Elektrický náboj je fyzikálna vlastnosť, ktorá spôsobuje, že častice zažívajú elektromagnetickú silu. Vyskytuje sa v pozitívnej a negatívnej forme. Rovnaké náboje sa odpudzujú, opačné sa priťahujú. Základ pre všetku chémiu a elektroniku.

• 1 coulomb = 6,24×10¹⁸ elektrónov
• Protón: +1e, Elektrón: -1e
• Náboj je zachovaný (nikdy sa nevytvára/nezaniká)
• Kvantovaný v násobkoch e = 1,602×10⁻¹⁹ C

Prúd (I) je rýchlosť toku náboja. Q = I × t. 1 ampér = 1 coulomb za sekundu. Kapacita batérie v Ah je náboj, nie prúd. 1 Ah = 3600 C.

• Prúd = náboj za čas (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definícia)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampér na 1 hodinu)
• mAh je kapacita náboja, nie výkon

Batérie uchovávajú náboj. Hodnotia sa v Ah alebo mAh (náboj) alebo Wh (energia). Wh = Ah × Napätie. Batéria telefónu: 3000 mAh @ 3,7V ≈ 11 Wh. Napätie je dôležité pre energiu, nie pre náboj.

• mAh = miliampérhodina (náboj)
• Wh = watthodina (energia = náboj × napätie)
• Vyššie mAh = dlhšia doba prevádzky (rovnaké napätie)
• 3000 mAh ≈ 10 800 coulombov

Predtým, ako vedci pochopili náboj kvantitatívne, skúmali statickú elektrinu a tajomnú 'elektrickú tekutinu'. Vynález batérií umožnil presné meranie nepretržitého toku náboja.

• 1600: William Gilbert rozlišuje elektrinu od magnetizmu, vytvára termín 'elektrický'
• 1733: Charles du Fay objavuje dva typy elektriny (pozitívnu a negatívnu)
• 1745: Vynájdená Leydenská fľaša — prvý kondenzátor, ukladá merateľný náboj
• 1785: Coulomb publikuje zákon obráteného štvorca F = k(q₁q₂/r²) pre elektrickú silu
• 1800: Volta vynašiel batériu — umožňuje nepretržitý, merateľný tok náboja
• 1833: Faraday objavuje zákony elektrolýzy — spája náboj s chémiou (Faradayova konštanta)

Coulomb sa vyvinul z praktických definícií založených na elektrochemických štandardoch na modernú definíciu viazanú na ampér a sekundu.

• 1881: Prvý praktický coulomb definovaný prostredníctvom štandardu strieborného galvanického pokovovania
• 1893: Svetová výstava v Chicagu štandardizuje coulomb pre medzinárodné použitie
• 1948: CGPM definuje coulomb ako 1 ampér-sekundu (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Ampér definovaný silou medzi paralelnými vodičmi, čím sa coulomb stal nepriamym
• Problém: Definícia ampéra založená na sile bola ťažko realizovateľná s vysokou presnosťou
• 1990-2010: Kvantová metrológia (Josephsonov jav, kvantový Hallov jav) umožňuje počítanie elektrónov

20. mája 2019 bol elementárny náboj presne fixovaný, čím sa predefinovala jednotka ampér a coulomb sa stal reprodukovateľným z fundamentálnych konštánt.

• Nová definícia: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C presne (nulová neistota podľa definície)
• Elementárny náboj je teraz definovaná konštanta, nie meraná hodnota
• 1 coulomb = 6,241509074 × 10¹⁸ elementárnych nábojov (presne)
• Zariadenia na tunelovanie jednotlivých elektrónov môžu počítať elektróny jeden po druhom pre presné štandardy náboja
• Kvantový metrologický trojuholník: napätie (Josephson), odpor (kvantový Hall), prúd (elektrónová pumpa)
• Výsledok: Akékoľvek laboratórium s kvantovým vybavením môže realizovať coulomb nezávisle

Redefinícia z roku 2019 predstavuje 135+ rokov pokroku od elektrochemických štandardov po kvantovú presnosť, čo umožňuje elektroniku a skladovanie energie novej generácie.

• Technológia batérií: Presnejšie merania kapacity pre elektrické vozidlá, sieťové úložiská
• Kvantové počítače: Presná kontrola náboja v qubitoch a jednoelektrónových tranzistoroch
• Metrológia: Národné laboratóriá môžu nezávisle realizovať coulomb bez referenčných artefaktov
• Chémia: Faradayova konštanta je teraz presná, zlepšuje elektrochemické výpočty
• Spotrebná elektronika: Lepšie štandardy pre hodnotenia kapacity batérií a protokoly rýchleho nabíjania

• Skratka mAh na C: Vynásobte 3,6 → 1000 mAh = 3600 C presne
• Ah na C: Vynásobte 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampér na 1 hodinu)
• Rýchlo mAh na Wh (3,7V): Vydeľte ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh na mAh (3,7V): Vynásobte ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Elementárny náboj: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (zaokrúhlené z 1,602)
• Faradayova konštanta: F ≈ 96 500 C/mol (zaokrúhlené z 96 485)

Pochopenie hodnotení batérií zabraňuje zmätku medzi nábojom (mAh), napätím (V) a energiou (Wh). Tieto pravidlá šetria čas a peniaze.

• mAh meria NÁBOJ, nie výkon alebo energiu — je to koľko elektrónov môžete presunúť
• Pre získanie energie: Wh = mAh × V ÷ 1000 (napätie je kľúčové!)
• Rovnaké mAh pri rôznych napätiach = rôzna energia (12V 1000mAh ≠ 3,7V 1000mAh)
• Powerbanky: Očakávajte 70-80% využiteľnej kapacity (straty pri konverzii napätia)
• Doba prevádzky = Kapacita ÷ Prúd: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 hodín (ideálne, pridajte 20% maržu)
• Li-ion typické: 3,7V nominálne, 4,2V plné, 3,0V prázdne (využiteľný rozsah ~80%)

• Náboj z prúdu: Q = I × t (coulomby = ampéry × sekundy)
• Doba prevádzky: t = Q / I (hodiny = ampérhodiny / ampéry)
• Energia z náboja: E = Q × V (watthodiny = ampérhodiny × volty)
• Upravené pre účinnosť: Využiteľné = Menovité × 0,8 (zohľadnite straty)
• Elektrolýza: Q = n × F (coulomby = móly elektrónov × Faradayova konštanta)
• Energia kondenzátora: E = ½CV² (jouly = ½ faradov × volty²)

• Zmiešavanie mAh s mWh — náboj vs energia (na konverziu potrebujete napätie!)
• Ignorovanie napätia pri porovnávaní batérií — použite Wh na porovnanie energie
• Očakávanie 100% účinnosti powerbanky — 20-30% sa stratí na teplo a konverziu napätia
• Zmiešavanie C (coulomby) s C (rýchlosť vybíjania) — úplne odlišné významy!
• Predpokladanie, že mAh = doba prevádzky — musíte poznať odber prúdu (doba prevádzky = mAh ÷ mA)
• Hlboké vybíjanie Li-ion pod 20% — skracuje životnosť, menovitá kapacita ≠ využiteľná kapacita

Coulomb (C) je základná jednotka SI pre náboj. Definovaná z ampéra a sekundy: 1 C = 1 A·s. Predpony od piko po kilo pokrývajú všetky praktické rozsahy.

• 1 C = 1 A·s (presná definícia)
• mC, µC, nC pre malé náboje
• pC, fC, aC pre kvantovú/presnú prácu
• kC pre veľké priemyselné systémy

Ampérhodina (Ah) a miliampérhodina (mAh) sú štandardom pre batérie. Sú praktické, pretože priamo súvisia s odberom prúdu a dobou prevádzky. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartfóny, tablety, slúchadlá
• Ah — notebooky, elektrické náradie, autobatérie
• kAh — elektrické vozidlá, priemyselné UPS
• Wh — energetická kapacita (závislá od napätia)

Elementárny náboj (e) je základná jednotka vo fyzike. Faradayova konštanta v chémii. Jednotky CGS (statcoulomb, abcoulomb) v starých učebniciach.

• e = 1,602×10⁻¹⁹ C (elementárny náboj)
• F = 96 485 C (Faradayova konštanta)
• 1 statC ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Všetok náboj je kvantovaný v násobkoch elementárneho náboja e. Nemôžete mať 1,5 elektróna. Kvarky majú zlomkový náboj (⅓e, ⅔e), ale nikdy neexistujú samostatne.

• Najmenší voľný náboj: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ C
• Elektrón: -1e, Protón: +1e
• Všetky objekty majú náboj N×e (N je celé číslo)
• Millikanov experiment s olejovou kvapkou dokázal kvantovanie (1909)

1 mól elektrónov nesie 96 485 C náboja. Nazýva sa Faradayova konštanta (F). Je základom pre elektrochémiu a chémiu batérií.

• F = 96 485,33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mól e⁻ = 6,022×10²³ elektrónov
• Používa sa vo výpočtoch elektrolýzy
• Spája náboj s chemickými reakciami

Sila medzi nábojmi: F = k(q₁q₂/r²). Rovnaké náboje sa odpudzujú, opačné priťahujú. Základná sila prírody. Vysvetľuje všetku chémiu a elektroniku.

• k = 8,99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (súčin nábojov)
• F ∝ 1/r² (zákon obráteného štvorca)
• Vysvetľuje atómovú štruktúru, väzby

Každé zariadenie napájané batériou má hodnotenie kapacity. Smartfóny: 2500-5000 mAh. Notebooky: 40-100 Wh. Powerbanky: 10 000-30 000 mAh.

• iPhone 15: ~3 349 mAh @ 3,85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limit leteckých spoločností)
• AirPods: ~500 mAh (kombinované)
• Powerbanka: 20 000 mAh @ 3,7V ≈ 74 Wh

Batérie EV sú hodnotené v kWh (energia), ale kapacita je v kAh pri napätí batériového bloku. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Obrovské v porovnaní s telefónmi!

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

Galvanické pokovovanie, elektrolýza, kondenzátorové banky, systémy UPS, to všetko zahŕňa veľké prenosy náboja. Priemyselné UPS: kapacita 100+ kAh. Superkondenzátory: farady (C/V).

• Galvanické pokovovanie: procesy 10-1000 Ah
• Priemyselné UPS: 100+ kAh záloha
• Superkondenzátor: 3000 F = 3000 C/V
• Úder blesku: ~15 C typicky

Vynásobte mAh číslom 3,6, aby ste dostali coulomby. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3,6 C (presne)
• 1 Ah = 3600 C
• Rýchlo: mAh × 3,6 → C
• Príklad: 3000 mAh = 10 800 C

Vydeľte mAh číslom ~270, aby ste dostali Wh pri napätí Li-ion 3,7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Pri 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3,7V = 11,1 Wh
• Napätie je dôležité pre energiu!

Doba prevádzky (h) = Batéria (mAh) ÷ Prúd (mA). 3000 mAh pri 300 mA = 10 hodín.

• Doba prevádzky = Kapacita ÷ Prúd
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Vyšší prúd = kratšia doba prevádzky
• Straty účinnosti: očakávajte 80-90%

Batéria 3500 mAh. Aplikácia spotrebuje 350 mA. Ako dlho vydrží?

Doba prevádzky = Kapacita ÷ Prúd = 3500 ÷ 350 = 10 hodín (ideálne). Reálne: ~8-9 hodín (straty účinnosti).

Powerbanka 20 000 mAh. Nabíjanie telefónu 3 000 mAh. Koľko plných nabití?

Zohľadnite účinnosť (~80%): 20 000 × 0,8 = 16 000 efektívne. 16 000 ÷ 3 000 = 5,3 nabití.

Vylúčte 1 mól medi (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Koľko coulombov?

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

Vaše telo má ~10²⁸ protónov a rovnaký počet elektrónov. Ak by ste stratili 0,01% elektrónov, cítili by ste odpudivú silu 10⁹ newtonov—dosť na zrútenie budov!

Úder blesku: len ~15 C náboja, ale 1 miliarda voltov! Energia = Q×V, takže 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. To je 4,2 MWh—mohlo by napájať váš dom celé mesiace!

Klasická vedecká demonštrácia vytvára náboj až do miliónov voltov. Celkový náboj? Len ~10 µC. Šokujúce, ale bezpečné—nízky prúd. Napätie ≠ nebezpečenstvo, prúd zabíja.

Autobatéria: 60 Ah = 216 000 C, vybíja sa hodiny. Superkondenzátor: 3000 F = 3000 C/V, vybíja sa za sekundy. Hustota energie vs hustota výkonu.

1909: Millikan zmeral elementárny náboj pozorovaním padajúcich nabitých olejových kvapiek. Zistil e = 1,592×10⁻¹⁹ C (moderné: 1,602). Získal Nobelovu cenu v roku 1923.

Kvantovanie náboja elektrónu je tak presné, že sa používa na definovanie štandardu odporu. Presnosť: 1 časť na 10⁹. Fundamentálne konštanty definujú všetky jednotky od roku 2019.

mAh meria náboj (koľko elektrónov). Wh meria energiu (náboj × napätie). Rovnaké mAh pri rôznych napätiach = rôzna energia. Použite Wh na porovnanie batérií pri rôznych napätiach. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Menovitá kapacita je nominálna, nie využiteľná. Li-ion: vybíja sa od 4,2V (plné) do 3,0V (prázdne), ale zastavenie na 20% chráni životnosť. Straty pri konverzii, teplo a starnutie znižujú efektívnu kapacitu. Očakávajte 80-90% menovitej hodnoty.

Nie je to len jednoduchý pomer kapacity. Powerbanka 20 000 mAh: ~70-80% účinná (konverzia napätia, teplo). Efektívne: 16 000 mAh. Pre telefón 3 000 mAh: 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 nabití. V reálnom svete: 4-5.

Elementárny náboj (e = 1,602×10⁻¹⁹ C) je náboj jedného protónu alebo elektrónu. Všetok náboj je kvantovaný v násobkoch e. Je základom pre kvantovú mechaniku, definuje konštantu jemnej štruktúry. Od roku 2019 je e presné podľa definície.

Áno! Záporný náboj znamená prebytok elektrónov, pozitívny znamená nedostatok. Celkový náboj je algebraický (môže sa navzájom rušiť). Elektróny: -e. Protóny: +e. Objekty: typicky takmer neutrálne (rovnaký počet + a -). Rovnaké náboje sa odpudzujú, opačné priťahujú.

Li-ion: chemické reakcie pomaly degradujú materiály elektród. Každý cyklus nabíjania spôsobuje malé nezvratné zmeny. Hlboké vybíjanie (<20%), vysoká teplota, rýchle nabíjanie urýchľujú starnutie. Moderné batérie: 500-1000 cyklov na 80% kapacity.