Τι είναι ένα Coulomb;

Το κουλόμπ είναι ένα μέτρο ηλεκτρικού φορτίου και ορίζεται ως το φορτίο που ρέει με σταθερό ρεύμα ενός αμπέρ (1 αμπέρ) κατά τη διάρκεια ενός δευτερολέπτου. Το φορτίο μπορεί να είναι είτε θετικό είτε αρνητικό. Ισοδυναμεί με 6.241 x 1018 ηλεκτρόνια. Η ιδέα του κουλόμπ είναι χρήσιμη στην ηλεκτροχημεία και τη φυσική.
Οι ιδιότητες του ηλεκτρισμού συχνά συγκρίνονται με τη φυσική του νερού σε σωλήνες ή ποτάμια. Σε αυτήν την αναλογία, τα αμπέρ, ή αμπέρ, είναι ο ρυθμός ροής του νερού και το κουλόμπ είναι η ποσότητα νερού που μεταφέρεται κατά τη διάρκεια μιας δεδομένης χρονικής περιόδου. Στις καθημερινές συνθήκες, οι περισσότεροι άνθρωποι ασχολούνται με την τάση που απαιτεί μια συσκευή ή την ισχύ ενός λαμπτήρα αντικατάστασης. Η πραγματική ροή φόρτισης ή τα κουλόμπ που χρησιμοποιούνται είναι σημαντικά μόνο όταν είναι ώρα να πληρώσετε τον λογαριασμό του ηλεκτρικού ρεύματος.

Ένα ηλεκτρικό φορτίο δεν είναι το ίδιο πράγμα με ένα ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που φέρει φορτίο. Σε ένα κομμάτι μετάλλου, τα ηλεκτρόνια συγκρατούνται αρκετά χαλαρά στη θέση τους από τα πρωτόνια, τον θετικά φορτισμένο πυρήνα του ατόμου. Μόλις εφαρμοστεί ένα δυναμικό ή μια τάση, τα ηλεκτρόνια μετατοπίζονται με ομοιόμορφο τρόπο και το φορτίο μεταφέρεται όσο υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων του μετάλλου, όπως ένα ποτάμι απαιτεί μια κατακόρυφη πτώση για να ρέει.

Καθώς το φορτίο ενός κουλόμπ είναι ισοδύναμο με το άθροισμα των φορτίων των 6.241 x 1018 ηλεκτρονίων, το φορτίο ενός ηλεκτρονίου είναι το αντίστροφο: 1 διαιρούμενο με 6.241 x 1018 ηλεκτρόνια ανά κουλόμπ. Το φορτίο σε ένα ηλεκτρόνιο είναι 1.602 x 10-19 κουλόμπ. Ο Robert Millikan κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 1923 για το έργο του στη μέτρηση του φορτίου ενός ηλεκτρονίου.

Η πιο οικεία μεταφορά φορτίου συμβαίνει σε ένα οικιακό ηλεκτρικό κύκλωμα. Ένας μεταλλικός αγωγός, συνήθως ένα χάλκινο σύρμα, χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από την παροχή του σπιτιού σε ένα φως. Όταν ένας διακόπτης φώτων είναι ενεργοποιημένος, το φως εμφανίζεται αμέσως. Αυτό συμβαίνει επειδή το φορτίο κινείται στην πραγματικότητα πιο γρήγορα από τα ηλεκτρόνια. Κινείται επίσης προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Ορισμένα στερεά μεταφέρουν φορτία ως θετικά φορτισμένα πρωτόνια. Μερικές φορές, οι φορείς φορτίου αυτών των στερεών περιγράφονται ως οπές ηλεκτρονίων ή όπου θα έπρεπε να βρίσκονται τα ηλεκτρόνια. Οι ημιαγωγοί που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά είναι συχνά κατασκευασμένοι από υλικά που φέρουν θετικό φορτίο. Σε αυτά τα υλικά, το φορτίο κινείται προς την ίδια κατεύθυνση με τους φορείς φορτίου. Τα διαλύματα ηλεκτρολυτών, διαλύματα διαλυμένων ορυκτών ή άλλων ουσιών, μεταφέρουν φορτία προς δύο κατευθύνσεις, καθώς τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα θα ταξιδεύουν προς τη μία κατεύθυνση και τα θετικά φορτισμένα ιόντα θα ταξιδεύουν αντίθετα.

Τα κουλόμπ χρησιμοποιούνται σε υπολογισμούς που αφορούν την ηλεκτροχημεία και από φυσικούς που μελετούν τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό. Ένα κοινό πρόβλημα χημείας γυμνασίου θα διερευνήσει πόσο μέταλλο εναποτίθεται σε ένα υπόστρωμα σε ένα μεταλλικό λουτρό επιμετάλλωσης, δεδομένης της έντασης ρεύματος και του χρόνου που εφαρμόζεται το ρεύμα. Ένα πρόβλημα φυσικής που χρησιμοποιεί κουλόμπ μπορεί να σχετίζεται με την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού πάνελ, το οποίο μετατρέπει την ενέργεια των φωτονίων σε ηλεκτρική.