برقی چارج وہ طبعی خاصیت ہے جو ذرات کو برقی مقناطیسی قوت کا تجربہ کرنے کا سبب بنتی ہے۔ یہ مثبت اور منفی میں آتی ہے۔ ایک جیسے چارج ایک دوسرے کو دفع کرتے ہیں، مخالف چارج ایک دوسرے کو کھینچتے ہیں۔ تمام کیمیا اور الیکٹرانکس کے لیے بنیادی۔

• 1 کولمب = 6.24×10¹⁸ الیکٹران
• پروٹون: +1e، الیکٹران: -1e
• چارج محفوظ ہے (کبھی پیدا یا تباہ نہیں ہوتا)
• e = 1.602×10⁻¹⁹ C کے ضرب میں کوانٹائزڈ

کرنٹ (I) چارج کے بہاؤ کی شرح ہے۔ Q = I × t۔ 1 ایمپیئر = 1 کولمب فی سیکنڈ۔ Ah میں بیٹری کی صلاحیت چارج ہے، کرنٹ نہیں۔ 1 Ah = 3600 C۔

• کرنٹ = چارج فی وقت (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s (تعریف)
• 1 Ah = 3600 C (1 گھنٹے کے لیے 1 ایمپیئر)
• mAh چارج کی صلاحیت ہے، طاقت نہیں

بیٹریاں چارج ذخیرہ کرتی ہیں۔ Ah یا mAh (چارج) یا Wh (توانائی) میں درجہ بندی کی جاتی ہے۔ Wh = Ah × وولٹیج۔ فون کی بیٹری: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh۔ وولٹیج توانائی کے لیے اہم ہے، چارج کے لیے نہیں۔

• mAh = ملی ایمپیئر-آور (چارج)
• Wh = واٹ-آور (توانائی = چارج × وولٹیج)
• زیادہ mAh = طویل چلنے کا وقت (ایک ہی وولٹیج پر)
• 3000 mAh ≈ 10,800 کولمب

چارج کو مقداری طور پر سمجھنے سے پہلے، سائنسدانوں نے جامد بجلی اور پراسرار 'برقی سیال' کا مطالعہ کیا۔ بیٹریوں کی ایجاد نے مسلسل چارج کے بہاؤ کی درست پیمائش کو ممکن بنایا۔

• 1600: ولیم گلبرٹ نے بجلی کو مقناطیسیت سے ممتاز کیا، 'الیکٹرک' کی اصطلاح وضع کی
• 1733: چارلس ڈو فے نے بجلی کی دو اقسام (مثبت اور منفی) دریافت کیں
• 1745: لیڈن جار ایجاد ہوا — پہلا کپیسیٹر، قابل پیمائش چارج ذخیرہ کرتا ہے
• 1785: کولمب نے برقی قوت کے لیے معکوس مربع قانون F = k(q₁q₂/r²) شائع کیا
• 1800: وولٹا نے بیٹری ایجاد کی — مسلسل، قابل پیمائش چارج کے بہاؤ کو ممکن بنایا
• 1833: فیراڈے نے الیکٹرولیسس کے قوانین دریافت کیے — چارج کو کیمیا سے جوڑا (فیراڈے مستقل)

کولمب الیکٹرو کیمیکل معیارات پر مبنی عملی تعریفوں سے ترقی کر کے ایمپیئر اور سیکنڈ سے منسلک جدید تعریف تک پہنچا۔

• 1881: پہلا عملی کولمب چاندی کی الیکٹروپلیٹنگ کے معیار کے ذریعے بیان کیا گیا
• 1893: شکاگو ورلڈ فیئر نے بین الاقوامی استعمال کے لیے کولمب کو معیاری بنایا
• 1948: CGPM نے کولمب کو 1 ایمپیئر-سیکنڈ (1 C = 1 A·s) کے طور پر بیان کیا
• 1960-2018: ایمپیئر کو متوازی کنڈکٹرز کے درمیان قوت سے بیان کیا گیا، جس سے کولمب بالواسطہ ہو گیا
• مسئلہ: ایمپیئر کی قوت پر مبنی تعریف کو اعلیٰ درستگی کے ساتھ حاصل کرنا مشکل تھا
• 1990 کی دہائی-2010 کی دہائی: کوانٹم میٹرولوجی (جوزفسن اثر، کوانٹم ہال اثر) نے الیکٹران کی گنتی کو ممکن بنایا

20 مئی 2019 کو، ابتدائی چارج کو بالکل درست طور پر طے کر دیا گیا، جس سے ایمپیئر کی نئی تعریف ہوئی اور کولمب کو بنیادی مستقلات سے دوبارہ پیدا کرنے کے قابل بنایا گیا۔

• نئی تعریف: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C بالکل (تعریف کے مطابق صفر غیر یقینی)
• ابتدائی چارج اب ایک متعین مستقل ہے، نہ کہ ایک پیمائش شدہ قدر
• 1 کولمب = 6.241509074 × 10¹⁸ ابتدائی چارجز (بالکل)
• سنگل-الیکٹران ٹنلنگ ڈیوائسز درست چارج معیارات کے لیے ایک ایک کر کے الیکٹران گن سکتی ہیں
• کوانٹم میٹرولوجی مثلث: وولٹیج (جوزفسن)، مزاحمت (کوانٹم ہال)، کرنٹ (الیکٹران پمپ)
• نتیجہ: کوانٹم آلات والی کوئی بھی لیب کولمب کو آزادانہ طور پر حاصل کر سکتی ہے

2019 کی نئی تعریف الیکٹرو کیمیکل معیارات سے کوانٹم درستگی تک 135+ سال کی ترقی کی نمائندگی کرتی ہے، جو اگلی نسل کی الیکٹرانکس اور توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کو ممکن بناتی ہے۔

• بیٹری ٹیکنالوجی: الیکٹرک گاڑیوں، گرڈ اسٹوریج کے لیے زیادہ درست صلاحیت کی پیمائش
• کوانٹم کمپیوٹنگ: کیوبٹس اور سنگل-الیکٹران ٹرانزسٹرز میں چارج کا درست کنٹرول
• میٹرولوجی: قومی لیبز بغیر حوالہ جاتی نمونوں کے کولمب کو آزادانہ طور پر حاصل کر سکتی ہیں
• کیمیا: فیراڈے مستقل اب بالکل درست ہے، جو الیکٹرو کیمسٹری کے حسابات کو بہتر بناتا ہے
• صارفی الیکٹرانکس: بیٹری کی صلاحیت کی درجہ بندی اور تیز چارجنگ پروٹوکولز کے لیے بہتر معیارات

• mAh سے C کا شارٹ کٹ: 3.6 سے ضرب دیں → 1000 mAh = 3600 C بالکل
• Ah سے C: 3600 سے ضرب دیں → 1 Ah = 3600 C (1 گھنٹے کے لیے 1 ایمپیئر)
• فوری mAh سے Wh (3.7V): تقریباً 270 سے تقسیم کریں → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh سے mAh (3.7V): تقریباً 270 سے ضرب دیں → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• ابتدائی چارج: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (1.602 سے گول کیا ہوا)
• فیراڈے مستقل: F ≈ 96,500 C/mol (96,485 سے گول کیا ہوا)

بیٹری کی درجہ بندی کو سمجھنا چارج (mAh)، وولٹیج (V)، اور توانائی (Wh) کے درمیان الجھن کو روکتا ہے۔ یہ اصول وقت اور پیسہ بچاتے ہیں۔

• mAh چارج کی پیمائش کرتا ہے، نہ کہ طاقت یا توانائی کی — یہ بتاتا ہے کہ آپ کتنے الیکٹران منتقل کر سکتے ہیں
• توانائی حاصل کرنے کے لیے: Wh = mAh × V ÷ 1000 (وولٹیج بہت اہم ہے!)
• مختلف وولٹیج پر ایک ہی mAh = مختلف توانائی (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
• پاور بینکس: 70-80% قابل استعمال صلاحیت کی توقع کریں (وولٹیج کی تبدیلی کے نقصانات)
• چلنے کا وقت = صلاحیت ÷ کرنٹ: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 گھنٹے (مثالی، 20% مارجن شامل کریں)
• Li-ion کی عام خصوصیات: 3.7V نامی، 4.2V مکمل، 3.0V خالی (قابل استعمال رینج ~80%)

• کرنٹ سے چارج: Q = I × t (کولمب = ایمپیئر × سیکنڈ)
• چلنے کا وقت: t = Q / I (گھنٹے = ایمپیئر-آورز / ایمپیئر)
• چارج سے توانائی: E = Q × V (واٹ-آورز = ایمپیئر-آورز × وولٹ)
• کارکردگی کے مطابق: قابل استعمال = درجہ بند × 0.8 (نقصانات کا حساب رکھیں)
• الیکٹرولیسس: Q = n × F (کولمب = الیکٹران کے مولز × فیراڈے مستقل)
• کپیسیٹر کی توانائی: E = ½CV² (جولز = ½ فیراڈ × وولٹ²)

• mAh کو mWh کے ساتھ الجھانا — چارج بمقابلہ توانائی (تبدیل کرنے کے لیے وولٹیج کی ضرورت ہے!)
• بیٹریوں کا موازنہ کرتے وقت وولٹیج کو نظر انداز کرنا — توانائی کے موازنہ کے لیے Wh کا استعمال کریں
• 100% پاور بینک کی کارکردگی کی توقع کرنا — 20-30% حرارت اور وولٹیج کی تبدیلی میں ضائع ہو جاتا ہے
• C (کولمب) کو C (ڈسچارج ریٹ) کے ساتھ ملانا — بالکل مختلف معنی!
• یہ فرض کرنا کہ mAh = چلنے کا وقت — کرنٹ ڈرا جاننے کی ضرورت ہے (چلنے کا وقت = mAh ÷ mA)
• Li-ion کو 20% سے نیچے گہرا ڈسچارج کرنا — زندگی کو مختصر کرتا ہے، درجہ بند صلاحیت ≠ قابل استعمال صلاحیت

کولمب (C) چارج کے لیے SI کی بنیادی اکائی ہے۔ ایمپیئر اور سیکنڈ سے بیان کی گئی: 1 C = 1 A·s۔ پیکو سے کلو تک کے سابقے تمام عملی حدود کا احاطہ کرتے ہیں۔

• 1 C = 1 A·s (بالکل درست تعریف)
• mC, µC, nC چھوٹے چارجز کے لیے
• pC, fC, aC کوانٹم/درست کام کے لیے
• kC بڑے صنعتی نظاموں کے لیے

ایمپیئر-آور (Ah) اور ملی ایمپیئر-آور (mAh) بیٹریوں کے لیے معیاری ہیں۔ عملی ہیں کیونکہ وہ براہ راست کرنٹ ڈرا اور چلنے کے وقت سے متعلق ہیں۔ 1 Ah = 3600 C۔

• mAh — اسمارٹ فونز، ٹیبلٹس، ایئربڈز
• Ah — لیپ ٹاپ، پاور ٹولز، کار کی بیٹریاں
• kAh — الیکٹرک گاڑیاں، صنعتی UPS
• Wh — توانائی کی صلاحیت (وولٹیج پر منحصر)

ابتدائی چارج (e) طبیعیات میں بنیادی اکائی ہے۔ فیراڈے مستقل کیمیا میں۔ CGS اکائیاں (اسٹیٹ کولمب، ایبکولمب) پرانی نصابی کتابوں میں۔

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C (ابتدائی چارج)
• F = 96,485 C (فیراڈے مستقل)
• 1 اسٹیٹ C ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 ایب C = 10 C (EMU)

تمام چارج ابتدائی چارج e کے ضرب میں کوانٹائزڈ ہیں۔ آپ 1.5 الیکٹران نہیں رکھ سکتے۔ کوارکس کا چارج کسری ہوتا ہے (⅓e, ⅔e) لیکن وہ کبھی اکیلے موجود نہیں ہوتے۔

• سب سے چھوٹا آزاد چارج: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• الیکٹران: -1e، پروٹون: +1e
• تمام اشیاء کا چارج N×e ہوتا ہے (N ایک عدد صحیح ہے)
• ملیکین کے تیل کے قطرے کے تجربے نے کوانٹائزیشن کو ثابت کیا (1909)

الیکٹران کے 1 مول میں 96,485 C چارج ہوتا ہے۔ اسے فیراڈے مستقل (F) کہا جاتا ہے۔ الیکٹرو کیمسٹری اور بیٹری کیمسٹری کے لیے بنیادی۔

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 مول e⁻ = 6.022×10²³ الیکٹران
• الیکٹرولیسس کے حسابات میں استعمال ہوتا ہے
• چارج کو کیمیائی تعاملات سے جوڑتا ہے

چارجز کے درمیان قوت: F = k(q₁q₂/r²)। ایک جیسے چارج ایک دوسرے کو دفع کرتے ہیں، مخالف چارج کھینچتے ہیں۔ فطرت کی بنیادی قوت۔ تمام کیمیا اور الیکٹرانکس کی وضاحت کرتا ہے۔

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂ (چارجز کا حاصل ضرب)
• F ∝ 1/r² (معکوس مربع قانون)
• ایٹمی ساخت، بانڈنگ کی وضاحت کرتا ہے

ہر بیٹری سے چلنے والے آلے کی ایک صلاحیت کی درجہ بندی ہوتی ہے۔ اسمارٹ فونز: 2500-5000 mAh۔ لیپ ٹاپ: 40-100 Wh۔ پاور بینکس: 10,000-30,000 mAh۔

• iPhone 15: ~3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro: ~100 Wh (ایئر لائن کی حد)
• AirPods: ~500 mAh (مشترکہ)
• پاور بینک: 20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

EV بیٹریوں کی درجہ بندی kWh (توانائی) میں ہوتی ہے، لیکن صلاحیت پیک وولٹیج پر kAh میں ہوتی ہے۔ Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah۔ فونز کے مقابلے میں بہت بڑا!

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

الیکٹروپلیٹنگ، الیکٹرولیسس، کپیسیٹر بینکس، UPS سسٹمز سب میں بڑے چارج کی منتقلی شامل ہے۔ صنعتی UPS: 100+ kAh صلاحیت۔ سپر کپیسیٹرز: فیراڈ (C/V)۔

• الیکٹروپلیٹنگ: 10-1000 Ah کے عمل
• صنعتی UPS: 100+ kAh بیک اپ
• سپر کپیسیٹر: 3000 F = 3000 C/V
• بجلی کی کڑک: ~15 C عام

mAh کو 3.6 سے ضرب دیں تاکہ کولمب حاصل ہوں۔ 1000 mAh = 3600 C۔

• 1 mAh = 3.6 C (بالکل)
• 1 Ah = 3600 C
• فوری: mAh × 3.6 → C
• مثال: 3000 mAh = 10,800 C

mAh کو ~270 سے تقسیم کریں تاکہ 3.7V Li-ion وولٹیج پر Wh حاصل ہوں۔

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• 3.7V پر: Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• وولٹیج توانائی کے لیے اہم ہے!

چلنے کا وقت (گھنٹے) = بیٹری (mAh) ÷ کرنٹ (mA)۔ 300 mA پر 3000 mAh = 10 گھنٹے۔

• چلنے کا وقت = صلاحیت ÷ کرنٹ
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 گھنٹے
• زیادہ کرنٹ = کم چلنے کا وقت
• کارکردگی کے نقصانات: 80-90% کی توقع کریں

3500 mAh کی بیٹری۔ ایپ 350 mA استعمال کرتی ہے۔ کب تک چلے گی؟

چلنے کا وقت = صلاحیت ÷ کرنٹ = 3500 ÷ 350 = 10 گھنٹے (مثالی)۔ حقیقی: ~8-9 گھنٹے (کارکردگی کے نقصانات)۔

20,000 mAh کا پاور بینک۔ 3,000 mAh کا فون چارج کرنا ہے۔ کتنی بار مکمل چارج ہوگا؟

کارکردگی کا حساب (~80%) لگائیں: 20,000 × 0.8 = 16,000 مؤثر۔ 16,000 ÷ 3,000 = 5.3 چارجز۔

تانبے کا 1 مول جمع کرنا (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)۔ کتنے کولمب درکار ہیں؟

تانبے کے ہر مول کے لیے 2 مول e⁻۔ 2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah۔

آپ کے جسم میں ~10²⁸ پروٹون اور اتنے ہی الیکٹران ہیں۔ اگر آپ 0.01% الیکٹران کھو دیں، تو آپ 10⁹ نیوٹن کی دفع کی قوت محسوس کریں گے—جو عمارتوں کو کچلنے کے لیے کافی ہے!

بجلی کی کڑک: صرف ~15 C چارج، لیکن 1 ارب وولٹ! توانائی = Q×V، لہذا 15 C × 10⁹ V = 15 GJ۔ یہ 4.2 MWh ہے—جو آپ کے گھر کو مہینوں تک بجلی دے سکتا ہے!

کلاسیکی سائنس کا مظاہرہ لاکھوں وولٹ تک چارج بناتا ہے۔ کل چارج؟ صرف ~10 µC۔ چونکا دینے والا لیکن محفوظ—کم کرنٹ۔ وولٹیج ≠ خطرہ، کرنٹ مارتا ہے۔

کار کی بیٹری: 60 Ah = 216,000 C، گھنٹوں میں خارج ہوتی ہے۔ سپر کپیسیٹر: 3000 F = 3000 C/V، سیکنڈوں میں خارج ہوتا ہے۔ توانائی کی کثافت بمقابلہ طاقت کی کثافت۔

1909: ملیکین نے چارج شدہ تیل کے قطروں کو گرتے ہوئے دیکھ کر ابتدائی چارج کی پیمائش کی۔ انہوں نے پایا کہ e = 1.592×10⁻¹⁹ C (جدید: 1.602)۔ 1923 کا نوبل انعام جیتا۔

الیکٹران کے چارج کی کوانٹائزیشن اتنی درست ہے کہ اسے مزاحمت کے معیار کی تعریف کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ درستگی: 10⁹ میں 1 حصہ۔ 2019 سے تمام اکائیاں بنیادی مستقلات سے بیان کی جاتی ہیں۔

mAh چارج (کتنے الیکٹران) کی پیمائش کرتا ہے۔ Wh توانائی (چارج × وولٹیج) کی پیمائش کرتا ہے۔ مختلف وولٹیج پر ایک ہی mAh = مختلف توانائی۔ وولٹیج کے پار بیٹریوں کا موازنہ کرنے کے لیے Wh کا استعمال کریں۔ Wh = mAh × V ÷ 1000۔

درجہ بند صلاحیت نامی ہے، قابل استعمال نہیں۔ Li-ion: 4.2V (مکمل) سے 3.0V (خالی) تک ڈسچارج، لیکن 20% پر رکنے سے زندگی محفوظ رہتی ہے۔ تبدیلی کے نقصانات، حرارت، اور عمر بڑھنے سے مؤثر صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔ درجہ بند کا 80-90% کی توقع کریں۔

صرف صلاحیت کا تناسب نہیں۔ 20,000 mAh کا پاور بینک: ~70-80% کارکردگی (وولٹیج کی تبدیلی، حرارت)۔ مؤثر: 16,000 mAh۔ 3,000 mAh کے فون کے لیے: 16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 چارجز۔ حقیقی دنیا میں: 4-5۔

ابتدائی چارج (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) ایک پروٹون یا الیکٹران کا چارج ہے۔ تمام چارج e کے ضرب میں کوانٹائزڈ ہے۔ کوانٹم میکینکس کے لیے بنیادی، فائن اسٹرکچر مستقل کی تعریف کرتا ہے۔ 2019 سے، e تعریف کے مطابق بالکل درست ہے۔

ہاں! منفی چارج کا مطلب الیکٹران کی زیادتی ہے، مثبت کا مطلب کمی ہے۔ کل چارج الجبری ہے (منسوخ ہو سکتا ہے)۔ الیکٹران: -e۔ پروٹون: +e۔ اشیاء: عام طور پر قریب قریب غیر جانبدار (برابر + اور -)۔ ایک جیسے چارج ایک دوسرے کو دفع کرتے ہیں، مخالف چارج کھینچتے ہیں۔

Li-ion: کیمیائی تعاملات آہستہ آہستہ الیکٹروڈ مواد کو خراب کرتے ہیں۔ ہر چارج سائیکل چھوٹے ناقابل واپسی تبدیلیاں لاتا ہے۔ گہرا ڈسچارج (<20%)، زیادہ درجہ حرارت، تیز چارجنگ عمر بڑھنے کو تیز کرتی ہے۔ جدید بیٹریاں: 80% صلاحیت تک 500-1000 سائیکل۔