Elektrisk ladning er den fysiske egenskapen som gjør at partikler opplever elektromagnetisk kraft. Finnes i positiv og negativ form. Like ladninger frastøter hverandre, motsatte ladninger tiltrekker hverandre. Fundamental for all kjemi og elektronikk.

• 1 coulomb = 6,24×10¹⁸ elektroner
• Proton: +1e, Elektron: -1e
• Ladning er bevart (blir aldri skapt/ødelagt)
• Kvantisert i multipler av e = 1,602×10⁻¹⁹ C

Strøm (I) er strømningshastigheten til ladning. Q = I × t. 1 ampere = 1 coulomb per sekund. Batterikapasitet i Ah er ladning, ikke strøm. 1 Ah = 3600 C.

• Strøm = ladning per tid (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definisjon)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampere i 1 time)
• mAh er ladningskapasitet, ikke effekt

Batterier lagrer ladning. Vurdert i Ah eller mAh (ladning) eller Wh (energi). Wh = Ah × Spenning. Telefonbatteri: 3000 mAh @ 3,7V ≈ 11 Wh. Spenning er viktig for energi, ikke for ladning.

• mAh = milliamperetime (ladning)
• Wh = wattime (energi = ladning × spenning)
• Høyere mAh = lengre driftstid (samme spenning)
• 3000 mAh ≈ 10 800 coulomb

Før man forsto ladning kvantitativt, utforsket forskere statisk elektrisitet og den mystiske 'elektriske væsken'. Oppfinnelsen av batterier muliggjorde presis måling av kontinuerlig ladningsstrøm.

• 1600: William Gilbert skiller mellom elektrisitet og magnetisme, og skaper begrepet 'elektrisk'
• 1733: Charles du Fay oppdager to typer elektrisitet (positiv og negativ)
• 1745: Leidenflasken blir oppfunnet — den første kondensatoren, som lagrer målbar ladning
• 1785: Coulomb publiserer den omvendte kvadratloven F = k(q₁q₂/r²) for elektrisk kraft
• 1800: Volta finner opp batteriet — muliggjør kontinuerlig, målbar ladningsstrøm
• 1833: Faraday oppdager elektrolyselovene — kobler ladning til kjemi (Faradays konstant)

Coulomben utviklet seg fra praktiske definisjoner basert på elektrokjemiske standarder til den moderne definisjonen knyttet til ampere og sekund.

• 1881: Første praktiske coulomb definert via en standard for sølvplettering
• 1893: Verdensutstillingen i Chicago standardiserer coulomb for internasjonal bruk
• 1948: CGPM definerer coulomb som 1 amper-sekund (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Ampere definert av kraften mellom parallelle ledere, noe som gjør coulomb indirekte
• Problem: Den kraftbaserte definisjonen av ampere var vanskelig å realisere med høy presisjon
• 1990-2010-tallet: Kvantemetrologi (Josephson-effekten, kvante-Hall-effekten) muliggjør telling av elektroner

20. mai 2019 ble elementærladningen fastsatt nøyaktig, noe som redefinerte amperen og gjorde coulomb reproduserbar fra grunnleggende konstanter.

• Ny definisjon: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C nøyaktig (null usikkerhet per definisjon)
• Elementærladningen er nå en definert konstant, ikke en målt verdi
• 1 coulomb = 6,241509074 × 10¹⁸ elementærladninger (nøyaktig)
• Enkelt-elektron-tunnelenheter kan telle elektroner én etter én for presise ladningsstandarder
• Kvantemetrologitriangelet: spenning (Josephson), motstand (kvante-Hall), strøm (elektronpumpe)
• Resultat: Ethvert laboratorium med kvanteutstyr kan realisere coulomb uavhengig

Redefinisjonen i 2019 representerer over 135 års fremgang fra elektrokjemiske standarder til kvantepresisjon, noe som muliggjør neste generasjons elektronikk og energilagring.

• Batteriteknologi: Mer nøyaktige kapasitetsmålinger for elektriske kjøretøy, nettlagring
• Kvanteberegning: Presis ladningskontroll i qubits og enkelt-elektron-transistorer
• Metrologi: Nasjonale laboratorier kan uavhengig realisere coulomb uten referanseartefakter
• Kjemi: Faradays konstant er nå nøyaktig, noe som forbedrer elektrokjemiske beregninger
• Forbrukerelektronikk: Bedre standarder for batterikapasitetsvurderinger og hurtigladeprotokoller

• Snarvei fra mAh til C: Multipliser med 3,6 → 1000 mAh = 3600 C nøyaktig
• Ah til C: Multipliser med 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampere i 1 time)
• Raskt fra mAh til Wh (3,7V): Del med ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh til mAh (3,7V): Multipliser med ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Elementærladning: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (avrundet fra 1,602)
• Faradays konstant: F ≈ 96 500 C/mol (avrundet fra 96 485)

Å forstå batterivurderinger forhindrer forvirring mellom ladning (mAh), spenning (V) og energi (Wh). Disse reglene sparer tid og penger.

• mAh måler LADING, ikke effekt eller energi — det er hvor mange elektroner du kan flytte
• For å få energi: Wh = mAh × V ÷ 1000 (spenning er avgjørende!)
• Samme mAh ved forskjellige spenninger = forskjellig energi (12V 1000mAh ≠ 3,7V 1000mAh)
• Nødbatterier: Forvent 70-80 % brukbar kapasitet (spenningskonverteringstap)
• Driftstid = Kapasitet ÷ Strøm: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 timer (ideelt, legg til 20 % margin)
• Typisk Li-ion: 3,7V nominell, 4,2V full, 3,0V tom (brukbart område ~80 %)

• Ladning fra strøm: Q = I × t (coulomb = ampere × sekunder)
• Driftstid: t = Q / I (timer = amperetimer / ampere)
• Energi fra ladning: E = Q × V (wattimer = amperetimer × volt)
• Justert for effektivitet: Brukbar = Nominell × 0,8 (ta hensyn til tap)
• Elektrolyse: Q = n × F (coulomb = mol elektroner × Faradays konstant)
• Kondensatorenergi: E = ½CV² (joule = ½ farad × volt²)

• Forveksle mAh med mWh — ladning vs. energi (trenger spenning for å konvertere!)
• Ignorere spenning ved sammenligning av batterier — bruk Wh for energisammenligning
• Forvente 100 % effektivitet fra nødbatterier — 20-30 % går tapt i varme og spenningskonvertering
• Blande sammen C (coulomb) med C (utladningsrate) — helt forskjellige betydninger!
• Anta at mAh = driftstid — du må vite strømforbruket (driftstid = mAh ÷ mA)
• Dyp utlading av Li-ion under 20 % — forkorter levetiden, nominell kapasitet ≠ brukbar kapasitet

Coulomb (C) er SI-baseenheten for ladning. Definert fra ampere og sekund: 1 C = 1 A·s. Prefikser fra piko til kilo dekker alle praktiske områder.

• 1 C = 1 A·s (nøyaktig definisjon)
• mC, µC, nC for små ladninger
• pC, fC, aC for kvante-/presisjonsarbeid
• kC for store industrielle systemer

Amperetime (Ah) og milliamperetime (mAh) er standard for batterier. Praktiske fordi de er direkte relatert til strømforbruk og driftstid. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smarttelefoner, nettbrett, ørepropper
• Ah — bærbare datamaskiner, elektroverktøy, bilbatterier
• kAh — elektriske kjøretøy, industrielle UPS
• Wh — energikapasitet (spenningsavhengig)

Elementærladning (e) er en fundamental enhet i fysikk. Faradays konstant i kjemi. CGS-enheter (statcoulomb, abcoulomb) i gamle lærebøker.

• e = 1,602×10⁻¹⁹ C (elementærladning)
• F = 96 485 C (Faradays konstant)
• 1 statC ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

All ladning er kvantisert i multipler av elementærladningen e. Du kan ikke ha 1,5 elektroner. Kvarker har brøkdelsladning (⅓e, ⅔e), men eksisterer aldri alene.

• Minste frie ladning: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ C
• Elektron: -1e, Proton: +1e
• Alle objekter har N×e ladning (heltall N)
• Millikans oljedråpeeksperiment beviste kvantisering (1909)

1 mol elektroner bærer 96 485 C ladning. Kalt Faradays konstant (F). Fundamental for elektrokjemi og batterikjemi.

• F = 96 485,33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6,022×10²³ elektroner
• Brukes i elektrolyseberegninger
• Relaterer ladning til kjemiske reaksjoner

Kraft mellom ladninger: F = k(q₁q₂/r²). Like ladninger frastøter, motsatte tiltrekker. Fundamental naturkraft. Forklarer all kjemi og elektronikk.

• k = 8,99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (produktet av ladningene)
• F ∝ 1/r² (omvendt kvadratlov)
• Forklarer atomstruktur, binding

Alle batteridrevne enheter har en kapasitetsvurdering. Smarttelefoner: 2500-5000 mAh. Bærbare datamaskiner: 40-100 Wh. Nødbatterier: 10 000-30 000 mAh.

• iPhone 15: ~3 349 mAh @ 3,85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (flyselskapgrense)
• AirPods: ~500 mAh (kombinert)
• Nødbatteri: 20 000 mAh @ 3,7V ≈ 74 Wh

Elbilbatterier er vurdert i kWh (energi), men kapasiteten er i kAh ved batteripakkens spenning. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Enormt sammenlignet med telefoner!

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Elbillading: 50-350 kW DC hurtiglading
• Hjemmelading: ~7 kW (32A @ 220V)

Galvanisering, elektrolyse, kondensatorbanker, UPS-systemer involverer alle store ladningsoverføringer. Industriell UPS: 100+ kAh kapasitet. Superkondensatorer: farad (C/V).

• Galvanisering: 10-1000 Ah prosesser
• Industriell UPS: 100+ kAh backup
• Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V
• Lynnedslag: ~15 C typisk

Multipliser mAh med 3,6 for å få coulomb. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3,6 C (nøyaktig)
• 1 Ah = 3600 C
• Raskt: mAh × 3,6 → C
• Eksempel: 3000 mAh = 10 800 C

Del mAh med ~270 for å få Wh ved 3,7V Li-ion-spenning.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Ved 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3,7V = 11,1 Wh
• Spenning er viktig for energi!

Driftstid (t) = Batteri (mAh) ÷ Strøm (mA). 3000 mAh ved 300 mA = 10 timer.

• Driftstid = Kapasitet ÷ Strøm
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 t
• Høyere strøm = kortere driftstid
• Effektivitetstap: forvent 80-90 %

3500 mAh batteri. Appen bruker 350 mA. Hvor lenge til det er tomt?

Driftstid = Kapasitet ÷ Strøm = 3500 ÷ 350 = 10 timer (ideelt). Reelt: ~8-9t (effektivitetstap).

20 000 mAh nødbatteri. Lade en 3 000 mAh telefon. Hvor mange fulle ladinger?

Ta hensyn til effektivitet (~80 %): 20 000 × 0,8 = 16 000 effektivt. 16 000 ÷ 3 000 = 5,3 ladinger.

Avsett 1 mol kobber (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Hvor mange coulomb?

2 mol e⁻ per mol Cu. 2 × F = 2 × 96 485 = 192 970 C ≈ 53,6 Ah.

Kroppen din har ~10²⁸ protoner og like mange elektroner. Hvis du mistet 0,01 % av elektronene, ville du følt en frastøtende kraft på 10⁹ newton—nok til å knuse bygninger!

Et lynnedslag: bare ~15 C ladning, men 1 milliard volt! Energi = Q×V, så 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Det er 4,2 MWh—kan drive huset ditt i måneder!

Klassisk vitenskapsdemonstrasjon bygger opp ladning til millioner av volt. Total ladning? Bare ~10 µC. Sjokkerende, men trygt—lav strøm. Spenning ≠ fare, strøm dreper.

Bilbatteri: 60 Ah = 216 000 C, frigjøres over timer. Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V, frigjøres på sekunder. Energitetthet vs. effekttetthet.

1909: Millikan målte elementærladningen ved å se på ladede oljedråper som falt. Fant e = 1,592×10⁻¹⁹ C (moderne: 1,602). Vant Nobelprisen i 1923.

Elektronladningens kvantisering er så presis at den brukes til å definere motstandsstandarden. Nøyaktighet: 1 del på 10⁹. Fundamentale konstanter definerer alle enheter siden 2019.

mAh måler ladning (hvor mange elektroner). Wh måler energi (ladning × spenning). Samme mAh ved forskjellige spenninger = forskjellig energi. Bruk Wh for å sammenligne batterier ved forskjellige spenninger. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Nominell kapasitet er ikke brukbar kapasitet. Li-ion: utlades fra 4,2V (full) til 3,0V (tom), men å stoppe ved 20 % bevarer levetiden. Konverteringstap, varme og aldring reduserer effektiv kapasitet. Forvent 80-90 % av det nominelle.

Ikke bare et enkelt kapasitetsforhold. 20 000 mAh nødbatteri: ~70-80 % effektivt (spenningskonvertering, varme). Effektivt: 16 000 mAh. For en 3 000 mAh telefon: 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 ladinger. I den virkelige verden: 4-5.

Elementærladning (e = 1,602×10⁻¹⁹ C) er ladningen til ett proton eller elektron. All ladning er kvantisert i multipler av e. Fundamental for kvantemekanikk, definerer finstrukturkonstanten. Siden 2019 er e nøyaktig per definisjon.

Ja! Negativ ladning betyr et overskudd av elektroner, positiv betyr et underskudd. Total ladning er algebraisk (kan kansellere). Elektroner: -e. Protoner: +e. Objekter: typisk nær nøytrale (lik mengde + og -). Like ladninger frastøter, motsatte tiltrekker.

Li-ion: kjemiske reaksjoner bryter sakte ned elektrodmaterialene. Hver ladesyklus forårsaker små irreversible endringer. Dyp utlading (<20 %), høy temperatur, hurtiglading akselererer aldring. Moderne batterier: 500-1000 sykluser til 80 % kapasitet.