Elektrický náboj je základnou fyzikálnou vlastnosťou hmoty a môže byť buď kladný alebo záporný. Hmota odpudzuje inú hmotu rovnakého náboja a priťahuje inú hmotu, ktorá má opačný náboj čiže sa jedná o rozdiel týchto dvoch potenciálov. Jednotkou používanou na elektrický náboj je Coulomb [C]. Medzi ďalšie odvodené a používané jednotky elektrického náboja patria milicoulomb mC, mikrocoulomb μC; ampérhodina Ah, miliampérhodina mAh. Aj keď presná povaha náboja na základnej úrovni stále nie je známa, všeobecne sa prijíma, že predstavuje špecifický stav hmoty, ktorý sa na súčasnej úrovni vedeckých poznatkov nedá vysvetliť.

Elektrický náboj je kvantovaný, čo znamená, že náboj môže mať iba diskrétne hodnoty. Elementárny náboj je označený ako e a približne sa rovná 1.602·10 - 19 C. Elektrón má náboj - e a je to záporne nabitá častica. Naproti tomu protón je kladne nabitá častica, ktorá má náboj + e.

Intuitívnym spôsobom, ako pochopiť kvantovanú povahu náboja, je predstaviť si elektricky neutrálny objekt ako škatuľu obsahujúcu rovnaký počet protónov (kladné náboje) a elektrónov (záporný náboj). Protóny sú fixné a nemožno ich vybrať alebo pridať do škatule. Pretože počet protónov a elektrónov je rovnaký, celkový súčet elektrického náboja vo vnútri skrinky je pre elektricky neutrálne objekty nulový.

Jediným spôsobom, ako dosiahnuť, aby bol objekt negatívne nabitý, je nejako pridať do elektróny viac elektrónov. Pretože elektróny sú nedeliteľné častice, je možné pridať iba celé číslo elektrónov - človek nemôže do poľa pridať pol elektrónu. Výsledkom je, že celkový náboj objektu je N-násobok náboja jedného elektrónu, ktorý sa rovná -e · N, kde N je celé číslo. Podobne, aby bol objekt kladne nabitý, je potrebné z boxu odstrániť N elektrónov a výsledný celkový náboj objektu je v tomto prípade e · N.

Prenos náboja a jeho vytváranie

Jedným zo spôsobov, ako sa môže objekt elektricky nabiť, je trenie predmetu s iným nepodobným predmetom. Tento efekt je známy už od staroveku. Napríklad trenie sklenenej tyčinky s kúskom vlny bude mať za následok kladné nabitie sklenenej tyčinky, zatiaľ čo kúsok vlny skončí nabitý so záporným nábojom. Toto je známe ako triboelektrický jav, ktorý využíva trenie na prenos voľných elektrónov zo sklenenej tyčinky na kus vlny. Pretože elektróny nie sú v procese vytvárané alebo ničené, počet elektrónov opúšťajúcich sklenenú tyčinku sa rovná počtu elektrónov, ktoré prichádzajú na kúsok vlny. Vo výsledku sa náboj sklenenej tyčinky rovná hodnote náboja kúska vlny, ale má opačné znamienko. Ďalším spôsobom, ako nabiť objekt, je použitie elektrického prúdu pomocou zdroja energie.

Nabíjanie kondenzátora

Kondenzátory sú zariadenia, ktoré sú určené na akumuláciu elektrickej energie akumuláciou elektrického náboja na jeho elektródach. V obvode náboj opúšťa jednu elektródu kondenzátora a prichádza k druhej elektróde. Preto sa veľkosť náboja na jednej elektróde rovná hodnote náboja na druhej elektróde, ale má opačné znamienko. Čím viac náboja kondenzátor uloží, tým viac energie sa na kondenzátore uloží podľa vzorca:

kde W je uložená energia, C je kapacita a V je napätie vo voltoch na kondenzátore.

Aby ste pochopili proces nabíjania, považujte za východiskový bod úplne vybitý kondenzátor. Na nabitie kondenzátora je k jeho svorkám pripojený zdroj energie. V okamihu, keď je na kondenzátor aplikovaná energia, zdroj energie, napríklad batéria, začne nútiť elektróny, aby sa pohybovali z jednej elektródy kondenzátora na druhú. Keď sa elektróny začnú hromadiť na jednej elektróde, zvyšuje sa napätie na kondenzátore. Elektróny sa hromadia na elektróde kondenzátora, ktorý je pripojený k zápornému pólu batérie, kým sa napätie na kondenzátore nerovná napätiu na batérii. Tento proces nie je lineárny - napätie na kondenzátore sa zvyšuje exponenciálnym spôsobom. Rovnica napätia na svorkách kondenzátora ako funkcia času je:

kde V_C (t) je napätie vo voltoch na kondenzátore ako funkcia času, V_BAT je napätie batérie vo voltoch, R je sériový odpor v obvode a C je kapacita. Povaha R pochádza z vnútorného odporu batérie v kombinácii s ESR kondenzátora a akýchkoľvek ďalších rezistorov zapojených do série medzi batériou a kondenzátorom.