电荷是使粒子经历电磁力的物理属性。分为正负两种。同种电荷相斥，异种电荷相吸。对所有化学和电子学都至关重要。

• 1 库仑 = 6.24×10¹⁸ 个电子
• 质子：+1e，电子：-1e
• 电荷守恒（永不被创造或毁灭）
• 以 e = 1.602×10⁻¹⁹ C 的倍数量化

电流 (I) 是电荷的流动速率。Q = I × t。1 安培 = 每秒 1 库仑。电池容量以 Ah 为单位是电荷，不是电流。1 Ah = 3600 C。

• 电流 = 电荷 / 时间 (I = Q/t)
• 1 A = 1 C/s（定义）
• 1 Ah = 3600 C（1 安培持续 1 小时）
• mAh 是电荷容量，不是功率

电池存储电荷。以 Ah 或 mAh（电荷）或 Wh（能量）为额定单位。Wh = Ah × 电压。手机电池：3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh。电压对能量很重要，对电荷不重要。

• mAh = 毫安时（电荷）
• Wh = 瓦时（能量 = 电荷 × 电压）
• 较高的 mAh = 较长的运行时间（相同电压）
• 3000 mAh ≈ 10,800 库仑

在量化理解电荷之前，科学家们探索了静电和神秘的“电流体”。电池的发明使得对连续电荷流的精确测量成为可能。

• 1600年：威廉·吉尔伯特区分电与磁，创造“electric”一词
• 1733年：查尔斯·杜·费伊发现两种电荷（正电和负电）
• 1745年：莱顿瓶发明 — 第一个电容器，可存储可测量的电荷
• 1785年：库仑发表电力反平方定律 F = k(q₁q₂/r²)
• 1800年：伏打发明电池 — 实现连续、可测量的电荷流
• 1833年：法拉第发现电解定律 — 将电荷与化学联系起来（法拉第常数）

库仑从基于电化学标准的实用定义，演变为与安培和秒相关的现代定义。

• 1881年：通过镀银标准定义了第一个实用库仑
• 1893年：芝加哥世界博览会将库仑标准化以供国际使用
• 1948年：国际计量大会 (CGPM) 将库仑定义为 1 安培秒 (1 C = 1 A·s)
• 1960-2018年：安培由平行导线间的力定义，使库仑成为间接单位
• 问题：基于力的安培定义难以高精度实现
• 1990年代-2010年代：量子计量学（约瑟夫森效应、量子霍尔效应）实现了电子计数

2019 年 5 月 20 日，基本电荷被精确固定，重新定义了安培，并使库仑可从基本常数中再现。

• 新定义：e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C 精确值（根据定义，不确定性为零）
• 基本电荷现在是一个已定义的常数，而不是一个测量值
• 1 库仑 = 6.241509074 × 10¹⁸ 基本电荷（精确值）
• 单电子隧穿设备可以逐个计算电子，以实现精确的电荷标准
• 量子计量学三角：电压（约瑟夫森）、电阻（量子霍尔）、电流（电子泵）
• 结果：任何拥有量子设备的实验室都可以独立实现库仑

2019 年的重新定义代表了从电化学标准到量子精度的 135 多年进步，为下一代电子产品和能源存储提供了可能。

• 电池技术：对电动汽车、电网存储的容量测量更准确
• 量子计算：在量子比特和单电子晶体管中精确控制电荷
• 计量学：国家实验室可以独立实现库仑，无需参考实物标准器
• 化学：法拉第常数现在是精确值，改善了电化学计算
• 消费电子产品：为电池容量额定值和快速充电协议提供更好的标准

• mAh 转 C 捷径：乘以 3.6 → 1000 mAh = 3600 C 精确值
• Ah 转 C：乘以 3600 → 1 Ah = 3600 C（1 安培持续 1 小时）
• 快速 mAh 转 Wh (3.7V)：除以约 270 → 3000 mAh ≈ 11 Wh
• Wh 转 mAh (3.7V)：乘以约 270 → 11 Wh ≈ 2970 mAh
• 基本电荷：e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C（从 1.602 四舍五入）
• 法拉第常数：F ≈ 96,500 C/mol（从 96,485 四舍五入）

了解电池额定值可避免混淆电荷 (mAh)、电压 (V) 和能量 (Wh)。这些规则可以节省时间和金钱。

• mAh 测量的是电荷，而不是功率或能量 — 它是您可以移动多少电子
• 要获得能量：Wh = mAh × V ÷ 1000（电压至关重要！）
• 不同电压下相同的 mAh = 不同的能量（12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh）
• 移动电源：预期可用容量为 70-80%（电压转换损失）
• 运行时间 = 容量 ÷ 电流：3000 mAh ÷ 300 mA = 10 小时（理想情况，增加 20% 的余裕）
• 锂离子电池典型值：3.7V 标称电压，4.2V 满电，3.0V 空电（可用范围约 80%）

• 由电流计算电荷：Q = I × t（库仑 = 安培 × 秒）
• 运行时间：t = Q / I（小时 = 安培时 / 安培）
• 由电荷计算能量：E = Q × V（瓦时 = 安培时 × 伏特）
• 效率调整后：可用 = 额定 × 0.8（考虑损失）
• 电解：Q = n × F（库仑 = 电子摩尔数 × 法拉第常数）
• 电容器能量：E = ½CV²（焦耳 = ½ 法拉 × 伏特²）

• 混淆 mAh 和 mWh — 电荷 vs 能量（需要电压才能转换！）
• 比较电池时忽略电压 — 使用 Wh 进行能量比较
• 期望移动电源效率为 100% — 20-30% 因热量和电压转换而损失
• 混淆 C（库仑）和 C（放电率） — 意义完全不同！
• 假设 mAh = 运行时间 — 需要知道电流消耗（运行时间 = mAh ÷ mA）
• 将锂离子电池深度放电至 20% 以下 — 缩短寿命，额定容量 ≠ 可用容量

库仑 (C) 是 SI 的电荷基本单位。由安培和秒定义：1 C = 1 A·s。从皮到千的词头涵盖了所有实用范围。

• 1 C = 1 A·s（精确定义）
• mC、µC、nC 用于小电荷
• pC、fC、aC 用于量子/精密工作
• kC 用于大型工业系统

安培时 (Ah) 和毫安时 (mAh) 是电池的标准单位。因为它们直接与电流消耗和运行时间相关，所以很实用。1 Ah = 3600 C。

• mAh — 智能手机、平板电脑、耳机
• Ah — 笔记本电脑、电动工具、汽车电池
• kAh — 电动汽车、工业 UPS
• Wh — 能量容量（与电压相关）

基本电荷 (e) 是物理学中的基本单位。法拉第常数用于化学。CGS 单位（静电库仑、电磁库仑）出现在旧教科书中。

• e = 1.602×10⁻¹⁹ C（基本电荷）
• F = 96,485 C（法拉第常数）
• 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
• 1 abC = 10 C (EMU)

所有电荷都是基本电荷 e 的整数倍。你不能有 1.5 个电子。夸克有分数电荷（⅓e、⅔e），但从不单独存在。

• 最小自由电荷：1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
• 电子：-1e，质子：+1e
• 所有物体都有 N×e 的电荷（N 为整数）
• 密立根油滴实验证明了量子化（1909）

1 摩尔电子携带 96,485 C 的电荷。称为法拉第常数 (F)。对电化学和电池化学至关重要。

• F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
• 1 摩尔 e⁻ = 6.022×10²³ 个电子
• 用于电解计算
• 将电荷与化学反应联系起来

电荷间的力：F = k(q₁q₂/r²)。同种电荷相斥，异种电荷相吸。自然界的基本力。解释了所有化学和电子学。

• k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
• F ∝ q₁q₂（电荷的乘积）
• F ∝ 1/r²（反平方定律）
• 解释了原子结构、化学键

每个电池供电的设备都有容量额定值。智能手机：2500-5000 mAh。笔记本电脑：40-100 Wh。移动电源：10,000-30,000 mAh。

• iPhone 15：约 3,349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
• MacBook Pro：约 100 Wh（航空公司限制）
• AirPods：约 500 mAh（总和）
• 移动电源：20,000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh

电动汽车电池以 kWh（能量）为额定单位，但容量是在电池组电压下的 kAh。Tesla Model 3：75 kWh @ 350V = 214 Ah。与手机相比巨大！

• Tesla Model 3：75 kWh (214 Ah @ 350V)
• Nissan Leaf：40 kWh (114 Ah @ 350V)
• 电动汽车充电：50-350 kW 直流快充
• 家庭充电：约 7 kW (32A @ 220V)

电镀、电解、电容器组、UPS 系统都涉及大量的电荷转移。工业 UPS：100+ kAh 容量。超级电容器：法拉（C/V）。

• 电镀：10-1000 Ah 的过程
• 工业 UPS：100+ kAh 备用电源
• 超级电容器：3000 F = 3000 C/V
• 雷击：约 15 C（典型值）

将 mAh 乘以 3.6 得到库仑。1000 mAh = 3600 C。

• 1 mAh = 3.6 C（精确值）
• 1 Ah = 3600 C
• 快速：mAh × 3.6 → C
• 示例：3000 mAh = 10,800 C

将 mAh 除以约 270 得到在 3.7V 锂离子电压下的 Wh。

• Wh = mAh × V ÷ 1000
• 在 3.7V：Wh ≈ mAh ÷ 270
• 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
• 电压对能量很重要！

运行时间 (h) = 电池 (mAh) ÷ 电流 (mA)。3000 mAh 在 300 mA 下 = 10 小时。

• 运行时间 = 容量 ÷ 电流
• 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
• 较高电流 = 较短运行时间
• 效率损失：预期 80-90%

3500 mAh 电池。应用程序使用 350 mA。多久会没电？

运行时间 = 容量 ÷ 电流 = 3500 ÷ 350 = 10 小时（理想情况）。实际：约 8-9 小时（效率损失）。

20,000 mAh 移动电源。为 3,000 mAh 手机充电。可以充满几次？

考虑效率（约 80%）：20,000 × 0.8 = 16,000 有效容量。16,000 ÷ 3,000 = 5.3 次充电。

沉积 1 摩尔铜（Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu）。需要多少库仑？

每摩尔铜需要 2 摩尔电子。2 × F = 2 × 96,485 = 192,970 C ≈ 53.6 Ah。

你的身体有约 10²⁸ 个质子和等量的电子。如果你失去了 0.01% 的电子，你会感受到 10⁹ 牛顿的排斥力 — 足以压垮建筑物！

一道闪电：只有约 15 C 的电荷，但有 10 亿伏特！能量 = Q×V，所以 15 C × 10⁹ V = 15 GJ。那是 4.2 MWh — 足以供你家使用数月！

经典的科学演示将电荷建立到数百万伏特。总电荷？只有约 10 µC。令人震惊但安全 — 电流低。电压 ≠ 危险，电流致命。

汽车电池：60 Ah = 216,000 C，在数小时内释放。超级电容器：3000 F = 3000 C/V，在几秒钟内释放。能量密度 vs 功率密度。

1909 年：密立根通过观察带电油滴下落来测量基本电荷。发现 e = 1.592×10⁻¹⁹ C（现代值：1.602）。赢得 1923 年诺贝尔奖。

电子电荷量子化是如此精确，以至于被用来定义电阻标准。准确度：10⁹ 分之一。自 2019 年以来，所有单位都由基本常数定义。

mAh 测量电荷（多少电子）。Wh 测量能量（电荷 × 电压）。不同电压下相同的 mAh = 不同的能量。在不同电压间比较电池时使用 Wh。Wh = mAh × V ÷ 1000。

额定容量是标称值，不是可用值。锂离子电池：从 4.2V（满）放电到 3.0V（空），但停在 20% 可保护寿命。转换损失、热量和老化会降低有效容量。预期为额定值的 80-90%。

不仅仅是容量比。20,000 mAh 移动电源：效率约 70-80%（电压转换、热量）。有效容量：16,000 mAh。对于 3,000 mAh 手机：16,000 ÷ 3,000 ≈ 5 次充电。现实世界中：4-5 次。

基本电荷（e = 1.602×10⁻¹⁹ C）是一个质子或电子的电荷。所有电荷都是 e 的整数倍。对量子力学至关重要，定义了精细结构常数。自 2019 年以来，e 根据定义是精确值。

可以！负电荷意味着电子过剩，正电荷意味着电子不足。总电荷是代数的（可以抵消）。电子：-e。质子：+e。物体：通常接近中性（相等数量的正负电荷）。同种电荷相斥，异种电荷相吸。

锂离子电池：化学反应会慢慢降解电极材料。每个充电循环都会引起微小的不可逆变化。深度放电（<20%）、高温、快速充电会加速老化。现代电池：500-1000 次循环后容量降至 80%。