стандардот за посребрување
• 1893: Светската изложба во Чикаго го стандардизира кулонот за меѓународна употреба
• 1948: CGPM го дефинира кулонот како 1 ампер-секунда (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Амперот се дефинира со силата помеѓу паралелни проводници, што го прави кулонот индиректен
• Проблем: Дефиницијата на амперот заснована на сила беше тешка за реализација со висока прецизност
• 1990-ти-2010-ти: Квантната метрологија (Џозефсонов ефект, квантен Холов ефект) овозможува броење на електрони

На 20 мај 2019 година, елементарниот полнеж беше точно фиксиран, редефинирајќи го амперот и правејќи го кулонот репродуцибилен од фундаментални константи.

• Нова дефиниција: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C точно (нулта несигурност по дефиниција)
• Елементарниот полнеж сега е дефинирана константа, а не измерена вредност
• 1 кулон = 6.241509074 × 10¹⁸ елементарни полнежи (точно)
• Уредите за тунелирање на еден електрон можат да бројат електрони еден по еден за прецизни стандарди на полнеж
• Квантен метролошки триаголник: напон (Џозефсон), отпор (квантен Хол), струја (електронска пумпа)
• Резултат: Секоја лабораторија со квантна опрема може самостојно да го реализира кулонот

Редефиницијата од 2019 година претставува повеќе од 135 години напредок од електрохемиски стандарди до квантна прецизност, овозможувајќи следната генерација на електроника и складирање на енергија.

• Технологија на батерии: Попрецизни мерења на капацитетот за електрични возила, складирање во мрежа
• Квантно пресметување: Прецизна контрола на полнежот во кубити и транзистори со еден електрон
• Метрологија: Националните лаборатории можат самостојно да го реализираат кулонот без референтни артефакти
• Хемија: Фарадеевата константа сега е точна, ги подобрува електрохемиските пресметки
• Потрошувачка електроника: Подобри стандарди за рејтинзите на капацитетот на батериите и протоколите за брзо полнење

• Кратенка од mAh до C: Помножете со 3.6 → 1000 mAh = 3600 C точно
• Ah до C: Помножете со 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ампер за 1 час)
• Брзо од mAh до Wh (3.7V): Поделете со ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh до mAh (3.7V): Помножете со ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Елементарен полнеж: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (заокружено од 1.602)
• Фарадеева константа: F ≈ 96,500 C/mol (заокружено од 96,485)

Разбирањето на рејтинзите на батериите спречува конфузија помеѓу полнеж (mAh), напон (V) и енергија (Wh). Овие правила заштедуваат време и пари.

• mAh мери ПОЛНЕЖ, а не моќност или енергија — тоа е колку електрони можете да преместите
• За да добиете енергија: Wh = mAh × V ÷ 1000 (напонот е критичен!)
• Ист mAh на различни напони = различна енергија (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• Надворешни батерии (Power banks): Очекувајте 70-80% употреблив капацитет (загуби при конверзија на напон)
• Времетраење = Капацитет ÷ Струја: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 часа (идеално, додадете 20% маргина)
• Типично за Li-ion: 3.7V номинално, 4.2V полно, 3.0V празно (употреблив опсег ~80%)

• Полнеж од струја: Q = I × t (кулони = ампери × секунди)
• Времетраење: t = Q / I (часови = ампер-часови / ампери)
• Енергија од полнеж: E = Q × V (ват-часови = ампер-часови × волти)
• Прилагодено за ефикасност: Употребливо = Номинално × 0.8 (сметајте на загубите)
• Електролиза: Q = n × F (кулони = молови електрони × Фарадеева константа)
• Енергија на кондензатор: E = ½CV² (џули = ½ фаради × волти²)

• Мешање на mAh со mWh — полнеж наспроти енергија (потребен е напон за конверзија!)
• Игнорирање на напонот при споредба на батерии — користете Wh за споредба на енергија
• Очекување на 100% ефикасност на надворешна батерија — 20-30% се губат во топлина и конверзија на напон
• Мешање на C (кулони) со C (стапка на празнење) — сосема различни значења!
• Претпоставка дека mAh = времетраење — треба да ја знаете потрошувачката на струја (времетраење = mAh ÷ mA)
• Длабоко празнење на Li-ion под 20% — го скратува животниот век, номиналниот капацитет ≠ употребливиот капацитет

Кулонот (C) е основната СИ единица за полнеж. Дефинирана од амперот и секундата: 1 C = 1 A·s. Префиксите од пико до кило ги покриваат сите практични опсези.

• 1 C = 1 A·s (точна дефиниција)
• mC, µC, nC за мали полнежи
• pC, fC, aC за квантна/прецизна работа
• kC за големи индустриски системи

Ампер-час (Ah) и милиампер-час (mAh) се стандардни за батерии. Практични се бидејќи директно се однесуваат на потрошувачката на струја и времетраењето. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — паметни телефони, таблети, слушалки
• Ah — лаптопи, електрични алати, автомобилски батерии
• kAh — електрични возила, индустриски УПС
• Wh — енергетски капацитет (зависен од напон)

Елементарниот полнеж (e) е основна единица во физиката. Фарадеевата константа во хемијата. CGS единиците (статкулон, абкулон) во старите учебници.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (елементарен полнеж)
• F = 96,485 C (Фарадеева константа)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Целиот полнеж е квантизиран во множители на елементарниот полнеж e. Не можете да имате 1.5 електрони. Кварковите имаат фракционен полнеж (⅓e, ⅔e) но никогаш не постојат сами.

• Најмал слободен полнеж: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• Електрон: -1e, Протон: +1e
• Сите објекти имаат N×e полнеж (цел број N)
• Експериментот со капка масло на Миликен ја докажа квантизацијата (1909)

1 мол електрони носи 96,485 C полнеж. Се нарекува Фарадеева константа (F). Основна за електрохемијата и хемијата на батериите.

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 мол e⁻ = 6.022×10²³ електрони
• Се користи во пресметките за електролиза
• Го поврзува полнежот со хемиските реакции

Сила помеѓу полнежи: F = k(q₁q₂/r²). Истоимените полнежи се одбиваат, спротивните се привлекуваат. Основна сила на природата. Ја објаснува целата хемија и електроника.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (производ на полнежите)
• F ∝ 1/r² (закон за инверзен квадрат)
• Ја објаснува атомската структура, врските

Секој уред што работи на батерија има рејтинг на капацитет. Паметни телефони: 2500-5000 mAh. Лаптопи: 40-100 Wh. Надворешни батерии: 10,000-30,000 mAh.

• iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (ограничување на авиокомпаниите)
• AirPods: ~500 mAh (комбинирано)
• Надворешна батерија: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

Батериите на ЕВ се оценуваат во kWh (енергија), но капацитетот е kAh на напонот на пакетот. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Огромно во споредба со телефоните!

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Полнење на ЕВ: 50-350 kW DC брзо
• Домашно полнење: ~7 kW (32A @ 220V)

Галванизација, електролиза, кондензаторски банки, УПС системи сите вклучуваат големи трансфери на полнеж. Индустриски УПС: 100+ kAh капацитет. Суперкондензатори: фаради (C/V).

• Галванизација: процеси од 10-1000 Ah
• Индустриски УПС: 100+ kAh резерва
• Суперкондензатор: 3000 F = 3000 C/V
• Удар на гром: ~15 C типично

Помножете го mAh со 3.6 за да добиете кулони. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (точно)
• 1 Ah = 3600 C
• Брзо: mAh × 3.6 → C
• Пример: 3000 mAh = 10,800 C

Поделете го mAh со ~270 за Wh на 3.7V Li-ion напон.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• На 3.7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• Напонот е важен за енергијата!

Времетраење (ч) = Батерија (mAh) ÷ Струја (mA). 3000 mAh на 300 mA = 10 часа.

• Времетраење = Капацитет ÷ Струја
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 ч
• Повисока струја = пократко времетраење
• Загуби на ефикасност: очекувајте 80-90%

Батерија од 3500 mAh. Апликацијата користи 350 mA. Колку време додека не се испразни?

Времетраење = Капацитет ÷ Струја = 3500 ÷ 350 = 10 часа (идеално). Реално: ~8-9ч (загуби на ефикасност).

Надворешна батерија од 20,000 mAh. Полнете телефон од 3,000 mAh. Колку целосни полнења?

Сметајте на ефикасноста (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 ефективни. 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 полнења.

Наталожете 1 мол бакар (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Колку кулони?

2 мола e⁻ по мол Cu. 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah.

Вашето тело има ~10²⁸ протони и еднаков број електрони. Ако изгубите 0.01% од електроните, ќе почувствувате одбивност од 10⁹ њутни—доволно за да сруши згради!

Удар на гром: само ~15 C полнеж, но 1 милијарда волти! Енергија = Q×V, значи 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Тоа се 4.2 MWh—може да го напојува вашиот дом со месеци!

Класичната научна демонстрација создава полнеж до милиони волти. Вкупен полнеж? Само ~10 µC. Шокантно, но безбедно—ниска струја. Напон ≠ опасност, струјата убива.

Автомобилска батерија: 60 Ah = 216,000 C, се ослободува со часови. Суперкондензатор: 3000 F = 3000 C/V, се ослободува за секунди. Густина на енергија наспроти густина на моќност.

1909: Миликен го измерил елементарниот полнеж гледајќи како паѓаат наелектризирани капки масло. Нашол дека e = 1.592×10⁻¹⁹ C (модерно: 1.602). Ја добил Нобеловата награда во 1923 година.

Квантизацијата на полнежот на електронот е толку прецизна, што се користи за дефинирање на стандардот за отпор. Прецизност: 1 дел во 10⁹. Фундаменталните константи ги дефинираат сите единици од 2019 година.

mAh го мери полнежот (колку електрони). Wh ја мери енергијата (полнеж × напон). Истиот mAh на различни напони = различна енергија. Користете Wh за да споредувате батерии на различни напони. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Номиналниот капацитет не е употреблив капацитет. Li-ion: се празни од 4.2V (полна) до 3.0V (празна), но запирањето на 20% го зачувува животниот век. Загубите при конверзија, топлината и стареењето го намалуваат ефективниот капацитет. Очекувајте 80-90% од номиналниот.

Не е само однос на капацитети. Надворешна батерија од 20,000 mAh: ~70-80% ефикасна (конверзија на напон, топлина). Ефективно: 16,000 mAh. За телефон од 3,000 mAh: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 полнења. Во реалниот свет: 4-5.

Елементарниот полнеж (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) е полнежот на еден протон или електрон. Целиот полнеж е квантизиран во множители на e. Основно за квантната механика, ја дефинира константата на фината структура. Од 2019 година, e е точно по дефиниција.

Да! Негативен полнеж значи вишок на електрони, позитивен значи недостаток. Вкупниот полнеж е алгебарски (може да се поништи). Електрони: -e. Протони: +e. Објекти: обично речиси неутрални (еднакви + и -). Истоимените полнежи се одбиваат, спротивните се привлекуваат.

Li-ion: хемиските реакции полека ги деградираат материјалите на електродите. Секој циклус на полнење предизвикува мали неповратни промени. Длабокото празнење (<20%), високата температура, брзото полнење го забрзуваат стареењето. Модерни батерии: 500-1000 циклуси до 80% капацитет.