クーロン
1785年、シャルル・ド・クーロンは銀の糸に、ニワトコの髄でできた小球つきの軽い腕木をつるした。そのそばに同じ小球をもう一つ固定し、両方を帯電させた。小球は互いに押しのけ合い、糸がねじれた。クーロンは糸のつまみを回し、小球の間隔を半分にするには糸を何度ねじればよいかを調べた。答えは四倍だった。
こうして彼は、電荷どうしの力が距離の二乗に反比例して弱まることを示した。1881年、電荷の単位は彼にちなんで名づけられた。一クーロンは、一アンペアの電流が一秒間に運ぶ電荷で、電子およそ6.24·10¹⁸個分にあたる。スマートフォンの電池は約14 000クーロンを蓄え、雷は約二十クーロンを運ぶ。
| 記号 | C |
| 定義 | アンペア秒 · A·s · ちょうど1/e個の電気素量 |
| 参考値 | e — 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C · 1 A·h — 3600 C · ファラデー — 96 485 C |
| 導入 | 1881年、国際電気会議 · 1960年からSI |
| 規格 | ISO 80000-6 · IEC 80000-6 · SI Brochure 9th ed. |
| 代表的な値 | 1 µC — 指先の火花 · 20 C — 雷 · 14 400 C — スマートフォンの電池 |
01 · 定義
一アンペアを一秒
電荷Qは電気の量である。導線に一アンペアの電流が流れると、その断面を毎秒一クーロンが通過する。電荷には正と負がある。同種の電荷は反発し合い、異種の電荷は引き合う。
電荷は無から生じることも、消えることもない。琥珀を羊毛でこすっても、電子が一方の物体から他方へ移るだけだ。どんな物体の電荷も電子の電荷eの整数倍になる。2019年から、この数は正確な値として定められている：1.602 176 634·10⁻¹⁹ C。
クーロンが多いのはどちら：雷かスマートフォンか
左の二つの容器は、対数目盛りで電荷に満たされる。目盛りが一つ上がるごとに千倍になる。青い点は電子だ。右の赤い帯は同じ電荷のエネルギーを示し、こちらも対数目盛りである。エネルギーは電荷に電圧を掛けたものなので、帯と容器の大小が食い違うこともある。比べるものを選ぼう。
電池の電荷はアンペア時で表示される。一アンペアの電流は一時間に3600 Cを運ぶ。4000 mAhのスマートフォン電池は14 400 Cを蓄える。エネルギーは電荷に電圧を掛けて求める：3.85 Vで14 400 Cなら約55 kJ、つまり15 Whだ。
距離が半分なら力は四倍
左は横から見た秤：ガラス円筒の中で、銀の糸に小球つきの腕木がつり下がり、そばに二つ目の小球が固定されている。中央は同じ円筒を上から見たもので、壁に角度の目盛りがある。赤い矢印は電荷が小球を押しのける力、真鍮色の矢印は糸が小球を引き戻す力だ。右は糸のつまみ：回すと糸が強くねじれ、小球どうしが近づく。右下には測定値が記録される：小球の間の角度と、糸の全ねじれ角だ。四角はクーロンの報告にある数値である。
小球は帯電して反発し合っている。糸のつまみを回そう。
02 · 換算
| 単位 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
ファラデーは電子一モルの電荷で、96 485 C。溶液から108 gの銀を析出させるのに、ちょうどこれだけの電荷が要る。
4000 mAhの電池は14 400 Cを蓄えるが、3.85 Vではエネルギーにして約15 Whにすぎない。
CGS単位系のスタットクーロンは、約百億分の三クーロンである。
03 · 桁の並び
04 · 測定器
05 · 表記の規則
06 · 隣り合う単位
07 · 歴史の部
2019年から、SIは電気素量の値をちょうど1.602 176 634·10⁻¹⁹ Cと定めている。いまやアンペアは毎秒流れるこうした電荷の流れであり、一クーロンにはちょうど1/e個、約6.24·10¹⁸個の電気素量が含まれる。
かつてアンペアは導線の間にはたらく力で定義され、さらに前は銀で定義されていた。1908年の「国際アンペア」は溶液から毎秒1.118 mgの銀を析出させた。つまり一クーロンごとに1.118 mgだった。今では電荷を一個ずつ数えられる：単電子ポンプが決まった周波数で電子を一個ずつ送り出す。
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