Elektrisk laddning är den fysiska egenskap som gör att partiklar upplever elektromagnetisk kraft. Finns som positiv och negativ. Lika laddningar stöter bort varandra, olika laddningar attraherar varandra. Fundamental för all kemi och elektronik.

• 1 coulomb = 6,24×10¹⁸ elektroner
• Proton: +1e, Elektron: -1e
• Laddning bevaras (skapas/förstörs aldrig)
• Kvantiserad i multiplar av e = 1,602×10⁻¹⁹ C

Ström (I) är flödeshastigheten av laddning. Q = I × t. 1 ampere = 1 coulomb per sekund. Batterikapacitet i Ah är laddning, inte ström. 1 Ah = 3600 C.

• Ström = laddning per tid (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (definition)
• 1 Ah = 3600 C (1 ampere i 1 timme)
• mAh är laddningskapacitet, inte effekt

Batterier lagrar laddning. Märkta i Ah eller mAh (laddning) eller Wh (energi). Wh = Ah × Spänning. Telefonbatteri: 3000 mAh @ 3,7V ≈ 11 Wh. Spänning är viktigt för energi, inte för laddning.

• mAh = milliamperetimme (laddning)
• Wh = wattimme (energi = laddning × spänning)
• Högre mAh = längre drifttid (samma spänning)
• 3000 mAh ≈ 10 800 coulomb

Innan man förstod laddning kvantitativt utforskade forskare statisk elektricitet och den mystiska 'elektriska fluiden'. Uppfinningen av batterier möjliggjorde exakt mätning av kontinuerligt laddningsflöde.

• 1600: William Gilbert skiljer elektricitet från magnetism, myntar termen 'elektrisk'
• 1733: Charles du Fay upptäcker två typer av elektricitet (positiv och negativ)
• 1745: Leidnerflaskan uppfinns — första kondensatorn, lagrar mätbar laddning
• 1785: Coulomb publicerar sin lag om omvänd kvadrat F = k(q₁q₂/r²) för elektrisk kraft
• 1800: Volta uppfinner batteriet — möjliggör kontinuerligt, mätbart laddningsflöde
• 1833: Faraday upptäcker elektrolysens lagar — kopplar laddning till kemi (Faradays konstant)

Coulomb utvecklades från praktiska definitioner baserade på elektrokemiska standarder till den moderna definitionen kopplad till ampere och sekund.

• 1881: Första praktiska coulomb definierad via en standard för silvergalvanisering
• 1893: Världsutställningen i Chicago standardiserar coulomb för internationellt bruk
• 1948: CGPM definierar coulomb som 1 amper-sekund (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018: Ampere definierad av kraften mellan parallella ledare, vilket gör coulomb indirekt
• Problem: Amperes kraftbaserade definition var svår att realisera med hög precision
• 1990-2010-talet: Kvantmetrologi (Josephsoneffekt, kvant-Halleffekt) möjliggör elektronräkning

Den 20 maj 2019 fixerades elementarladdningen exakt, vilket omdefinierade ampere och gjorde coulomb reproducerbar från fundamentala konstanter.

• Ny definition: e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C exakt (noll osäkerhet per definition)
• Elementarladdningen är nu en definierad konstant, inte ett mätvärde
• 1 coulomb = 6,241509074 × 10¹⁸ elementarladdningar (exakt)
• Enheter för enkelelektrontunnling kan räkna elektroner en och en för exakta laddningsstandarder
• Kvantmetrologitriangeln: spänning (Josephson), resistans (kvant-Hall), ström (elektronpump)
• Resultat: Vilket labb som helst med kvantutrustning kan realisera coulomb oberoende

2019 års omdefiniering representerar över 135 års framsteg från elektrokemiska standarder till kvantprecision, vilket möjliggör nästa generations elektronik och energilagring.

• Batteriteknik: Noggrannare kapacitetsmätningar för elfordon, nätlagring
• Kvantdatorer: Exakt laddningskontroll i qubits och enkelelektrontransistorer
• Metrologi: Nationella laboratorier kan oberoende realisera coulomb utan referensartefakter
• Kemi: Faradays konstant är nu exakt, förbättrar elektrokemiska beräkningar
• Konsumentelektronik: Bättre standarder för batterikapacitetsmärkning och snabbladdningsprotokoll

• mAh till C genväg: Multiplicera med 3,6 → 1000 mAh = 3600 C exakt
• Ah till C: Multiplicera med 3600 → 1 Ah = 3600 C (1 ampere i 1 timme)
• Snabb mAh till Wh (3,7V): Dividera med ~270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh till mAh (3,7V): Multiplicera med ~270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• Elementarladdning: e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (avrundat från 1,602)
• Faradays konstant: F ≈ 96 500 C/mol (avrundat från 96 485)

Att förstå batterimärkning förhindrar förvirring mellan laddning (mAh), spänning (V) och energi (Wh). Dessa regler sparar tid och pengar.

• mAh mäter LADDNING, inte effekt eller energi — det är hur många elektroner du kan flytta
• För att få energi: Wh = mAh × V ÷ 1000 (spänningen är avgörande!)
• Samma mAh vid olika spänningar = olika energi (12V 1000mAh ≠ 3,7V 1000mAh)
• Powerbanks: Förvänta dig 70-80% användbar kapacitet (spänningsomvandlingsförluster)
• Drifttid = Kapacitet ÷ Ström: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 timmar (idealt, lägg till 20% marginal)
• Li-jon typiskt: 3,7V nominell, 4,2V full, 3,0V tom (användbart område ~80%)

• Laddning från ström: Q = I × t (coulomb = ampere × sekunder)
• Drifttid: t = Q / I (timmar = amperetimmar / ampere)
• Energi från laddning: E = Q × V (wattimmar = amperetimmar × volt)
• Effektivitetsjusterat: Användbar = Märkt × 0,8 (ta hänsyn till förluster)
• Elektrolys: Q = n × F (coulomb = mol elektroner × Faradays konstant)
• Kondensatorenergi: E = ½CV² (joule = ½ farad × volt²)

• Förväxla mAh med mWh — laddning vs energi (behöver spänning för att konvertera!)
• Ignorera spänning vid jämförelse av batterier — använd Wh för energijämförelse
• Förvänta sig 100% effektivitet från powerbanks — 20-30% förloras som värme och spänningsomvandling
• Blanda ihop C (coulomb) med C (urladdningshastighet) — helt olika betydelser!
• Anta att mAh = drifttid — måste veta strömförbrukningen (drifttid = mAh ÷ mA)
• Djupurladda Li-jon under 20% — förkortar livslängden, märkt kapacitet ≠ användbar kapacitet

Coulomb (C) är SI-basenheten för laddning. Definierad från ampere och sekund: 1 C = 1 A·s. Prefix från piko till kilo täcker alla praktiska områden.

• 1 C = 1 A·s (exakt definition)
• mC, µC, nC för små laddningar
• pC, fC, aC för kvant-/precisionsarbete
• kC för stora industriella system

Amperetimme (Ah) och milliamperetimme (mAh) är standard för batterier. Praktiska eftersom de direkt relaterar till strömförbrukning och drifttid. 1 Ah = 3600 C.

• mAh — smartphones, surfplattor, öronsnäckor
• Ah — bärbara datorer, elverktyg, bilbatterier
• kAh — elfordon, industriella UPS
• Wh — energikapacitet (spänningsberoende)

Elementarladdning (e) är fundamental enhet i fysik. Faradays konstant i kemi. CGS-enheter (statcoulomb, abcoulomb) i gamla läroböcker.

• e = 1,602×10⁻¹⁹ C (elementarladdning)
• F = 96 485 C (Faradays konstant)
• 1 statC ≈ 3,34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

All laddning är kvantiserad i multiplar av elementarladdningen e. Du kan inte ha 1,5 elektroner. Kvarkar har fraktionell laddning (⅓e, ⅔e) men existerar aldrig ensamma.

• Minsta fria laddning: 1e = 1,602×10⁻¹⁹ C
• Elektron: -1e, Proton: +1e
• Alla objekt har N×e laddning (N är ett heltal)
• Millikans oljedroppsexperiment bevisade kvantisering (1909)

1 mol elektroner bär 96 485 C laddning. Kallas Faradays konstant (F). Fundamental för elektrokemi och batterikemi.

• F = 96 485,33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 mol e⁻ = 6,022×10²³ elektroner
• Används i elektrolytiska beräkningar
• Relaterar laddning till kemiska reaktioner

Kraften mellan laddningar: F = k(q₁q₂/r²). Lika laddningar stöter bort, olika attraherar. Naturens fundamentala kraft. Förklarar all kemi och elektronik.

• k = 8,99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (produkten av laddningarna)
• F ∝ 1/r² (omvänd kvadratlag)
• Förklarar atomstruktur, bindning

Varje batteridriven enhet har en kapacitetsmärkning. Smartphones: 2500-5000 mAh. Bärbara datorer: 40-100 Wh. Powerbanks: 10 000-30 000 mAh.

• iPhone 15: ~3 349 mAh @ 3,85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (flygbolagsgräns)
• AirPods: ~500 mAh (kombinerat)
• Powerbank: 20 000 mAh @ 3,7V ≈ 74 Wh

EV-batterier är märkta i kWh (energi), men kapaciteten är kAh vid paketets spänning. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Enormt jämfört med telefoner!

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

Galvanisering, elektrolys, kondensatorbanker, UPS-system involverar alla stora laddningsöverföringar. Industriell UPS: 100+ kAh kapacitet. Superkondensatorer: farad (C/V).

• Galvanisering: 10-1000 Ah-processer
• Industriell UPS: 100+ kAh backup
• Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V
• Blixtnedslag: ~15 C typiskt

Multiplicera mAh med 3,6 för att få coulomb. 1000 mAh = 3600 C.

• 1 mAh = 3,6 C (exakt)
• 1 Ah = 3600 C
• Snabbt: mAh × 3,6 → C
• Exempel: 3000 mAh = 10 800 C

Dividera mAh med ~270 för Wh vid 3,7V Li-jon-spänning.

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• Vid 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3,7V = 11,1 Wh
• Spänning är viktigt för energi!

Drifttid (h) = Batteri (mAh) ÷ Ström (mA). 3000 mAh vid 300 mA = 10 timmar.

• Drifttid = Kapacitet ÷ Ström
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• Högre ström = kortare drifttid
• Effektivitetsförluster: förvänta dig 80-90%

3500 mAh batteri. Appen använder 350 mA. Hur länge tills det är tomt?

Drifttid = Kapacitet ÷ Ström = 3500 ÷ 350 = 10 timmar (idealt). Verkligt: ~8-9h (effektivitetsförluster).

20 000 mAh powerbank. Ladda en 3 000 mAh telefon. Hur många fulla laddningar?

Ta hänsyn till effektivitet (~80%): 20 000 × 0,8 = 16 000 effektivt. 16 000 ÷ 3 000 = 5,3 laddningar.

Deponera 1 mol koppar (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Hur många coulomb?

2 mol e⁻ per mol Cu. 2 × F = 2 × 96 485 = 192 970 C ≈ 53,6 Ah.

Din kropp har ~10²⁸ protoner och lika många elektroner. Om du förlorade 0,01% av elektronerna skulle du känna en frånstötande kraft på 10⁹ newton—tillräckligt för att krossa byggnader!

Ett blixtnedslag: endast ~15 C laddning, men 1 miljard volt! Energi = Q×V, så 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Det är 4,2 MWh—kan driva ditt hem i månader!

Klassisk vetenskapsdemo bygger upp laddning till miljontals volt. Total laddning? Endast ~10 µC. Chockerande men säkert—låg ström. Spänning ≠ fara, ström dödar.

Bilbatteri: 60 Ah = 216 000 C, frigörs över timmar. Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V, frigörs på sekunder. Energitäthet vs effekttäthet.

1909: Millikan mätte elementarladdningen genom att titta på laddade oljedroppar som föll. Fann e = 1,592×10⁻¹⁹ C (modernt: 1,602). Vann Nobelpriset 1923.

Elektronladdningens kvantisering är så exakt att den används för att definiera resistansstandarden. Noggrannhet: 1 del på 10⁹. Fundamentala konstanter definierar alla enheter sedan 2019.

mAh mäter laddning (hur många elektroner). Wh mäter energi (laddning × spänning). Samma mAh vid olika spänningar = olika energi. Använd Wh för att jämföra batterier över olika spänningar. Wh = mAh × V ÷ 1000.

Märkt kapacitet är nominell, inte användbar. Li-jon: urladdas från 4,2V (full) till 3,0V (tom), men att stanna vid 20% bevarar livslängden. Omvandlingsförluster, värme och åldrande minskar den effektiva kapaciteten. Förvänta dig 80-90% av det märkta.

Inte bara ett enkelt kapacitetsförhållande. 20 000 mAh powerbank: ~70-80% effektiv (spänningsomvandling, värme). Effektivt: 16 000 mAh. För en 3 000 mAh telefon: 16 000 ÷ 3 000 ≈ 5 laddningar. Verkliga världen: 4-5.

Elementarladdning (e = 1,602×10⁻¹⁹ C) är laddningen hos en proton eller elektron. All laddning är kvantiserad i multiplar av e. Fundamental för kvantmekanik, definierar finstrukturkonstanten. Sedan 2019 är e exakt per definition.

Ja! Negativ laddning betyder ett överskott av elektroner, positiv betyder ett underskott. Total laddning är algebraisk (kan ta ut varandra). Elektroner: -e. Protoner: +e. Objekt: typiskt nära neutrala (lika mycket + och -). Lika laddningar stöter bort, olika attraherar.

Li-jon: kemiska reaktioner bryter långsamt ner elektrodmaterialen. Varje laddningscykel orsakar små oåterkalleliga förändringar. Djupurladdning (<20%), hög temperatur, snabbladdning accelererar åldrandet. Moderna batterier: 500-1000 cykler till 80% kapacitet.