Kulon
Izvedena SI jedinica · veličina: električno naelektrisanje
01 · Definicija
Kulon je naelektrisanu kuglicu obesio o tanku nit i po uglu uvrtanja izmerio silu odbijanja. Tako je nađen zakon koji drži na okupu celu elektrostatiku.
Jedan kulon je naelektrisanje koje pri struji od jednog ampera prođe kroz provodnik za jednu sekundu. Za statiku je to vrlo mnogo, a za mrežu sasvim malo: munja prenosi desetine kulona, dok je pražnjenje sa džempera od sintetike svega nekoliko mikrokulona. Baterija telefona čuva oko jedanaest hiljada kulona, mada je običaj brojati ih u miliamper-časovima. Od 2019. lanac se okrenuo: elementarno naelektrisanje utvrđeno je tačnim brojem, i kulon je sada tačno 6 241 509 074 460 762 607,776 elementarnih naelektrisanja.
Češalj naelektrisan o kosu nosi reda desetinu mikrokulona; čovek koji je prešao preko tepiha oko jedan mikrokulon, a to je već dovoljno za varnicu dugu centimetar. Naelektrisanje olujnog oblaka dostiže nekoliko desetina kulona, a jedan udar munje prenese od pet do trideset. Sve što elektroskop pokazuje leži u milijarditim delovima jedinice: sila između naelektrisanja opada s kvadratom rastojanja i raste tako brzo da se tela razmaknu mnogo pre nego što se nakupi išta vredno pomena.
02 · Pretvaranje
Unesite naelektrisanje — list će ga razložiti po svim jedinicama
Amper-čas je isto naelektrisanje, samo sa časom umesto sekunde: činilac je tačno 3600. Faradej je naelektrisanje jednog mola elektrona, jedinica elektrohemije.
Faradej vezuje elektricitet za hemiju: da bi se na elektrodi izdvojio jedan mol jednovalentne supstance, treba propustiti 96 485 kulona. Otuda Faradejeva konstanta izlazi kao proizvod naelektrisanja elektrona i Avogadrovog broja, a od 2019. oba činioca su tačna — dakle tačna je i ona sama. Na ovom zakonu stoji cela galvanizacija: debljina prevlake računa se po protečenom naelektrisanju, a ne po vremenu ili naponu.
| Jedinica | Naziv | Vrednost | Gde se sreće |
|---|---|---|---|
| C | kulon, SI jedinica | 1 | fizika, elektrotehnika |
| mC | milikulon | 1000 | blicevi, defibrilatori |
| µC | mikrokulon | 1000000 | statički elektricitet |
| nC | nanokulon | 1·10⁹ | elektrostatika, zrnca prašine |
| A·h | amper-čas | 2,778·10⁻⁴ | akumulatori, baterije |
| mA·h | miliamper-čas | 0,2778 | telefoni, prenosivi računari |
| statC | franklin, sistem CGS elektrostatički | 2,998·10⁹ | starija teorijska fizika |
| abC | abkulon, sistem CGS elektromagnetni | 0,1 | elektromagnetni CGS |
| faradej | naelektrisanje jednog mola elektrona | 1,036·10⁻⁵ | elektrohemija, galvanizacija |
| e | elementarno naelektrisanje | 6,242·10¹⁸ | atomska i nuklearna fizika |
| A·h | amper-čas | 2,778·10⁻⁴ | energetika, akumulatori |
| C | kulon | 1 | polazna jedinica ovog lista |
Amper-čas je isto naelektrisanje, samo sa časom umesto sekunde: činilac je tačno 3600. Faradej je naelektrisanje jednog mola elektrona, jedinica elektrohemije.
03 · Redovi veličina
od elektrona do olujnog oblakaJedan kulon: jedan amper tokom jedne sekunde
04 · Merni instrumenti
Čime se meri naelektrisanje
Dva zlatna listića razmiču se tim više, što je veće naelektrisanje na zajedničkoj šipki. Instrument pokazuje potencijal, a naelektrisanje se dobija množenjem poznatom kapacitivnošću. Hvata delove pikokulona i ne troši struju — time i živi od osamnaestog veka.
Elektrolitička ćelija u kojoj se protečeno naelektrisanje pretvara u masu istaloženog metala. Elektroda se izmeri pre i posle, a Faradejev zakon daje naelektrisanje. Spor, ali apsolutan: rezultat ne zavisi ni od kakvih električnih etalona.
Instrument samog Kulona: naelektrisana kuglica na kraku odbija se od nepomične, nit se uvrće, a ugao obrtanja daje silu. Tako je 1785. utvrđen zakon obrnutih kvadrata — merenjem, a ne nagađanjem.
Čip u akumulatoru neprekidno meri struju na šantu i sabira je po vremenu, pa dobija potrošeno naelektrisanje. Baš ta veličina, a ne napon, pokazuje procenat baterije na telefonu — doduše s greškom koja se gomila i koja se poništava pri punom punjenju.
05 · Pravila pisanja
Veliko C — ali ne stepen Celzijusa
Isti znak je u SI zauzet dvaput: bez znaka stepena to je naelektrisanje, sa znakom temperatura. Amper-čas nije SI jedinica, ali je u praksi dopuštena; piše se s tačkom množenja: A·h, a ne Ah niti A/h. Oznaka veličine naelektrisanja je kurzivno Q, jedinice uspravno C: u zapisu Q = 4,5 C kurziv i uspravno pismo razdvajaju smisao. Ruska oznaka je Кл. Naelektrisanje ume da bude negativno, a znak je deo vrednosti: −1,6·10⁻¹⁹ C kod elektrona, +1,6·10⁻¹⁹ C kod protona. Njihove veličine poklapaju se tačno.
Oznaka veličine naelektrisanja je kurzivno Q, jedinice uspravno C: u formuli Q = 4,5 C razliku nose kurziv i uspravno pismo. Ruska oznaka je Кл. Amper-čas se piše s tačkom na sredini reda ili s razmakom između oznaka, nikada spojeno: A·h, a ne Ah. Usamljeno malo c je prefiks centi- i oznaka brzine svetlosti, koji s naelektrisanjem nemaju veze.
06 · Susedne jedinice
Kulon stoji između struje i napona: struja je naelektrisanje po sekundi, a kapacitivnost naelektrisanje po voltu. Obe veze staju u jedan red.
Od listova Simetrijuma uz kulon stoje amper, čije naelektrisanje po sekundi on i jeste, farad i volt iz iste formule, amper-čas kao svakodnevna mera istog naelektrisanja, i mol, preko kojeg se naelektrisanje vezuje za količinu supstance.
07 · Istorijski deo
Naelektrisanje koje su naučili da broje pre nego što su ga shvatili
Šarl Kulon obesio je krak o tanku srebrnu nit i po uglu uvrtanja izmerio silu između naelektrisanih kuglica. Obrnuta srazmera kvadratu rastojanja izašla je iz ogleda, mada su nagađanja o njoj izricana i ranije.
Međunarodni kongres električara podelio je imena odjednom nekolikim jedinicama: volt, amper, om, kulon i farad pojavili su se iste godine. Naelektrisanje je definisano preko struje, a ne obrnuto — struju je bilo lakše meriti.
Robert Milikan držao je naelektrisane kapljice ulja u ravnoteži električnim poljem i otkrio da su njihova naelektrisanja umnošci jedne jedine veličine. Tako je dokazana isprekidanost naelektrisanja i nađena vrednost elementarnog — s greškom od pola procenta zbog pogrešno uzete viskoznosti vazduha. Međunarodni kulon određivan je srebrnim kulonmetrom: naelektrisanje koje istaloži 1,118 miligrama srebra. Od današnjeg se razlikovao na petom mestu.
Amper je nanovo definisan preko utvrđenog naelektrisanja elektrona, a kulon je dobio drugu, tačnu meru: ceo broj elementarnih naelektrisanja. Stara definicija ampera preko sile između provodnika otišla je zajedno s magnetnom konstantom, koja je prestala da bude tačna.
Jedinica koja nema etalon — niti joj treba
Naelektrisanje se ne čuva: svaki nakupljeni kulon iscuri kroz izolaciju, kroz vazduh i preko sopstvene površine za svega nekoliko sati. Zato etalon kulona kao predmet ne postoji i nikada nije postojao — jedinica se ostvaruje merenjem struje tokom vremenskog intervala, a od 2019. i brojanjem elektrona. Jednoelektronske pumpe propuštaju kroz kvantnu tačku po jedan elektron u taktu: milijardu taktova u sekundi daje struju od oko sto šezdeset pikoampera, poznatu s tačnošću do koje klasične metode ne dopiru. Zatvoriti trougao volt — amper — om kvantnim efektima i dobiti kulon trećim nezavisnim putem metrolozima još nije pošlo za rukom: neslaganja leže na nivou milijarditih delova, i baš ona danas određuju granicu tačnosti električnih merenja.
Katalog · merne jedinice
List za svaku veličinu
Sedam osnovnih SI jedinica, dvadeset dve izvedene sa sopstvenim imenima i vansistemske jedinice bez kojih ne prolaze ni tehnika ni svakodnevica. Svaka ima svoj list: definicija, pretvaranje, instrumenti, pravila pisanja. Na 36 jezika.
Izvedene SI jedinice sa sopstvenim imenom
otvoren list kulonaOsnovne SI jedinice
terakotom — amper i sekunda, od kojih se kulon sastojiNaelektrisanje u drugim sistemima
Jezik lista
36 jezika. Oznaka C je međunarodna, ali svakodnevna mera naelektrisanja se razlikuje: u jednim zemljama kapacitet baterija daje se u miliamper-časovima, u drugima u vat-časovima.