Culombio
Unidad derivada del SI · magnitud: carga eléctrica
01 · Definición
Coulomb colgó una bolita cargada de un hilo fino y midió la fuerza de repulsión por el ángulo de torsión. Así se halló la ley que mantiene unida toda la electrostática.
Un culombio es la carga que pasa por un hilo en un segundo con una corriente de un amperio. Es muchísimo para la estática y muy poco para la red: un rayo transporta decenas de culombios, mientras que la descarga de un jersey sintético son microculombios. La batería de un móvil almacena unos once mil culombios, aunque se acostumbra a contarlos en miliamperios-hora. Desde 2019 la cadena se ha dado la vuelta: la carga elemental está fijada por un número exacto, y el culombio son ahora exactamente 6 241 509 074 460 762 607,776 cargas elementales.
Un peine electrizado en el pelo lleva del orden de una décima de microculombio; una persona que ha cruzado una alfombra, alrededor de un microculombio, y con eso basta para una chispa de un centímetro. La carga de una nube de tormenta llega a varias decenas de culombios, y un solo rayo transporta entre cinco y treinta. Todo lo que muestra un electroscopio se mueve en milmillonésimas de la unidad: la fuerza entre cargas va como el inverso del cuadrado de la distancia y crece tan deprisa que los cuerpos se apartan mucho antes de que se acumule nada apreciable.
02 · Conversión
Introduzca una carga y la ficha la desglosará en todas las unidades
El amperio-hora es la misma carga con la hora en lugar del segundo: el factor es exactamente 3600. El faraday es la carga de un mol de electrones, la unidad de la electroquímica.
El faraday ata la electricidad a la química: para depositar en un electrodo un mol de una sustancia monovalente hay que hacer pasar 96 485 culombios. De ahí la constante de Faraday resulta de multiplicar la carga del electrón por el número de Avogadro, y desde 2019 ambos factores son exactos, de modo que ella también lo es. Sobre esta ley se sostiene toda la galvanoplastia: el espesor del recubrimiento se calcula por la carga pasada, no por el tiempo ni por la tensión.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| C | culombio, unidad del SI | 1 | física, electrotecnia |
| mC | miliculombio | 1000 | flashes, desfibriladores |
| µC | microculombio | 1000000 | electricidad estática |
| nC | nanoculombio | 1·10⁹ | electrostática, motas de polvo |
| A·h | amperio-hora | 2,778·10⁻⁴ | acumuladores, pilas |
| mA·h | miliamperio-hora | 0,2778 | teléfonos, portátiles |
| statC | franklin, sistema CGS-UES | 2,998·10⁹ | física teórica antigua |
| abC | abculombio, sistema CGS-UEM | 0,1 | CGS electromagnético |
| faraday | carga de un mol de electrones | 1,036·10⁻⁵ | electroquímica, galvanoplastia |
| e | carga elemental | 6,242·10¹⁸ | física atómica y nuclear |
| A·h | amperio-hora | 2,778·10⁻⁴ | energía, acumuladores |
| C | culombio | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
El amperio-hora es la misma carga con la hora en lugar del segundo: el factor es exactamente 3600. El faraday es la carga de un mol de electrones, la unidad de la electroquímica.
03 · Órdenes de magnitud
del electrón a la nube de tormentaUn culombio: un amperio durante un segundo
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la carga
Dos láminas de oro se separan tanto más cuanto mayor es la carga en su varilla común. El aparato indica el potencial, y la carga se obtiene multiplicando por una capacidad conocida. Capta fracciones de picoculombio y no consume corriente: por eso sigue vivo desde el siglo dieciocho.
Una celda electrolítica en la que la carga que ha pasado se convierte en masa de metal depositado. Se pesa el electrodo antes y después, y la ley de Faraday da la carga. Lento, pero absoluto: el resultado no depende de ningún patrón eléctrico.
El aparato del propio Coulomb: una bolita cargada en el extremo de una barra es repelida por otra fija, el hilo se retuerce y el ángulo de giro da la fuerza. Así se estableció en 1785 la ley del inverso del cuadrado: por medida, no por conjetura.
Un chip dentro de la batería mide sin cesar la corriente en una derivación y la suma en el tiempo, obteniendo la carga gastada. Es esta magnitud, y no la tensión, la que muestra el porcentaje de batería en el teléfono, aunque con un error que se acumula y se pone a cero en la carga completa.
05 · Reglas de escritura
C mayúscula, pero no el grado Celsius
Un mismo símbolo está tomado dos veces en el SI: sin el signo de grado es la carga, con él la temperatura. El amperio-hora no es unidad del SI pero se admite en la práctica; hay que escribirlo con punto de multiplicación: A·h, y no Ah ni A/h. El símbolo de la magnitud carga es una Q cursiva, el de la unidad una C redonda: en Q = 4,5 C la cursiva y la redonda separan los sentidos. El símbolo ruso es Кл. La carga puede ser negativa, y el signo forma parte del valor: −1,6·10⁻¹⁹ C en el electrón, +1,6·10⁻¹⁹ C en el protón. Sus módulos coinciden exactamente.
El símbolo de la magnitud carga es una Q cursiva, el de la unidad una C redonda: en la fórmula Q = 4,5 C la cursiva y la redonda llevan la distinción. El símbolo ruso es Кл. El amperio-hora se escribe con punto a media altura o con espacio entre los símbolos, nunca junto: A·h, y no Ah. Una c minúscula suelta es el prefijo centi- y el símbolo de la velocidad de la luz, que nada tienen que ver con la carga.
06 · Unidades vecinas
El culombio está entre la corriente y la tensión: la corriente es carga por segundo y la capacidad, carga por voltio. Ambas relaciones caben en una línea.
De las fichas de Simetrium lindan con el culombio amperio, cuya carga por segundo es precisamente él, faradio y voltio de la misma fórmula, amperio-hora como medida cotidiana de la misma carga, y mol, por el cual la carga se enlaza con la cantidad de sustancia.
07 · Sección histórica
Una carga que se aprendió a contar antes de entenderla
Charles Coulomb colgó una barra de un fino hilo de plata y midió la fuerza entre bolitas cargadas por el ángulo de torsión. La proporcionalidad inversa al cuadrado de la distancia salió del experimento, aunque ya antes se había conjeturado.
El Congreso Internacional de Electricistas repartió de golpe los nombres de varias unidades: el voltio, el amperio, el ohmio, el culombio y el faradio aparecieron el mismo año. La carga se definió por la corriente y no al revés: medir corriente era más sencillo.
Robert Millikan equilibraba gotitas de aceite cargadas con un campo eléctrico y descubrió que sus cargas eran múltiplos de una sola magnitud. Así quedó probada la discontinuidad de la carga y se halló el valor de la elemental, con un error de medio por ciento por una viscosidad del aire equivocada. El culombio internacional se definía mediante un culombímetro de plata: la carga que deposita 1,118 miligramos de plata. Del actual se apartaba en la quinta cifra.
El amperio se redefinió mediante una carga del electrón fijada, y el culombio recibió una segunda medida exacta: un número entero de cargas elementales. La antigua definición del amperio por la fuerza entre conductores se marchó junto con la constante magnética, que dejó de ser exacta.
Una unidad sin patrón, y que no lo necesita
La carga no se guarda: cualquier culombio acumulado se escapa en unas pocas horas por el aislante, por el aire y por su propia superficie. Por eso no existe ni ha existido nunca un patrón del culombio en forma de objeto: la unidad se realiza midiendo la corriente durante un intervalo de tiempo y, desde 2019, contando además electrones. Las bombas de un solo electrón hacen pasar un electrón por ciclo a través de un punto cuántico: mil millones de ciclos por segundo dan una corriente de unos ciento sesenta picoamperios, conocida con una exactitud inalcanzable para los métodos clásicos. Cerrar el triángulo voltio — amperio — ohmio con efectos cuánticos y obtener el culombio por una tercera vía independiente es algo que la metrología aún no ha logrado: las discrepancias están en el nivel de las milmillonésimas, y son ellas las que hoy marcan el límite de precisión de las medidas eléctricas.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 30 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del culombio abiertaUnidades básicas del SI
en terracota: el amperio y el segundo, de los que se compone el culombioLa carga en otros sistemas
Idioma de la ficha
30 idiomas. El símbolo C es internacional, pero la medida cotidiana de la carga difiere: en unos países la capacidad de las baterías se indica en miliamperios-hora y en otros en vatios-hora.