Coulomb
En 1785, Charles Coulomb suspendit à un fil d’argent un fléau léger portant une petite boule de moelle de sureau. À côté, il fixa une seconde boule semblable et les chargea toutes les deux. Les boules se repoussèrent, et le fil se tordit. Coulomb tournait la tête du fil et notait de combien de degrés il fallait le tordre pour réduire de moitié la distance entre les boules. Il en fallait quatre fois plus.
Il montra ainsi que la force entre deux charges décroît comme le carré de la distance. L’unité de charge reçut son nom en 1881. Un coulomb est la charge qu’un courant d’un ampère transporte en une seconde, soit environ 6,24·10¹⁸ électrons. Une batterie de téléphone contient environ 14 000 coulombs, et un éclair en transporte une vingtaine.
| Notation | C |
| Définition | ampère-seconde · A·s · exactement 1/e charges élémentaires |
| Valeurs de référence | e — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C · 1 A·h — 3600 C · faraday — 96 485 C |
| Introduite | 1881, Congrès international des électriciens · dans le SI depuis 1960 |
| Normes | ISO 80000-6 · IEC 80000-6 · SI Brochure 9th ed. |
| Valeurs typiques | 1 µC — étincelle au bout du doigt · 20 C — éclair · 14 400 C — batterie de téléphone |
01 · Définition
Un ampère pendant une seconde
La charge Q est la quantité d’électricité. Si un courant d’un ampère circule dans un fil, un coulomb traverse sa section chaque seconde. La charge peut être positive ou négative. Les charges de même signe se repoussent, celles de signes contraires s’attirent.
La charge ne naît pas de rien et ne disparaît pas. Quand on frotte de l’ambre avec de la laine, des électrons ne font que passer d’un corps à l’autre. La charge de tout corps est un multiple de la charge de l’électron e. Depuis 2019, ce nombre est exact : 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C.
Où y a-t-il le plus de coulombs : dans un éclair ou dans un téléphone
À gauche, deux récipients se remplissent de charge sur une échelle logarithmique : chaque graduation vaut mille fois plus. Les points bleus sont des électrons. À droite, des barres rouges montrent l’énergie de la même charge, elle aussi en échelle logarithmique. L’énergie est la charge multipliée par la tension, si bien que les barres et les récipients peuvent ne pas concorder. Choisissez ce que vous voulez comparer.
Sur les batteries, la charge est indiquée en ampères-heures : un courant d’un ampère transporte 3600 C en une heure. Une batterie de téléphone de 4000 mAh contient 14 400 C. L’énergie s’obtient en multipliant la charge par la tension : 14 400 C sous 3,85 V font environ 55 kJ, soit 15 Wh.
Deux fois plus près, quatre fois plus fort
À gauche, la balance vue de côté : un cylindre de verre, un fléau à petite boule suspendu à un fil d’argent, et une seconde boule fixée à côté. Au milieu, le même cylindre vu de dessus, avec une échelle en degrés sur la paroi. La flèche rouge est la force avec laquelle les charges repoussent la boule ; la flèche en laiton, la force du fil qui la ramène. À droite, la tête du fil : en la tournant, on tord davantage le fil, et les boules se rapprochent. En bas à droite s’inscrivent les mesures : l’angle entre les boules et la torsion totale du fil. Les carrés sont les valeurs du mémoire de Coulomb.
Les boules sont chargées et se repoussent. Tournez la tête du fil.
02 · Conversion
| Unité | Valeur | Où on le rencontre |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Le faraday est la charge d’une mole d’électrons, 96 485 C. C’est ce qu’il faut pour déposer 108 g d’argent à partir d’une solution.
Une batterie de 4000 mAh contient 14 400 C, mais sous 3,85 V cela ne représente qu’environ 15 Wh d’énergie.
Le statcoulomb du système CGS vaut environ trois dix-milliardièmes de coulomb.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
Depuis 2019, le SI fixe la valeur de la charge élémentaire : exactement 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C. L’ampère est désormais un flux de telles charges par seconde, et un coulomb contient exactement 1/e charges élémentaires, soit environ 6,24·10¹⁸.
Autrefois, l’ampère était défini par la force entre deux fils, et plus tôt encore par l’argent. En 1908, l’« ampère international » déposait 1,118 mg d’argent par seconde à partir d’une solution : chaque coulomb donnait donc 1,118 mg. Aujourd’hui, on peut compter la charge à l’unité près : une pompe à électron unique transfère les électrons un par un à une fréquence donnée.
Catalogue des grandeurs
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