Ładunek elektryczny to fizyczna właściwość, która sprawia, że cząstki doświadczają siły elektromagnetycznej. Występuje w formie dodatniej i ujemnej. Ładunki jednoimienne odpychają się, różnoimienne przyciągają. Jest podstawą całej chemii i elektroniki.

• 1 kulomb = 6,24×10¹⁸ elektronów
• Proton: +1e, Elektron: -1e
• Ładunek jest zachowany (nigdy nie jest tworzony/niszczony)
• Skwantowany w wielokrotnościach e = 1,602×10⁻¹⁹ C

Prąd (I) to szybkość przepływu ładunku. Q = I × t. 1 amper = 1 kulomb na sekundę. Pojemność baterii w Ah to ładunek, a nie prąd. 1 Ah = 3600 C.

• Prąd = ładunek na czas (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definicja)
• 1 Ah = 3600 C (1 amper przez 1 godzinę)
• mAh to pojemność ładunku, a nie moc

Baterie przechowują ładunek. Oceniane w Ah lub mAh (ładunek) lub Wh (energia). Wh = Ah × Napięcie. Bateria telefonu: 3000 mAh @ 3,7V ≈ 11 Wh. Napięcie jest ważne dla energii, a nie dla ładunku.

• mAh = miliamperogodzina (ładunek)
• Wh = watogodzina (energia = ładunek × napięcie)
• Wyższe mAh = dłuższy czas działania (to samo napięcie)
• 3000 mAh ≈ 10 800 kulombów

Zanim zrozumiano ładunek ilościowo, naukowcy badali elektryczność statyczną i tajemniczy 'fluid elektryczny'. Wynalezienie baterii umożliwiło precyzyjny pomiar ciągłego przepływu ładunku.

• 1600: William Gilbert odróżnia elektryczność od magnetyzmu, tworzy termin 'elektryczny'
• 1733: Charles du Fay odkrywa dwa rodzaje elektryczności (dodatnią i ujemną)
• 1745: Wynalezienie butelki lejdejskiej — pierwszego kondensatora, przechowującego mierzalny ładunek
• 1785: Coulomb publikuje prawo odwrotnych kwadratów F = k(q₁q₂/r²) dla siły elektrycznej
• 1800: Volta wynajduje baterię — umożliwia ciągły, mierzalny przepływ ładunku
• 1833: Faraday odkrywa prawa elektrolizy — łączy ładunek z chemią (stała Faradaya)

Kulomb ewoluował od praktycznych definicji opartych na standardach elektrochemicznych do nowoczesnej definicji powiązanej z amperem i sekundą.

• 1881: Pierwszy praktyczny kulomb zdefiniowany poprzez standard galwanizacji srebrem
• 1893: Wystawa Światowa w Chicago standaryzuje kulomb do użytku międzynarodowego
• 1948: CGPM definiuje kulomb jako 1 amperosekundę (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Amper zdefiniowany siłą między równoległymi przewodnikami, co czyni kulomb jednostką pośrednią
• Problem: Definicja ampera oparta na sile była trudna do zrealizowania z wysoką precyzją
• Lata 90. XX w. - 2010: Metrologia kwantowa (efekt Josephsona, kwantowy efekt Halla) umożliwia liczenie elektronów

20 maja 2019 roku ładunek elementarny został ustalony dokładnie, redefiniując amper i czyniąc kulomb odtwarzalnym z podstawowych stałych.

• Nowa definicja: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C dokładnie (zerowa niepewność z definicji)
• Ładunek elementarny jest teraz zdefiniowaną stałą, a nie wartością mierzoną
• 1 kulomb = 6,241509074 × 10¹⁸ ładunków elementarnych (dokładnie)
• Urządzenia tunelowe z pojedynczym elektronem mogą liczyć elektrony pojedynczo dla precyzyjnych standardów ładunku
• Trójkąt metrologii kwantowej: napięcie (Josephson), rezystancja (kwantowy Hall), prąd (pompa elektronowa)
• Wynik: Każde laboratorium z wyposażeniem kwantowym może niezależnie zrealizować kulomb

Redefinicja z 2019 roku reprezentuje ponad 135 lat postępu od standardów elektrochemicznych do precyzji kwantowej, umożliwiając elektronikę i magazynowanie energii nowej generacji.

• Technologia baterii: Dokładniejsze pomiary pojemności dla pojazdów elektrycznych, magazynowanie w sieci
• Obliczenia kwantowe: Precyzyjna kontrola ładunku w kubitach i tranzystorach jednoelektronowych
• Metrologia: Krajowe laboratoria mogą niezależnie realizować kulomb bez artefaktów referencyjnych
• Chemia: Stała Faradaya jest teraz dokładna, co poprawia obliczenia elektrochemiczne
• Elektronika użytkowa: Lepsze standardy dla ocen pojemności baterii i protokołów szybkiego ładowania

• Skrót z mAh na C: Pomnóż przez 3,6 → 1000 mAh = 3600 C dokładnie
• Z Ah na C: Pomnóż przez 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 amper przez 1 godzinę)
• Szybko z mAh na Wh (3,7V): Podziel przez ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Z Wh na mAh (3,7V): Pomnóż przez ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Ładunek elementarny: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (zaokrąglone z 1,602)
• Stała Faradaya: F ≈ 96 500 C/mol (zaokrąglone z 96 485)

Zrozumienie ocen baterii zapobiega pomyłkom między ładunkiem (mAh), napięciem (V) i energią (Wh). Te zasady oszczędzają czas i pieniądze.

• mAh mierzy ŁADUNEK, a nie moc czy energię — to ile elektronów możesz przenieść
• Aby uzyskać energię: Wh = mAh × V ÷ 1000 (napięcie jest kluczowe!)
• Ta sama wartość mAh przy różnych napięciach = inna energia (12V 1000mAh ≠ 3,7V 1000mAh)
• Power banki: Oczekuj 70-80% użytecznej pojemności (straty konwersji napięcia)
• Czas działania = Pojemność ÷ Prąd: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 godzin (idealnie, dodaj 20% marginesu)
• Typowy Li-ion: 3,7V nominalnie, 4,2V pełny, 3,0V pusty (zakres użyteczny ~80%)

• Ładunek z prądu: Q = I × t (kulomby = ampery × sekundy)
• Czas działania: t = Q / I (godziny = amperogodziny / ampery)
• Energia z ładunku: E = Q × V (watogodziny = amperogodziny × wolty)
• Skorygowane o sprawność: Użyteczne = Nominalne × 0,8 (uwzględnij straty)
• Elektroliza: Q = n × F (kulomby = mole elektronów × stała Faradaya)
• Energia kondensatora: E = ½CV² (dżule = ½ faradów × wolty²)

• Mylenie mAh z mWh — ładunek kontra energia (potrzebujesz napięcia do konwersji!)
• Ignorowanie napięcia przy porównywaniu baterii — używaj Wh do porównywania energii
• Oczekiwanie 100% sprawności power banku — 20-30% traci się na ciepło i konwersję napięcia
• Mylenie C (kulombów) z C (wskaźnik rozładowania) — zupełnie inne znaczenia!
• Zakładanie, że mAh = czas działania — musisz znać pobór prądu (czas działania = mAh ÷ mA)
• Głębokie rozładowywanie Li-ion poniżej 20% — skraca żywotność, pojemność nominalna ≠ pojemność użyteczna

Kulomb (C) jest podstawową jednostką SI dla ładunku. Zdefiniowany z ampera i sekundy: 1 C = 1 A·s. Przedrostki od piko do kilo obejmują wszystkie praktyczne zakresy.

• 1 C = 1 A·s (dokładna definicja)
• mC, µC, nC dla małych ładunków
• pC, fC, aC dla pracy kwantowej/precyzyjnej
• kC dla dużych systemów przemysłowych

Amperogodzina (Ah) i miliamperogodzina (mAh) są standardem dla baterii. Są praktyczne, ponieważ odnoszą się bezpośrednio do poboru prądu i czasu działania. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartfony, tablety, słuchawki douszne
• Ah — laptopy, elektronarzędzia, akumulatory samochodowe
• kAh — pojazdy elektryczne, przemysłowe UPS
• Wh — pojemność energetyczna (zależna od napięcia)

Ładunek elementarny (e) jest podstawową jednostką w fizyce. Stała Faradaya w chemii. Jednostki CGS (statkulomb, abkulomb) w starych podręcznikach.

• e = 1,602×10⁻¹⁹ C (ładunek elementarny)
• F = 96 485 C (stała Faradaya)
• 1 statC ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Cały ładunek jest skwantowany w wielokrotnościach ładunku elementarnego e. Nie można mieć 1,5 elektronu. Kwarki mają ładunek ułamkowy (⅓e, ⅔e), ale nigdy nie istnieją samodzielnie.

• Najmniejszy wolny ładunek: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ C
• Elektron: -1e, Proton: +1e
• Wszystkie obiekty mają ładunek N×e (N jest liczbą całkowitą)
• Eksperyment Millikana z kroplą oleju udowodnił kwantowanie (1909)

1 mol elektronów przenosi 96 485 C ładunku. Nazywana stałą Faradaya (F). Jest podstawą elektrochemii i chemii baterii.

• F = 96 485,33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6,022×10²³ elektronów
• Używana w obliczeniach elektrolizy
• Łączy ładunek z reakcjami chemicznymi

Siła między ładunkami: F = k(q₁q₂/r²). Ładunki jednoimienne odpychają się, różnoimienne przyciągają. Podstawowa siła natury. Wyjaśnia całą chemię i elektronikę.

• k = 8,99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (iloczyn ładunków)
• F ∝ 1/r² (prawo odwrotnych kwadratów)
• Wyjaśnia strukturę atomową, wiązania

Każde urządzenie zasilane bateryjnie ma ocenę pojemności. Smartfony: 2500-5000 mAh. Laptopy: 40-100 Wh. Power banki: 10 000-30 000 mAh.

• iPhone 15: ~3349 mAh @ 3,85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limit linii lotniczych)
• AirPods: ~500 mAh (łącznie)
• Power bank: 20 000 mAh @ 3,7V ≈ 74 Wh

Baterie EV są oceniane w kWh (energia), ale pojemność jest w kAh przy napięciu pakietu. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Ogromne w porównaniu do telefonów!

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

Galwanizacja, elektroliza, banki kondensatorów, systemy UPS wszystkie obejmują duże transfery ładunku. Przemysłowy UPS: pojemność 100+ kAh. Superkondensatory: farady (C/V).

• Galwanizacja: procesy 10-1000 Ah
• Przemysłowy UPS: 100+ kAh rezerwy
• Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V
• Uderzenie pioruna: ~15 C typowo

Pomnóż mAh przez 3,6, aby uzyskać kulomby. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3,6 C (dokładnie)
• 1 Ah = 3600 C
• Szybko: mAh × 3,6 → C
• Przykład: 3000 mAh = 10 800 C

Podziel mAh przez ~270, aby uzyskać Wh przy napięciu Li-ion 3,7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Przy 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3,7V = 11,1 Wh
• Napięcie jest ważne dla energii!

Czas działania (h) = Bateria (mAh) ÷ Prąd (mA). 3000 mAh przy 300 mA = 10 godzin.

• Czas działania = Pojemność ÷ Prąd
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Wyższy prąd = krótszy czas działania
• Straty sprawności: oczekuj 80-90%

Bateria 3500 mAh. Aplikacja zużywa 350 mA. Jak długo do rozładowania?

Czas działania = Pojemność ÷ Prąd = 3500 ÷ 350 = 10 godzin (idealnie). Rzeczywiście: ~8-9h (straty sprawności).

Power bank 20 000 mAh. Ładowanie telefonu 3 000 mAh. Ile pełnych ładowań?

Uwzględnij sprawność (~80%): 20 000 × 0,8 = 16 000 efektywnie. 16 000 ÷ 3 000 = 5,3 ładowania.

Zdeponuj 1 mol miedzi (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Ile kulombów?

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

Twoje ciało ma ~10²⁸ protonów i tyle samo elektronów. Gdybyś stracił 0,01% elektronów, poczułbyś siłę odpychania 10⁹ niutonów—wystarczająco, by zgnieść budynki!

Uderzenie pioruna: tylko ~15 C ładunku, ale 1 miliard woltów! Energia = Q×V, więc 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. To 4,2 MWh—mogłoby zasilać twój dom przez miesiące!

Klasyczna demonstracja naukowa gromadzi ładunek do milionów woltów. Całkowity ładunek? Tylko ~10 µC. Szokujące, ale bezpieczne—niski prąd. Napięcie ≠ niebezpieczeństwo, prąd zabija.

Akumulator samochodowy: 60 Ah = 216 000 C, uwalnia się przez godziny. Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V, uwalnia się w sekundy. Gęstość energii vs gęstość mocy.

1909: Millikan zmierzył ładunek elementarny, obserwując spadające naładowane krople oleju. Odkrył, że e = 1,592×10⁻¹⁹ C (współcześnie: 1,602). Zdobył Nagrodę Nobla w 1923 roku.

Kwantowanie ładunku elektronu jest tak precyzyjne, że używa się go do definiowania standardu oporu. Dokładność: 1 część na 10⁹. Stałe fundamentalne definiują wszystkie jednostki od 2019 roku.

mAh mierzy ładunek (ile elektronów). Wh mierzy energię (ładunek × napięcie). Ta sama wartość mAh przy różnych napięciach = inna energia. Używaj Wh do porównywania baterii przy różnych napięciach. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Pojemność nominalna to nie to samo co pojemność użyteczna. Li-ion: rozładowuje się od 4,2V (pełny) do 3,0V (pusty), ale zatrzymanie się na 20% chroni żywotność. Straty konwersji, ciepło i starzenie zmniejszają efektywną pojemność. Oczekuj 80-90% wartości nominalnej.

To nie jest prosty stosunek pojemności. Power bank 20 000 mAh: sprawność ~70-80% (konwersja napięcia, ciepło). Efektywnie: 16 000 mAh. Dla telefonu 3 000 mAh: 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 ładowań. W rzeczywistości: 4-5.

Ładunek elementarny (e = 1,602×10⁻¹⁹ C) to ładunek jednego protonu lub elektronu. Cały ładunek jest skwantowany w wielokrotnościach e. Jest podstawą mechaniki kwantowej, definiuje stałą struktury subtelnej. Od 2019 roku e jest dokładne z definicji.

Tak! Ładunek ujemny oznacza nadmiar elektronów, dodatni oznacza niedobór. Całkowity ładunek jest algebraiczny (może się znosić). Elektrony: -e. Protony: +e. Obiekty: zazwyczaj bliskie neutralności (równa ilość + i -). Ładunki jednoimienne odpychają się, różnoimienne przyciągają.

Li-ion: reakcje chemiczne powoli degradują materiały elektrod. Każdy cykl ładowania powoduje małe, nieodwracalne zmiany. Głębokie rozładowanie (<20%), wysoka temperatura, szybkie ładowanie przyspieszają starzenie. Nowoczesne baterie: 500-1000 cykli do 80% pojemności.