Ngarkesa elektrike është vetia fizike që bën që grimcat të përjetojnë forcën elektromagnetike. Vjen në formë pozitive dhe negative. Ngarkesat e njëjta shtyhen, ngarkesat e kundërta tërhiqen. Themelore për të gjithë kiminë dhe elektronikën.

• 1 kulomb = 6.24×10¹⁸ elektrone
• Protoni: +1e, Elektroni: -1e
• Ngarkesa konservohet (asnjëherë nuk krijohet/shkatërrohet)
• E kuantizuar në shumëfisha të e = 1.602×10⁻¹⁹ C

Rryma (I) është shkalla e rrjedhës së ngarkesës. Q = I × t. 1 amper = 1 kulomb në sekondë. Kapaciteti i baterisë në Ah është ngarkesë, jo rrymë. 1 Ah = 3600 C.

• Rryma = ngarkesa për kohë (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (përkufizimi)
• 1 Ah = 3600 C (1 amper për 1 orë)
• mAh është kapaciteti i ngarkesës, jo fuqia

Bateritë ruajnë ngarkesë. Vlerësohen në Ah ose mAh (ngarkesë) ose Wh (energji). Wh = Ah × Tensioni. Bateria e telefonit: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Tensioni ka rëndësi për energjinë, jo për ngarkesën.

• mAh = miliamper-orë (ngarkesë)
• Wh = vat-orë (energji = ngarkesë × tension)
• mAh më e lartë = kohë më e gjatë funksionimi (tension i njëjtë)
• 3000 mAh ≈ 10,800 kulombë

Para se të kuptonin ngarkesën në mënyrë sasiore, shkencëtarët eksploruan elektricitetin statik dhe 'fluidin elektrik' misterioz. Shpikja e baterive mundësoi matjen e saktë të rrjedhës së vazhdueshme të ngarkesës.

• 1600: William Gilbert dallon elektricitetin nga magnetizmi, krijon termin 'elektrik'
• 1733: Charles du Fay zbulon dy lloje të elektricitetit (pozitiv dhe negativ)
• 1745: Kavanozi i Leidenit shpiket — kondensatori i parë, ruan ngarkesë të matshme
• 1785: Kulombi boton ligjin e katrorit të anasjelltë F = k(q₁q₂/r²) për forcën elektrike
• 1800: Volta shpik baterinë — mundëson rrjedhë të vazhdueshme, të matshme të ngarkesës
• 1833: Faradei zbulon ligjet e elektrolizës — lidh ngarkesën me kiminë (konstantja e Faradeit)

Kulombi evoluoi nga përkufizimet praktike të bazuara në standardet elektrokimike në përkufizimin modern të lidhur me amperin dhe sekondën.

• 1881: Kulombi i parë praktik u përkufizua përmes standardit të veshjes me argjend
• 1893: Panairi Botëror i Çikagos standardizon kulombin për përdorim ndërkombëtar
• 1948: CGPM përkufizon kulombin si 1 amper-sekondë (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Amperi u përkufizua nga forca midis përcjellësve paralelë, duke e bërë kulombin të tërthortë
• Problemi: Përkufizimi i amperit i bazuar në forcë ishte i vështirë për t'u realizuar me precizion të lartë
• 1990-2010: Metrologjia kuantike (efekti Josephson, efekti kuantik Hall) mundëson numërimin e elektroneve

Më 20 maj 2019, ngarkesa elementare u fiksua saktësisht, duke ripërcaktuar amperin dhe duke e bërë kulombin të riprodhueshëm nga konstantet themelore.

• Përkufizimi i ri: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C saktësisht (pasiguri zero sipas përkufizimit)
• Ngarkesa elementare tani është një konstante e përcaktuar, jo një vlerë e matur
• 1 kulomb = 6.241509074 × 10¹⁸ ngarkesa elementare (saktë)
• Pajisjet e tunelimit me një elektron mund të numërojnë elektronet një nga një për standarde të sakta të ngarkesës
• Trekëndëshi i metrologjisë kuantike: tensioni (Josephson), rezistenca (kuantike Hall), rryma (pompa e elektroneve)
• Rezultati: Çdo laborator me pajisje kuantike mund të realizojë kulombin në mënyrë të pavarur

Ripërcaktimi i vitit 2019 përfaqëson 135+ vjet progres nga standardet elektrokimike te precizioni kuantik, duke mundësuar elektronikën dhe ruajtjen e energjisë të gjeneratës së ardhshme.

• Teknologjia e baterive: Matje më të sakta të kapacitetit për automjetet elektrike, ruajtja në rrjet
• Kompjuterika kuantike: Kontroll i saktë i ngarkesës në kubite dhe tranzistorë me një elektron
• Metrologjia: Laboratorët kombëtarë mund të realizojnë kulombin në mënyrë të pavarur pa artefakte referimi
• Kimia: Konstantja e Faradeit tani është e saktë, përmirëson llogaritjet elektrokimi
• Elektronika e konsumit: Standarde më të mira për vlerësimet e kapacitetit të baterive dhe protokollet e karikimit të shpejtë

• Shkurtore mAh në C: Shumëzo me 3.6 → 1000 mAh = 3600 C saktësisht
• Ah në C: Shumëzo me 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 amper për 1 orë)
• Shpejt mAh në Wh (3.7V): Pjesëto me ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh në mAh (3.7V): Shumëzo me ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Ngarkesa elementare: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (rrumbullakosur nga 1.602)
• Konstantja e Faradeit: F ≈ 96,500 C/mol (rrumbullakosur nga 96,485)

Kuptimi i vlerësimeve të baterisë parandalon konfuzionin midis ngarkesës (mAh), tensionit (V) dhe energjisë (Wh). Këto rregulla kursejnë kohë dhe para.

• mAh mat NGARKESËN, jo fuqinë apo energjinë — është sa elektrone mund të lëvizësh
• Për të marrë energji: Wh = mAh × V ÷ 1000 (tensioni është kritik!)
• E njëjta mAh në tensione të ndryshme = energji e ndryshme (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• Bateritë e jashtme: Pritni 70-80% kapacitet të përdorshëm (humbje nga konvertimi i tensionit)
• Koha e funksionimit = Kapaciteti ÷ Rryma: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 orë (ideale, shto 20% diferencë)
• Tipike Li-ion: 3.7V nominal, 4.2V plot, 3.0V bosh (diapazoni i përdorshëm ~80%)

• Ngarkesa nga rryma: Q = I × t (kulombë = amperë × sekonda)
• Koha e funksionimit: t = Q / I (orë = amper-orë / amperë)
• Energjia nga ngarkesa: E = Q × V (vat-orë = amper-orë × volt)
• E rregulluar për efikasitetin: E përdorshme = Vlerësuar × 0.8 (merrni parasysh humbjet)
• Elektroliza: Q = n × F (kulombë = mole elektronesh × konstantja e Faradeit)
• Energjia e kondensatorit: E = ½CV² (xhaul = ½ farad × volt²)

• Ngatërrimi i mAh me mWh — ngarkesa vs energjia (duhet tension për të konvertuar!)
• Injorimi i tensionit kur krahasoni bateritë — përdorni Wh për krahasim energjie
• Pritja e efikasitetit 100% të baterisë së jashtme — 20-30% humbet nga nxehtësia dhe konvertimi i tensionit
• Ngatërrimi i C (kulombë) me C (shkalla e shkarkimit) — kuptime krejtësisht të ndryshme!
• Supozimi se mAh = koha e funksionimit — duhet të dini tërheqjen e rrymës (koha e funksionimit = mAh ÷ mA)
• Shkarkimi i thellë i Li-ion nën 20% — shkurton jetëgjatësinë, kapaciteti i vlerësuar ≠ kapaciteti i përdorshëm

Kulombi (C) është njësia bazë SI për ngarkesën. Përcaktohet nga amperi dhe sekonda: 1 C = 1 A·s. Parashtesat nga piko te kilo mbulojnë të gjitha diapazonet praktike.

• 1 C = 1 A·s (përkufizimi i saktë)
• mC, µC, nC për ngarkesa të vogla
• pC, fC, aC për punë kuantike/precizioni
• kC për sisteme të mëdha industriale

Amper-ora (Ah) dhe miliamper-ora (mAh) janë standarde për bateritë. Praktike sepse ato lidhen drejtpërdrejt me tërheqjen e rrymës dhe kohën e funksionimit. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartfonë, tableta, kufje
• Ah — laptopë, vegla elektrike, bateri makinash
• kAh — automjete elektrike, UPS industriale
• Wh — kapaciteti i energjisë (i varur nga tensioni)

Ngarkesa elementare (e) është njësi themelore në fizikë. Konstantja e Faradeit në kimi. Njësitë CGS (statkulomb, abkulomb) në tekstet e vjetra.

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (ngarkesa elementare)
• F = 96,485 C (konstantja e Faradeit)
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

E gjithë ngarkesa është e kuantizuar në shumëfisha të ngarkesës elementare e. Nuk mund të kesh 1.5 elektrone. Kuarkët kanë ngarkesë fraksionale (⅓e, ⅔e) por kurrë nuk ekzistojnë vetëm.

• Ngarkesa më e vogël e lirë: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• Elektroni: -1e, Protoni: +1e
• Të gjitha objektet kanë ngarkesë N×e (N numër i plotë)
• Eksperimenti i pikës së vajit të Millikanit vërtetoi kuantizimin (1909)

1 mol elektronesh mbart 96,485 C ngarkesë. Quhet konstantja e Faradeit (F). Themelore për elektrokiminë dhe kiminë e baterive.

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6.022×10²³ elektrone
• Përdoret në llogaritjet e elektrolizës
• Lidh ngarkesën me reaksionet kimike

Forca midis ngarkesave: F = k(q₁q₂/r²). Ngarkesat e njëjta shtyhen, të kundërtat tërhiqen. Forcë themelore e natyrës. Shpjegon të gjithë kiminë dhe elektronikën.

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (produkti i ngarkesave)
• F ∝ 1/r² (ligji i katrorit të anasjelltë)
• Shpjegon strukturën atomike, lidhjet

Çdo pajisje me bateri ka një vlerësim kapaciteti. Smartfonët: 2500-5000 mAh. Laptopët: 40-100 Wh. Bateritë e jashtme: 10,000-30,000 mAh.

• iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (limiti i linjave ajrore)
• AirPods: ~500 mAh (të kombinuara)
• Bateria e jashtme: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

Bateritë e automjeteve elektrike vlerësohen në kWh (energji), por kapaciteti është kAh në tensionin e paketës. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Masive krahasuar me telefonat!

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Karikimi i automjeteve elektrike: 50-350 kW DC i shpejtë
• Karikimi në shtëpi: ~7 kW (32A @ 220V)

Elektrogalvanizimi, elektroliza, bankat e kondensatorëve, sistemet UPS të gjitha përfshijnë transferime të mëdha ngarkesash. UPS industriale: kapacitet 100+ kAh. Superkondensatorët: farad (C/V).

• Elektrogalvanizimi: procese 10-1000 Ah
• UPS industriale: 100+ kAh rezervë
• Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V
• Rrufeja: ~15 C tipike

Shumëzo mAh me 3.6 për të marrë kulombë. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3.6 C (saktë)
• 1 Ah = 3600 C
• Shpejt: mAh × 3.6 → C
• Shembull: 3000 mAh = 10,800 C

Pjesëto mAh me ~270 për Wh në tensionin Li-ion 3.7V.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Në 3.7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• Tensioni ka rëndësi për energjinë!

Koha e funksionimit (h) = Bateria (mAh) ÷ Rryma (mA). 3000 mAh në 300 mA = 10 orë.

• Koha e funksionimit = Kapaciteti ÷ Rryma
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Rrymë më e lartë = kohë më e shkurtër funksionimi
• Humbje efikasiteti: pritni 80-90%

Bateri 3500 mAh. Aplikacioni përdor 350 mA. Sa kohë derisa të shkarkohet?

Koha e funksionimit = Kapaciteti ÷ Rryma = 3500 ÷ 350 = 10 orë (ideale). Reale: ~8-9 orë (humbje efikasiteti).

Bateri e jashtme 20,000 mAh. Kariko telefonin 3,000 mAh. Sa karikime të plota?

Merrni parasysh efikasitetin (~80%): 20,000 × 0.8 = 16,000 efektive. 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 karikime.

Depozito 1 mol bakër (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Sa kulombë?

2 mole e⁻ për mol Cu. 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah.

Trupi juaj ka ~10²⁸ protone dhe numër të barabartë elektronesh. Nëse do të humbisnit 0.01% të elektroneve, do të ndjenit një forcë shtytëse prej 10⁹ njutonësh—mjaftueshëm për të shkatërruar ndërtesa!

Një goditje rrufeje: vetëm ~15 C ngarkesë, por 1 miliard volt! Energjia = Q×V, pra 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Kjo është 4.2 MWh—mund të furnizonte shtëpinë tuaj për muaj!

Demonstrimi klasik i shkencës ndërton ngarkesë deri në miliona volt. Ngarkesa totale? Vetëm ~10 µC. Shokuese por e sigurt—rrymë e ulët. Tensioni ≠ rrezik, rryma vret.

Bateria e makinës: 60 Ah = 216,000 C, shkarkohet gjatë orëve. Superkondensatori: 3000 F = 3000 C/V, shkarkohet në sekonda. Dendësia e energjisë vs dendësia e fuqisë.

1909: Millikani mati ngarkesën elementare duke vëzhguar pikat e ngarkuara të vajit duke rënë. Gjeti e = 1.592×10⁻¹⁹ C (moderne: 1.602). Fitoi Çmimin Nobel në 1923.

Kuantizimi i ngarkesës së elektronit është aq i saktë, saqë përdoret për të përcaktuar standardin e rezistencës. Saktesia: 1 pjesë në 10⁹. Konstantet themelore përcaktojnë të gjitha njësitë që nga viti 2019.

mAh mat ngarkesën (sa elektrone). Wh mat energjinë (ngarkesë × tension). E njëjta mAh në tensione të ndryshme = energji e ndryshme. Përdorni Wh për të krahasuar bateritë në tensione të ndryshme. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Kapaciteti i vlerësuar është nominal, jo i përdorshëm. Li-ion: shkarkohet nga 4.2V (plot) në 3.0V (bosh), por ndalimi në 20% ruan jetëgjatësinë. Humbjet e konvertimit, nxehtësia dhe vjetërimi zvogëlojnë kapacitetin efektiv. Pritni 80-90% të vlerësuar.

Jo thjesht raporti i kapacitetit. Bateri e jashtme 20,000 mAh: ~70-80% efikase (konvertimi i tensionit, nxehtësia). Efektive: 16,000 mAh. Për telefonin 3,000 mAh: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 karikime. Në botën reale: 4-5.

Ngarkesa elementare (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) është ngarkesa e një protoni apo elektroni. E gjithë ngarkesa është e kuantizuar në shumëfisha të e. Themelore për mekanikën kuantike, përcakton konstantën e strukturës së hollë. Që nga viti 2019, e është e saktë sipas përkufizimit.

Po! Ngarkesa negative do të thotë tepricë elektronesh, pozitive do të thotë mungesë. Ngarkesa totale është algjebrike (mund të anulohet). Elektronet: -e. Protonet: +e. Objektet: zakonisht afër neutrales (numër i barabartë + dhe -). Ngarkesat e njëjta shtyhen, të kundërtat tërhiqen.

Li-ion: reaksionet kimike degradojnë ngadalë materialet e elektrodave. Çdo cikël karikimi shkakton ndryshime të vogla të pakthyeshme. Shkarkimi i thellë (<20%), temperatura e lartë, karikimi i shpejtë përshpejtojnë vjetërimin. Bateritë moderne: 500-1000 cikle deri në 80% kapacitet.