Coulomb
Türetilmiş SI birimi · büyüklük: elektrik yükü
01 · Tanım
Coulomb yüklü bir küreyi ince bir tele astı ve burulma açısından itme kuvvetini ölçtü. Bütün elektrostatiği bir arada tutan yasa böyle bulundu.
Bir coulomb, bir amperlik akımda bir saniyede telden geçen yüktür. Statik elektrik için bu çok fazla, şebeke için ise az: yıldırım onlarca coulomb taşır, sentetik bir kazağın boşalması ise mikrocoulomb düzeyindedir. Bir telefonun pili yaklaşık on bir bin coulomb biriktirir, gerçi bunları miliamper-saat olarak saymak âdettendir. 2019’dan bu yana zincir tersine döndü: temel yük kesin bir sayıyla sabitlendi ve coulomb artık tam olarak 6 241 509 074 460 762 607,776 temel yüktür.
Saça sürtülmüş bir tarak mikrocoulombun onda biri mertebesinde yük taşır; halıdan geçmiş bir insan ise yaklaşık bir mikrocoulomb, ki bu bir santimlik kıvılcıma yeter. Bir fırtına bulutunun yükü birkaç on coulomba ulaşır, tek bir yıldırım boşalması beş ile otuz arasında taşır. Elektroskobun gösterdiği her şey birimin milyarda birleri düzeyindedir: yükler arasındaki kuvvet uzaklığın karesiyle azalır ve öyle hızlı büyür ki cisimler kayda değer bir birikim olmadan çok önce birbirini iter.
02 · Dönüşüm
Bir yük girin — künye onu bütün birimlere ayırsın
Amper-saat aynı yüktür, yalnızca saniye yerine saatle: çarpan tam 3600. Faraday, bir mol elektronun yüküdür, elektrokimyanın birimidir.
Faraday elektriği kimyaya bağlar: bir elektrotta bir mol tek değerlikli maddeyi ayırmak için 96 485 coulomb geçirmek gerekir. Faraday sabiti buradan elektron yükünün Avogadro sayısıyla çarpımı olarak çıkar ve 2019’dan beri her iki çarpan da kesindir — demek ki kendisi de kesindir. Bütün kaplama tekniği bu yasaya dayanır: kaplamanın kalınlığı geçen yükten hesaplanır, süreden ya da gerilimden değil.
| Birim | Ad | Değer | Nerede karşılaşılır |
|---|---|---|---|
| C | coulomb, SI birimi | 1 | fizik, elektroteknik |
| mC | milicoulomb | 1000 | flaşlar, defibrilatörler |
| µC | mikrocoulomb | 1000000 | statik elektrik |
| nC | nanocoulomb | 1·10⁹ | elektrostatik, toz zerreleri |
| A·h | amper-saat | 2,778·10⁻⁴ | akümülatörler, piller |
| mA·h | miliamper-saat | 0,2778 | telefonlar, dizüstü bilgisayarlar |
| statC | franklin, CGS-ES dizgesi | 2,998·10⁹ | eski kuramsal fizik |
| abC | abcoulomb, CGS-EM dizgesi | 0,1 | elektromanyetik CGS |
| faraday | bir mol elektronun yükü | 1,036·10⁻⁵ | elektrokimya, kaplama |
| e | temel yük | 6,242·10¹⁸ | atom ve çekirdek fiziği |
| A·h | amper-saat | 2,778·10⁻⁴ | enerji tekniği, akümülatörler |
| C | coulomb | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
Amper-saat aynı yüktür, yalnızca saniye yerine saatle: çarpan tam 3600. Faraday, bir mol elektronun yüküdür, elektrokimyanın birimidir.
03 · Büyüklük mertebeleri
elektrondan fırtına bulutunaBir coulomb: bir saniye boyunca bir amper
04 · Ölçüm aletleri
Yük neyle ölçülür
İki altın yaprak, ortak çubuklarındaki yük ne kadar büyükse o kadar açılır. Alet potansiyeli gösterir, yük ise bilinen bir sığayla çarpılarak bulunur. Pikocoulombun kesirlerini yakalar ve akım çekmez — on sekizinci yüzyıldan beri yaşamasının nedeni budur.
Geçen yükün, biriken metalin kütlesine dönüştüğü bir elektroliz hücresi. Elektrot önce ve sonra tartılır, Faraday yasası da yükü verir. Yavaş ama mutlak: sonuç hiçbir elektriksel ölçüne bağlı değildir.
Coulomb’un kendi aleti: kolun ucundaki yüklü küre sabit olan tarafından itilir, tel burulur ve dönme açısı kuvveti verir. Ters kareler yasası 1785’te böyle saptandı — tahminle değil, ölçümle.
Pilin içindeki yonga, bir şönt üzerindeki akımı sürekli ölçer ve zaman boyunca toplar; böylece harcanan yük çıkar. Telefondaki pil yüzdesini gösteren, gerilim değil işte bu büyüklüktür — gerçi biriken bir hatayla, ki tam şarjda sıfırlanır.
05 · Yazım kuralları
Büyük C — ama Celsius derecesi değil
Aynı simge SI’de iki kez tutulmuştur: derece işareti olmadan yük, işaretle sıcaklık. Amper-saat bir SI birimi değildir ama uygulamada kabul edilir; çarpım noktasıyla yazılmalıdır: A·h, Ah değil, A/h hiç değil. Yük büyüklüğünün simgesi eğik Q, birimin simgesi dik C’dir: Q = 4,5 C yazımında eğik ve dik harf anlamları ayırır. Rusça simge Кл’dir. Yük negatif olabilir ve işaret değerin parçasıdır: elektronda −1,6·10⁻¹⁹ C, protonda +1,6·10⁻¹⁹ C. Mutlak değerleri tam olarak aynıdır.
Yük büyüklüğünün simgesi eğik Q, birimin simgesi dik C’dir: Q = 4,5 C formülünde ayrımı eğik ve dik harf taşır. Rusça simge Кл’dir. Amper-saat, simgeler arasında satır ortasında bir nokta ya da boşlukla yazılır, asla bitişik değil: A·h, Ah değil. Tek başına küçük c, santi- ön eki ve ışık hızının simgesidir; yükle ilgileri yoktur.
06 · Komşu birimler
Coulomb akımla gerilim arasında durur: akım saniyedeki yük, sığa ise volt başına yüktür. Her iki bağıntı da tek satıra sığar.
Simetrium’un künyelerinden coulombun yanında dururlar amper, saniyedeki yükü zaten o olan, farad ve volt aynı formülden, amper-saat aynı yükün gündelik ölçüsü olarak ve mol, ki yük madde miktarına onunla bağlanır.
07 · Tarihsel bölüm
Anlamadan önce saymayı öğrendikleri bir yük
Charles Coulomb bir kolu ince bir gümüş tele astı ve burulma açısından yüklü küreler arasındaki kuvveti ölçtü. Uzaklığın karesiyle ters orantı deneyden çıktı, gerçi ona dair tahminler daha önce de dile getirilmişti.
Uluslararası Elektrikçiler Kongresi birçok birime bir kerede ad dağıttı: volt, amper, ohm, coulomb ve farad aynı yıl ortaya çıktı. Yük, akım üzerinden tanımlandı, tersi değil — akımı ölçmek daha kolaydı.
Robert Millikan yüklü yağ damlacıklarını elektrik alanıyla dengeledi ve yüklerinin tek bir büyüklüğün katları olduğunu buldu. Böylece yükün süreksizliği kanıtlandı ve temel yükün değeri bulundu — havanın yanlış alınan akmazlığı yüzünden yüzde yarım hatayla. Uluslararası coulomb gümüş coulombmetreyle tanımlanıyordu: 1,118 miligram gümüş biriktiren yük. Bugünkünden beşinci basamakta ayrılıyordu.
Amper, sabitlenmiş bir elektron yüküyle yeniden tanımlandı ve coulomb ikinci, kesin bir ölçü kazandı: tam sayıda temel yük. Amperin iletkenler arasındaki kuvvete dayanan eski tanımı, kesin olmaktan çıkan manyetik sabitle birlikte gitti.
Ölçünü olmayan — ve gerekmeyen bir birim
Yük saklanmaz: biriktirilen her coulomb birkaç saat içinde yalıtımdan, havadan ve kendi yüzeyinden sızıp gider. Bu yüzden coulombun nesne biçiminde bir ölçünü yoktur ve hiç olmadı — birim, akımın bir zaman aralığında ölçülmesiyle, 2019’dan beri ayrıca elektronların sayılmasıyla gerçeklenir. Tek elektron pompaları bir kuantum noktasından çevrim başına bir elektron geçirir: saniyede bir milyar çevrim, klasik yöntemlerin ulaşamadığı bir kesinlikle bilinen, yaklaşık yüz altmış pikoamperlik bir akım verir. Volt — amper — ohm üçgenini kuantum etkileriyle kapatıp coulombu üçüncü bağımsız yoldan elde etmeyi metroloji henüz başaramadı: sapmalar milyarda birler düzeyindedir ve bugün elektriksel ölçümlerin kesinlik sınırını tam da onlar belirler.
Katalog · ölçü birimleri
Her büyüklük için bir künye
Yedi temel SI birimi, kendi adı olan yirmi iki türetilmiş birim ve ne tekniğin ne de günlük yaşamın onsuz edemediği sistem dışı birimler. Her birinin kendi sayfası var: tanım, dönüşüm, aletler, yazım kuralları. 30 dilde.
Kendi adı olan türetilmiş SI birimleri
coulomb künyesi açıkTemel SI birimleri
terrakota renginde — coulombu oluşturan amper ve saniyeYük başka dizgelerde
Künyenin dili
30 dil. C simgesi uluslararasıdır, ama yükün gündelik ölçüsü değişir: kimi ülkelerde pil kapasitesi miliamper-saatle, kimilerinde watt-saatle verilir.