Coulomb
Tipus | unitat de càrrega elèctrica, unitat derivada del SI amb nom especial i unitat base de UCUM |
---|---|
Sistema d'unitats | Unitat derivada del SI |
Unitat de | Càrrega elèctrica |
Símbol | C |
Epònim | Charles-Augustin de Coulomb |
Conversions d'unitats | |
Unitats base del SI | A⋅s |
Unitats CGS | 2997924580 statC |
Unitats atòmiques | 6.24150934(14)e×10 18 |
A unitats del SI | 1 C |
El coulomb, expressat amb el símbol C, és la unitat derivada del Sistema Internacional de la càrrega elèctrica. Es tracta d'una unitat derivada de l'ampere i relacionada amb el temps; correspon a la càrrega elèctrica transportada per un material conductor amb un corrent elèctric d'un ampere en un segon.[1][2]
Atesa la redefinició de diverses unitats del Sistema Internacional l'any 2019, entre les quals s'hi inclogué l'ampere, en l'actualitat té un valor precís de 6.241.509.074.460.762.607,776 càrregues elementals (6.24·1018 e).[3] El nom d'aquesta unitat honora la figura del físic francès Charles-Augustin de Coulomb.[4]
D'aquesta manera, el coloumb pot definir-se amb l'expressió:
En què l'ampere (A) es relaciona amb el segon (s).[3] A més a més, el coulomb també pot ser definit en termes de capacitància i voltatge i per tant expressat com a:
En què la capacitància s'expressa en farads (F) i el voltatge, en volts (V).[5]
Explicació
[modifica]En principi, el coulomb pot ser definit en termes de càrrega d'un electró o càrrega elemental. Des que, a partir de les recomanacions del 1988 del Comitè Internacional de Pesos i Mesures, les mesures de les constants de Josephson i von Klitzing han esdevingut valors convencionals (KJ ≡ 4.835 979 e¹⁴ Hz/V i RK ≡ 2.581 280 7 e4 Ω) és possible combinar-les per tenir una definició alternativa, encara no oficial, del coulomb. Un coulomb seria igual a 6.241 509 629 152 65 e18 càrregues elementals.[3]
Si dues càrregues puntuals de +1 C es mantenen a 1 metre de distància, la força de repulsió que experimentarien vindria donada per la llei de Coulomb com 8.988 e⁹ N.[6] Que és aproximadament igual a la força gravitacional de 900.000 tones mètriques de massa a la superfície de la terra. Com que aquestes forces són tan grans, informalment es pot considerar que un coulomb és molta càrrega, a la vida real moltes coses no tenen un gran excedent de càrrega, per exemple, dos éssers humans posats a un metre de distància generalment no noten la força electroestàtica que hi ha entre ells, i tenen la capacitat de sentir una força de ~10 N (~1 kg). A partir d'això, es pot conjecturar que tenen una càrrega neta de menys de 30 µC.[7]
Múltiples
[modifica]A continuació, una taula dels múltiples i submúltiples del Sistema Internacional d'Unitats.
Múltiple | Nom | Símbol | Múltiple | Nom | Símbol | |
---|---|---|---|---|---|---|
100 | coulomb | C | ||||
10¹ | decacoulomb | daC | 10–1 | decicoulomb | dC | |
10² | hectocoulomb | hC | 10–2 | centicoulomb | cC | |
103 | quilocoulomb | kC | 10–3 | mil·licoulomb | mC | |
10⁶ | megacoulomb | MC | 10–6 | microcoulomb | µC | |
10⁹ | gigacoulomb | GC | 10–9 | nanocoulomb | nC | |
1012 | teracoulomb | TC | 10–12 | picocoulomb | pC | |
1015 | petacoulomb | PC | 10–15 | femtocoulomb | fC | |
1018 | exacoulomb | EC | 10–18 | attocoulomb | aC | |
1021 | zettacoulomb | ZC | 10–21 | zeptocoulomb | zC | |
1024 | yottacoulomb | YC | 10–24 | yoctocoulomb | yC |
Equivalència amb l'ampere·hora
[modifica]Encara que el coulomb és una unitat derivada del Sistema Internacional, en les bateries elèctriques és molt freqüent utilitzar la unitat Ah (ampere-hora), que reflecteix la quantitat de càrrega total que pot acumular una bateria.
L'equivalència és:
Ordres de magnitud
[modifica]Segons la llei de Coulomb, dues càrregues elèctriques puntuals d'un coulomb cadascuna i separades un metre al buit exerceixen entre si una força d'uns 9 × 10⁹ N, aproximadament el pes de la terra sobre un objecte de 900.000.000 kg.
càlcul: amb i les càrregues de dos cossos a i b en coulombs, sent :
- la força electroestàtica que s'aplica entre ells;
- la distància entre ells en metres ;
- .
A la pràctica, el coulomb és una unitat massa gran per expressar quantitats de càrrega estàtica i, en general, es reemplaça pels seus submúltiples, com mil·licoulombs (mC), microcoulombs (μC) o nanocoulombs (nC).
Altres conversions
[modifica]- La càrrega elèctrica d'1 mol d'electrons (aproximadament 6,022×1023, o Nombre d'Avogadro) és conegut com a faraday (actualment -1 faraday, atès que els electrons tenen càrrega negativa). Un faraday equival a 96.485 341 5 kC (la constant de Faraday). En termes del nombre d'Avogadro (NA), un coulomb és igual a aproximadament 1,036×10−5 NA càrregues elementals.[5]
- 1 statcoulomb (statC), la unitat de càrrega electroestàtica del Sistema CGS, és aproximadament 3,3356×10−10 C o 1/3 nC.[8]
Vegeu també
[modifica]- Faraday
- Llei de Coulomb
- Corrent elèctric
- Constant de Faraday
- Sistema Internacional d'Unitats
- Ampere
- Farad
Referències
[modifica]- ↑ «coulomb». Diccionari de la llengua catalana de l'IEC. Institut d'Estudis Catalans.
- ↑ «Coulomb». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 The International System of Units (SI) (en anglès i francès). 9a edició. Pavillon de Breteuil: Bureau Internationaldes Poids et Mesures, 2019. ISBN 978-92-822-2272-0.
- ↑ «coulomb | Unit, Symbol, & Definition» (en anglès). Enciclopèdia Britànica, 28-03-2018. [Consulta: 5 febrer 2021].
- ↑ 5,0 5,1 Patrick, Dale R.; Fardo, Stephen W. Electrical Power Systems Technology, Third Edition. (en anglès). 3a edició. Gistrup: CRC Press, 2020. ISBN 978-1-003-15147-0.
- ↑ «(1 coulomb)^2 / (4 * pi * electric constant * 1 m^2) - Google Search».
- ↑ «sqrt(10 N * (4 * pi * electric constant * 1 m^2)) - Google Search».
- ↑ Condon, James J.; Ransom, Scott M. Essential radio astronomy (en anglès). Princeton: Princeton University Press, 2016, p. 333-334 (Princeton Series in Modern Observational Astronomy; 2). ISBN 978-1-4008-8116-1.