Coulomb
Härledd SI-enhet · storhet: elektrisk laddning
01 · Definition
Coulomb hängde en laddad kula i en fin tråd och mätte frånstötningskraften på vridningsvinkeln. Så fann man lagen som håller ihop hela elektrostatiken.
En coulomb är den laddning som vid en ström på en ampere passerar ledningen på en sekund. För statisk elektricitet är det väldigt mycket och för elnätet ganska litet: en blixt för med sig tiotals coulomb, medan urladdningen från en syntettröja rör sig om mikrocoulomb. En mobils batteri rymmer omkring elva tusen coulomb, även om man brukar räkna dem i milliamperetimmar. Sedan 2019 har kedjan vänts: elementarladdningen är fastlagd som ett exakt tal, och en coulomb är nu precis 6 241 509 074 460 762 607,776 elementarladdningar.
En kam som laddats mot håret bär ungefär en tiondels mikrocoulomb; en människa som gått över en matta omkring en mikrocoulomb, och det räcker till en gnista på en centimeter. Ett åskmolns laddning når några tiotal coulomb, och ett enda blixtnedslag för med sig fem till trettio. Allt ett elektroskop visar ligger i miljarddelar av enheten: kraften mellan laddningar avtar med kvadraten på avståndet och växer så snabbt att kropparna knuffar isär varandra långt innan något nämnvärt hunnit samlas.
02 · Omräkning
Skriv in en laddning — databladet delar upp den i alla enheter
Amperetimmen är samma laddning, med timmen i stället för sekunden: faktorn är exakt 3600. Faraday är laddningen hos en mol elektroner, elektrokemins enhet.
Faraday binder elektriciteten till kemin: för att fälla ut en mol av ett envärt ämne på en elektrod måste 96 485 coulomb passera. Härur fås Faradays konstant genom att multiplicera elektronens laddning med Avogadros tal, och sedan 2019 är båda faktorerna exakta — alltså är den det också. På denna lag vilar hela galvanotekniken: skiktets tjocklek räknas ur den passerade laddningen, inte ur tid eller spänning.
| Enhet | Namn | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, SI-enhet | 1 | fysik, elektroteknik |
| mC | millicoulomb | 1000 | blixtar, defibrillatorer |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | statisk elektricitet |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatik, dammkorn |
| A·h | amperetimme | 2,778·10⁻⁴ | ackumulatorer, batterier |
| mA·h | milliamperetimme | 0,2778 | telefoner, bärbara datorer |
| statC | franklin, systemet CGS-ESE | 2,998·10⁹ | äldre teoretisk fysik |
| abC | abcoulomb, systemet CGS-EME | 0,1 | elektromagnetisk CGS |
| faraday | laddningen hos en mol elektroner | 1,036·10⁻⁵ | elektrokemi, galvanoteknik |
| e | elementarladdning | 6,242·10¹⁸ | atom- och kärnfysik |
| A·h | amperetimme | 2,778·10⁻⁴ | energiteknik, ackumulatorer |
| C | coulomb | 1 | databladets utgångsenhet |
Amperetimmen är samma laddning, med timmen i stället för sekunden: faktorn är exakt 3600. Faraday är laddningen hos en mol elektroner, elektrokemins enhet.
03 · Storleksordningar
från elektronen till åskmolnetEn coulomb: en ampere under en sekund
04 · Mätinstrument
Vad laddning mäts med
Två guldblad går isär desto mer ju större laddningen på deras gemensamma stav är. Instrumentet visar potentialen, och laddningen fås genom multiplikation med en känd kapacitans. Det fångar bråkdelar av en picocoulomb och drar ingen ström — därför lever det kvar sedan sjuttonhundratalet.
En elektrolytisk cell där den passerade laddningen blir till massa av avsatt metall. Elektroden vägs före och efter, och Faradays lag ger laddningen. Långsam men absolut: resultatet beror inte på någon elektrisk normal alls.
Coulombs eget instrument: en laddad kula på en balk stöts bort av en fast, tråden vrids, och vridningsvinkeln ger kraften. Så fastställdes 1785 lagen om omvända kvadrater — genom mätning, inte genom gissning.
Ett chip i batteriet mäter oavbrutet strömmen över en shunt och summerar den över tiden, vilket ger den förbrukade laddningen. Det är just denna storhet, inte spänningen, som visar batteriprocenten i telefonen — låt vara med ett fel som samlas på hög och nollställs vid full laddning.
05 · Skrivregler
Versalt C — men inte grad Celsius
Ett och samma tecken är upptaget två gånger i SI: utan gradtecknet är det laddning, med det temperatur. Amperetimmen är ingen SI-enhet men tillåten i praktiken; den skrivs med multiplikationspunkt: A·h, inte Ah och inte A/h. Beteckningen för storheten laddning är ett kursivt Q, för enheten ett rakt C: i Q = 4,5 C skiljer kursiv och rak stil på betydelserna. Den ryska beteckningen är Кл. Laddning kan vara negativ, och tecknet hör till värdet: −1,6·10⁻¹⁹ C för elektronen, +1,6·10⁻¹⁹ C för protonen. Deras belopp stämmer exakt överens.
Beteckningen för storheten laddning är ett kursivt Q, för enheten ett rakt C: i formeln Q = 4,5 C bär kursiven och den raka stilen skillnaden. Den ryska beteckningen är Кл. Amperetimmen skrivs med punkt på halv höjd eller med mellanslag mellan tecknen, aldrig ihop: A·h, inte Ah. Ett ensamt litet c är prefixet centi- och beteckningen för ljusets hastighet, vilka inte har med laddning att göra.
06 · Grannenheter
Coulomben står mellan ström och spänning: strömmen är laddning per sekund, kapacitansen laddning per volt. Båda sambanden ryms på en rad.
Bland Simetriums datablad står intill coulomben ampere, vars laddning per sekund den just är, farad och volt ur samma formel, amperetimme som vardagsmått på samma laddning, och mol, genom vilken laddningen hänger ihop med substansmängden.
07 · Historisk del
En laddning man lärde sig räkna innan man förstod den
Charles Coulomb hängde en balk i en fin silvertråd och mätte kraften mellan laddade kulor på vridningsvinkeln. Att kraften avtar med kvadraten på avståndet kom ur försöket, även om gissningar om saken hade framförts tidigare.
Den internationella elektrikerkongressen delade ut namn åt flera enheter på en gång: volt, ampere, ohm, coulomb och farad kom till samma år. Laddningen definierades genom strömmen och inte tvärtom — ström var lättare att mäta.
Robert Millikan höll laddade oljedroppar i jämvikt med ett elektriskt fält och fann att deras laddningar var multiplar av en enda storhet. Därmed var laddningens diskreta natur bevisad och elementarladdningens värde funnet — med ett halvt procents fel, på grund av en felaktig viskositet för luft. Den internationella coulomben bestämdes med en silvercoulombmeter: den laddning som fäller ut 1,118 milligram silver. Från dagens skilde den sig i femte siffran.
Amperen omdefinierades genom en fastlagd elektronladdning, och coulomben fick ett andra, exakt mått: ett helt antal elementarladdningar. Den gamla definitionen av amperen genom kraften mellan ledare gick bort tillsammans med den magnetiska konstanten, som upphörde att vara exakt.
En enhet utan normal — och utan behov av en
Laddning förvaras inte: varje samlad coulomb rinner bort genom isoleringen, genom luften och över den egna ytan på några timmar. Därför finns ingen coulombnormal som föremål och har aldrig funnits — enheten realiseras genom att mäta strömmen över ett tidsintervall, och sedan 2019 även genom att räkna elektroner. Enelektronpumpar för en elektron per takt genom en kvantprick: en miljard takter i sekunden ger en ström på omkring hundrasextio picoampere, känd med en noggrannhet som klassiska metoder inte når. Att sluta triangeln volt — ampere — ohm med kvanteffekter och få coulomben på en tredje oberoende väg har metrologin ännu inte lyckats med: avvikelserna ligger på miljarddelsnivå, och det är just de som i dag sätter gränsen för de elektriska mätningarnas noggrannhet.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och de enheter utanför systemet som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 30 språk.
Härledda SI-enheter med eget namn
databladet för coulomb är öppetSI-basenheter
i terrakotta — amperen och sekunden, som coulomben består avLaddningen i andra system
Databladets språk
30 språk. Beteckningen C är internationell, men vardagsmåttet på laddning skiljer sig: i vissa länder anges batterikapaciteten i milliamperetimmar, i andra i wattimmar.