Coulomb
Afledt SI-enhed · størrelse: elektrisk ladning
01 · Definition
Coulomb hængte en ladet kugle i en tynd tråd og målte frastødningskraften på snoningsvinklen. Sådan fandt man den lov, der holder hele elektrostatikken sammen.
Én coulomb er den ladning, der ved en strøm på én ampere passerer ledningen på ét sekund. For statisk elektricitet er det meget, for lysnettet ganske lidt: et lyn fører snesevis af coulomb med sig, mens udladningen fra en syntetisk trøje er mikrocoulomb. En mobils batteri rummer omkring elleve tusind coulomb, selv om man plejer at tælle dem i milliamperetimer. Siden 2019 er kæden vendt om: elementarladningen er fastlagt som et eksakt tal, og en coulomb er nu præcis 6 241 509 074 460 762 607,776 elementarladninger.
En kam, der er ladet mod håret, bærer omkring en tiendedel mikrocoulomb; et menneske, der har gået over et tæppe, cirka en mikrocoulomb, og det er nok til en gnist på en centimeter. En tordenskys ladning når op på nogle få snese coulomb, og ét lynnedslag fører fem til tredive med sig. Alt, hvad et elektroskop viser, ligger i milliardtedele af enheden: kraften mellem ladninger aftager med kvadratet på afstanden og vokser så hurtigt, at legemerne skubber hinanden fra sig længe før noget nævneværdigt har nået at samle sig.
02 · Omregning
Indtast en ladning — databladet folder den ud i alle enheder
Amperetimen er den samme ladning, blot med timen i stedet for sekundet: faktoren er præcis 3600. Faraday er ladningen af et mol elektroner, elektrokemiens enhed.
Faraday binder elektriciteten til kemien: for at udskille ét mol af et enværdigt stof på en elektrode skal der sendes 96 485 coulomb igennem. Heraf fås Faradays konstant ved at gange elektronens ladning med Avogadros tal, og siden 2019 er begge faktorer eksakte — altså er også den det. På denne lov hviler hele galvanoteknikken: belægningens tykkelse regnes ud fra den passerede ladning, ikke fra tid eller spænding.
| Enhed | Navn | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, SI-enhed | 1 | fysik, elektroteknik |
| mC | millicoulomb | 1000 | blitz, defibrillatorer |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | statisk elektricitet |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatik, støvkorn |
| A·h | amperetime | 2,778·10⁻⁴ | akkumulatorer, batterier |
| mA·h | milliamperetime | 0,2778 | telefoner, bærbare |
| statC | franklin, systemet CGS-ESU | 2,998·10⁹ | ældre teoretisk fysik |
| abC | abcoulomb, systemet CGS-EMU | 0,1 | elektromagnetisk CGS |
| faraday | ladningen af et mol elektroner | 1,036·10⁻⁵ | elektrokemi, galvanoteknik |
| e | elementarladning | 6,242·10¹⁸ | atom- og kernefysik |
| A·h | amperetime | 2,778·10⁻⁴ | energiteknik, akkumulatorer |
| C | coulomb | 1 | dette blads udgangsenhed |
Amperetimen er den samme ladning, blot med timen i stedet for sekundet: faktoren er præcis 3600. Faraday er ladningen af et mol elektroner, elektrokemiens enhed.
03 · Størrelsesordener
fra elektronen til tordenskyenÉn coulomb: en ampere i et sekund
04 · Måleinstrumenter
Hvad ladning måles med
To guldblade spreder sig desto mere, jo større ladningen på deres fælles stang er. Instrumentet viser potentialet, og ladningen fås ved at gange med en kendt kapacitans. Det fanger brøkdele af en picocoulomb og trækker ingen strøm — derfor lever det videre fra attenhundredtallet.
En elektrolytisk celle, hvor den passerede ladning bliver til masse af aflejret metal. Elektroden vejes før og efter, og Faradays lov giver ladningen. Langsom, men til gengæld absolut: resultatet afhænger ikke af nogen elektrisk normal.
Coulombs eget instrument: en ladet kugle på en vægtstang stødes fra af en fast, tråden snor sig, og drejningsvinklen giver kraften. Sådan blev loven om omvendte kvadrater fastslået i 1785 — ved måling, ikke ved gætteri.
En chip i batteriet måler uafbrudt strømmen over en shunt og summerer den over tiden, hvorved den forbrugte ladning fremkommer. Netop denne størrelse, og ikke spændingen, viser batteriprocenten på telefonen — ganske vist med en fejl, der hober sig op og nulstilles ved fuld opladning.
05 · Skriveregler
Stort C — men ikke grad Celsius
Ét og samme tegn er optaget to gange i SI: uden gradtegnet er det ladning, med det temperatur. Amperetimen er ikke en SI-enhed, men er tilladt i praksis; den skrives med gangeprik: A·h, ikke Ah og ikke A/h. Betegnelsen for størrelsen ladning er et kursivt Q, for enheden et opret C: i Q = 4,5 C skiller kursiv og opret skrift betydningerne. Den russiske betegnelse er Кл. Ladning kan være negativ, og fortegnet hører med til værdien: −1,6·10⁻¹⁹ C for elektronen, +1,6·10⁻¹⁹ C for protonen. Deres talværdier stemmer nøjagtigt overens.
Betegnelsen for størrelsen ladning er et kursivt Q, for enheden et opret C: i formlen Q = 4,5 C bærer kursiven og den oprette skrift forskellen. Den russiske betegnelse er Кл. Amperetimen skrives med prik i halv højde eller med mellemrum mellem tegnene, aldrig sammen: A·h, ikke Ah. Et enkeltstående lille c er præfikset centi- og tegnet for lysets hastighed, som intet har med ladning at gøre.
06 · Naboenheder
Coulomben står mellem strøm og spænding: strømmen er ladning per sekund, kapacitansen ladning per volt. Begge sammenhænge kan stå på én linje.
Blandt Simetriums datablade står ved siden af coulomben ampere, hvis ladning per sekund den netop er, farad og volt fra den samme formel, amperetime som dagligdags mål for den samme ladning, og mol, hvorigennem ladningen hænger sammen med stofmængden.
07 · Historisk afsnit
En ladning man lærte at tælle, før man forstod den
Charles Coulomb hængte en vægtstang i en tynd sølvtråd og målte kraften mellem ladede kugler på snoningsvinklen. At kraften aftager med kvadratet på afstanden kom ud af forsøget, selv om der tidligere var fremsat gæt om det.
Den internationale elektrikerkongres uddelte navne til flere enheder på én gang: volt, ampere, ohm, coulomb og farad opstod i samme år. Ladningen blev defineret gennem strømmen og ikke omvendt — strøm var lettere at måle.
Robert Millikan holdt ladede oliedråber i ligevægt med et elektrisk felt og fandt, at deres ladninger var multipla af én enkelt størrelse. Dermed var ladningens diskrete natur bevist og elementarladningens værdi fundet — med en halv procents fejl på grund af en forkert viskositet for luft. Den internationale coulomb blev fastlagt med et sølvcoulombmeter: den ladning, der aflejrer 1,118 milligram sølv. Fra den nuværende afveg den i femte ciffer.
Amperen blev omdefineret ved en fastlagt elektronladning, og coulomben fik et andet, eksakt mål: et helt antal elementarladninger. Den gamle definition af amperen ved kraften mellem ledere forsvandt sammen med den magnetiske konstant, der ophørte med at være eksakt.
En enhed uden normal — og uden behov for en
Ladning opbevares ikke: enhver samlet coulomb siver bort gennem isoleringen, gennem luften og hen over sin egen overflade i løbet af få timer. Derfor findes der ingen coulombnormal som genstand og har aldrig gjort — enheden realiseres ved at måle strømmen over et tidsinterval og siden 2019 tillige ved at tælle elektroner. Enkeltelektronpumper sender én elektron per takt gennem en kvanteprik: en milliard takter i sekundet giver en strøm på omkring hundrede og tres picoampere, kendt med en nøjagtighed, som klassiske metoder ikke kan nå. At lukke trekanten volt — ampere — ohm med kvanteeffekter og få coulomben ad en tredje uafhængig vej er endnu ikke lykkedes for metrologien: afvigelserne ligger på milliardtedelsniveau, og det er netop dem, der i dag sætter grænsen for de elektriske målingers nøjagtighed.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-grundenheder, toogtyve afledte med egne navne og de enheder uden for systemet, som hverken teknikken eller hverdagen klarer sig uden. Hver har sit eget blad: definition, omregning, instrumenter, skriveregler. På 30 sprog.
Afledte SI-enheder med eget navn
databladet for coulomb er åbnetSI-grundenheder
i terrakotta — amperen og sekundet, som coulomben består afLadningen i andre systemer
Databladets sprog
30 sprog. Tegnet C er internationalt, men det dagligdags mål for ladning er forskelligt: i nogle lande angives batterikapaciteten i milliamperetimer, i andre i watttimer.