Coulomb
Unitate SI derivată · mărime: sarcină electrică
01 · Definiție
Coulomb a atârnat o bilă încărcată de un fir subțire și a măsurat forța de respingere după unghiul de torsiune. Așa a fost găsită legea care ține laolaltă toată electrostatica.
Un coulomb este sarcina care trece printr-un fir într-o secundă la un curent de un amper. Pentru electricitatea statică e foarte mult, iar pentru rețea destul de puțin: fulgerul transportă zeci de coulombi, în vreme ce descărcarea de la un pulover sintetic înseamnă microcoulombi. Bateria unui telefon adună vreo unsprezece mii de coulombi, deși se obișnuiește să fie numărați în miliamperi-oră. Din 2019 lanțul s-a întors: sarcina elementară este fixată printr-un număr exact, iar coulombul înseamnă acum exact 6 241 509 074 460 762 607,776 sarcini elementare.
Un pieptene electrizat de păr poartă de ordinul unei zecimi de microcoulomb; un om care a traversat un covor, cam un microcoulomb, iar asta ajunge pentru o scânteie de un centimetru. Sarcina unui nor de furtună ajunge la câteva zeci de coulombi, iar o singură lovitură de fulger transportă între cinci și treizeci. Tot ce arată un electroscop stă în miliardimi de unitate: forța dintre sarcini scade cu pătratul distanței și crește atât de repede, încât corpurile se resping cu mult înainte să se fi adunat ceva demn de luat în seamă.
02 · Conversie
Introduceți o sarcină — fișa o desface în toate unitățile
Amperul-oră este aceeași sarcină, doar cu ora în loc de secundă: factorul este exact 3600. Faradayul este sarcina unui mol de electroni, unitatea electrochimiei.
Faradayul leagă electricitatea de chimie: ca să depui pe un electrod un mol de substanță monovalentă trebuie să treci 96 485 de coulombi. De aici constanta lui Faraday iese din înmulțirea sarcinii electronului cu numărul lui Avogadro, iar din 2019 ambii factori sunt exacți — așadar este exactă și ea. Pe această lege stă toată galvanotehnica: grosimea stratului se socotește după sarcina trecută, nu după timp sau tensiune.
| Unitate | Nume | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, unitate SI | 1 | fizică, electrotehnică |
| mC | milicoulomb | 1000 | blițuri, defibrilatoare |
| µC | microcoulomb | 1000000 | electricitate statică |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | electrostatică, fire de praf |
| A·h | amper-oră | 2,778·10⁻⁴ | acumulatoare, baterii |
| mA·h | miliamper-oră | 0,2778 | telefoane, laptopuri |
| statC | franklin, sistemul CGS-UES | 2,998·10⁹ | fizica teoretică veche |
| abC | abcoulomb, sistemul CGS-UEM | 0,1 | CGS electromagnetic |
| faraday | sarcina unui mol de electroni | 1,036·10⁻⁵ | electrochimie, galvanotehnică |
| e | sarcină elementară | 6,242·10¹⁸ | fizică atomică și nucleară |
| A·h | amper-oră | 2,778·10⁻⁴ | energetică, acumulatoare |
| C | coulomb | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
Amperul-oră este aceeași sarcină, doar cu ora în loc de secundă: factorul este exact 3600. Faradayul este sarcina unui mol de electroni, unitatea electrochimiei.
03 · Ordine de mărime
de la electron la norul de furtunăUn coulomb: un amper timp de o secundă
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară sarcina
Două foițe de aur se depărtează cu atât mai mult cu cât sarcina de pe tija lor comună e mai mare. Aparatul arată potențialul, iar sarcina se obține înmulțind cu o capacitate cunoscută. Prinde fracțiuni de picocoulomb și nu consumă curent — de aceea trăiește din secolul al optsprezecelea.
O celulă electrolitică în care sarcina trecută se preface în masă de metal depus. Electrodul se cântărește înainte și după, iar legea lui Faraday dă sarcina. Lent, în schimb absolut: rezultatul nu depinde de niciun etalon electric.
Aparatul lui Coulomb însuși: o bilă încărcată de la capătul unei pârghii este respinsă de una fixă, firul se răsucește, iar unghiul de rotație dă forța. Așa s-a stabilit în 1785 legea inversului pătratului — prin măsurare, nu prin presupunere.
Un cip din acumulator măsoară necontenit curentul pe un șunt și îl adună în timp, obținând sarcina consumată. Tocmai această mărime, și nu tensiunea, arată procentul bateriei pe telefon — ce-i drept, cu o eroare care se adună și care se aduce la zero la încărcarea completă.
05 · Reguli de scriere
C majuscul — dar nu gradul Celsius
Unul și același simbol este luat de două ori în SI: fără semnul de grad este sarcina, cu el temperatura. Amperul-oră nu este unitate SI, dar este admis în practică; se scrie cu punct de înmulțire: A·h, nu Ah și nici A/h. Simbolul mărimii sarcină este un Q cursiv, al unității un C drept: în Q = 4,5 C cursivul și dreptul despart înțelesurile. Simbolul rusesc este Кл. Sarcina poate fi negativă, iar semnul face parte din valoare: −1,6·10⁻¹⁹ C la electron, +1,6·10⁻¹⁹ C la proton. Modulele lor coincid exact.
Simbolul mărimii sarcină este un Q cursiv, al unității un C drept: în formula Q = 4,5 C cursivul și dreptul poartă deosebirea. Simbolul rusesc este Кл. Amperul-oră se scrie cu punct la jumătatea rândului sau cu spațiu între simboluri, niciodată lipit: A·h, nu Ah. Un c mic de unul singur este prefixul centi- și simbolul vitezei luminii, care nu au nicio legătură cu sarcina.
06 · Unități vecine
Coulombul stă între curent și tensiune: curentul este sarcină pe secundă, iar capacitatea sarcină pe volt. Amândouă legăturile încap într-un rând.
Dintre fișele Simetrium stau alături de coulomb amper, a cărui sarcină pe secundă chiar el este, farad și volt din aceeași formulă, amper-oră ca măsură obișnuită a aceleiași sarcini, și mol, prin care sarcina se leagă de cantitatea de substanță.
07 · Secțiune istorică
O sarcină pe care oamenii au învățat s-o numere înainte s-o înțeleagă
Charles Coulomb a atârnat o pârghie de un fir subțire de argint și a măsurat forța dintre bilele încărcate după unghiul de torsiune. Proporționalitatea inversă cu pătratul distanței a ieșit din experiment, deși se făcuseră presupuneri despre ea și mai devreme.
Congresul Internațional al Electricienilor a împărțit dintr-odată nume mai multor unități: voltul, amperul, ohmul, coulombul și faradul au apărut în același an. Sarcina a fost definită prin curent și nu invers — curentul era mai ușor de măsurat.
Robert Millikan ținea în echilibru picături de ulei încărcate cu un câmp electric și a descoperit că sarcinile lor sunt multipli ai unei singure mărimi. Astfel s-a dovedit discontinuitatea sarcinii și s-a găsit valoarea celei elementare — cu o eroare de o jumătate de procent, din cauza unei vâscozități greșite a aerului. Coulombul internațional se definea printr-un coulombmetru cu argint: sarcina care depune 1,118 miligrame de argint. De cel de azi se deosebea la a cincea cifră.
Amperul a fost redefinit printr-o sarcină a electronului fixată, iar coulombul a primit o a doua măsură exactă: un număr întreg de sarcini elementare. Vechea definiție a amperului prin forța dintre conductoare a plecat împreună cu constanta magnetică, ce a încetat să fie exactă.
O unitate fără etalon — și care nici nu are nevoie
Sarcina nu se păstrează: orice coulomb adunat se scurge prin izolație, prin aer și pe propria suprafață în câteva ore. De aceea un etalon al coulombului ca obiect nu există și nu a existat niciodată — unitatea se realizează măsurând curentul pe un interval de timp, iar din 2019 și numărând electroni. Pompele cu un singur electron trec câte un electron pe tact printr-un punct cuantic: un miliard de tacte pe secundă dau un curent de vreo o sută șaizeci de picoamperi, cunoscut cu o exactitate de neatins pentru metodele clasice. Să închidă triunghiul volt — amper — ohm cu efecte cuantice și să obțină coulombul pe o a treia cale independentă metrologii încă nu au reușit: abaterile stau la nivelul miliardimilor și tocmai ele hotărăsc astăzi limita de precizie a măsurătorilor electrice.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și unitățile din afara sistemului fără de care nu se descurcă nici tehnica, nici viața de zi cu zi. Fiecare are foaia ei: definiție, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 30 de limbi.
Unități SI derivate cu nume propriu
fișa coulombului este deschisăUnități fundamentale SI
cu teracotă — amperul și secunda, din care e făcut coulombulSarcina în alte sisteme
Limba fișei
30 de limbi. Simbolul C este internațional, dar măsura obișnuită a sarcinii diferă: în unele țări capacitatea acumulatoarelor se dă în miliamperi-oră, în altele în wați-oră.