쿨롱
SI 유도 단위 · 양: 전하
01 · 정의
쿨롱은 대전된 작은 공을 가는 실에 매달고 비틀린 각도로 밀어내는 힘을 쟀다. 정전기학 전체를 떠받치는 법칙은 그렇게 발견되었다.
1쿨롱은 1암페어의 전류가 1초 동안 도선을 통해 보내는 전하다. 정전기에는 아주 크고 전력망에는 아주 작다. 번개는 수십 쿨롱을 나르지만, 합성섬유 스웨터에서 튀는 방전은 마이크로쿨롱에 지나지 않는다. 휴대전화 배터리는 대략 1만 1천 쿨롱을 담지만 세는 단위로는 밀리암페어시를 쓰는 것이 관례다. 2019년부터 사슬은 방향을 바꾸었다. 기본 전하가 정확한 수로 고정되었고, 쿨롱은 이제 6 241 509 074 460 762 607.776개의 기본 전하와 꼭 같다.
머리카락에 문지른 빗이 띠는 전하는 마이크로쿨롱의 10분의 1 정도, 양탄자를 걸어온 사람은 약 1마이크로쿨롱이며 그것만으로 1센티미터 불꽃이 튄다. 뇌운의 전하는 수십 쿨롱에 이르고, 벼락 한 번은 5에서 30쿨롱을 나른다. 검전기가 보여 주는 것은 모두 단위의 10억분의 1 언저리에 있다. 전하 사이의 힘은 거리의 제곱에 반비례하고 워낙 빠르게 커지므로, 이렇다 할 양이 쌓이기 훨씬 전에 물체들이 서로 밀어내고 만다.
02 · 환산
전하를 넣으면 자료표가 각 단위로 펼쳐 준다
암페어시는 같은 전하를 초 대신 시간으로 센 것이다. 계수는 정확히 3600. 패러데이는 전자 1몰의 전하이며 전기화학의 단위다.
패러데이는 전기를 화학에 붙들어 맨다. 전극에서 1가 물질 1몰을 석출시키려면 96 485쿨롱을 흘려야 한다. 여기서 패러데이 상수는 전자의 전하와 아보가드로 수의 곱으로 나오고, 2019년부터 두 인자가 모두 정확하므로 상수 자체도 정확하다. 도금 기술 전체가 이 법칙 위에 서 있다. 도금층의 두께는 지나간 전하로 계산하지 시간이나 전압으로 계산하지 않는다.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| C | 쿨롱, SI 단위 | 1 | 물리, 전기공학 |
| mC | 밀리쿨롱 | 1000 | 플래시, 제세동기 |
| µC | 마이크로쿨롱 | 1000000 | 정전기 |
| nC | 나노쿨롱 | 1·10⁹ | 정전기학, 먼지 입자 |
| A·h | 암페어시 | 2.778·10⁻⁴ | 축전지, 전지 |
| mA·h | 밀리암페어시 | 0.2778 | 전화기, 노트북 |
| statC | 프랭클린, CGS 정전 단위계 | 2.998·10⁹ | 예전의 이론물리 |
| abC | 앱쿨롱, CGS 전자기 단위계 | 0.1 | 전자기 CGS |
| 패러데이 | 전자 1몰의 전하 | 1.036·10⁻⁵ | 전기화학, 도금 |
| e | 기본 전하 | 6.242·10¹⁸ | 원자물리와 핵물리 |
| A·h | 암페어시 | 2.778·10⁻⁴ | 에너지 공학, 축전지 |
| C | 쿨롱 | 1 | 이 자료표의 출발 단위 |
암페어시는 같은 전하를 초 대신 시간으로 센 것이다. 계수는 정확히 3600. 패러데이는 전자 1몰의 전하이며 전기화학의 단위다.
03 · 크기의 차수
전자에서 뇌운까지1쿨롱: 1암페어를 1초
04 · 측정 기기
전하는 무엇으로 재는가
공통 막대에 실린 전하가 클수록 두 금박은 더 크게 벌어진다. 기기가 보여 주는 것은 전위이고, 전하는 알려진 전기용량을 곱해 얻는다. 피코쿨롱의 끝자리까지 잡아내면서 전류를 전혀 먹지 않는다 — 18세기부터 살아남은 이유다.
지나간 전하가 석출된 금속의 질량으로 바뀌는 전해 전지다. 전극을 앞뒤로 달아 보고 패러데이 법칙에서 전하를 얻는다. 느리지만 절대적이다. 결과는 어떤 전기 표준에도 기대지 않는다.
쿨롱 자신의 기기다. 저울대 끝의 대전된 공이 고정된 공에 밀리고, 실이 비틀리며, 돌아간 각도가 힘을 준다. 역제곱 법칙은 1785년에 그렇게 세워졌다 — 짐작이 아니라 측정으로.
배터리 속 집적회로가 션트에 걸리는 전류를 쉼 없이 재어 시간으로 더하고, 쓴 전하를 얻는다. 전화기의 배터리 퍼센트를 보여 주는 것은 전압이 아니라 바로 이 양이다 — 다만 오차가 쌓이고, 완충 때 0으로 되돌린다.
05 · 표기 규칙
대문자 C — 다만 섭씨도는 아니다
같은 기호가 SI에서 두 번 쓰인다. 도 기호가 없으면 전하, 있으면 온도다. 암페어시는 SI 단위가 아니지만 실무에서는 허용된다. 곱셈 점을 찍어 A·h로 써야 하며 Ah도 A/h도 아니다. 전하라는 양의 기호는 기울인 Q, 단위의 기호는 곧은 C다. Q = 4.5 C에서 기울임체와 정체가 뜻을 갈라놓는다. 러시아어 기호는 Кл. 전하는 음수일 수 있고 부호는 값의 일부다. 전자는 −1.6·10⁻¹⁹ C, 양성자는 +1.6·10⁻¹⁹ C이며 크기는 정확히 같다.
전하라는 양의 기호는 기울인 Q, 단위의 기호는 곧은 C다. Q = 4.5 C라는 식에서 구별을 지는 것은 기울임체와 정체다. 러시아어 기호는 Кл. 암페어시는 줄 가운데 점이나 기호 사이의 빈칸으로 쓰며 결코 붙여 쓰지 않는다. A·h이지 Ah가 아니다. 홀로 선 소문자 c는 접두어 센티와 빛의 속도의 기호이며 전하와는 아무 상관이 없다.
07 · 역사 부문
이해하기 전에 세는 법부터 익힌 전하
샤를 쿨롱은 저울대를 가는 은실에 매달고 비틀린 각도로 대전된 공들 사이의 힘을 쟀다. 거리의 제곱에 반비례한다는 관계는 실험에서 나왔다. 그 전에도 짐작은 오갔지만 말이다.
국제 전기 기술자 회의는 여러 단위에 한꺼번에 이름을 나눠 주었다. 볼트, 암페어, 옴, 쿨롱, 패럿이 같은 해에 나타났다. 전하는 전류를 통해 정의되었지 그 반대가 아니었다 — 전류가 재기 쉬웠다.
로버트 밀리컨은 대전된 기름방울을 전기장으로 붙들어 두고, 그 전하들이 하나의 양의 정수배임을 알아냈다. 이로써 전하가 띄엄띄엄하다는 것이 증명되고 기본 전하의 값도 얻어졌다 — 공기의 점성을 잘못 잡은 탓에 0.5퍼센트 오차가 있었지만. 국제 쿨롱은 은 쿨롱계로 정해져 있었다. 은 1.118밀리그램을 석출시키는 전하다. 지금 값과는 다섯째 자리에서 갈렸다.
암페어는 고정된 전자의 전하로 다시 정의되었고, 쿨롱은 두 번째 정확한 척도를 얻었다. 정수 개의 기본 전하다. 도선 사이의 힘에 기댄 암페어의 옛 정의는, 더 이상 정확하지 않게 된 자기 상수와 함께 물러났다.
원기가 없고 필요하지도 않은 단위
전하는 담아 두지 못한다. 모아 놓은 쿨롱은 몇 시간이면 절연을 지나, 공기를 지나, 제 표면을 타고 새어 나간다. 그래서 쿨롱에는 물건으로 된 원기가 없고 있어 본 적도 없다. 단위는 일정한 시간 동안 전류를 재어 구현하며, 2019년부터는 전자를 세어서도 구현한다. 단전자 펌프는 양자점을 통해 한 박자에 전자 하나씩을 보낸다. 초당 10억 박자면 약 160피코암페어의 전류가 되고, 그 정확도는 고전적 방법이 닿지 못하는 곳에 있다. 볼트·암페어·옴의 삼각형을 양자 효과로 닫고 세 번째 독립된 길로 쿨롱을 얻는 일에는 계측학자들이 아직 성공하지 못했다. 어긋남은 10억분의 1 수준에 있으며, 오늘날 전기 측정 정확도의 한계를 긋는 것이 바로 그것이다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
쿨롱 자료표가 열려 있음SI 기본 단위
테라코타 색은 암페어와 초. 쿨롱은 이 둘로 이루어진다다른 단위계에서의 전하
자료표 언어
36개 언어. 기호 C는 국제적이지만 전하를 일상에서 재는 단위는 나라마다 다르다. 배터리 용량을 밀리암페어시로 적는 나라도 있고 와트시로 적는 나라도 있다.