¿Alguien ha cargado un objeto con 1 culombio? ¿Por qué se eligió una carga tan ridículamente grande como unidad de carga?

El hecho de que dos bolas cargadas con 1 coulomb cada una se repelan/atraigan desde una distancia de 1 metro con una fuerza suficiente para levantar el Seawise Giant me sugeriría lo contrario, pero ¿alguien ha cargado un objeto con 1 coulomb de carga neta?

¿Por qué se eligió una carga tan ridículamente grande como unidad de carga? O mejor, ¿por qué le dimos a la constante de Coulomb un valor tan grande en lugar de usar un valor en el mismo orden de magnitud de la constante de Newton ( 10 − 11 )?

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Por las razones históricas que explican por qué se eligió el culombio como unidad de carga, consulte las buenas respuestas dadas a esta pregunta.

Después de investigar un poco, descubrí que el voltaje más alto jamás creado es 32 METRO V en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Con tal voltaje lo mejor que podemos hacer es cargar una esfera de cobre del tamaño de una pelota de baloncesto con alrededor de 424 microculombios:

q = 32 × 10 6 V × 4 π ϵ 0 × 0.119 metro = 4.237 × 10 − 4 C

Tal esfera, cuando se coloca a una distancia de 1 metro de la superficie de una esfera con carga similar, experimentaría una repulsión de 1052 norte (la fuerza necesaria para levantar 107 k gramo ).

Si el voltaje máximo al que podemos acceder es 32 METRO V y queremos cargar una esfera con 1 C , todo lo que necesitamos es una esfera 561.7 metro en diámetro. A menudo puede nevar en la parte superior.

La edición que realizó aclara su pregunta, pero también invalida algunas de las interesantes respuestas existentes. ¿Tal vez tendría sentido para usted revertir la edición y hacer otra pregunta sobre el cargo neto?
Muchas unidades de Planck, que permiten que las constantes físicas más fundamentales tengan un valor de 1, están aún más fuera del rango del uso diario.
@user1079505 Un cargo es siempre un cargo neto. Otros usos son formas impropias de expresar una energía omitiendo los voltios.
@EvilSnack Si cree que todos los objetos tienden a ser eléctricamente neutros, la carga de Planck es mucho más "vida cotidiana" que el culombio. La masa de Planck tampoco es tan mala. Frotar un globo con un paño de lana puede cargarlo fácilmente con alrededor 10 − 14 C . La misma carga en unidades de Planck será de aproximadamente 5330 q PAG .
@moonblink bueno, es algo lingüístico. En un condensador, la carga se puede mover de un conductor a otro, y se llama "carga almacenada en un condensador" y el proceso se llama "carga". De todos modos, para la carga absoluta, el haz de protones del LHC subió a algo así como 5·10⁻⁵C y se planean más actualizaciones. Me pregunto cómo se compara Tokamak con eso. Esta pregunta: physics.stackexchange.com/questions/73763 sugiere que las estrellas pueden ganar carga medida en Coulombs.
@ user1079505 Lo más importante de la lingüística para mí es el hecho de que las personas no se dan cuenta de cuán grande es un culombio, o cuando lo hacen, atribuyen su fuerza extraña a la fuerza del electromagnetismo. Pero el hecho para mí es que elegimos una unidad enorme para la carga, que está fuera de nuestro alcance (ni siquiera somos capaces de juntar un culombio en un laboratorio en 2022). Es como si decidiéramos elegir una docena de megatones como unidad de masa.

Respuestas (6)

En realidad, el amperio (unidad SI para corriente eléctrica) se definió primero (en 1881, consulte Wikipedia: Amperio - Historia ). Eligieron este tamaño para 1 ampere, probablemente porque en ese momento tal corriente podía ser producida con una batería electroquímica decente, y era fácilmente medible con un galvanómetro por su efecto magnético.

La consecuencia natural de esto es: Una carga que fluye de 1 culombio (es decir, una corriente de 1 amperio que fluye por 1 segundo) es también una unidad conveniente, ni ridículamente grande ni ridículamente pequeña.

El hecho de que una carga estática de 1 culombio es una cosa realmente grande, es una historia completamente diferente, que tiene que ver con la gran fuerza eléctrica entre las cargas.

¿Alguien ha cargado un objeto con 1 culombio?
No es un problema hoy en día con los supercondensadores.

¿Por qué se eligió una carga tan ridículamente grande como unidad de carga?
Una vez que se han elegido el segundo y el amperio (ambas unidades razonables), ¿qué más se puede hacer?
Sucede que cuando se trata de electrostática, un culombio es una unidad grande, pero eso no es así en el contexto de la electricidad actual.
Otro ejemplo es el tesla, que para la mayoría de las situaciones es una unidad muy grande.

¿Qué más se puede hacer? Hipotéticamente, se podrían definir las ecuaciones del electromagnetismo para tener tanto la corriente como la carga como unidades base, y definir el culombio independientemente del amperio, p. I = k d q / d t , donde la constante de definición k tendría que medirse mediante un experimento que vincule las dos unidades. Pero, de hecho, esto sería muy poco práctico (especialmente en el SI actual donde las unidades se definen a través de constantes fundamentales).
¡@MassimoOrtolano o define el Culombio y el Amperio y convierte el segundo en una unidad derivada!
¿No podrían simplemente haber usado, por ejemplo, el Microcoulomb como el Coulomb, 1 C ′ = 10 − 6 C S I = 10 − 6 A s ? Creo que la respuesta real es que los valores de carga rara vez se usaban en la vida cotidiana, por lo que no era una prioridad hacer que la unidad tuviera un buen valor.
@jdm Eso haría que el sistema de unidades no fuera coherente , violando un principio básico de SI.
@MassimoOrtolano ¡Buen chiste! JAJAJA
@nanoman, sí, sería casi tan malo como si hicieran que la unidad base de masa fuera el kilogramo en lugar del gramo, y luego, por alguna razón, la unidad de volumen fuera el cubo del decimetro en lugar del metro.
@nanoman Science está llena de constantes convenientes, como el mol o el radián. A los físicos de partículas les gusta redefinir la energía, la longitud, etc. para que sean adimensionales (y en un abuso de la terminología dicen que "establecemos" ℏ = C = 1 ). También usamos eV en lugar de Joule. Mi punto es que si las personas tuvieran que lidiar mucho con los valores de carga y los prefijos SI fueran demasiado engorrosos, podrían definir un "buen culombio" C ′ unidad o tal vez use "nicecharge" q ′ = 10 6 q en cambio. Pero aparentemente esto no es un problema.
@jdm El buen culombio existe; simplemente lo llamamos μC. :) Los prefijos no son demasiado engorrosos; por eso los tenemos.

La razón subyacente por la que 1 culombio parece una gran cantidad de carga es que la mayoría de las partículas cargadas en entornos normales no son relativistas: se mueven a velocidades v mucho menos que la velocidad de la luz C . En comparación con las fuerzas electrostáticas, las fuerzas magnéticas son más pequeñas por un factor v 2 / C 2 ≪ 1 .

Por lo tanto, para obtener fuerzas magnéticas significativas se requieren grandes cantidades de carga para compensar el movimiento lento . Y para evitar que las fuerzas magnéticas sean superadas por las fuerzas electrostáticas, las cargas deben equilibrarse con cargas opuestas que se mueven de manera diferente, por ejemplo, electrones en movimiento equilibrados por iones estacionarios en un cable.

Así, en un sistema coherente de unidades, es inevitable que los efectos magnéticos de una unidad de corriente sean muy débiles (como en ESU ), o que los efectos electrostáticos de una unidad de carga desequilibrada sean muy fuertes (como en EMU y SI).

Establecer empíricamente la relación entre los efectos electrostáticos y magnéticos de una cantidad dada de carga no es trivial y requiere experimentos con un alto "rango dinámico". Esto se puede ver porque es efectivamente una forma de medir la velocidad de la luz, que está al menos a 6 órdenes de magnitud de distancia de los fenómenos más comúnmente medidos.

Dio la casualidad de que tanto los experimentos eléctricos (que vinculan efectivamente ESU y EMU) como la medición directa de la velocidad de la luz ya se habían realizado con suficiente precisión en 1861, cuando Maxwell pudo comparar los números y llegar a la sorprendente conclusión de que la velocidad de la luz es una propiedad inherente del electromagnetismo.

No importa qué unidad elija, no es razonable para algún propósito. Para los electroquímicos, un culombio es sólo 10 − 5 moles de iones con una sola carga, no mucho. Pero para maquinaria eléctrica, culombios/segundo (amperios) es una unidad práctica. Los interruptores automáticos de su casa se activan con un número modesto de amperios.

Estas unidades SI son comunes en ingeniería, pero existen otros sistemas. Es posible que encuentre unidades ESU o gaussianas más cómodas para la electrostática.

“Un culombio es sólo 10 − 5 moles de iones con una sola carga, no mucho” : ¿No mucho? A 6 metro metro gota que contiene 10 − 5 moles de iones de agua con una sola carga explotarán con una energía del orden de 10 12 j , que es 1 kilotón de TNT.
Un gramo de cualquier cosa contiene aproximadamente 6 × 10 23 protones y un número similar de electrones (recordando que en cierto sentido un neutrón contiene un protón y un electrón). Esto está un poco por debajo 10 5 culombio. En este contexto, el culombio es realmente bastante pequeño; los problemas surgen no de tener coulombs de carga sino de tener coulombs de carga desequilibrada .
@moonblink En un contexto electroquímico, su gota de agua que contiene un culombio de, digamos, iones H+ también contendría un culombio de iones negativos, quizás Cl-. Una solución débil de ácido clorhídrico en este caso.
Creo que hubiera sido bueno definir un culombio como un mol de electrones. O tal vez, como hubiera estado bien tener el kilogramo como unidad base del SI sin prefijo, convertirlo en un kilo mol ;-).
@Peter en tu 6 × 10 23 protones + 6 × 10 23 electrones ejemplo el número de coulombs es cero. Un culombio no cuenta objetos, es una unidad de carga. Dos cargas opuestas tienen carga cero.

Las placas de condensadores "grandes" a menudo reciben cargas superiores a 1 culombio.

Este capcator de 1 farad con capacidad para 5 V tiene un grosor de aproximadamente 5 mm y un diámetro de 20 mm y cuesta unos pocos dólares.Cornell Dubilier EDC334Z5R5V

Sin embargo, no es una carga aislada, una placa del capacitor acepta una carga ya que la carga opuesta se induce en la otra placa (las placas son estructuras enrevesadas internas a la caja que se muestra)

Ok, morderé el anzuelo: si 1 coulomb en 2 bolas separadas podría generar suficiente fuerza para levantar el Seawise Giant, ¿cómo puede este capacitor contener 1 coulomb sin autodestruirse? (Supongo que tiene que ver con las complicadas estructuras internas de las placas, ¿o tal vez alguien se equivocó en alguna unidad?)
un condensador tiene dos placas con cargas opuestas, por lo que las cargas netas son casi cero porque cuando una placa es +1 C la otra es -1 C

Una batería de tractor típica tiene una carga de 120Ah = 432000C. Y dado que el motor de arranque puede consumir algo así como 800 A y el tractor no arranca de inmediato cada vez (y debe encenderse previamente a una corriente más baja pero aún no trivial durante un minuto cuando hace frío, cuando la batería no tiene lleno capacidad de todos modos), un Coulomb es una especie de unidad de carga ridículamente pequeña.

Y eso es poca cosa en comparación con lo que arroja un automóvil eléctrico moderno a cargo.

Lo pequeño y lo grande es relativo.

Es increíble cuántas personas, incluso con formación científica, tienen problemas para comprender cómo funciona la electricidad y qué tan grande es un culombio. Si la batería de un tractor tuviera 432000 C de carga neta, explotaría con una energía equivalente a 50 bombas nucleares de Hiroshima. ¿Por qué no sucede? Obviamente, la carga neta de la batería de un tractor es cero.
@moonblink La gente siempre subestima cuán fuerte es el electromagnetismo, especialmente la electrostática. No ayuda cuando las escuelas tienden a reforzar la práctica de aplicar ingenuamente ecuaciones o comparar unidades sin comprender el contexto en el que tienen sentido. O pensar que las baterías son solo grandes condensadores. Pero hay un núcleo de respuesta, si corrige el pensamiento erróneo: los culombios son una buena unidad para mover cargas, o el tipo de carga estática que fue de mucho interés en los primeros estudios de la electricidad, como el tipo que produce un rayo.
@moonblink El problema es que no especificó con suficiente claridad lo que quería decir con "cargar un objeto". Creo que esta es una buena respuesta para la pregunta planteada y brinda un ejemplo de un caso en el que 1 Coloumb no es una cantidad ridículamente grande (aunque 1 Coloumb no se refiere a la carga neta de un objeto macroscópico en este caso).
@moonblink, el problema es que la capacidad de la batería a menudo se indica en "Amperios por hora", no en Joules como debería ser. También en el mundo de los vehículos recreativos, la mayoría de la gente piensa que las baterías almacenan "amperios" y se cargan a una velocidad de "amperios por hora", así que intente decirles que las baterías no almacenan carga... (algún día haré un video de YT para abordar esto)
@Luaan ¿Estás tratando de decir que la carga neta de un capacitor no es cero? Desde el exterior, una batería es algo así como un condensador, y con supercondensadores electroquímicos el límite es bastante borroso.
Esta es una respuesta justa y no dice nada más que las dos respuestas más votadas: que en términos de flujo de cargas, un Coulomb no es grande.
@jkej He editado la pregunta para que quede más clara ahora.
@Rodney ¡Estoy completamente de acuerdo!
@moonblink La energía almacenada en la batería es de 432 kC · 12 V son 5 MJ. La bomba lanzó 70 TJ.
@ user1079505 Estamos hablando de dos cosas diferentes. La batería no aguanta 432 k C de forma gratuita , pero mantiene 432 k C × 12 V de energía ; de hecho, la batería tiene exactamente carga cero . Es como comparar “5 bolas” con “5 bolas en un precipicio listas para caer”: en el primer caso estoy expresando una masa, en el segundo caso estoy expresando una energía. Una esfera cargada de q = 1 C explotará con una energía igual a mi = k mi q 2 r , mientras que un objeto que almacena 432 k C × 12 V de energía puede explotar como máximo con esa energía.
¿Alguien ha cargado un objeto con 1 culombio? ¿Por qué se eligió una carga tan ridículamente grande como unidad de carga?
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