SIMETRIUM .COM + / − · 1747
保留了 ± 号
ZH|36 种语言
fluid +− fluidfluidfluidfluidfluidfluid fluid fluid 0510152025 kV 火花 5 mm SYMBOL PLATE 1 Fr = 3.335 64·10⁻¹⁰ C瓶的 C ≈ 1 nF Franklin 1747 · ISO 80000-6 · C
大小写
小写的 fluid 是本页的标记,不是单位。后来,人们用富兰克林(Fr)来度量流体的量,它就是静库仑。
不要混淆
Fr — 富兰克林,CGS 的电荷单位。F — 法拉,电容。Fr 与法郎毫无关系。
符号牌上,机器的玻璃球转动,蓝色的电流体液滴沿导线流进莱顿瓶。瓶内电流体的液面不断升高,外层涂层则始终处于亏缺。底部的标尺升到 15 kV 时,两个小球之间便蹦出一道约 5 mm 长的黄色火花。瓶子被放空,一切重新开始。
单位页 · 已淘汰 · 电量

电流体

已淘汰的量 · 度量为富兰克林,Fr · 如今电荷以库仑计

1746 年,莱顿。彼得·范·米森布鲁克用起电机给瓶中的水充电,一手握住瓶子,一手碰到导线,结果受到极猛烈的一击,他写道:就是给他整个法兰西王国,他也不愿再来第二次。原来电可以像液体一样,积存在一只瓶子里。

富兰克林在费城用一种流体来解释这件事。流体存在于一切物体中。某个物体所含的流体多于正常量,就带正电;少于正常量,就带负电。摩擦并不产生流体,只是使它从一处流到另一处。作为物质的流体随着电子的发现而消失,但正号、负号以及电荷守恒却永远保留了下来。

记号fluid · electric fire · 度量 Fr
当时如何估量看火花的长度、电击的强度、验电器金箔张开的程度
当时的假设一种无重量的流体 · 过剩为正,亏缺为负 · 守恒
引入与废弃杜菲的双流体,1733 · 富兰克林的单流体,1747 · 汤姆孙的电子,1897
今天的写法电荷 Q,单位库仑 · e = 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C(精确值)
典型值15 µC — 莱顿瓶 · 15 C — 闪电 · 1 Fr = 2.08·10⁹ 个电子
前往换算 去看莱顿瓶
01 · 定义

正是过剩,负是亏缺

用丝绸摩擦玻璃棒。按富兰克林的说法,流体从丝绸流到了玻璃:玻璃得到过剩,为正;丝绸出现亏缺,为负。一个物体增加多少,另一个就减少多少,总和不变。

正负号是富兰克林随手选定的,而且选得不走运:导线中真正奔跑的是电子,而电子带的是负号。所以教科书里的电流从正极流向负极,电子却迎面逆行。但流体的首要规则是对的:在任何实验中,电荷都守恒。

Q — 电荷,C · C — 电容,F · U — 电压,V · W — 能量,J · e — 元电荷 · 1 Fr = 1 statC = 3.335 64·10⁻¹⁰ C
互动 · 玻璃与丝绸

转移了多少

两个容器——玻璃和丝绸,虚线是流体的正常液位。滑块表示用丝绸摩擦玻璃的次数。虚线之上的蓝色是过剩,为正;虚线之下的红色是亏缺,为负。底部的条带是电荷之和,它始终为零。容器下方是今天的写法:电子从玻璃转移到了丝绸。

左:玻璃 · 右:丝绸电荷以纳库仑计 · 总和为 0
摩擦次数
玻璃上的电荷
转移的电子
从玻璃到丝绸
总和
0 nC
电荷守恒

互动 · 起电机、莱顿瓶与火花

给瓶充电,等待火花

主要操作是“转动机器”按钮。左边,玻璃球在摩擦垫上摩擦,蓝色的电流体液滴沿导线流进瓶的内层涂层。电流体越多,电压越高。右边是放电间隙:两个黄铜小球,间距由滑块设定。当电压升到足以击穿空气——约每毫米 3 kV——黄色火花就会蹦出,瓶子随之放空。右侧的屏幕按时间记录电压。时间是真实的。

左:记录——电荷、电压、能量右:瓶的电压随时间变化,火花
主要操作
放电间隙5.0 mm
间隙越大,击穿电压越高,等待越久,火花也越亮。能量与电压的平方成正比增长。
瓶
九个瓶组成的电池组,在相同电压下储存的电量是单个的九倍。把一串瓶子叫作“电池组”,这个说法是富兰克林引入的。
瓶中的电流体
—
—
电压
—
—
瓶中的能量
—
—
火花数
—
—

—

02 · 换算
换算成库仑

富兰克林是这样一个电荷:它在 1 cm 的距离上以 1 达因的力排斥与它相同的电荷。它等于 3.335 64·10⁻¹⁰ C,约二十亿个电子。这个单位于 1941 年以富兰克林的名字命名。

安时是电流为 1 A 时一小时内通过的电荷:3600 C。一块 4000 mA·h 的手机电池储存 14 400 C——按电荷算近乎一千次闪电,但电压只有 4 V。

03 · 数量级
电荷从 10⁻¹⁹ C 到 10⁶ C,对数刻度

04 · 测量仪器
验电器
金属杆上挂着两片金箔。同号电荷相斥,金箔张开:电荷越大,夹角越宽。这是第一种能显示“有多少”,而不只是“有或无”的仪器。
莱顿瓶
内外都贴着金属箔的玻璃瓶。第一个电容器:玻璃隔开两层涂层,在它们上面积聚相反的电荷。一品脱瓶的电容约为 1 nF。
放电间隙
绝缘手柄上的两个小球。人们根据瓶子放出的火花长度来判断它带了多少电。空气在场强约每毫米 3 kV 时被击穿。
库仑扭秤
带电小球相斥时,细丝被扭转。1785 年,库仑发现:力按距离的平方减小。富兰克林这个单位也由此而来——在一厘米处产生一达因力的电荷。
05 · 书写规则
正确
Q = 15 µC — 以库仑计的电荷
1 Fr = 3.335 64·10⁻¹⁰ C — 富兰克林,即静库仑
“电流体”——十八世纪的历史术语
电流从正极流向负极——富兰克林约定的方向
错误
“瓶中积聚了电的液体”——出现在现代文字里
Fr 和 F 当作同一回事——富兰克林和法拉是不同的
“电子从正极流向负极”——恰恰相反
瓶中 15 kV — 瓶中是电荷,电压在两层涂层之间
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
线上的钥匙 · 1752
风筝
计量学札记

人们用手边的东西来度量流体:火花的长度、电击的力度、电池组里瓶子的数目。1785 年,库仑首次给出了力的定律,电荷由此成为带单位的量。在 CGS 中,单位是富兰克林,在 SI 中是库仑,由安培和秒导出。

自 2019 年起,一切都落在了“一滴流体”上:元电荷 e 被精确固定为 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C。一库仑约合 6 241 509 074 460 762 607.776 个元电荷,后面的数位想数多少就能数多少。事实证明,流体是有颗粒的。

q = n · e
密立根油滴
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基础 · 7 个单位

国际单位制的七个基本单位

目录实验室:一杯紫甘蓝汁、一个燃烧器、冷板上的一杯水和一组齿轮
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