Wat is een Coulomb?
Een coulomb is een maat voor elektrische lading en wordt gedefinieerd als de lading die gedurende een seconde met een constante stroom van één ampère (1 ampère) stroomt. De kosten kunnen positief of negatief zijn. Het komt overeen met 6,241 x 10 18 elektronen. Het idee van een coulomb is nuttig in de elektrochemie en natuurkunde.
Eigenschappen in elektriciteit worden vaak vergeleken met de fysica van water in leidingen of rivieren. In deze analogie is de ampère, of stroomsterkte, de stroomsnelheid van water, en de coulomb is de hoeveelheid water die gedurende een bepaalde tijdsperiode wordt getransporteerd. In de dagelijkse omstandigheden houden de meeste mensen zich bezig met de spanning die een apparaat nodig heeft of het wattage van een vervangende gloeilamp. De werkelijke laadstroom of de gebruikte coulombs is alleen belangrijk wanneer het tijd is om de elektriciteitsrekening te betalen.
Een elektrische lading is niet hetzelfde als een elektron. Een elektron is een subatomair deeltje dat een lading draagt. In een stuk metaal worden de elektronen vrij losjes op hun plaats gehouden door de protonen, de positief geladen kern van het atoom. Zodra een potentiaal of spanning wordt aangelegd, verschuiven de elektronen op een uniforme manier en wordt lading overgedragen zolang er een potentiaalverschil is tussen de uiteinden van het metaal, net zoals een rivier een verticale druppel vereist om te stromen.
Aangezien de lading van één coulomb gelijk is aan de som van de ladingen van 6,241 x 10 18 elektronen, is de lading op één elektron het omgekeerde: 1 gedeeld door 6,241 x 10 18 elektronen per coulomb. De lading op één elektron is 1,602 x 10-19 coulombs. Robert Millikan won de Nobelprijs van 1923 voor zijn werk bij het meten van de lading van een elektron.
De meest bekende overdracht van lading vindt plaats in een huishoudelijk circuit. Een metalen geleider, meestal een koperdraad, wordt gebruikt om elektriciteit van de huisvoeding naar een licht over te brengen. Wanneer een lichtschakelaar wordt ingeschakeld, verschijnt het licht onmiddellijk. Dit gebeurt omdat de lading eigenlijk sneller beweegt dan de elektronen. Het beweegt ook in de tegenovergestelde richting.
Sommige vaste stoffen dragen ladingen over als positief geladen protonen. Soms worden de ladingsdragers van deze vaste stoffen beschreven als elektronengaten, of waar elektronen moeten zijn. Halfgeleiders die in de elektronica worden gebruikt, zijn vaak gemaakt van positieve ladingdragende materialen. In deze materialen beweegt de lading in dezelfde richting als de ladingdragers. Elektrolytoplossingen, oplossingen van opgeloste mineralen of andere stoffen, voeren ladingen in twee richtingen, omdat de negatief geladen ionen één kant op gaan en de positief geladen ionen het tegenovergestelde.
Coulombs worden gebruikt in berekeningen met betrekking tot elektrochemie en door natuurkundigen die elektriciteit en magnetisme bestuderen. Een veel voorkomend chemieprobleem op de middelbare school zal nagaan hoeveel metaal wordt afgezet op een substraat in een metaalplateerbad, gezien de stroomsterkte en de tijdsduur dat de stroom wordt toegepast. Een fysisch probleem met coulombs kan te maken hebben met de efficiëntie van een fotovoltaïsch paneel dat fotonenergie omzet in elektriciteit.