Kulombu
Kipimo kitokanacho cha SI · kiasi: chaji ya umeme
01 · Ufafanuzi
Coulomb alitundika mpira mdogo wenye chaji kwenye uzi mwembamba na kupima nguvu ya kusukumana kwa pembe ya msokoto. Ndivyo ilivyopatikana sheria inayoshikilia elektrostatiki yote pamoja.
Kulombu moja ni chaji inayopita kwenye waya kwa sekunde moja wakati mkondo ni ampea moja. Kwa umeme tuli hiyo ni nyingi sana, na kwa gridi ni kidogo mno: radi hubeba kulombu makumi, ilhali cheche inayoruka kutoka sweta ya nyuzi bandia ni mikrokulombu tu. Betri ya simu huhifadhi karibu elfu kumi na moja za kulombu, ingawa desturi ni kuzihesabu kwa miliampea-saa. Tangu 2019 mnyororo umegeuka: chaji msingi imewekwa kwa idadi kamili, na kulombu sasa ni sawasawa 6 241 509 074 460 762 607.776 chaji msingi.
Kitana kilichosuguliwa nywele hubeba kama sehemu ya kumi ya mikrokulombu; mtu aliyevuka zulia hubeba karibu mikrokulombu moja, na kiasi hicho kinatosha kwa cheche ya sentimita moja. Chaji ya wingu la dhoruba hufikia kulombu makumi kadhaa, na mpigo mmoja wa radi hubeba kati ya tano na thelathini. Yote anayoonyesha elektroskopu yako katika sehemu za bilioni moja za kipimo: nguvu kati ya chaji hupungua kwa mraba wa umbali na hukua kwa kasi kiasi kwamba vitu husukumana mbali kabla ya chochote cha kutajika kukusanyika.
02 · Kubadilisha
Weka chaji — karatasi itaikunjua katika vipimo vyote
Ampea-saa ni chaji ileile, ila saa imechukua nafasi ya sekunde: kizidishi ni 3600 sawasawa. Faraday ni chaji ya mole moja ya elektroni, kipimo cha kemia ya umeme.
Faraday huunganisha umeme na kemia: ili kutoa kwenye elektrodi mole moja ya dutu yenye valensi moja, lazima kupitisha kulombu 96 485. Kutoka hapo kipeo cha Faraday hupatikana kwa kuzidisha chaji ya elektroni kwa idadi ya Avogadro, na tangu 2019 vizidishi vyote viwili ni kamili — hivyo na chenyewe ni kamili. Upakaji wote wa madini unasimama juu ya sheria hii: unene wa tabaka huhesabiwa kutoka chaji iliyopita, si kutoka muda wala voltaji.
| Kipimo | Jina | Thamani | Inapopatikana |
|---|---|---|---|
| C | kulombu, kipimo cha SI | 1 | fizikia, uhandisi umeme |
| mC | milikulombu | 1000 | taa za kimulimuli, vifaa vya kurudisha mapigo |
| µC | mikrokulombu | 1000000 | umeme tuli |
| nC | nanokulombu | 1·10⁹ | elektrostatiki, chembe za vumbi |
| A·h | ampea-saa | 2.778·10⁻⁴ | betri za kuchaji, betri |
| mA·h | miliampea-saa | 0.2778 | simu, kompyuta za mkononi |
| statC | franklin, mfumo wa CGS wa umeme tuli | 2.998·10⁹ | fizikia ya nadharia ya zamani |
| abC | abkulombu, mfumo wa CGS wa sumakuumeme | 0.1 | CGS ya sumakuumeme |
| faraday | chaji ya mole moja ya elektroni | 1.036·10⁻⁵ | kemia ya umeme, upakaji wa madini |
| e | chaji msingi | 6.242·10¹⁸ | fizikia ya atomi na kiini |
| A·h | ampea-saa | 2.778·10⁻⁴ | uhandisi wa nishati, betri za kuchaji |
| C | kulombu | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
Ampea-saa ni chaji ileile, ila saa imechukua nafasi ya sekunde: kizidishi ni 3600 sawasawa. Faraday ni chaji ya mole moja ya elektroni, kipimo cha kemia ya umeme.
03 · Madaraja ya ukubwa
kutoka elektroni hadi wingu la dhorubaKulombu moja: ampea moja kwa sekunde moja
04 · Vifaa vya kupima
Chaji hupimwa kwa nini
Majani mawili ya dhahabu hufunguka zaidi kadiri chaji kwenye ufito wao wa pamoja inavyoongezeka. Chombo huonyesha uwezo wa umeme, na chaji hupatikana kwa kuzidisha kwa uwezo wa kuhifadhi unaojulikana. Hukamata sehemu za pikokulombu na hakivuti mkondo hata kidogo — ndiyo maana kinaishi tangu karne ya kumi na nane.
Seli ya elektrolisisi ambamo chaji iliyopita hugeuka kuwa uzito wa madini yaliyotua. Elektrodi hupimwa kabla na baada, na sheria ya Faraday hutoa chaji. Polepole, lakini kamili: matokeo hayategemei kiwango chochote cha umeme.
Chombo cha Coulomb mwenyewe: mpira wenye chaji kwenye ncha ya mkono husukumwa na ule uliotulia, uzi husokotwa, na pembe ya kuzunguka hutoa nguvu. Ndivyo sheria ya mraba kinyume ilivyowekwa mwaka 1785 — kwa kupima, si kwa kubahatisha.
Chipu ndani ya betri hupima mkondo kwenye kipinga cha kando bila kukoma na kuujumlisha kwa muda, hivyo kupata chaji iliyotumika. Ni kiasi hiki hasa, si voltaji, kinachoonyesha asilimia ya betri kwenye simu — ingawa kosa hujilundika, na hurejeshwa sifuri wakati wa kuchaji kamili.
05 · Kanuni za kuandika
C kubwa — lakini si nyuzi Selsiasi
Alama ileile imetumika mara mbili katika SI: bila alama ya nyuzi ni chaji, na alama hiyo ni joto. Ampea-saa si kipimo cha SI lakini kinakubalika katika matumizi; huandikwa kwa nukta ya kuzidisha: A·h, si Ah wala A/h. Alama ya kiasi cha chaji ni Q ya mlazo, ya kipimo ni C ya wima: katika Q = 4.5 C mlazo na wima hutenganisha maana. Alama ya Kirusi ni Кл. Chaji inaweza kuwa hasi, na ishara ni sehemu ya thamani: −1.6·10⁻¹⁹ C kwa elektroni, +1.6·10⁻¹⁹ C kwa protoni. Ukubwa wao unalingana sawasawa.
Alama ya kiasi cha chaji ni Q ya mlazo, ya kipimo ni C ya wima: katika fomula Q = 4.5 C tofauti hubebwa na mlazo na wima. Alama ya Kirusi ni Кл. Ampea-saa huandikwa kwa nukta katikati ya mstari au kwa nafasi kati ya alama, kamwe si kwa kuunganisha: A·h, si Ah. Herufi c ndogo peke yake ni kiambishi senti- na alama ya kasi ya mwanga, ambavyo havihusiani na chaji.
06 · Vipimo jirani
Kulombu husimama kati ya mkondo na voltaji: mkondo ni chaji kwa sekunde, na uwezo wa kuhifadhi ni chaji kwa volti. Mahusiano yote mawili yanatoshea mstari mmoja.
Miongoni mwa karatasi za Simetrium vinapakana na kulombu ampea, ambao chaji yake kwa sekunde ndiyo kulombu yenyewe, faradi na volti kutoka fomula ileile, ampea-saa kama kipimo cha kila siku cha chaji ileile, na moli, ambacho kupitia hicho chaji huunganishwa na kiasi cha dutu.
07 · Sehemu ya kihistoria
Chaji ambayo watu walijifunza kuihesabu kabla ya kuielewa
Charles Coulomb alitundika mkono wa mizani kwenye uzi mwembamba wa fedha na kupima nguvu kati ya mipira yenye chaji kwa pembe ya msokoto. Uwiano kinyume na mraba wa umbali ulitokana na jaribio, ingawa dhana kuhusu jambo hilo zilikuwa zimeshatolewa mapema.
Kongamano la Kimataifa la Wataalamu wa Umeme liligawa majina kwa vipimo kadhaa kwa mpigo mmoja: volti, ampea, ohmu, kulombu na faradi vilijitokeza mwaka mmoja. Chaji ilifafanuliwa kupitia mkondo, si kinyume chake — mkondo ulikuwa rahisi zaidi kupima.
Robert Millikan aliweka matone madogo ya mafuta yenye chaji katika usawa kwa uga wa umeme na akagundua kwamba chaji zao ni vizidishi vya kiasi kimoja tu. Ndivyo ilivyothibitishwa kuwa chaji ni ya vipande, na thamani ya chaji msingi ikapatikana — kwa kosa la nusu asilimia kwa sababu mnato wa hewa ulichukuliwa vibaya. Kulombu ya kimataifa iliwekwa kwa kulombumita ya fedha: chaji inayotua miligramu 1.118 za fedha. Kutoka thamani ya leo ilitofautiana kwenye tarakimu ya tano.
Ampea ilifafanuliwa upya kwa chaji ya elektroni iliyowekwa, na kulombu ikapata kipimo cha pili kamili: idadi kamili ya chaji msingi. Ufafanuzi wa zamani wa ampea kwa nguvu kati ya kondakta uliondoka pamoja na kipeo cha sumaku, kilichoacha kuwa kamili.
Kipimo kisicho na kiwango cha kitu — wala hakihitaji
Chaji haihifadhiwi: kila kulombu iliyokusanywa huvuja kupitia kizio, kupitia hewa na juu ya uso wake wenyewe ndani ya saa chache. Ndiyo maana kiwango cha kulombu kama kitu hakipo na hakijawahi kuwepo — kipimo hutimizwa kwa kupima mkondo kwa muda fulani, na tangu 2019 pia kwa kuhesabu elektroni. Pampu za elektroni moja hupitisha elektroni moja kwa kila mpigo kupitia kidoti cha kwanta: mipigo bilioni moja kwa sekunde hutoa mkondo wa karibu pikoampea mia moja na sitini, unaojulikana kwa usahihi ambao njia za kawaida haziufikii. Kufunga pembetatu ya volti — ampea — ohmu kwa athari za kwanta na kupata kulombu kwa njia ya tatu inayojitegemea, wataalamu wa vipimo bado hawajafanikiwa: tofauti ziko katika kiwango cha sehemu za bilioni, na ndizo hasa zinazoweka mpaka wa usahihi wa vipimo vya umeme leo.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vitokanavyo vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila hivyo ufundi wala maisha ya kila siku havipiti. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, kubadilisha, vifaa, kanuni za kuandika. Katika lugha 36.
Vipimo vitokanavyo vya SI vyenye jina lake
karatasi ya kulombu imefunguliwaVipimo vya msingi vya SI
kwa rangi ya udongo — ampea na sekunde, ambavyo hutengeneza kulombuChaji katika mifumo mingine
Lugha ya karatasi
Lugha 36. Alama C ni ya kimataifa, lakini kipimo cha kila siku cha chaji hutofautiana: katika baadhi ya nchi uwezo wa betri huandikwa kwa miliampea-saa, katika nyingine kwa wati-saa.