Одиниці вимірювання електричного заряду

Одини́ці вимі́рювання електри́чного заря́ду — це фізичні величини, які використовуються для кількісного вираження величини електричного заряду.

Основна одиниця

Основною одиницею вимірювання електричного заряду в системі SI є кулон (Кл, C)^[1].

Один кулон — це кількість електричного заряду, яка проходить через провідник за одну секунду при силі струму 1 ампер:

1 Кл =1 А·1 с

Розмірність кулона в базових одиницях SI позначається як IT (де I — ампер, T — секунда).

Кулон є доволі великим зарядом. Два тіла з зарядом 1 Кл на відстані 1 м у вакуумі відштовхувалися б із силою 9×10⁹ Н. Типовий заряд, що проходить через блискавку, може становити приблизно 15 Кл, хоча може досягати і 350 Кл^[2].

Інші одиниці та еквіваленти

В окремих галузях науки і техніки використовуються також інші одиниці електричного заряду:

• елементарний заряд (e) — заряд одного електрона або протона:

e = 1,602 176 6208 ×10⁻¹⁹ Кл^[3].

• статкулон (статКл, statC) або франклін (Фр, Fr) — одиниця в електростатичній системі одиниць (СГСЕ, CGS-ESU).

1 статкулон — це заряд, сила взаємодії якого з іншим таким же нерухомим зарядом, що перебуває на відстані 1 сантиметр у вакуумі, рівна 1 дина^[4]. Це відповідає формі Закону Кулона.

${\displaystyle F=k_{C}{\frac {q_{1}\cdot q_{2}}{r^{2}}}}$, де коефіцієнт пропорційності ${\displaystyle k_{C}}$ вважається безрозмірнісним і рівним одиниці.

1 Кл ≈ 2,998×10⁹ статКл

У СГСЕ заряд має розмірність M^1/2L^3/2T⁻¹

• абкулон (абКл, abC) — одиниця електричного заряду в електромагнітній системі одиниць (СГСМ, CGS-EMU). Також відомий як електромагнітна одиниця заряду (англ. emu of charge).

У системі СГСМ одиниця заряду визначається через силу струму (за Законом Ампера).

1 абкулон — це заряд, який протікає за 1 секунду при силі струму 1 абампер (або біо)

1 абКл = 1 абА·с.

1 Кл = 0,1 абКл^[5].

Співвідношення між абкулоном та статкулоном приблизно дорівнює числовому значенню швидкості світла c, вираженому в сантиметрах за секунду (c≈2.997925×10¹⁰ см/с) У СГСМ заряд має розмірність M^1/2L^1/2, або виражається як дин^1/2с = г^1/2см^1/2.

• фарадей^[de] (F) — одиниця молярного електричного заряду, пов'язана з Числом Фарадея і чисельно рівна йому. Використовується в електрохімії^[6].

1 фарадей — заряд одного моля електронів,:

Фарадей є добутком двох інших фізичних сталих — числа Авогадро N_A і заряду електрона e.

${\displaystyle F=N_{A}e\,}$

1 F ≈ 96485 Кл

Числове значення сталої Фарадея, рекомендоване CODATA дорівнює^[7], а отже:

1 F = 96 485,3365(21) Кл.

• ампер-година (А·год, Ah) — позасистемна практична одиниця, що використовується для вимірювання ємності акумуляторів/

1 ампер-година — одиниця вимірювання кількості електричного заряду, який проходить крізь переріз провідника або прилад протягом 1 години за незмінного струму силою в 1 А.

1 А·год = 3600 Кл.

Наприклад, через батарейку АА до повного розрядження проходить заряд приблизно 5000 Кл.

Часто також застосовують похідну одиницю міліампер-годину (мА·год), щоб позначати ємність невеликих акумуляторів, наприклад у смартфонах.

• планківський заряд (q_P) є похідною одиницею вимірювання електричного заряду в системі природних одиниць вимірювання (Планківській системі)

Планківський заряд визначають як^[8][9]:

${\displaystyle q_{\text{P}}={\sqrt {4\pi \varepsilon _{0}\hbar c}}={\sqrt {2ch\varepsilon _{0}}}={\frac {e}{\sqrt {\alpha }}},}$

де: ${\displaystyle c}$ — швидкість світла у вакуумі,

${\displaystyle h}$ — стала Планка,

${\displaystyle \hbar \equiv {\frac {h}{2\pi }}}$ — редукована стала Планка або стала Дірака,

${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ — діелектрична стала,

${\displaystyle e}$ — елементарний заряд,

${\displaystyle \alpha \approx 1/137\,035\,999\,138}$ — стала тонкої структури.

Планківський заряд приблизно в 11,706 раза більший за модулем, ніж елементарний електричний заряд.

q_P ≈ 1,8755459×10⁻¹⁸ Кл

Див. також

• Електричний заряд