Sarcina electrică este proprietatea fizică care face ca particulele să experimenteze forța electromagnetică. Există în formă pozitivă și negativă. Sarcinile de același semn se resping, cele opuse se atrag. Fundamentală pentru toată chimia și electronica.

• 1 coulomb = 6.24×10¹⁸ electroni
• Proton: +1e, Electron: -1e
• Sarcina este conservată (niciodată creată/distrusă)
• Cuantificată în multipli de e = 1.602×10⁻¹⁹ C

Curentul (I) este rata de curgere a sarcinii. Q = I × t. 1 amper = 1 coulomb pe secundă. Capacitatea bateriei în Ah este sarcină, nu curent. 1 Ah = 3600 C.

• Curent = sarcină pe timp (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definiție)
• 1 Ah = 3600 C (1 amper timp de 1 oră)
• mAh este capacitate de sarcină, nu putere

Bateriile stochează sarcină. Evaluată în Ah sau mAh (sarcină) sau Wh (energie). Wh = Ah × Tensiune. Baterie de telefon: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Tensiunea contează pentru energie, nu pentru sarcină.

• mAh = miliamper-oră (sarcină)
• Wh = watt-oră (energie = sarcină × tensiune)
• mAh mai mare = durată de funcționare mai lungă (aceeași tensiune)
• 3000 mAh ≈ 10.800 coulombi

Înainte de a înțelege sarcina cantitativ, oamenii de știință au explorat electricitatea statică și misteriosul „fluid electric”. Invenția bateriilor a permis măsurarea precisă a fluxului continuu de sarcină.

• 1600: William Gilbert distinge electricitatea de magnetism, inventează termenul 'electric'
• 1733: Charles du Fay descoperă două tipuri de electricitate (pozitivă și negativă)
• 1745: Butelia de Leyda inventată — primul condensator, stochează sarcină măsurabilă
• 1785: Coulomb publică legea pătratului invers F = k(q₁q₂/r²) pentru forța electrică
• 1800: Volta inventează bateria — permite fluxul continuu și măsurabil de sarcină
• 1833: Faraday descoperă legile electrolizei — leagă sarcina de chimie (constanta lui Faraday)

Coulombul a evoluat de la definiții practice bazate pe standarde electrochimice la definiția modernă legată de amper și secundă.

• 1881: Primul coulomb practic definit prin standardul de galvanizare cu argint
• 1893: Târgul Mondial de la Chicago standardizează coulombul pentru uz internațional
• 1948: CGPM definește coulombul ca 1 amper-secundă (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Amperul definit prin forța dintre conductori paraleli, făcând coulombul indirect
• Problemă: Definiția amperului bazată на forță era dificil de realizat cu precizie înaltă
• Anii 1990-2010: Metrologia cuantică (efectul Josephson, efectul Hall cuantic) permite numărarea electronilor

Pe 20 mai 2019, sarcina elementară a fost fixată exact, redefinind amperul și făcând coulombul reproductibil din constante fundamentale.

• Noua definiție: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (incertitudine zero prin definiție)
• Sarcina elementară este acum o constantă definită, nu o valoare măsurată
• 1 coulomb = 6.241509074 × 10¹⁸ sarcini elementare (exact)
• Dispozitivele de tunelare cu un singur electron pot număra electronii unul câte unul pentru standarde precise de sarcină
• Triunghiul metrologiei cuantice: tensiune (Josephson), rezistență (Hall cuantic), curent (pompă de electroni)
• Rezultat: Orice laborator cu echipament cuantic poate realiza coulombul independent

Redefinirea din 2019 reprezintă peste 135 de ani de progres, de la standarde electrochimice la precizie cuantică, permițând electronicele și stocarea de energie de generație următoare.

• Tehnologia bateriilor: Măsurători mai precise ale capacității pentru vehicule electrice, stocare în rețea
• Calcul cuantic: Control precis al sarcinii în qubiți și tranzistori cu un singur electron
• Metrologie: Laboratoarele naționale pot realiza independent coulombul fără artefacte de referință
• Chimie: Constanta lui Faraday este acum exactă, îmbunătățește calculele de electrochimie
• Electronică de consum: Standarde mai bune pentru evaluările capacității bateriilor și protocoalele de încărcare rapidă

• Comandă rapidă mAh la C: Înmulțiți cu 3.6 → 1000 mAh = 3600 C exact
• Ah la C: Înmulțiți cu 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 amper timp de 1 oră)
• Rapid mAh la Wh (3.7V): Împărțiți la ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh la mAh (3.7V): Înmulțiți cu ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Sarcină elementară: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (rotunjit de la 1.602)
• Constanta lui Faraday: F ≈ 96.500 C/mol (rotunjit de la 96.485)

Înțelegerea evaluărilor bateriilor previne confuzia între sarcină (mAh), tensiune (V) și energie (Wh). Aceste reguli economisesc timp și bani.

• mAh măsoară SARCINA, nu puterea sau energia — este câți electroni puteți muta
• Pentru a obține energie: Wh = mAh × V ÷ 1000 (tensiunea este critică!)
• Aceeași valoare mAh la tensiuni diferite = energie diferită (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• Baterii externe: Așteptați-vă la o capacitate utilizabilă de 70-80% (pierderi de conversie a tensiunii)
• Durata de funcționare = Capacitate ÷ Curent: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 ore (ideal, adăugați o marjă de 20%)
• Tipic Li-ion: 3.7V nominal, 4.2V plin, 3.0V gol (interval utilizabil ~80%)

• Sarcina din curent: Q = I × t (coulombi = amperi × secunde)
• Durata de funcționare: t = Q / I (ore = amperi-oră / amperi)
• Energia din sarcină: E = Q × V (watt-oră = amperi-oră × volți)
• Ajustat pentru eficiență: Utilizabil = Nominal × 0.8 (luați în considerare pierderile)
• Electroliză: Q = n × F (coulombi = moli de electroni × constanta lui Faraday)
• Energia condensatorului: E = ½CV² (jouli = ½ farazi × volți²)

• Confundarea mAh cu mWh — sarcină vs energie (necesită tensiune pentru conversie!)
• Ignorarea tensiunii la compararea bateriilor — folosiți Wh pentru comparația energiei
• Așteptarea unei eficiențe de 100% a bateriilor externe — 20-30% se pierde prin căldură și conversia tensiunii
• Confundarea C (coulombi) cu C (rata de descărcare) — semnificații total diferite!
• Presupunerea că mAh = durata de funcționare — trebuie să cunoașteți consumul de curent (durata de funcționare = mAh ÷ mA)
• Descărcarea profundă a Li-ion sub 20% — scurtează durata de viață, capacitatea nominală ≠ capacitatea utilizabilă

Coulombul (C) este unitatea de bază SI pentru sarcină. Definit din amper și secundă: 1 C = 1 A·s. Prefixele de la pico la kilo acoperă toate gamele practice.

• 1 C = 1 A·s (definiție exactă)
• mC, µC, nC pentru sarcini mici
• pC, fC, aC pentru lucrări cuantice/de precizie
• kC pentru sisteme industriale mari

Amper-oră (Ah) și miliamper-oră (mAh) sunt standard pentru baterii. Practice deoarece se raportează direct la consumul de curent și durata de funcționare. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartphone-uri, tablete, căști
• Ah — laptopuri, unelte electrice, baterii auto
• kAh — vehicule electrice, UPS-uri industriale
• Wh — capacitate energetică (dependentă de tensiune)

Sarcina elementară (e) este unitatea fundamentală în fizică. Constanta lui Faraday în chimie. Unitățile CGS (statcoulomb, abcoulomb) în manualele vechi.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (sarcină elementară)
• F = 96.485 C (constanta lui Faraday)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Toată sarcina este cuantificată în multipli de sarcină elementară e. Nu poți avea 1.5 electroni. Quarcii au sarcină fracționară (⅓e, ⅔e) dar nu există niciodată singuri.

• Cea mai mică sarcină liberă: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• Electron: -1e, Proton: +1e
• Toate obiectele au sarcină N×e (N întreg)
• Experimentul cu picătura de ulei al lui Millikan a dovedit cuantificarea (1909)

1 mol de electroni transportă 96.485 C de sarcină. Se numește constanta lui Faraday (F). Fundamentală pentru electrochimie și chimia bateriilor.

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6.022×10²³ electroni
• Folosită în calculele de electroliză
• Leagă sarcina de reacțiile chimice

Forța dintre sarcini: F = k(q₁q₂/r²). Sarcinile de același semn se resping, cele opuse se atrag. Forță fundamentală a naturii. Explică toată chimia și electronica.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (produsul sarcinilor)
• F ∝ 1/r² (legea pătratului invers)
• Explică structura atomică, legăturile

Fiecare dispozitiv alimentat de baterii are o evaluare a capacității. Smartphone-uri: 2500-5000 mAh. Laptopuri: 40-100 Wh. Baterii externe: 10.000-30.000 mAh.

• iPhone 15: ~3.349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limita pentru companiile aeriene)
• AirPods: ~500 mAh (combinat)
• Baterie externă: 20.000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

Bateriile EV sunt evaluate în kWh (energie), dar capacitatea este kAh la tensiunea pachetului. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Masiv în comparație cu telefoanele!

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

Galvanizarea, electroliza, băncile de condensatori, sistemele UPS implică toate transferuri mari de sarcină. UPS industrial: capacitate de peste 100 kAh. Supercondensatori: farazi (C/V).

• Galvanizare: procese de 10-1000 Ah
• UPS industrial: backup de peste 100 kAh
• Supercondensator: 3000 F = 3000 C/V
• Fulger: ~15 C tipic

Înmulțiți mAh cu 3.6 pentru a obține coulombi. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (exact)
• 1 Ah = 3600 C
• Rapid: mAh × 3.6 → C
• Exemplu: 3000 mAh = 10.800 C

Împărțiți mAh la ~270 pentru Wh la tensiunea Li-ion de 3.7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• La 3.7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• Tensiunea contează pentru energie!

Durata (h) = Baterie (mAh) ÷ Curent (mA). 3000 mAh la 300 mA = 10 ore.

• Durata de funcționare = Capacitate ÷ Curent
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Curent mai mare = durată de funcționare mai scurtă
• Pierderi de eficiență: așteptați-vă la 80-90%

Baterie de 3500 mAh. Aplicația consumă 350 mA. Cât timp până se descarcă?

Durata de funcționare = Capacitate ÷ Curent = 3500 ÷ 350 = 10 ore (ideal). Real: ~8-9h (pierderi de eficiență).

Baterie externă de 20.000 mAh. Încărcați un telefon de 3.000 mAh. Câte încărcări complete?

Luați în considerare eficiența (~80%): 20.000 × 0.8 = 16.000 efectiv. 16.000 ÷ 3.000 = 5.3 încărcări.

Depuneți 1 mol de cupru (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Câți coulombi?

2 moli de e⁻ per mol de Cu. 2 × F = 2 × 96.485 = 192.970 C ≈ 53.6 Ah.

Corpul dvs. are ~10²⁸ protoni și un număr egal de electroni. Dacă ați pierde 0.01% din electroni, ați simți 10⁹ newtoni de respingere—suficient pentru a zdrobi clădiri!

Un fulger: doar ~15 C de sarcină, dar 1 miliard de volți! Energie = Q×V, deci 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Adică 4.2 MWh—ar putea alimenta casa dvs. luni de zile!

Demonstrația clasică de știință acumulează sarcină la milioane de volți. Sarcina totală? Doar ~10 µC. Șocant, dar sigur—curent redus. Tensiunea ≠ pericol, curentul ucide.

Baterie auto: 60 Ah = 216.000 C, se eliberează pe parcursul orelor. Supercondensator: 3000 F = 3000 C/V, se eliberează în secunde. Densitate de energie vs densitate de putere.

1909: Millikan a măsurat sarcina elementară urmărind picături de ulei încărcate căzând. A găsit e = 1.592×10⁻¹⁹ C (modern: 1.602). A câștigat Premiul Nobel în 1923.

Cuantificarea sarcinii electronului este atât de precisă, încât este folosită pentru a defini standardul de rezistență. Precizie: 1 parte la 10⁹. Constantele fundamentale definesc toate unitățile din 2019.

mAh măsoară sarcina (câți electroni). Wh măsoară energia (sarcină × tensiune). Aceeași valoare mAh la tensiuni diferite = energie diferită. Folosiți Wh pentru a compara bateriile la tensiuni diferite. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Capacitatea nominală este nominală, nu utilizabilă. Li-ion: se descarcă de la 4.2V (plin) la 3.0V (gol), dar oprirea la 20% prelungește durata de viață. Pierderile de conversie, căldura și îmbătrânirea reduc capacitatea efectivă. Așteptați-vă la 80-90% din valoarea nominală.

Nu este un simplu raport de capacitate. Baterie externă de 20.000 mAh: ~70-80% eficientă (conversie de tensiune, căldură). Efectiv: 16.000 mAh. Pentru un telefon de 3.000 mAh: 16.000 ÷ 3.000 ≈ 5 încărcări. În realitate: 4-5.

Sarcina elementară (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) este sarcina unui proton sau electron. Toată sarcina este cuantificată în multipli de e. Fundamentală pentru mecanica cuantică, definește constanta structurii fine. Din 2019, e este exact prin definiție.

Da! Sarcină negativă înseamnă exces de electroni, pozitivă înseamnă deficit. Sarcina totală este algebrică (se poate anula). Electroni: -e. Protoni: +e. Obiecte: de obicei aproape neutre (egale + și -). Sarcinile de același semn se resping, cele opuse se atrag.

Li-ion: reacțiile chimice degradează lent materialele electrodului. Fiecare ciclu de încărcare provoacă mici modificări ireversibile. Descărcarea profundă (<20%), temperatura ridicată, încărcarea rapidă accelerează îmbătrânirea. Baterii moderne: 500-1000 de cicluri la 80% din capacitate.