Coulomb
Satuan turunan SI · besaran: muatan listrik
01 · Definisi
Coulomb menggantung bola kecil bermuatan pada benang halus dan mengukur gaya tolak dari sudut puntiran. Begitulah hukum yang menyangga seluruh elektrostatika ditemukan.
Satu coulomb adalah muatan yang lewat kawat dalam satu detik pada arus satu ampere. Bagi listrik statis itu banyak sekali, bagi jaringan listrik justru sedikit: petir mengangkut puluhan coulomb, sedangkan percikan dari sweter serat sintetis hanya mikrocoulomb. Baterai ponsel menyimpan sekitar sebelas ribu coulomb, meski lazimnya dihitung dalam miliampere-jam. Sejak 2019 rantainya berbalik: muatan elementer dipatok dengan angka persis, dan satu coulomb kini tepat 6 241 509 074 460 762 607,776 muatan elementer.
Sisir yang digosokkan ke rambut membawa sekitar sepersepuluh mikrocoulomb; orang yang baru melintasi karpet membawa kira-kira satu mikrocoulomb, dan itu sudah cukup untuk percikan sepanjang satu sentimeter. Muatan awan badai mencapai beberapa puluh coulomb, dan satu sambaran petir mengangkut lima sampai tiga puluh. Segala yang ditunjukkan elektroskop berada pada tataran sepersemiliar satuan: gaya antar muatan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dan tumbuh begitu cepat sehingga benda-benda saling mendorong jauh sebelum terkumpul sesuatu yang berarti.
02 · Konversi
Masukkan muatan — lembar akan menguraikannya ke semua satuan
Ampere-jam adalah muatan yang sama, hanya dengan jam menggantikan detik: faktornya tepat 3600. Faraday adalah muatan satu mol elektron, satuan elektrokimia.
Faraday mengikat listrik pada kimia: untuk mengendapkan satu mol zat bervalensi satu di elektrode harus dialirkan 96 485 coulomb. Dari sinilah tetapan Faraday keluar sebagai hasil kali muatan elektron dengan bilangan Avogadro, dan sejak 2019 kedua faktornya persis — jadi tetapan itu pun persis. Seluruh penyepuhan berdiri di atas hukum ini: tebal lapisan dihitung dari muatan yang telah lewat, bukan dari waktu atau tegangan.
| Satuan | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, satuan SI | 1 | fisika, teknik listrik |
| mC | milicoulomb | 1000 | lampu kilat, defibrilator |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | listrik statis |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatika, butir debu |
| A·h | ampere-jam | 2,778·10⁻⁴ | akumulator, baterai |
| mA·h | miliampere-jam | 0,2778 | telepon, laptop |
| statC | franklin, sistem CGS elektrostatik | 2,998·10⁹ | fisika teoretis lama |
| abC | abcoulomb, sistem CGS elektromagnetik | 0,1 | CGS elektromagnetik |
| faraday | muatan satu mol elektron | 1,036·10⁻⁵ | elektrokimia, penyepuhan |
| e | muatan elementer | 6,242·10¹⁸ | fisika atom dan inti |
| A·h | ampere-jam | 2,778·10⁻⁴ | teknik energi, akumulator |
| C | coulomb | 1 | satuan awal lembar ini |
Ampere-jam adalah muatan yang sama, hanya dengan jam menggantikan detik: faktornya tepat 3600. Faraday adalah muatan satu mol elektron, satuan elektrokimia.
03 · Orde besaran
dari elektron sampai awan badaiSatu coulomb: satu ampere selama satu detik
04 · Alat ukur
Dengan apa muatan diukur
Dua lempeng emas membuka makin lebar seiring makin besarnya muatan pada batang bersama. Alat ini menunjukkan potensial, sedangkan muatan diperoleh dengan mengalikan kapasitansi yang diketahui. Ia menangkap pecahan pikocoulomb dan tidak menarik arus sama sekali — karena itulah ia hidup sejak abad kedelapan belas.
Sel elektrolisis tempat muatan yang lewat berubah menjadi massa logam yang mengendap. Elektrode ditimbang sebelum dan sesudah, lalu hukum Faraday memberikan muatannya. Lambat, tetapi mutlak: hasilnya tidak bergantung pada standar listrik mana pun.
Alat Coulomb sendiri: bola bermuatan di ujung lengan ditolak oleh bola yang diam, benang terpuntir, dan sudut putarnya memberikan gaya. Begitulah hukum kuadrat terbalik ditegakkan pada 1785 — dengan pengukuran, bukan dengan terkaan.
Cip di dalam baterai terus-menerus mengukur arus pada resistor pirau dan menjumlahkannya sepanjang waktu, sehingga diperoleh muatan yang terpakai. Justru besaran inilah, bukan tegangan, yang menampilkan persentase baterai pada telepon — walaupun galatnya menumpuk dan dinolkan saat pengisian penuh.
05 · Aturan penulisan
C kapital — tetapi bukan derajat Celsius
Satu lambang yang sama terpakai dua kali dalam SI: tanpa tanda derajat ia muatan, dengan tanda itu suhu. Ampere-jam bukan satuan SI tetapi diperkenankan dalam praktik; harus ditulis dengan titik perkalian: A·h, bukan Ah dan bukan A/h. Lambang besaran muatan adalah Q miring, lambang satuan C tegak: dalam Q = 4,5 C, huruf miring dan tegak memisahkan maknanya. Lambang Rusianya Кл. Muatan bisa negatif, dan tandanya bagian dari nilai: −1,6·10⁻¹⁹ C pada elektron, +1,6·10⁻¹⁹ C pada proton. Besarnya persis sama.
Lambang besaran muatan adalah Q miring, lambang satuan C tegak: dalam rumus Q = 4,5 C, huruf miring dan tegaklah yang membawa pembedaan itu. Lambang Rusianya Кл. Ampere-jam ditulis dengan titik di tengah baris atau dengan spasi di antara lambang, tidak pernah menyatu: A·h, bukan Ah. Huruf c kecil yang berdiri sendiri adalah awalan senti- dan lambang kecepatan cahaya, yang tak ada sangkut pautnya dengan muatan.
06 · Satuan tetangga
Coulomb berdiri di antara arus dan tegangan: arus adalah muatan per detik, kapasitansi adalah muatan per volt. Kedua hubungan itu muat dalam satu baris.
Di antara lembar-lembar Simetrium berdampingan dengan coulomb ampere, yang muatan per detiknya justru coulomb itu sendiri, farad dan volt dari rumus yang sama, ampere-jam sebagai ukuran sehari-hari muatan yang sama, dan mol, yang menghubungkan muatan dengan jumlah zat.
07 · Bagian sejarah
Muatan yang lebih dulu bisa dihitung daripada dipahami
Charles Coulomb menggantung sebuah lengan pada benang perak halus dan mengukur gaya antara bola-bola bermuatan dari sudut puntiran. Kesebandingan terbalik dengan kuadrat jarak keluar dari percobaan, meski dugaan tentangnya sudah disuarakan lebih dulu.
Kongres Internasional Ahli Listrik membagikan nama kepada beberapa satuan sekaligus: volt, ampere, ohm, coulomb dan farad muncul pada tahun yang sama. Muatan didefinisikan lewat arus, bukan sebaliknya — arus lebih mudah diukur.
Robert Millikan menyeimbangkan tetes-tetes minyak bermuatan dengan medan listrik dan menemukan bahwa muatannya kelipatan satu besaran tunggal. Dengan begitu keterputusan muatan terbukti dan nilai muatan elementer ditemukan — dengan galat setengah persen karena kekentalan udara diambil keliru. Coulomb internasional dahulu ditetapkan dengan coulombmeter perak: muatan yang mengendapkan 1,118 miligram perak. Dari nilai sekarang ia menyimpang pada angka kelima.
Ampere didefinisikan ulang lewat muatan elektron yang dipatok, dan coulomb memperoleh ukuran kedua yang persis: sejumlah bulat muatan elementer. Definisi lama ampere lewat gaya antara penghantar pergi bersama tetapan magnetik, yang berhenti menjadi persis.
Satuan yang tak punya standar benda — dan memang tak perlu
Muatan tidak disimpan: setiap coulomb yang dikumpulkan merembes pergi lewat isolasi, lewat udara dan lewat permukaannya sendiri dalam beberapa jam. Karena itu standar coulomb berupa benda tidak ada dan tidak pernah ada — satuannya diwujudkan dengan mengukur arus selama selang waktu, dan sejak 2019 juga dengan menghitung elektron. Pompa elektron tunggal mengalirkan satu elektron per ketukan lewat titik kuantum: satu miliar ketukan per detik memberi arus sekitar seratus enam puluh pikoampere, dengan ketelitian yang tak terjangkau metode klasik. Menutup segitiga volt — ampere — ohm dengan efek kuantum dan memperoleh coulomb lewat jalan ketiga yang mandiri belum berhasil dilakukan para ahli metrologi: selisihnya berada pada tataran sepersemiliar, dan justru selisih itulah yang hari ini menetapkan batas ketelitian pengukuran listrik.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan sehari-hari. Masing-masing punya lembarnya: definisi, konversi, alat, aturan penulisan. Dalam 30 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
lembar coulomb terbukaSatuan dasar SI
warna terakota — ampere dan detik, yang menyusun coulombMuatan dalam sistem lain
Bahasa lembar
30 bahasa. Lambang C bersifat internasional, tetapi ukuran sehari-hari untuk muatan berbeda-beda: di sebagian negara kapasitas baterai ditulis dalam miliampere-jam, di negara lain dalam watt-jam.