Coulomb
Származtatott SI-egység · mennyiség: elektromos töltés
01 · Meghatározás
Coulomb egy töltött golyót vékony szálra függesztett, és a csavarodás szögéből mérte meg a taszító erőt. Így találták meg azt a törvényt, amely az egész elektrosztatikát összetartja.
Egy coulomb az a töltés, amely egy amperes áram mellett egy másodperc alatt halad át a vezetéken. A sztatikus elektromosságnak ez rengeteg, a hálózatnak egészen kevés: a villám tucatnyi coulombot visz át, míg egy műszálas pulóver kisülése mikrocoulomb. Egy telefon akkumulátora nagyjából tizenegyezer coulombot tárol, bár szokás milliamperórában számolni. 2019 óta a lánc megfordult: az elemi töltést pontos számmal rögzítették, és a coulomb most pontosan 6 241 509 074 460 762 607,776 elemi töltés.
A hajon feltöltött fésű nagyságrendileg egytized mikrocoulombot hordoz; egy ember, aki átment egy szőnyegen, körülbelül egy mikrocoulombot, és ez már elég egy centis szikrához. Egy zivatarfelhő töltése néhány tíz coulombig ér el, egyetlen villámkisülés pedig ötöt-harmincat visz át. Mindaz, amit egy elektroszkóp mutat, az egység milliárdod részeiben mozog: a töltések közti erő a távolság négyzetével csökken, és olyan gyorsan nő, hogy a testek jóval azelőtt széttaszítják egymást, hogy bármi említésre méltó összegyűlhetne.
02 · Átszámítás
Írjon be egy töltést — az adatlap minden egységre lebontja
Az amperóra ugyanaz a töltés, csak órával a másodperc helyén: a szorzó pontosan 3600. A faraday egy mol elektron töltése, az elektrokémia egysége.
A faraday az elektromosságot a kémiához köti: ahhoz, hogy egy elektródán egy mol egyértékű anyag váljon ki, 96 485 coulombot kell átvezetni. Innen a Faraday-állandó az elektron töltésének és az Avogadro-számnak a szorzata, és 2019 óta mindkét tényező pontos — tehát pontos ő maga is. Ezen a törvényen áll az egész galvanizálás: a bevonat vastagságát az átment töltésből számolják, nem időből vagy feszültségből.
| Egység | Név | Érték | Hol fordul elő |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, SI-egység | 1 | fizika, elektrotechnika |
| mC | millicoulomb | 1000 | vakuk, defibrillátorok |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | sztatikus elektromosság |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrosztatika, porszemek |
| A·h | amperóra | 2,778·10⁻⁴ | akkumulátorok, elemek |
| mA·h | milliamperóra | 0,2778 | telefonok, laptopok |
| statC | franklin, CGS-ES rendszer | 2,998·10⁹ | régebbi elméleti fizika |
| abC | abcoulomb, CGS-EM rendszer | 0,1 | elektromágneses CGS |
| faraday | egy mol elektron töltése | 1,036·10⁻⁵ | elektrokémia, galvanizálás |
| e | elemi töltés | 6,242·10¹⁸ | atom- és magfizika |
| A·h | amperóra | 2,778·10⁻⁴ | energetika, akkumulátorok |
| C | coulomb | 1 | ennek az adatlapnak a kiindulási egysége |
Az amperóra ugyanaz a töltés, csak órával a másodperc helyén: a szorzó pontosan 3600. A faraday egy mol elektron töltése, az elektrokémia egysége.
03 · Nagyságrendek
az elektrontól a zivatarfelhőigEgy coulomb: egy amper egy másodpercig
04 · Mérőeszközök
Mivel mérik a töltést
Két aranylemezke annál jobban szétnyílik, minél nagyobb a töltés a közös rúdjukon. A műszer a potenciált mutatja, a töltés pedig ismert kapacitással való szorzásból adódik. Pikocoulomb töredékeit is elkapja, és nem vesz fel áramot — ezért él a tizennyolcadik század óta.
Elektrolitcella, amelyben az átment töltés a kivált fém tömegévé alakul. Az elektródát előtte és utána megmérik, és Faraday törvénye adja a töltést. Lassú, viszont abszolút: az eredmény semmilyen elektromos etalontól nem függ.
Coulomb saját műszere: a mérlegkar végén ülő töltött golyót egy rögzített taszítja, a szál elcsavarodik, és az elfordulás szöge adja az erőt. Így állapították meg 1785-ben a fordított négyzetes törvényt — méréssel, nem találgatással.
Az akkumulátorban ülő áramkör folyamatosan méri az áramot egy söntön, és összegzi az idő szerint, megkapva az elhasznált töltést. Éppen ez a mennyiség, nem a feszültség mutatja az akkuszázalékot a telefonon — igaz, olyan hibával, amely felhalmozódik, és teljes töltésnél nullázzák.
05 · Írásszabályok
Nagy C — de nem Celsius-fok
Ugyanaz a jel kétszer is foglalt az SI-ben: fokjel nélkül töltés, fokjellel hőmérséklet. Az amperóra nem SI-egység, de a gyakorlatban megengedett; szorzóponttal kell írni: A·h, nem Ah és nem A/h. A töltés mennyiségének jele dőlt Q, az egységé álló C: a Q = 4,5 C írásmódban a dőlt és az álló betű választja szét az értelmet. Az orosz jel Кл. A töltés lehet negatív, és az előjel az érték része: −1,6·10⁻¹⁹ C az elektronnál, +1,6·10⁻¹⁹ C a protonnál. Az abszolút értékük pontosan egyezik.
A töltés mennyiségének jele dőlt Q, az egységé álló C: a Q = 4,5 C képletben a dőlt és az álló betű hordozza a különbséget. Az orosz jel Кл. Az amperórát félmagas ponttal vagy a jelek közti szóközzel írjuk, sosem egybe: A·h, nem Ah. A magában álló kis c a centi- előtag és a fénysebesség jele, amelyeknek a töltéshez semmi közük.
06 · Szomszédos egységek
A coulomb az áram és a feszültség között áll: az áram másodpercenkénti töltés, a kapacitás voltonkénti töltés. Mindkét összefüggés elfér egy sorban.
A Simetrium adatlapjai közül a coulomb mellett állnak amper, amelynek másodpercenkénti töltése éppen ő, farad és volt ugyanabból a képletből, amperóra ugyanannak a töltésnek hétköznapi mértékeként, és mól, amelyen keresztül a töltés az anyagmennyiséghez kapcsolódik.
07 · Történeti rész
Töltés, amelyet megtanultak számolni, mielőtt megértették volna
Charles Coulomb egy mérlegkart vékony ezüstszálra függesztett, és a csavarodás szögéből mérte a töltött golyók közti erőt. A távolság négyzetével fordított arányosság a kísérletből jött ki, noha sejtések már korábban is elhangzottak róla.
A Nemzetközi Villamossági Kongresszus egyszerre több egységnek osztott nevet: a volt, az amper, az ohm, a coulomb és a farad ugyanabban az évben jelent meg. A töltést az áramon keresztül határozták meg, nem fordítva — az áramot könnyebb volt mérni.
Robert Millikan töltött olajcseppeket tartott egyensúlyban elektromos térrel, és úgy találta, hogy töltéseik egyetlen mennyiség többszörösei. Ezzel bebizonyosodott a töltés szakaszos volta, és megvolt az elemi töltés értéke — fél százalék hibával, a levegő rosszul felvett viszkozitása miatt. A nemzetközi coulombot ezüst coulombmérővel adták meg: az a töltés, amely 1,118 milligramm ezüstöt választ ki. A maitól az ötödik jegyben tért el.
Az ampert rögzített elektrontöltéssel határozták meg újra, és a coulomb második, pontos mértéket kapott: egész számú elemi töltést. Az amper régi, vezetők közti erőre épülő meghatározása a mágneses állandóval együtt tűnt el, amely megszűnt pontos lenni.
Egység, amelynek nincs etalonja — és nincs is rá szükség
A töltést nem tárolják: minden összegyűjtött coulomb néhány óra alatt elszivárog a szigetelésen, a levegőn és a saját felületén át. Ezért a coulombnak tárgyi etalonja nincs, és soha nem is volt — az egységet az áram időintervallumon vett mérésével valósítják meg, 2019 óta pedig elektronok számlálásával is. Az egyelektronos pumpák ütemenként egy elektront hajtanak át egy kvantumponton: másodpercenként egymilliárd ütem körülbelül százhatvan pikoamperes áramot ad, olyan pontossággal ismerve, amelyet klasszikus módszerek nem érnek el. A volt — amper — ohm háromszöget kvantumhatásokkal bezárni és a coulombot harmadik, független úton megkapni a metrológiának eddig nem sikerült: az eltérések milliárdod részek szintjén vannak, és éppen ezek szabják meg ma az elektromos mérések pontosságának határát.
Katalógus · mértékegységek
Minden mennyiségnek egy adatlap
Az SI hét alapegysége, huszonkét saját nevű származtatott egység és a rendszeren kívüli egységek, amelyek nélkül sem a technika, sem a hétköznapok nem boldogulnak. Mindegyiknek külön lapja van: meghatározás, átszámítás, eszközök, írásszabályok. 30 nyelven.
Saját nevű SI-származtatott egységek
a coulomb adatlapja nyitvaAz SI alapegységei
terrakottával — az amper és a másodperc, amelyekből a coulomb állA töltés más rendszerekben
Az adatlap nyelve
30 nyelv. A C jel nemzetközi, a töltés hétköznapi mértéke azonban eltér: egyes országokban az akkumulátorok kapacitását milliamperórában adják meg, másokban wattórában.