Coulomb
Avledet SI-enhet · størrelse: elektrisk ladning
01 · Definisjon
Coulomb hengte en ladd kule i en tynn tråd og målte frastøtningskraften ut fra vridningsvinkelen. Slik ble loven funnet som holder hele elektrostatikken sammen.
Én coulomb er den ladningen som ved en strøm på én ampere går gjennom lederen på ett sekund. For statisk elektrisitet er det svært mye, for strømnettet ganske lite: et lyn frakter titalls coulomb, mens utladningen fra en syntetisk genser er mikrocoulomb. Batteriet i en mobil rommer omkring elleve tusen coulomb, selv om man pleier å telle dem i milliamperetimer. Fra 2019 er kjeden snudd: elementærladningen er fastsatt som et eksakt tall, og en coulomb er nå nøyaktig 6 241 509 074 460 762 607,776 elementærladninger.
En kam som er ladd mot håret, bærer i størrelsesorden en tidels mikrocoulomb; et menneske som har gått over et teppe, omkring en mikrocoulomb, og det holder til en gnist på en centimeter. Ladningen i en tordensky når opp i noen titalls coulomb, og ett lynnedslag frakter fra fem til tretti. Alt et elektroskop viser, ligger i milliarddeler av enheten: kraften mellom ladninger avtar med kvadratet av avstanden og vokser så raskt at legemene skyver hverandre fra seg lenge før noe nevneverdig har rukket å samle seg.
02 · Omregning
Skriv inn en ladning — databladet bryter den ned i alle enheter
Amperetimen er den samme ladningen, bare med timen i stedet for sekundet: faktoren er nøyaktig 3600. Faraday er ladningen til ett mol elektroner, elektrokjemiens enhet.
Faraday binder elektrisiteten til kjemien: for å skille ut ett mol av et enverdig stoff på en elektrode må 96 485 coulomb sendes gjennom. Faradays konstant følger av å gange elektronets ladning med Avogadros tall, og fra 2019 er begge faktorene eksakte — altså er også den det. På denne loven hviler hele galvanoteknikken: tykkelsen på belegget regnes ut fra ladningen som har passert, ikke fra tid eller spenning.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, SI-enhet | 1 | fysikk, elektroteknikk |
| mC | millicoulomb | 1000 | blitser, defibrillatorer |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | statisk elektrisitet |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatikk, støvkorn |
| A·h | amperetime | 2,778·10⁻⁴ | akkumulatorer, batterier |
| mA·h | milliamperetime | 0,2778 | telefoner, bærbare |
| statC | franklin, systemet CGS-esu | 2,998·10⁹ | eldre teoretisk fysikk |
| abC | abcoulomb, systemet CGS-emu | 0,1 | elektromagnetisk CGS |
| faraday | ladningen til ett mol elektroner | 1,036·10⁻⁵ | elektrokjemi, galvanoteknikk |
| e | elementærladning | 6,242·10¹⁸ | atom- og kjernefysikk |
| A·h | amperetime | 2,778·10⁻⁴ | energiteknikk, akkumulatorer |
| C | coulomb | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
Amperetimen er den samme ladningen, bare med timen i stedet for sekundet: faktoren er nøyaktig 3600. Faraday er ladningen til ett mol elektroner, elektrokjemiens enhet.
03 · Størrelsesordener
fra elektronet til tordenskyenÉn coulomb: en ampere i ett sekund
04 · Måleinstrumenter
Hva ladning måles med
To gullblad spriker desto mer jo større ladningen på den felles staven er. Instrumentet viser potensialet, og ladningen får man ved å gange med en kjent kapasitans. Det fanger brøkdeler av en pikocoulomb og trekker ingen strøm — derfor lever det videre fra syttenhundretallet.
En elektrolytisk celle der ladningen som har passert, blir til masse av avsatt metall. Elektroden veies før og etter, og Faradays lov gir ladningen. Langsom, men til gjengjeld absolutt: resultatet avhenger ikke av noen elektrisk normal.
Coulombs eget instrument: en ladd kule på en vektarm blir frastøtt av en fast, tråden vrir seg, og dreievinkelen gir kraften. Slik ble loven om omvendte kvadrater fastslått i 1785 — ved måling, ikke ved gjetning.
En brikke i batteriet måler uavbrutt strømmen over en shunt og summerer den over tid, og får dermed den forbrukte ladningen. Nettopp denne størrelsen, og ikke spenningen, viser batteriprosenten på telefonen — riktignok med en feil som hoper seg opp og nullstilles ved full lading.
05 · Skriveregler
Stor C — men ikke grad Celsius
Ett og samme tegn er opptatt to ganger i SI: uten gradtegnet er det ladning, med tegnet temperatur. Amperetimen er ingen SI-enhet, men er tillatt i praksis; den skrives med gangetegn: A·h, ikke Ah og ikke A/h. Tegnet for størrelsen ladning er en kursiv Q, for enheten en rett C: i Q = 4,5 C skiller kursiv og rett skrift betydningene. Det russiske tegnet er Кл. Ladning kan være negativ, og fortegnet hører med til verdien: −1,6·10⁻¹⁹ C for elektronet, +1,6·10⁻¹⁹ C for protonet. Tallverdiene deres er nøyaktig like.
Tegnet for størrelsen ladning er en kursiv Q, for enheten en rett C: i formelen Q = 4,5 C bærer kursiven og den rette skriften forskjellen. Det russiske tegnet er Кл. Amperetimen skrives med punkt i halv høyde eller med mellomrom mellom tegnene, aldri sammen: A·h, ikke Ah. En enslig liten c er prefikset senti- og tegnet for lysfarten, som ikke har noe med ladning å gjøre.
06 · Naboenheter
Coulomben står mellom strøm og spenning: strømmen er ladning per sekund, kapasitansen ladning per volt. Begge sammenhengene får plass på én linje.
Blant databladene til Simetrium står ved siden av coulomben ampere, hvis ladning per sekund den nettopp er, farad og volt fra den samme formelen, amperetime som dagligdags mål på den samme ladningen, og mol, som knytter ladningen til stoffmengden.
07 · Historisk del
En ladning man lærte å telle før man forsto den
Charles Coulomb hengte en vektarm i en tynn sølvtråd og målte kraften mellom ladde kuler ut fra vridningsvinkelen. At kraften avtar med kvadratet av avstanden, kom ut av forsøket, selv om det var gjettet på det tidligere.
Den internasjonale elektrikerkongressen delte ut navn til flere enheter på én gang: volt, ampere, ohm, coulomb og farad kom til samme år. Ladningen ble definert gjennom strømmen og ikke omvendt — strøm var lettere å måle.
Robert Millikan holdt ladde oljedråper i likevekt med et elektrisk felt og fant at ladningene deres var multipler av én størrelse. Dermed var det bevist at ladning er diskret, og verdien av elementærladningen funnet — med en halv prosents feil på grunn av feil viskositet for luft. Den internasjonale coulomben ble fastsatt med et sølvcoulombmeter: ladningen som avsetter 1,118 milligram sølv. Fra dagens skilte den seg i femte siffer.
Amperen ble omdefinert gjennom en fastsatt elektronladning, og coulomben fikk et annet, eksakt mål: et helt antall elementærladninger. Den gamle definisjonen av amperen gjennom kraften mellom ledere forsvant sammen med den magnetiske konstanten, som sluttet å være eksakt.
En enhet uten normal — og uten behov for en
Ladning oppbevares ikke: enhver oppsamlet coulomb siver bort gjennom isolasjonen, gjennom lufta og over sin egen overflate i løpet av få timer. Derfor finnes ingen coulombnormal som gjenstand, og har aldri gjort det — enheten realiseres ved å måle strømmen over et tidsintervall, og fra 2019 også ved å telle elektroner. Enkeltelektronpumper sender ett elektron per takt gjennom en kvanteprikk: en milliard takter i sekundet gir en strøm på omkring hundre og seksti pikoampere, kjent med en nøyaktighet som klassiske metoder ikke når. Å lukke trekanten volt — ampere — ohm med kvanteeffekter og få coulomben langs en tredje uavhengig vei har metrologien ennå ikke greid: avvikene ligger på milliarddelsnivå, og det er nettopp de som i dag setter grensen for nøyaktigheten i elektriske målinger.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 30 språk.
Avledede SI-enheter med eget navn
databladet for coulomb er åpnetSI-grunnenheter
i terrakotta — amperen og sekundet, som coulomben består avLadningen i andre systemer
Databladets språk
30 språk. Tegnet C er internasjonalt, men det dagligdagse målet på ladning varierer: i noen land oppgis batterikapasiteten i milliamperetimer, i andre i wattimer.