Coulomb
Odvozená jednotka SI · veličina: elektrický náboj
01 · Definice
Coulomb zavěsil nabitou kuličku na tenké vlákno a podle úhlu zkroucení změřil odpudivou sílu. Tak byl nalezen zákon, který drží pohromadě celou elektrostatiku.
Jeden coulomb je náboj, který při proudu jednoho ampéru projde vodičem za sekundu. Pro statickou elektřinu je to velmi mnoho a pro síť docela málo: blesk přenese desítky coulombů, kdežto výboj ze svetru z umělého vlákna jsou mikrocoulomby. Akumulátor telefonu uchová asi jedenáct tisíc coulombů, byť je zvykem počítat je v miliampérhodinách. Od roku 2019 se řetěz obrátil: elementární náboj je stanoven přesným číslem a coulomb je nyní přesně 6 241 509 074 460 762 607,776 elementárních nábojů.
Hřeben nabitý o vlasy nese řádově desetinu mikrocoulombu; člověk, který přešel po koberci, asi mikrocoulomb, a to už stačí na jiskru dlouhou centimetr. Náboj bouřkového mraku dosahuje několika desítek coulombů a jediný úder blesku přenese pět až třicet. Vše, co ukazuje elektroskop, leží v miliardtinách jednotky: síla mezi náboji klesá s druhou mocninou vzdálenosti a roste tak rychle, že se tělesa rozestrkají dávno předtím, než se nashromáždí cokoli znatelného.
02 · Převod
Zadejte náboj — list jej rozloží do všech jednotek
Ampérhodina je tentýž náboj, jen s hodinou místo sekundy: činitel je přesně 3600. Faraday je náboj molu elektronů, jednotka elektrochemie.
Faraday spojuje elektřinu s chemií: aby se na elektrodě vyloučil jeden mol jednomocné látky, musí projít 96 485 coulombů. Faradayova konstanta odtud vychází jako součin náboje elektronu a Avogadrova čísla a od roku 2019 jsou oba činitele přesné — tedy je přesná i ona. Na tomto zákoně stojí celá galvanotechnika: tloušťka povlaku se počítá z prošlého náboje, ne z času ani z napětí.
| Jednotka | Název | Hodnota | Kde se vyskytuje |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, jednotka SI | 1 | fyzika, elektrotechnika |
| mC | milicoulomb | 1000 | blesky, defibrilátory |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | statická elektřina |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatika, prachová zrnka |
| A·h | ampérhodina | 2,778·10⁻⁴ | akumulátory, baterie |
| mA·h | miliampérhodina | 0,2778 | telefony, notebooky |
| statC | franklin, soustava CGS-ES | 2,998·10⁹ | starší teoretická fyzika |
| abC | abcoulomb, soustava CGS-EM | 0,1 | elektromagnetická CGS |
| faraday | náboj molu elektronů | 1,036·10⁻⁵ | elektrochemie, galvanotechnika |
| e | elementární náboj | 6,242·10¹⁸ | atomová a jaderná fyzika |
| A·h | ampérhodina | 2,778·10⁻⁴ | energetika, akumulátory |
| C | coulomb | 1 | výchozí jednotka tohoto listu |
Ampérhodina je tentýž náboj, jen s hodinou místo sekundy: činitel je přesně 3600. Faraday je náboj molu elektronů, jednotka elektrochemie.
03 · Řády veličin
od elektronu po bouřkový mrakJeden coulomb: ampér za sekundu
04 · Měřicí přístroje
Čím se měří náboj
Dva zlaté lístky se rozevírají tím víc, čím větší je náboj na společné tyčce. Přístroj ukazuje potenciál a náboj se získá vynásobením známou kapacitou. Zachytí zlomky pikocoulombu a neodebírá proud — tím žije od osmnáctého století.
Elektrolytický článek, v němž se prošlý náboj mění v hmotnost vyloučeného kovu. Elektroda se zváží před a po a Faradayův zákon dá náboj. Pomalý, zato absolutní: výsledek nezávisí na žádných elektrických etalonech.
Přístroj samotného Coulomba: nabitá kulička na vahadle je odpuzována nehybnou, vlákno se zkroutí a úhel otočení dá sílu. Tak byl roku 1785 stanoven zákon převrácených čtverců — měřením, nikoli dohadem.
Čip v akumulátoru nepřetržitě měří proud na bočníku a sčítá jej podle času, čímž získává spotřebovaný náboj. Právě tato veličina, a ne napětí, ukazuje procento baterie v telefonu — ovšem s chybou, která se hromadí a při plném nabití se nuluje.
05 · Pravidla zápisu
Velké C — ale ne stupeň Celsia
Tentýž znak je v SI obsazen dvakrát: bez znaménka stupně je to náboj, se znaménkem teplota. Ampérhodina není jednotkou SI, ale v praxi je připuštěna; psát se má s tečkou násobení: A·h, ne Ah a ne A/h. Značka veličiny náboj je kurzivní Q, jednotky stojaté C: v zápisu Q = 4,5 C kurziva a stojaté písmo rozlišují smysl. Ruská značka je Кл. Náboj bývá záporný a znaménko je součástí hodnoty: −1,6·10⁻¹⁹ C u elektronu, +1,6·10⁻¹⁹ C u protonu. Jejich velikosti se shodují přesně.
Značka veličiny náboj je kurzivní Q, jednotky stojaté C: ve vzorci Q = 4,5 C nesou rozdíl kurziva a stojaté písmo. Ruská značka je Кл. Ampérhodina se píše s tečkou uprostřed řádku nebo s mezerou mezi značkami, nikdy dohromady: A·h, ne Ah. Samostatné malé c je předpona centi- a značka rychlosti světla, s nábojem nemají nic společného.
06 · Sousední jednotky
Coulomb stojí mezi proudem a napětím: proud je náboj za sekundu, kapacita je náboj na volt. Oba vztahy se vejdou na jeden řádek.
Z listů Simetria sousedí s coulombem ampér, jehož nábojem za sekundu právě je, farad a volt z téhož vzorce, ampérhodina jako běžná míra téhož náboje a mol, jímž je náboj spojen s látkovým množstvím.
07 · Historický oddíl
Náboj, který se lidé naučili počítat dřív, než mu porozuměli
Charles Coulomb zavěsil vahadlo na tenké stříbrné vlákno a podle úhlu zkroucení změřil sílu mezi nabitými kuličkami. Nepřímá úměrnost druhé mocnině vzdálenosti vyšla z pokusu, ačkoli dohady o ní padaly už dřív.
Mezinárodní kongres elektrotechniků rozdal jména hned několika jednotkám: volt, ampér, ohm, coulomb a farad se objevily v jednom roce. Náboj byl definován přes proud, a ne naopak — proud se měřil snáz.
Robert Millikan vyvažoval nabité kapičky oleje elektrickým polem a zjistil, že jejich náboje jsou násobky jediné veličiny. Tak byla prokázána nespojitost náboje a nalezena hodnota elementárního — s půlprocentní chybou kvůli špatné viskozitě vzduchu. Mezinárodní coulomb byl dán stříbrným coulombmetrem: náboj, který vyloučí 1,118 miligramu stříbra. Od dnešního se lišil na pátém místě.
Ampér byl nově definován pevně daným nábojem elektronu a coulomb dostal druhou, přesnou míru: celý počet elementárních nábojů. Stará definice ampéru přes sílu mezi vodiči odešla spolu s magnetickou konstantou, která přestala být přesná.
Jednotka, která nemá etalon a ani ho nepotřebuje
Náboj se neuchovává: každý nashromážděný coulomb uteče izolací, vzduchem a vlastním povrchem během několika hodin. Proto etalon coulombu jako předmět neexistuje a nikdy neexistoval — jednotka se realizuje měřením proudu za časový interval a od roku 2019 též počítáním elektronů. Jednoelektronové pumpy prohánějí kvantovou tečkou po jednom elektronu na takt: miliarda taktů za sekundu dá proud kolem sto šedesáti pikoampérů, známý s přesností pro klasické metody nedosažitelnou. Uzavřít trojúhelník volt — ampér — ohm kvantovými jevy a získat coulomb třetí nezávislou cestou se metrologům zatím nepodařilo: rozdíly leží na úrovni miliardtin a právě ony dnes určují mez přesnosti elektrických měření.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními názvy a jednotky mimo soustavu, bez nichž se neobejde technika ani běžný život. Každá má svůj list: definice, převod, přístroje, pravidla zápisu. V 30 jazycích.
Odvozené jednotky SI s vlastním názvem
otevřen list coulombuZákladní jednotky SI
terakotou — ampér a sekunda, z nichž se coulomb skládáNáboj v jiných soustavách
Jazyk listu
30 jazyků. Značka C je mezinárodní, běžná míra náboje se však liší: v jedněch zemích se kapacita akumulátorů udává v miliampérhodinách, v jiných ve watthodinách.