Coulomb
Unidade derivada do SI · grandeza: carga elétrica
01 · Definição
Coulomb pendurou uma bolinha carregada num fio fino e mediu a força de repulsão pelo ângulo de torção. Assim se descobriu a lei que mantém unida toda a eletrostática.
Um coulomb é a carga que atravessa um fio num segundo com uma corrente de um ampere. É muitíssimo para a estática e muito pouco para a rede: um relâmpago transporta dezenas de coulombs, ao passo que a descarga de uma camisola sintética são microcoulombs. A bateria de um telemóvel guarda cerca de onze mil coulombs, embora seja hábito contá-los em miliampere-horas. Desde 2019 a cadeia inverteu-se: a carga elementar está fixada por um número exato, e o coulomb é agora exatamente 6 241 509 074 460 762 607,776 cargas elementares.
Um pente eletrizado no cabelo leva algo como um décimo de microcoulomb; uma pessoa que atravessou um tapete, cerca de um microcoulomb, e isso chega para uma faísca de um centímetro. A carga de uma nuvem de trovoada atinge algumas dezenas de coulombs, e um único raio transporta entre cinco e trinta. Tudo o que um eletroscópio mostra fica em milionésimos de milésimo da unidade: a força entre cargas varia com o inverso do quadrado da distância e cresce tão depressa que os corpos se afastam muito antes de se acumular algo digno de nota.
02 · Conversão
Introduza uma carga e a ficha desdobra-a em todas as unidades
O ampere-hora é a mesma carga, com a hora no lugar do segundo: o fator é exatamente 3600. O faraday é a carga de uma mole de eletrões, a unidade da eletroquímica.
O faraday liga a eletricidade à química: para depositar num elétrodo uma mole de uma substância monovalente é preciso fazer passar 96 485 coulombs. Daí a constante de Faraday sai do produto da carga do eletrão pelo número de Avogadro, e desde 2019 ambos os fatores são exatos — logo, ela também o é. Sobre esta lei assenta toda a galvanoplastia: a espessura do revestimento calcula-se pela carga que passou, não pelo tempo nem pela tensão.
| Unidade | Nome | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, unidade do SI | 1 | física, eletrotecnia |
| mC | milicoulomb | 1000 | flashes, desfibrilhadores |
| µC | microcoulomb | 1000000 | eletricidade estática |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | eletrostática, partículas de pó |
| A·h | ampere-hora | 2,778·10⁻⁴ | acumuladores, pilhas |
| mA·h | miliampere-hora | 0,2778 | telemóveis, portáteis |
| statC | franklin, sistema CGS-UES | 2,998·10⁹ | física teórica antiga |
| abC | abcoulomb, sistema CGS-UEM | 0,1 | CGS eletromagnético |
| faraday | carga de uma mole de eletrões | 1,036·10⁻⁵ | eletroquímica, galvanoplastia |
| e | carga elementar | 6,242·10¹⁸ | física atómica e nuclear |
| A·h | ampere-hora | 2,778·10⁻⁴ | energia, acumuladores |
| C | coulomb | 1 | a unidade de partida desta ficha |
O ampere-hora é a mesma carga, com a hora no lugar do segundo: o fator é exatamente 3600. O faraday é a carga de uma mole de eletrões, a unidade da eletroquímica.
03 · Ordens de grandeza
do eletrão à nuvem de trovoadaUm coulomb: um ampere durante um segundo
04 · Instrumentos de medição
Com que se mede a carga
Duas folhas de ouro afastam-se tanto mais quanto maior for a carga na haste que partilham. O aparelho indica o potencial, e a carga obtém-se multiplicando por uma capacidade conhecida. Apanha frações de picocoulomb e não consome corrente — por isso sobrevive desde o século dezoito.
Uma célula eletrolítica em que a carga que passou se transforma na massa do metal depositado. Pesa-se o elétrodo antes e depois, e a lei de Faraday dá a carga. Lento, mas absoluto: o resultado não depende de nenhum padrão elétrico.
O aparelho do próprio Coulomb: uma bolinha carregada na ponta de uma haste é repelida por outra fixa, o fio torce-se e o ângulo de rotação dá a força. Foi assim que em 1785 se estabeleceu a lei do inverso do quadrado — por medida, não por palpite.
Um circuito integrado dentro da bateria mede continuamente a corrente num shunt e soma-a no tempo, obtendo a carga gasta. É esta grandeza, e não a tensão, que mostra a percentagem de bateria no telemóvel — ainda que com um erro que se acumula e se põe a zero na carga completa.
05 · Regras de escrita
C maiúsculo — mas não o grau Celsius
Um mesmo símbolo está tomado duas vezes no SI: sem o sinal de grau é a carga, com ele a temperatura. O ampere-hora não é unidade do SI mas é admitido na prática; deve escrever-se com ponto de multiplicação: A·h, e não Ah nem A/h. O símbolo da grandeza carga é um Q itálico, o da unidade um C redondo: em Q = 4,5 C o itálico e o redondo separam os sentidos. O símbolo russo é Кл. A carga pode ser negativa, e o sinal faz parte do valor: −1,6·10⁻¹⁹ C no eletrão, +1,6·10⁻¹⁹ C no protão. Os módulos coincidem exatamente.
O símbolo da grandeza carga é um Q itálico, o da unidade um C redondo: na fórmula Q = 4,5 C o itálico e o redondo carregam a distinção. O símbolo russo é Кл. O ampere-hora escreve-se com ponto a meia altura ou com espaço entre os símbolos, nunca junto: A·h, e não Ah. Um c minúsculo isolado é o prefixo centi- e o símbolo da velocidade da luz, que nada têm que ver com a carga.
06 · Unidades vizinhas
O coulomb está entre a corrente e a tensão: a corrente é carga por segundo e a capacidade é carga por volt. Ambas as relações cabem numa linha.
De entre as fichas do Simetrium ficam ao lado do coulomb ampere, cuja carga por segundo ele justamente é, farad e volt da mesma fórmula, ampere-hora como medida corrente da mesma carga, e mole, pela qual a carga se liga à quantidade de substância.
07 · Secção histórica
Uma carga que se aprendeu a contar antes de se compreender
Charles Coulomb pendurou uma haste num fino fio de prata e mediu a força entre bolinhas carregadas pelo ângulo de torção. A proporcionalidade inversa ao quadrado da distância saiu da experiência, embora já antes se tivesse conjeturado.
O Congresso Internacional de Eletricistas distribuiu de uma vez os nomes de várias unidades: o volt, o ampere, o ohm, o coulomb e o farad surgiram no mesmo ano. A carga foi definida pela corrente e não ao contrário — medir corrente era mais fácil.
Robert Millikan equilibrava gotículas de óleo carregadas num campo elétrico e descobriu que as suas cargas eram múltiplas de uma só grandeza. Ficou assim provada a descontinuidade da carga e achado o valor da elementar — com meio por cento de erro, por causa de uma viscosidade do ar errada. O coulomb internacional definia-se por um coulombímetro de prata: a carga que deposita 1,118 miligramas de prata. Do atual afastava-se na quinta casa.
O ampere foi redefinido por uma carga do eletrão fixada, e o coulomb recebeu uma segunda medida exata: um número inteiro de cargas elementares. A antiga definição do ampere pela força entre condutores partiu juntamente com a constante magnética, que deixou de ser exata.
Uma unidade sem padrão — e que não precisa dele
A carga não se guarda: qualquer coulomb acumulado escoa-se em poucas horas pelo isolamento, pelo ar e pela própria superfície. Por isso não existe nem alguma vez existiu um padrão do coulomb enquanto objeto — a unidade realiza-se medindo a corrente ao longo de um intervalo de tempo e, desde 2019, contando também eletrões. As bombas de um só eletrão fazem passar um eletrão por ciclo através de um ponto quântico: mil milhões de ciclos por segundo dão uma corrente de cerca de cento e sessenta picoamperes, conhecida com uma exatidão inatingível para os métodos clássicos. Fechar o triângulo volt — ampere — ohm com efeitos quânticos e obter o coulomb por uma terceira via independente é algo que a metrologia ainda não conseguiu: as discrepâncias situam-se ao nível dos milmilionésimos, e são elas que hoje fixam o limite de exatidão das medições elétricas.
Catálogo · unidades de medida
Uma ficha para cada grandeza
Sete unidades de base do SI, vinte e duas derivadas com nome próprio e as unidades fora do sistema sem as quais não passam nem a técnica nem o dia a dia. Cada uma tem a sua folha: definição, conversão, instrumentos, regras de escrita. Em 30 idiomas.
Unidades derivadas do SI com nome próprio
ficha do coulomb abertaUnidades de base do SI
a terracota: o ampere e o segundo, de que o coulomb é feitoA carga noutros sistemas
Idioma da ficha
30 línguas. O símbolo C é internacional, mas a medida corrente da carga difere: nuns países a capacidade das baterias indica-se em miliampere-horas, noutros em watt-horas.