クーロン
SI 組立単位 · 量：電荷
01 · 定義
クーロンは帯電した小球を細い糸で吊るし、ねじれの角から反発する力を測った。静電気学のすべてを支える法則は、こうして見つかった。
一クーロンは、一アンペアの電流が一秒のあいだに導線を通す電荷である。静電気にとってはたいへん大きく、電力網にとってはごくわずかだ。雷は数十クーロンを運び、化学繊維のセーターから飛ぶ火花はマイクロクーロンにすぎない。携帯電話の電池はおよそ一万一千クーロンを蓄えるが、数えるときはミリアンペア時を使うのが習わしである。2019 年から鎖は逆を向いた。電気素量が厳密な数として定められ、一クーロンはいま 6 241 509 074 460 762 607.776 個の電気素量にちょうど等しい。
髪でこすった櫛が帯びるのはマイクロクーロンの十分の一ほど、絨毯を歩いた人でおよそ一マイクロクーロン、それだけで一センチの火花が飛ぶ。雷雲の電荷は数十クーロンに達し、落雷一回が運ぶのは五から三十クーロンである。検電器が示すものはすべて単位の十億分の一のあたりにある——電荷のあいだの力は距離の二乗に反比例し、あまりに速く育つので、見るに足るほどたまるずっと前に物体どうしが押し合って離れてしまう。
02 · 換算
電荷を入れると、要覧が各単位に開いてみせる
アンペア時は同じ電荷を、秒のかわりに時間で数えたものである。係数はちょうど 3600。ファラデーは一モルの電子がもつ電荷で、電気化学の単位である。
ファラデーは電気を化学に結びつける。電極に一価の物質を一モル析出させるには、96 485 クーロンを通さねばならない。ここからファラデー定数は電子の電荷とアボガドロ数の積として出てきて、2019 年からは両方の因子が厳密であるから、定数そのものも厳密である。めっきの技術はすべてこの法則の上に立っている。被膜の厚さは通った電荷から計算するのであって、時間や電圧からではない。
| 単位 | 名称 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|---|
| C | クーロン、SI 単位 | 1 | 物理、電気工学 |
| mC | ミリクーロン | 1000 | ストロボ、除細動器 |
| µC | マイクロクーロン | 1000000 | 静電気 |
| nC | ナノクーロン | 1·10⁹ | 静電気学、塵 |
| A·h | アンペア時 | 2.778·10⁻⁴ | 蓄電池、電池 |
| mA·h | ミリアンペア時 | 0.2778 | 携帯電話、ノートパソコン |
| statC | フランクリン、CGS 静電単位系 | 2.998·10⁹ | 古い理論物理 |
| abC | アブクーロン、CGS 電磁単位系 | 0.1 | 電磁 CGS |
| ファラデー | 一モルの電子がもつ電荷 | 1.036·10⁻⁵ | 電気化学、めっき |
| e | 電気素量 | 6.242·10¹⁸ | 原子物理と核物理 |
| A·h | アンペア時 | 2.778·10⁻⁴ | エネルギー工学、蓄電池 |
| C | クーロン | 1 | この要覧の出発点となる単位 |
アンペア時は同じ電荷を、秒のかわりに時間で数えたものである。係数はちょうど 3600。ファラデーは一モルの電子がもつ電荷で、電気化学の単位である。
03 · 桁の並び
電子から雷雲まで一クーロン：一アンペアを一秒
04 · 測定器
電荷は何で測るか
共通の棒にたまった電荷が多いほど、二枚の金箔は大きく開く。器械が示すのは電位で、電荷は既知の静電容量を掛けて得る。ピコクーロンの端数まで捉え、電流をまったく食わない——それゆえ十八世紀から生き続けている。
通った電荷が析出した金属の質量に変わる電解セルである。電極を前後で量り、ファラデーの法則から電荷を得る。遅いが絶対的で、結果はいかなる電気標準にも依存しない。
クーロン自身の器械である。天秤棒の先の帯電した小球が固定した小球に押しやられ、糸がねじれ、その回転角が力を与える。逆二乗の法則は一七八五年にこうして立てられた——推測ではなく、測定によって。
電池のなかの集積回路が分流抵抗にかかる電流を絶えず測り、時間で足し合わせて使った電荷を出す。携帯電話の電池残量を示しているのは電圧ではなく、まさにこの量である——もっとも誤差はたまっていき、満充電のときに零に戻される。
05 · 表記の規則
大文字の C——ただし摂氏度ではない
同じ記号が SI のなかで二度使われている。度の記号がなければ電荷、あれば温度である。アンペア時は SI の単位ではないが実務では認められており、掛け算の点をつけて書く。A·h であって、Ah でも A/h でもない。電荷という量の記号は斜体の Q、単位の記号は立体の C である。Q = 4.5 C という書き方では、斜体と立体が意味を分けている。ロシア語の記号は Кл。電荷は負にもなり、符号は値の一部である。電子は −1.6·10⁻¹⁹ C、陽子は +1.6·10⁻¹⁹ C で、大きさは寸分たがわず一致する。
電荷という量の記号は斜体の Q、単位の記号は立体の C である。Q = 4.5 C という式では、斜体と立体が区別を担っている。ロシア語の記号は Кл。アンペア時は行の中ほどの点か、記号のあいだの空白で書き、決して続けて書かない。A·h であって Ah ではない。単独の小文字 c は接頭語センチと光速の記号であり、電荷とは関わりがない。
07 · 歴史の部
理解するより先に数え方を覚えた電荷
シャルル・クーロンは天秤棒を細い銀の糸で吊るし、ねじれの角から帯電した小球のあいだの力を測った。距離の二乗に反比例するという関係は実験から出てきた。それ以前にも推測は語られていたけれども。
国際電気技術者会議はいくつもの単位に一度に名を配った。ボルト、アンペア、オーム、クーロン、ファラドが同じ年に現れている。電荷は電流を通して定義された。逆ではない——電流のほうが測りやすかった。
ロバート・ミリカンは帯電した油の粒を電場で釣り合わせ、それらの電荷が一つの量の整数倍であることを見つけた。こうして電荷が飛び飛びであることが証明され、電気素量の値も得られた——空気の粘度を取り違えたために半パーセントの誤差を含んではいたが。国際クーロンは銀クーロンメーターで定められていた。銀 1.118 ミリグラムを析出させる電荷である。現在の値とは五桁目で食い違っていた。
アンペアは固定された電子の電荷によって定義しなおされ、クーロンは第二の厳密な尺度を得た。整数個の電気素量である。導線のあいだに働く力によるアンペアの古い定義は、厳密でなくなった磁気定数とともに去っていった。
原器をもたず、必要ともしない単位
電荷は蓄えておけない。ためたクーロンはどれも数時間のうちに、絶縁を通し、空気を通し、自らの表面を伝って逃げていく。だからクーロンには物としての原器が存在せず、これまで一度も存在しなかった。単位は一定の時間にわたって電流を測ることで実現され、2019 年からは電子を数えることでも実現される。単一電子ポンプは量子ドットを通して一拍ごとに電子を一個ずつ送り出す。毎秒十億拍で約百六十ピコアンペアの電流になり、その精度は古典的な方法の届かないところにある。ボルト・アンペア・オームの三角形を量子効果で閉じ、第三の独立した道からクーロンを得ることに、計量学者はまだ成功していない。食い違いは十億分の一の水準にあり、今日の電気測定の精度の限界を決めているのは、まさにそれである。
カタログ · 測定単位
それぞれの量に一つの要覧
SI の基本単位が七つ、固有の名をもつ組立単位が二十二、そして技術にも暮らしにも欠かせないSI 以外の単位。どれにも一葉ずつ：定義、換算、測定器、表記の規則。30 言語で。
固有の名をもつ SI 組立単位
クーロンの要覧を開いていますSI 基本単位
テラコッタ色はアンペアと秒。クーロンはこの二つからできているほかの単位系での電荷
要覧の言語
30 言語。記号 C は国際的だが、電荷を日常に測る単位は国によって違う。電池の容量をミリアンペア時で示す国もあれば、ワット時で示す国もある。