Електрични набој је физичка особина која узрокује да честице доживљавају електромагнетну силу. Постоји позитиван и негативан. Истоимени набоји се одбијају, разноимени се привлаче. Основа за сву хемију и електронику.

• 1 кулон = 6,24×10¹⁸ електрона
• Протон: +1e, Електрон: -1e
• Набој се одржава (никада се не ствара/уништава)
• Квантизован у вишекратницима од e = 1,602×10⁻¹⁹ C

Струја (I) је брзина протока набоја. Q = I × t. 1 ампер = 1 кулон у секунди. Капацитет батерије у Ah је набој, а не струја. 1 Ah = 3600 C.

• Струја = набој по времену (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (дефиниција)
• 1 Ah = 3600 C (1 ампер током 1 сата)
• mAh је капацитет набоја, а не снага

Батерије складиште набој. Оцењене у Ah или mAh (набој) или Wh (енергија). Wh = Ah × Напон. Батерија телефона: 3000 mAh @ 3,7V ≈ 11 Wh. Напон је важан за енергију, а не за набој.

• mAh = милиампер-сат (набој)
• Wh = ват-сат (енергија = набој × напон)
• Виши mAh = дуже време рада (исти напон)
• 3000 mAh ≈ 10.800 кулона

Пре него што су квантитативно разумели набој, научници су истраживали статички електрицитет и мистериозни 'електрични флуид'. Изум батерија омогућио је прецизно мерење континуираног тока набоја.

• 1600: Вилијам Гилберт разликује електрицитет од магнетизма, кује термин 'електрични'
• 1733: Шарл ду Феј открива два типа електрицитета (позитиван и негативан)
• 1745: Лајденска боца изумљена — први кондензатор, складишти мерљив набој
• 1785: Кулон објављује закон обрнутог квадрата F = k(q₁q₂/r²) за електричну силу
• 1800: Волта изумео батерију — омогућава континуиран, мерљив ток набоја
• 1833: Фарадеј открива законе електролизе — повезује набој са хемијом (Фарадејева константа)

Кулон је еволуирао од практичних дефиниција заснованих на електрохемијским стандардима до модерне дефиниције везане за ампер и секунду.

• 1881: Први практични кулон дефинисан преко стандарда за посребривање
• 1893: Светска изложба у Чикагу стандардизује кулон за међународну употребу
• 1948: CGPM дефинише кулон као 1 ампер-секунду (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Ампер дефинисан силом између паралелних проводника, чинећи кулон индиректним
• Проблем: Дефиниција ампера заснована на сили била је тешка за реализацију са високом прецизношћу
• 1990-их-2010-их: Квантна метрологија (Џозефсонов ефекат, квантни Холов ефекат) омогућава бројање електрона

Дана 20. маја 2019, елементарни набој је фиксиран тачно, редефинишући ампер и чинећи кулон репродуцибилним из основних константи.

• Нова дефиниција: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C тачно (нулта несигурност по дефиницији)
• Елементарни набој је сада дефинисана константа, а не мерена вредност
• 1 кулон = 6,241509074 × 10¹⁸ елементарних набоја (тачно)
• Уређаји за тунелирање појединачних електрона могу бројати електроне један по један за прецизне стандарде набоја
• Квантни метролошки троугао: напон (Џозефсон), отпор (квантни Хол), струја (електронска пумпа)
• Резултат: Свака лабораторија са квантном опремом може независно реализовати кулон

Редефиниција из 2019. представља 135+ година напретка од електрохемијских стандарда до квантне прецизности, омогућавајући електронику и складиштење енергије следеће генерације.

• Технологија батерија: Прецизнија мерења капацитета за електрична возила, складиштење у мрежи
• Квантно рачунарство: Прецизна контрола набоја у кубитима и транзисторима са једним електроном
• Метрологија: Националне лабораторије могу независно реализовати кулон без референтних артефаката
• Хемија: Фарадејева константа је сада тачна, побољшава прорачуне у електрохемији
• Потрошачка електроника: Бољи стандарди за оцене капацитета батерија и протоколе брзог пуњења

• Пречица од mAh до C: Помножите са 3,6 → 1000 mAh = 3600 C тачно
• Од Ah до C: Помножите са 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ампер током 1 сата)
• Брзо од mAh до Wh (3,7V): Поделите са ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Од Wh до mAh (3,7V): Помножите са ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Елементарни набој: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (заокружено са 1,602)
• Фарадејева константа: F ≈ 96.500 C/mol (заокружено са 96.485)

Разумевање оцена батерија спречава забуну између набоја (mAh), напона (V) и енергије (Wh). Ова правила штеде време и новац.

• mAh мери НАБОЈ, а не снагу или енергију — то је колико електрона можете померити
• Да бисте добили енергију: Wh = mAh × V ÷ 1000 (напон је кључан!)
• Исти mAh на различитим напонима = различита енергија (12V 1000mAh ≠ 3,7V 1000mAh)
• Екстерне батерије: Очекујте 70-80% употребљивог капацитета (губици при конверзији напона)
• Време рада = Капацитет ÷ Струја: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 сати (идеално, додајте 20% маргине)
• Li-ion типично: 3,7V номинално, 4,2V пуно, 3,0V празно (употребљиви опсег ~80%)

• Набој из струје: Q = I × t (кулони = ампери × секунде)
• Време рада: t = Q / I (сати = ампер-сати / ампери)
• Енергија из набоја: E = Q × V (ват-сати = ампер-сати × волти)
• Прилагођено ефикасности: Употребљиво = Оцењено × 0,8 (урачунајте губитке)
• Електролиза: Q = n × F (кулони = молови електрона × Фарадејева константа)
• Енергија кондензатора: E = ½CV² (џули = ½ фарада × волти²)

• Мешање mAh са mWh — набој наспрам енергије (потребан је напон за конверзију!)
• Игнорисање напона приликом поређења батерија — користите Wh за поређење енергије
• Очекивање 100% ефикасности екстерне батерије — 20-30% се губи на топлоту и конверзију напона
• Мешање C (кулони) са C (стопа пражњења) — потпуно различита значења!
• Претпостављање да је mAh = време рада — потребно је знати потрошњу струје (време рада = mAh ÷ mA)
• Дубоко пражњење Li-ion батерије испод 20% — скраћује животни век, оцењени капацитет ≠ употребљиви капацитет

Кулон (C) је СИ основна јединица за набој. Дефинисана из ампера и секунде: 1 C = 1 A·s. Префикси од пико до кило покривају све практичне опсеге.

• 1 C = 1 A·s (тачна дефиниција)
• mC, µC, nC за мале набоје
• pC, fC, aC за квантни/прецизни рад
• kC за велике индустријске системе

Ампер-сат (Ah) и милиампер-сат (mAh) су стандард за батерије. Практични су јер се директно односе на потрошњу струје и време рада. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — паметни телефони, таблети, слушалице
• Ah — лаптопови, електрични алати, акумулатори за аутомобиле
• kAh — електрична возила, индустријски UPS
• Wh — енергетски капацитет (зависи од напона)

Елементарни набој (e) је основна јединица у физици. Фарадејева константа у хемији. CGS јединице (статкулон, абкулон) у старим уџбеницима.

• e = 1,602×10⁻¹⁹ C (елементарни набој)
• F = 96.485 C (Фарадејева константа)
• 1 statC ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

Сваки набој је квантизован у вишекратницима елементарног набоја e. Не можете имати 1,5 електрона. Кваркови имају фракциони набој (⅓e, ⅔e), али никада не постоје сами.

• Најмањи слободан набој: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ C
• Електрон: -1e, Протон: +1e
• Сва тела имају набој N×e (N је цео број)
• Миликенов експеримент са уљаном капи доказао је квантизацију (1909)

1 мол електрона носи 96.485 C набоја. Назива се Фарадејева константа (F). Основна је за електрохемију и хемију батерија.

• F = 96.485,33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 мол e⁻ = 6,022×10²³ електрона
• Користи се у прорачунима електролизе
• Повезује набој са хемијским реакцијама

Сила између набоја: F = k(q₁q₂/r²). Истоимени набоји се одбијају, разноимени се привлаче. Основна сила природе. Објашњава сву хемију и електронику.

• k = 8,99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (производ набоја)
• F ∝ 1/r² (закон обрнутог квадрата)
• Објашњава атомску структуру, везивање

Сваки уређај на батерије има оцену капацитета. Паметни телефони: 2500-5000 mAh. Лаптопови: 40-100 Wh. Екстерне батерије: 10.000-30.000 mAh.

• iPhone 15: ~3.349 mAh @ 3,85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (ограничење за авио-компаније)
• AirPods: ~500 mAh (комбиновано)
• Екстерна батерија: 20.000 mAh @ 3,7V ≈ 74 Wh

Батерије за електрична возила су оцењене у kWh (енергија), али је капацитет у kAh на напону пакета. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Огромно у поређењу са телефонима!

• Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
• Пуњење електричних возила: 50-350 kW DC брзо
• Кућно пуњење: ~7 kW (32A @ 220V)

Галванизација, електролиза, кондензаторски системи, UPS системи, сви укључују велике трансфере набоја. Индустријски UPS: капацитет 100+ kAh. Суперкондензатори: фаради (C/V).

• Галванизација: процеси од 10-1000 Ah
• Индустријски UPS: 100+ kAh резервног напајања
• Суперкондензатор: 3000 F = 3000 C/V
• Удар грома: ~15 C типично

Помножите mAh са 3,6 да бисте добили кулоне. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3,6 C (тачно)
• 1 Ah = 3600 C
• Брзо: mAh × 3,6 → C
• Пример: 3000 mAh = 10.800 C

Поделите mAh са ~270 за Wh на 3,7V Li-ion напону.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• На 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3,7V = 11,1 Wh
• Напон је важан за енергију!

Време рада (h) = Батерија (mAh) ÷ Струја (mA). 3000 mAh на 300 mA = 10 сати.

• Време рада = Капацитет ÷ Струја
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Виша струја = краће време рада
• Губици ефикасности: очекујте 80-90%

Батерија од 3500 mAh. Апликација користи 350 mA. Колико дуго до пражњења?

Време рада = Капацитет ÷ Струја = 3500 ÷ 350 = 10 сати (идеално). Реално: ~8-9 сати (губици ефикасности).

Екстерна батерија од 20.000 mAh. Пуњење телефона од 3.000 mAh. Колико пуних пуњења?

Урачунајте ефикасност (~80%): 20.000 × 0,8 = 16.000 ефективно. 16.000 ÷ 3.000 = 5,3 пуњења.

Наталожити 1 мол бакра (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Колико кулона?

2 мола e⁻ по молу Cu. 2 × F = 2 × 96.485 = 192.970 C ≈ 53,6 Ah.

Ваше тело има ~10²⁸ протона и једнак број електрона. Ако бисте изгубили 0,01% електрона, осетили бисте одбојну силу од 10⁹ њута—довољно да сруши зграде!

Удар грома: само ~15 C набоја, али 1 милијарда волти! Енергија = Q×V, дакле 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. То је 4,2 MWh—могло би напајати вашу кућу месецима!

Класична научна демонстрација ствара набој до милиона волти. Укупан набој? Само ~10 µC. Шокантно, али безбедно—ниска струја. Напон ≠ опасност, струја убија.

Акумулатор за аутомобил: 60 Ah = 216.000 C, празни се сатима. Суперкондензатор: 3000 F = 3000 C/V, празни се за неколико секунди. Густина енергије наспрам густине снаге.

1909: Миликен је измерио елементарни набој посматрајући како наелектрисане уљане капи падају. Пронашао је e = 1,592×10⁻¹⁹ C (модерно: 1,602). Освојио је Нобелову награду 1923.

Квантизација набоја електрона је толико прецизна да се користи за дефинисање стандарда отпора. Тачност: 1 део у 10⁹. Основне константе дефинишу све јединице од 2019.

mAh мери набој (колико електрона). Wh мери енергију (набој × напон). Исти mAh на различитим напонима = различита енергија. Користите Wh за поређење батерија на различитим напонима. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Оцењени капацитет је номинални, а не употребљиви. Li-ion: празни се од 4,2V (пуно) до 3,0V (празно), али заустављање на 20% чува животни век. Губици при конверзији, топлота и старење смањују ефективни капацитет. Очекујте 80-90% од оцењеног.

Није једноставно однос капацитета. Екстерна батерија од 20.000 mAh: ~70-80% ефикасна (конверзија напона, топлота). Ефективно: 16.000 mAh. За телефон од 3.000 mAh: 16.000 ÷ 3.000 ≈ 5 пуњења. У стварном свету: 4-5.

Елементарни набој (e = 1,602×10⁻¹⁹ C) је набој једног протона или електрона. Сваки набој је квантизован у вишекратницима од e. Основа за квантну механику, дефинише константу фине структуре. Од 2019. године, e је тачно по дефиницији.

Да! Негативан набој значи вишак електрона, позитиван значи мањак. Укупан набој је алгебарски (може се поништити). Електрони: -e. Протони: +e. Тела: обично скоро неутрална (једнак број + и -). Истоимени набоји се одбијају, разноимени се привлаче.

Li-ion: хемијске реакције полако деградирају материјале електрода. Сваки циклус пуњења узрокује мале неповратне промене. Дубоко пражњење (<20%), висока температура, брзо пуњење убрзавају старење. Модерне батерије: 500-1000 циклуса до 80% капацитета.