Carga elétrica é a propriedade física que faz com que as partículas experienciem a força eletromagnética. Existe em positiva e negativa. Cargas iguais repelem-se, cargas opostas atraem-se. Fundamental para toda a química e eletrónica.

• 1 coulomb = 6,24×10¹⁸ eletrões
• Protão: +1e, Eletrão: -1e
• A carga é conservada (nunca é criada/destruída)
• Quantizada em múltiplos de e = 1,602×10⁻¹⁹ C

Corrente (I) é a taxa de fluxo de carga. Q = I × t. 1 ampere = 1 coulomb por segundo. A capacidade da bateria em Ah é carga, não corrente. 1 Ah = 3600 C.

• Corrente = carga por tempo (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definição)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampere por 1 hora)
• mAh é capacidade de carga, não potência

Baterias armazenam carga. Classificadas em Ah ou mAh (carga) ou Wh (energia). Wh = Ah × Tensão. Bateria de telemóvel: 3000 mAh @ 3,7V ≈ 11 Wh. A tensão importa para a energia, não para a carga.

• mAh = miliampere-hora (carga)
• Wh = watt-hora (energia = carga × tensão)
• Maior mAh = maior tempo de autonomia (mesma tensão)
• 3000 mAh ≈ 10.800 coulombs

Antes de compreender a carga quantitativamente, os cientistas exploraram a eletricidade estática e o misterioso 'fluido elétrico'. A invenção das baterias permitiu a medição precisa do fluxo contínuo de carga.

• 1600: William Gilbert distingue eletricidade de magnetismo, cunha o termo 'elétrico'
• 1733: Charles du Fay descobre dois tipos de eletricidade (positiva e negativa)
• 1745: Garrafa de Leiden inventada — primeiro condensador, armazena carga mensurável
• 1785: Coulomb publica a lei do inverso do quadrado F = k(q₁q₂/r²) para a força elétrica
• 1800: Volta inventa a bateria — permite fluxo de carga contínuo e mensurável
• 1833: Faraday descobre as leis da eletrólise — liga a carga à química (constante de Faraday)

O coulomb evoluiu de definições práticas baseadas em padrões eletroquímicos para a definição moderna ligada ao ampere e ao segundo.

• 1881: Primeiro coulomb prático definido através do padrão de galvanoplastia de prata
• 1893: A Feira Mundial de Chicago padroniza o coulomb para uso internacional
• 1948: A CGPM define o coulomb como 1 ampere-segundo (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Ampere definido pela força entre condutores paralelos, tornando o coulomb indireto
• Problema: A definição do ampere baseada na força era difícil de realizar com alta precisão
• 1990-2010: A metrologia quântica (efeito Josephson, efeito Hall quântico) permite a contagem de eletrões

Em 20 de maio de 2019, a carga elementar foi fixada exatamente, redefinindo o ampere e tornando o coulomb reprodutível a partir de constantes fundamentais.

• Nova definição: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C exatamente (incerteza zero por definição)
• A carga elementar é agora uma constante definida, não um valor medido
• 1 coulomb = 6,241509074 × 10¹⁸ cargas elementares (exato)
• Dispositivos de tunelamento de eletrão único podem contar eletrões um por um para padrões de carga precisos
• Triângulo da metrologia quântica: tensão (Josephson), resistência (Hall quântico), corrente (bomba de eletrões)
• Resultado: Qualquer laboratório com equipamento quântico pode realizar o coulomb de forma independente

A redefinição de 2019 representa mais de 135 anos de progresso, desde padrões eletroquímicos até à precisão quântica, permitindo a próxima geração de eletrónica e armazenamento de energia.

• Tecnologia de bateria: Medições de capacidade mais precisas para veículos elétricos, armazenamento em rede
• Computação quântica: Controlo preciso de carga em qubits e transístores de eletrão único
• Metrologia: Laboratórios nacionais podem realizar o coulomb de forma independente, sem artefactos de referência
• Química: A constante de Faraday agora é exata, melhorando os cálculos de eletroquímica
• Eletrónica de consumo: Melhores padrões para classificações de capacidade de bateria e protocolos de carregamento rápido

• Atalho de mAh para C: Multiplique por 3,6 → 1000 mAh = 3600 C exatamente
• Ah para C: Multiplique por 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampere por 1 hora)
• Rápido de mAh para Wh (3,7V): Divida por ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh para mAh (3,7V): Multiplique por ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Carga elementar: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (arredondado de 1,602)
• Constante de Faraday: F ≈ 96.500 C/mol (arredondado de 96.485)

Compreender as classificações de bateria evita confusão entre carga (mAh), tensão (V) e energia (Wh). Estas regras poupam tempo e dinheiro.

• mAh mede CARGA, não potência ou energia — é quantos eletrões consegue mover
• Para obter energia: Wh = mAh × V ÷ 1000 (a tensão é crucial!)
• Mesmo mAh em tensões diferentes = energia diferente (12V 1000mAh ≠ 3,7V 1000mAh)
• Power banks: Espere 70-80% de capacidade útil (perdas na conversão de tensão)
• Tempo de autonomia = Capacidade ÷ Corrente: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 horas (ideal, adicione 20% de margem)
• Li-ion típico: 3,7V nominal, 4,2V cheio, 3,0V vazio (faixa útil ~80%)

• Carga a partir da corrente: Q = I × t (coulombs = amperes × segundos)
• Tempo de autonomia: t = Q / I (horas = amperes-hora / amperes)
• Energia a partir da carga: E = Q × V (watts-hora = amperes-hora × volts)
• Ajustado pela eficiência: Útil = Nominal × 0,8 (considere as perdas)
• Eletrólise: Q = n × F (coulombs = moles de eletrões × constante de Faraday)
• Energia do condensador: E = ½CV² (joules = ½ farads × volts²)

• Confundir mAh com mWh — carga vs energia (precisa da tensão para converter!)
• Ignorar a tensão ao comparar baterias — use Wh para comparação de energia
• Esperar 100% de eficiência do power bank — 20-30% é perdido em calor e conversão de tensão
• Misturar C (coulombs) com C (taxa de descarga) — significados totalmente diferentes!
• Assumir que mAh = tempo de autonomia — é preciso saber o consumo de corrente (tempo de autonomia = mAh ÷ mA)
• Descarregar profundamente baterias de Li-ion abaixo de 20% — encurta a vida útil, capacidade nominal ≠ capacidade útil

O Coulomb (C) é a unidade base do SI para carga. Definido a partir do ampere e do segundo: 1 C = 1 A·s. Prefixos de pico a quilo cobrem todas as faixas práticas.

• 1 C = 1 A·s (definição exata)
• mC, µC, nC para cargas pequenas
• pC, fC, aC para trabalhos quânticos/de precisão
• kC para grandes sistemas industriais

Ampere-hora (Ah) e miliampere-hora (mAh) são padrão para baterias. São práticos porque se relacionam diretamente com o consumo de corrente e o tempo de autonomia. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartphones, tablets, auriculares
• Ah — portáteis, ferramentas elétricas, baterias de carro
• kAh — veículos elétricos, UPS industriais
• Wh — capacidade de energia (dependente da tensão)

A carga elementar (e) é a unidade fundamental na física. A constante de Faraday na química. Unidades CGS (statcoulomb, abcoulomb) em manuais antigos.

• e = 1,602×10⁻¹⁹ C (carga elementar)
• F = 96.485 C (constante de Faraday)
• 1 statC ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Toda a carga é quantizada em múltiplos da carga elementar e. Não se pode ter 1,5 eletrões. Os quarks têm carga fracionária (⅓e, ⅔e) mas nunca existem sozinhos.

• Menor carga livre: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ C
• Eletrão: -1e, Protão: +1e
• Todos os objetos têm carga N×e (N é um inteiro)
• A experiência da gota de óleo de Millikan provou a quantização (1909)

1 mole de eletrões transporta 96.485 C de carga. Chamada de constante de Faraday (F). Fundamental para a eletroquímica e a química das baterias.

• F = 96.485,33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6,022×10²³ eletrões
• Usado em cálculos de eletrólise
• Relaciona carga a reações químicas

Força entre cargas: F = k(q₁q₂/r²). Cargas iguais repelem-se, opostas atraem-se. Força fundamental da natureza. Explica toda a química e eletrónica.

• k = 8,99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (produto das cargas)
• F ∝ 1/r² (lei do inverso do quadrado)
• Explica a estrutura atómica, ligação

Todo o dispositivo alimentado por bateria tem uma classificação de capacidade. Smartphones: 2500-5000 mAh. Portáteis: 40-100 Wh. Power banks: 10.000-30.000 mAh.

• iPhone 15: ~3.349 mAh @ 3,85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limite de companhia aérea)
• AirPods: ~500 mAh (combinado)
• Power bank: 20.000 mAh @ 3,7V ≈ 74 Wh

Baterias de VE são classificadas em kWh (energia), mas a capacidade é em kAh na tensão do pack. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Enorme em comparação com telemóveis!

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Carregamento de VE: 50-350 kW DC rápido
• Carregamento doméstico: ~7 kW (32A @ 220V)

Galvanoplastia, eletrólise, bancos de condensadores, sistemas UPS, todos envolvem grandes transferências de carga. UPS industrial: capacidade de mais de 100 kAh. Supercondensadores: farads (C/V).

• Galvanoplastia: processos de 10-1000 Ah
• UPS industrial: mais de 100 kAh de backup
• Supercondensador: 3000 F = 3000 C/V
• Raio: ~15 C típico

Multiplique mAh por 3,6 para obter coulombs. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3,6 C (exato)
• 1 Ah = 3600 C
• Rápido: mAh × 3,6 → C
• Exemplo: 3000 mAh = 10.800 C

Divida mAh por ~270 para obter Wh na tensão de Li-ion de 3,7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• A 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3,7V = 11,1 Wh
• A tensão importa para a energia!

Tempo de autonomia (h) = Bateria (mAh) ÷ Corrente (mA). 3000 mAh a 300 mA = 10 horas.

• Tempo de autonomia = Capacidade ÷ Corrente
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Corrente mais alta = tempo de autonomia mais curto
• Perdas de eficiência: espere 80-90%

Bateria de 3500 mAh. A aplicação usa 350 mA. Quanto tempo até acabar?

Tempo de autonomia = Capacidade ÷ Corrente = 3500 ÷ 350 = 10 horas (ideal). Real: ~8-9h (perdas de eficiência).

Power bank de 20.000 mAh. Carregar um telemóvel de 3.000 mAh. Quantas cargas completas?

Considere a eficiência (~80%): 20.000 × 0,8 = 16.000 efetivos. 16.000 ÷ 3.000 = 5,3 cargas.

Depositar 1 mol de cobre (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Quantos coulombs?

2 moles de e⁻ por mol de Cu. 2 × F = 2 × 96.485 = 192.970 C ≈ 53,6 Ah.

O seu corpo tem ~10²⁸ protões e um número igual de eletrões. Se perdesse 0,01% dos eletrões, sentiria uma repulsão de 10⁹ newtons—suficiente para esmagar edifícios!

Um raio: apenas ~15 C de carga, mas 1 mil milhões de volts! Energia = Q×V, então 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Isso são 4,2 MWh—poderia alimentar a sua casa por meses!

A clássica demonstração científica acumula carga até milhões de volts. Carga total? Apenas ~10 µC. Chocante, mas seguro—baixa corrente. Tensão ≠ perigo, a corrente mata.

Bateria de carro: 60 Ah = 216.000 C, liberta ao longo de horas. Supercondensador: 3000 F = 3000 C/V, liberta em segundos. Densidade de energia vs densidade de potência.

1909: Millikan mediu a carga elementar observando gotas de óleo carregadas a cair. Ele encontrou e = 1,592×10⁻¹⁹ C (moderno: 1,602). Ganhou o Prémio Nobel em 1923.

A quantização da carga do eletrão é tão precisa que é usada para definir o padrão de resistência. Precisão: 1 parte em 10⁹. As constantes fundamentais definem todas as unidades desde 2019.

mAh mede carga (quantos eletrões). Wh mede energia (carga × tensão). Mesmo mAh em tensões diferentes = energia diferente. Use Wh para comparar baterias em diferentes tensões. Wh = mAh × V ÷ 1000.

A capacidade nominal não é a capacidade útil. Li-ion: descarrega de 4,2V (cheia) a 3,0V (vazia), mas parar em 20% preserva a vida útil. Perdas de conversão, calor e envelhecimento reduzem a capacidade efetiva. Espere 80-90% da capacidade nominal.

Não é simplesmente a proporção de capacidade. Um power bank de 20.000 mAh tem ~70-80% de eficiência (conversão de tensão, calor). Capacidade efetiva: 16.000 mAh. Para um telemóvel de 3.000 mAh: 16.000 ÷ 3.000 ≈ 5 cargas. No mundo real: 4-5.

A carga elementar (e = 1,602×10⁻¹⁹ C) é a carga de um protão ou eletrão. Toda a carga é quantizada em múltiplos de e. Fundamental para a mecânica quântica, define a constante de estrutura fina. Desde 2019, e é exato por definição.

Sim! Carga negativa significa excesso de eletrões, positiva significa défice. A carga total é algébrica (pode anular-se). Eletrões: -e. Protões: +e. Objetos: tipicamente quase neutros (igual quantidade de + e -). Cargas iguais repelem-se, opostas atraem-se.

Li-ion: reações químicas degradam lentamente os materiais dos elétrodos. Cada ciclo de carga causa pequenas mudanças irreversíveis. Descarga profunda (<20%), alta temperatura e carregamento rápido aceleram o envelhecimento. Baterias modernas: 500-1000 ciclos até 80% da capacidade.