Coulomb
Unit terbitan SI · besaran: cas elektrik
01 · Takrif
Coulomb menggantung bola kecil bercas pada benang halus dan mengukur gaya tolak dari sudut kilasan. Begitulah hukum yang menyangga seluruh elektrostatika ditemukan.
Satu coulomb adalah cas yang lewat dawai dalam satu saat pada arus satu ampere. Bagi elektrik statik itu banyak sekali, bagi jaringan elektrik justru sedikit: petir mengangkut puluhan coulomb, sedangkan bunga api dari baju sejuk serat sintetis hanya mikrocoulomb. Baterai telefon bimbit menyimpan sekitar sebelas ribu coulomb, meski lazimnya dikira dalam miliampere-jam. Sejak 2019 rantainya berbalik: cas asas dipatok dengan angka persis, dan satu coulomb kini tepat 6 241 509 074 460 762 607.776 cas asas.
Sisir yang digosokkan ke rambut membawa sekitar sepersepuluh mikrocoulomb; orang yang baru melintasi permaidani membawa kira-kira satu mikrocoulomb, dan itu sudah cukup untuk bunga api sepanjang satu sentimeter. Cas awan badai mencapai beberapa puluh coulomb, dan satu sambaran petir mengangkut lima sampai tiga puluh. Segala yang ditunjukkan elektroskop berada pada tataran sepersemiliar unit: gaya antar cas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dan tumbuh begitu cepat sehingga benda-benda saling mendorong jauh sebelum terkumpul sesuatu yang berarti.
02 · Penukaran
Masukkan cas — lembar akan menguraikannya ke semua unit
Ampere-jam adalah cas yang sama, hanya dengan jam menggantikan saat: faktornya tepat 3600. Faraday adalah cas satu mol elektron, unit elektrokimia.
Faraday mengikat elektrik pada kimia: untuk mengendapkan satu mol zat bervalensi satu di elektrode harus dialirkan 96 485 coulomb. Dari sinilah tetapan Faraday keluar sebagai hasil kali cas elektron dengan nombor Avogadro, dan sejak 2019 kedua faktornya persis — jadi tetapan itu pun persis. Seluruh penyaduran berdiri di atas hukum ini: tebal lapisan dikira dari cas yang telah lewat, bukan dari waktu atau voltan.
| Unit | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, unit SI | 1 | fisika, teknik elektrik |
| mC | milicoulomb | 1000 | lampu kilat, defibrilator |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | elektrik statik |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatika, zarah habuk |
| A·h | ampere-jam | 2.778·10⁻⁴ | akumulator, baterai |
| mA·h | miliampere-jam | 0.2778 | telefon, laptop |
| statC | franklin, sistem CGS elektrostatik | 2.998·10⁹ | fisika teoretis lama |
| abC | abcoulomb, sistem CGS elektromagnetik | 0.1 | CGS elektromagnetik |
| faraday | cas satu mol elektron | 1.036·10⁻⁵ | elektrokimia, penyaduran |
| e | cas asas | 6.242·10¹⁸ | fisika atom dan inti |
| A·h | ampere-jam | 2.778·10⁻⁴ | teknik energi, akumulator |
| C | coulomb | 1 | unit awal lembar ini |
Ampere-jam adalah cas yang sama, hanya dengan jam menggantikan saat: faktornya tepat 3600. Faraday adalah cas satu mol elektron, unit elektrokimia.
03 · Orde kuantiti
dari elektron sampai awan badaiSatu coulomb: satu ampere selama satu saat
04 · Alat pengukur
Dengan apa cas diukur
Dua lempeng emas membuka makin lebar seiring makin besarnya cas pada batang bersama. Alat ini menunjukkan potensial, sedangkan cas diperoleh dengan mengalikan kapasitansi yang diketahui. Ia menangkap pecahan pikocoulomb dan tidak menarik arus sama sekali — kerana itulah ia hidup sejak abad kedelapan belas.
Sel elektrolisis tempat cas yang lewat berubah menjadi massa logam yang mengendap. Elektrode ditimbang sebelum dan sesudah, lalu hukum Faraday memberikan casnya. Lambat, tetapi mutlak: hasilnya tidak bergantung pada piawai elektrik mana pun.
Alat Coulomb sendiri: bola bercas di ujung lengan ditolak oleh bola yang diam, benang terkilas, 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 perintang pirau dan menjumlahkannya sepanjang waktu, sehingga diperoleh cas yang terpakai. Justru besaran inilah, bukan voltan, yang menampilkan persentase baterai pada telefon — walaupun ralatnya menumpuk dan dinolkan saat pengecasan penuh.
05 · Perperaturan penulisan
C kapital — tetapi bukan derajat Celsius
Satu simbol yang sama terpakai dua kali dalam SI: tanpa tanda derajat ia cas, dengan tanda itu suhu. Ampere-jam bukan unit SI tetapi diperkenankan dalam praktik; harus ditulis dengan titik perkalian: A·h, bukan Ah dan bukan A/h. Simbol besaran cas adalah Q miring, simbol unit C tegak: dalam Q = 4.5 C, huruf miring dan tegak memisahkan maknanya. Simbol Rusianya Кл. Cas bisa negatif, dan tandanya bagian dari nilai: −1.6·10⁻¹⁹ C pada elektron, +1.6·10⁻¹⁹ C pada proton. Besarnya persis sama.
Simbol besaran cas adalah Q miring, simbol unit C tegak: dalam rumus Q = 4.5 C, huruf miring dan tegaklah yang membawa pembedaan itu. Simbol Rusianya Кл. Ampere-jam ditulis dengan titik di tengah baris atau dengan spasi di antara simbol, tidak pernah menyatu: A·h, bukan Ah. Huruf c kecil yang berdiri sendiri adalah awalan senti- dan simbol kecepatan cahaya, yang tak ada sangkut pautnya dengan cas.
06 · Satuan tetangga
Coulomb berdiri di antara arus dan voltan: arus adalah cas per saat, kapasitansi adalah cas per volt. Kedua hubungan itu muat dalam satu baris.
Di antara helaian-helaian Simetrium berdampingan dengan coulomb ampere, yang cas per saatnya justru coulomb itu sendiri, farad dan volt dari rumus yang sama, ampere-jam sebagai ukuran sehari-hari cas yang sama, dan mol, yang menghubungkan cas dengan jumlah zat.
07 · Bagian sejarah
Cas yang lebih dulu bisa dikira daripada dipahami
Charles Coulomb menggantung sebuah lengan pada benang perak halus dan mengukur gaya antara bola-bola bercas dari sudut kilasan. Kesebandingan terbalik dengan kuadrat jarak keluar dari percobaan, meski dugaan tentangnya sudah disuarakan lebih dulu.
Kongres Internasional Ahli Elektrik membagikan nama kepada beberapa unit sekaligus: volt, ampere, ohm, coulomb dan farad muncul pada tahun yang sama. Cas ditakrifkan lewat arus, bukan sebaliknya — arus lebih mudah diukur.
Robert Millikan menyeimbangkan tetes-tetes minyak bercas dengan medan elektrik dan menemukan bahwa casnya kelipatan satu besaran tunggal. Dengan begitu keterputusan cas terbukti dan nilai cas asas ditemukan — dengan ralat setengah persen kerana kekentalan udara diambil keliru. Coulomb internasional dahulu ditetapkan dengan coulombmeter perak: cas yang mengendapkan 1.118 miligram perak. Dari nilai sekarang ia menyimpang pada angka kelima.
Ampere ditakrifkan ulang lewat cas elektron yang dipatok, dan coulomb memperoleh ukuran kedua yang persis: sejumlah bulat cas asas. Takrif lama ampere lewat gaya antara penghantar pergi bersama tetapan magnetik, yang berhenti menjadi persis.
Unit yang tak punya piawai benda — dan memang tak perlu
Cas tidak disimpan: setiap coulomb yang dikumpulkan merembes pergi lewat isolasi, lewat udara dan lewat permukaannya sendiri dalam beberapa jam. Kerana itu piawai coulomb berupa benda tidak ada dan tidak pernah ada — unitnya diwujudkan dengan mengukur arus selama selang waktu, dan sejak 2019 juga dengan mengira elektron. Pompa elektron tunggal mengalirkan satu elektron per ketukan lewat titik kuantum: satu miliar ketukan per saat 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 elektrik.
Katalog · satuan ukuran
Satu helaian untuk tiap kuantiti
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan seharian. Masing-masing punya helaiannya: takrif, penukaran, alat, peraturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
lembar coulomb terbukaSatuan dasar SI
warna terakota — ampere dan saat, yang menyusun coulombCas dalam sistem lain
Bahasa helaian
36 bahasa. Simbol C bersifat internasional, tetapi ukuran sehari-hari untuk cas berbeda-beda: di sebagian negara kapasitas baterai ditulis dalam miliampere-jam, di negara lain dalam watt-jam.