Elektrische lading is de fysieke eigenschap die ervoor zorgt dat deeltjes elektromagnetische kracht ervaren. Komt voor in positief en negatief. Gelijke ladingen stoten elkaar af, tegengestelde ladingen trekken elkaar aan. Fundamenteel voor alle chemie en elektronica.

• 1 coulomb = 6.24×10¹⁸ elektronen
• Proton: +1e, Elektron: -1e
• Lading is behouden (wordt nooit gecreëerd/vernietigd)
• Gekwantiseerd in veelvouden van e = 1.602×10⁻¹⁹ C

Stroom (I) is de stroomsnelheid van de lading. Q = I × t. 1 ampère = 1 coulomb per seconde. Batterijcapaciteit in Ah is lading, geen stroom. 1 Ah = 3600 C.

• Stroom = lading per tijd (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definitie)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampère voor 1 uur)
• mAh is ladingscapaciteit, geen vermogen

Batterijen slaan lading op. Beoordeeld in Ah of mAh (lading) of Wh (energie). Wh = Ah × Spanning. Telefoonbatterij: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Spanning is van belang voor energie, niet voor lading.

• mAh = milliampère-uur (lading)
• Wh = wattuur (energie = lading × spanning)
• Hogere mAh = langere gebruiksduur (zelfde spanning)
• 3000 mAh ≈ 10,800 coulombs

Voordat men de lading kwantitatief begreep, onderzochten wetenschappers statische elektriciteit en de mysterieuze 'elektrische vloeistof'. De uitvinding van batterijen maakte een precieze meting van continue ladingsstroom mogelijk.

• 1600: William Gilbert onderscheidt elektriciteit van magnetisme, bedenkt de term 'elektrisch'
• 1733: Charles du Fay ontdekt twee soorten elektriciteit (positief en negatief)
• 1745: De Leidse fles wordt uitgevonden — de eerste condensator, die een meetbare lading opslaat
• 1785: Coulomb publiceert de omgekeerde kwadratenwet F = k(q₁q₂/r²) voor elektrische kracht
• 1800: Volta vindt de batterij uit — maakt een continue, meetbare ladingsstroom mogelijk
• 1833: Faraday ontdekt de wetten van de elektrolyse — verbindt lading met chemie (constante van Faraday)

De coulomb evolueerde van praktische definities gebaseerd op elektrochemische standaarden naar de moderne definitie die gekoppeld is aan de ampère en de seconde.

• 1881: Eerste praktische coulomb gedefinieerd via de standaard voor zilver-elektroplating
• 1893: De Wereldtentoonstelling van Chicago standaardiseert de coulomb voor internationaal gebruik
• 1948: CGPM definieert de coulomb als 1 ampère-seconde (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: De ampère werd gedefinieerd door de kracht tussen parallelle geleiders, wat de coulomb indirect maakte
• Probleem: De op kracht gebaseerde definitie van de ampère was moeilijk te realiseren met hoge precisie
• Jaren 1990-2010: Kwantummetrologie (Josephson-effect, kwantum-Hall-effect) maakt het tellen van elektronen mogelijk

Op 20 mei 2019 werd de elementaire lading exact vastgelegd, waardoor de ampère werd geherdefinieerd en de coulomb reproduceerbaar werd uit fundamentele constanten.

• Nieuwe definitie: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (nul onzekerheid per definitie)
• De elementaire lading is nu een gedefinieerde constante, geen gemeten waarde
• 1 coulomb = 6.241509074 × 10¹⁸ elementaire ladingen (exact)
• Apparaten voor enkel-elektron tunneling kunnen elektronen één voor één tellen voor precieze ladingsstandaarden
• Kwantummetrologie-driehoek: spanning (Josephson), weerstand (kwantum-Hall), stroom (elektronenpomp)
• Resultaat: Elk laboratorium met kwantumapparatuur kan de coulomb onafhankelijk realiseren

De herdefinitie van 2019 vertegenwoordigt meer dan 135 jaar vooruitgang van elektrochemische standaarden naar kwantumprecisie, en maakt de volgende generatie elektronica en energieopslag mogelijk.

• Batterijtechnologie: Nauwkeurigere capaciteitsmetingen voor elektrische voertuigen, netopslag
• Kwantumcomputing: Precieze ladingscontrole in qubits en enkel-elektron transistoren
• Metrologie: Nationale laboratoria kunnen de coulomb onafhankelijk realiseren zonder referentie-artefacten
• Chemie: De constante van Faraday is nu exact, verbetert elektrochemische berekeningen
• Consumentenelektronica: Betere standaarden voor batterijcapaciteitsbeoordelingen en snellaadprotocollen

• mAh naar C-snelkoppeling: Vermenigvuldig met 3.6 → 1000 mAh = 3600 C exact
• Ah naar C: Vermenigvuldig met 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampère voor 1 uur)
• Snel mAh naar Wh (3.7V): Deel door ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh naar mAh (3.7V): Vermenigvuldig met ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Elementaire lading: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (afgerond van 1.602)
• Constante van Faraday: F ≈ 96,500 C/mol (afgerond van 96,485)

Het begrijpen van batterijbeoordelingen voorkomt verwarring tussen lading (mAh), spanning (V) en energie (Wh). Deze regels besparen tijd en geld.

• mAh meet LADING, niet vermogen of energie — het is hoeveel elektronen je kunt verplaatsen
• Om energie te krijgen: Wh = mAh × V ÷ 1000 (spanning is cruciaal!)
• Dezelfde mAh bij verschillende spanningen = verschillende energie (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• Powerbanks: Verwacht 70-80% bruikbare capaciteit (spanningsconversieverliezen)
• Gebruiksduur = Capaciteit ÷ Stroom: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 uur (ideaal, voeg 20% marge toe)
• Typisch voor Li-ion: 3.7V nominaal, 4.2V vol, 3.0V leeg (bruikbaar bereik ~80%)

• Lading uit stroom: Q = I × t (coulombs = ampères × seconden)
• Gebruiksduur: t = Q / I (uren = ampère-uren / ampères)
• Energie uit lading: E = Q × V (watturen = ampère-uren × volt)
• Gecorrigeerd voor efficiëntie: Bruikbaar = Nominaal × 0.8 (houd rekening met verliezen)
• Elektrolyse: Q = n × F (coulombs = molen elektronen × constante van Faraday)
• Condensatorenergie: E = ½CV² (joules = ½ farad × volt²)

• mAh verwarren met mWh — lading vs. energie (spanning nodig om te converteren!)
• Spanning negeren bij het vergelijken van batterijen — gebruik Wh voor energievergelijking
• 100% efficiëntie van een powerbank verwachten — 20-30% gaat verloren aan warmte en spanningsconversie
• C (coulombs) verwarren met C (ontladingssnelheid) — totaal verschillende betekenissen!
• Aannemen dat mAh = gebruiksduur — je moet de stroomafname weten (gebruiksduur = mAh ÷ mA)
• Li-ion diep ontladen onder 20% — verkort de levensduur, nominale capaciteit ≠ bruikbare capaciteit

Coulomb (C) is de SI-basiseenheid voor lading. Gedefinieerd uit ampère en seconde: 1 C = 1 A·s. Voorvoegsels van pico tot kilo dekken alle praktische bereiken.

• 1 C = 1 A·s (exacte definitie)
• mC, µC, nC voor kleine ladingen
• pC, fC, aC voor kwantum-/precisiewerk
• kC voor grote industriële systemen

Ampère-uur (Ah) en milliampère-uur (mAh) zijn standaard voor batterijen. Praktisch omdat ze direct verband houden met stroomafname en gebruiksduur. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartphones, tablets, oordopjes
• Ah — laptops, elektrisch gereedschap, autoaccu's
• kAh — elektrische voertuigen, industriële UPS
• Wh — energiecapaciteit (spanningsafhankelijk)

Elementaire lading (e) is de fundamentele eenheid in de natuurkunde. Constante van Faraday in de chemie. CGS-eenheden (statcoulomb, abcoulomb) in oude leerboeken.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (elementaire lading)
• F = 96,485 C (constante van Faraday)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Alle lading is gekwantiseerd in veelvouden van de elementaire lading e. Je kunt geen 1,5 elektronen hebben. Quarks hebben een fractionele lading (⅓e, ⅔e) maar komen nooit alleen voor.

• Kleinste vrije lading: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• Elektron: -1e, Proton: +1e
• Alle objecten hebben een N×e-lading (geheel getal N)
• Millikans oliedruppelproef bewees de kwantisatie (1909)

1 mol elektronen draagt 96,485 C lading. Dit wordt de constante van Faraday (F) genoemd. Fundamenteel voor de elektrochemie en batterijchemie.

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6.022×10²³ elektronen
• Gebruikt in elektrolyseberekeningen
• Verbindt lading met chemische reacties

Kracht tussen ladingen: F = k(q₁q₂/r²). Gelijke ladingen stoten elkaar af, tegengestelde ladingen trekken elkaar aan. Fundamentele kracht van de natuur. Verklaart alle chemie en elektronica.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (product van de ladingen)
• F ∝ 1/r² (omgekeerde kwadratenwet)
• Verklaart atomaire structuur, binding

Elk apparaat op batterijen heeft een capaciteitsbeoordeling. Smartphones: 2500-5000 mAh. Laptops: 40-100 Wh. Powerbanks: 10,000-30,000 mAh.

• iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (vliegtuiglimiet)
• AirPods: ~500 mAh (gecombineerd)
• Powerbank: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

EV-batterijen worden beoordeeld in kWh (energie), maar de capaciteit is kAh bij de pakketspanning. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Enorm in vergelijking met telefoons!

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

Elektroplating, elektrolyse, condensatorbanken, UPS-systemen omvatten allemaal grote ladingsoverdrachten. Industriële UPS: 100+ kAh capaciteit. Supercondensatoren: farad (C/V).

• Elektroplating: 10-1000 Ah-processen
• Industriële UPS: 100+ kAh back-up
• Supercondensator: 3000 F = 3000 C/V
• Blikseminslag: ~15 C typisch

Vermenigvuldig mAh met 3.6 om coulombs te krijgen. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (exact)
• 1 Ah = 3600 C
• Snel: mAh × 3.6 → C
• Voorbeeld: 3000 mAh = 10,800 C

Deel mAh door ~270 voor Wh bij een Li-ion-spanning van 3.7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Bij 3.7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• Spanning is belangrijk voor energie!

Gebruiksduur (u) = Batterij (mAh) ÷ Stroom (mA). 3000 mAh bij 300 mA = 10 uur.

• Gebruiksduur = Capaciteit ÷ Stroom
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 u
• Hogere stroom = kortere gebruiksduur
• Efficiëntieverliezen: verwacht 80-90%

3500 mAh-batterij. Een app gebruikt 350 mA. Hoe lang duurt het voordat hij leeg is?

Gebruiksduur = Capaciteit ÷ Stroom = 3500 ÷ 350 = 10 uur (ideaal). In werkelijkheid: ~8-9u (efficiëntieverliezen).

Powerbank van 20,000 mAh. Een telefoon van 3,000 mAh opladen. Hoeveel volledige oplaadbeurten?

Houd rekening met de efficiëntie (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 effectief. 16,000 ÷ 3,000 = 5,3 oplaadbeurten.

1 mol koper afzetten (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Hoeveel coulomb?

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

Je lichaam heeft ~10²⁸ protonen en een gelijk aantal elektronen. Als je 0,01% van de elektronen zou verliezen, zou je een afstoting van 10⁹ newton voelen—genoeg om gebouwen te verpletteren!

Een blikseminslag: slechts ~15 C lading, maar 1 miljard volt! Energie = Q×V, dus 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Dat is 4,2 MWh—kan je huis maandenlang van stroom voorzien!

Een klassieke wetenschapsdemonstratie bouwt een lading op tot miljoenen volts. Totale lading? Slechts ~10 µC. Schokkend maar veilig—lage stroom. Spanning ≠ gevaar, stroom doodt.

Autoaccu: 60 Ah = 216,000 C, wordt in uren vrijgegeven. Supercondensator: 3000 F = 3000 C/V, wordt in seconden vrijgegeven. Energiedichtheid vs. vermogensdichtheid.

1909: Millikan mat de elementaire lading door geladen oliedruppels te zien vallen. Hij vond e = 1.592×10⁻¹⁹ C (modern: 1.602). Won in 1923 de Nobelprijs.

De kwantisatie van de elektronenlading is zo precies dat het wordt gebruikt om de weerstandsstandaard te definiëren. Nauwkeurigheid: 1 deel op 10⁹. Fundamentele constanten definiëren alle eenheden sinds 2019.

mAh meet de lading (hoeveel elektronen). Wh meet de energie (lading × spanning). Dezelfde mAh bij verschillende spanningen = verschillende energie. Gebruik Wh om batterijen met verschillende spanningen te vergelijken. Wh = mAh × V ÷ 1000.

De nominale capaciteit is niet de bruikbare capaciteit. Li-ion: ontlaadt van 4.2V (vol) naar 3.0V (leeg), maar stoppen bij 20% verlengt de levensduur. Conversieverliezen, warmte en veroudering verminderen de effectieve capaciteit. Verwacht 80-90% van de nominale waarde.

Niet zomaar een verhouding van capaciteiten. Een powerbank van 20,000 mAh: ~70-80% efficiënt (spanningsconversie, warmte). Effectief: 16,000 mAh. Voor een telefoon van 3,000 mAh: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 oplaadbeurten. In de echte wereld: 4-5.

De elementaire lading (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) is de lading van één proton of elektron. Alle lading is gekwantiseerd in veelvouden van e. Fundamenteel voor de kwantummechanica, definieert de fijnstructuurconstante. Sinds 2019 is e per definitie exact.

Ja! Een negatieve lading betekent een overschot aan elektronen, een positieve een tekort. De totale lading is algebraïsch (kan elkaar opheffen). Elektronen: -e. Protonen: +e. Objecten: doorgaans bijna neutraal (gelijk aantal + en -). Gelijke ladingen stoten elkaar af, tegengestelde ladingen trekken elkaar aan.

Li-ion: chemische reacties degraderen langzaam de elektrodematerialen. Elke oplaadcyclus veroorzaakt kleine, onomkeerbare veranderingen. Diep ontladen (<20%), hoge temperaturen en snelladen versnellen de veroudering. Moderne batterijen: 500-1000 cycli tot 80% capaciteit.