Un coulomb è una misura della carica elettrica ed è definita come la carica che scorre con una corrente costante di un ampere (1 ampere) durante un secondo. La carica può essere positiva o negativa. È equivalente a 6.241 x 1018 elettroni. L’idea di un coulomb è utile in elettrochimica e fisica.
Le proprietà dell’elettricità sono spesso paragonate alla fisica dell’acqua nei tubi o nei fiumi. In questa analogia, gli ampere, o amperaggio, sono la velocità del flusso d’acqua e il coulomb è la quantità di acqua trasportata durante un determinato periodo di tempo. Nelle circostanze quotidiane, la maggior parte delle persone si preoccupa del voltaggio richiesto da un apparecchio o della potenza di una lampadina sostitutiva. Il flusso di carica effettivo oi coulomb utilizzati sono importanti solo quando è il momento di pagare la bolletta elettrica.
Una carica elettrica non è la stessa cosa di un elettrone. Un elettrone è una particella subatomica che trasporta una carica. In un pezzo di metallo, gli elettroni sono tenuti in posizione abbastanza vagamente dai protoni, il nucleo dell’atomo caricato positivamente. Una volta applicato un potenziale o una tensione, gli elettroni si spostano in modo uniforme e la carica viene trasferita finché c’è una differenza di potenziale tra le estremità del metallo, proprio come un fiume richiede una caduta verticale per scorrere.
Poiché la carica di un coulomb è equivalente alla somma delle cariche di 6.241 x 1018 elettroni, la carica di un elettrone è l’inverso: 1 diviso 6.241 x 1018 elettroni per coulomb. La carica su un elettrone è 1.602 x 10-19 coulomb. Robert Millikan vinse il premio Nobel nel 1923 per il suo lavoro sulla misurazione della carica di un elettrone.
Il trasferimento di carica più familiare avviene in un circuito elettrico domestico. Un conduttore metallico, in genere un filo di rame, viene utilizzato per trasferire l’elettricità dalla rete domestica a una luce. Quando un interruttore della luce è acceso, la luce appare istantaneamente. Questo accade perché la carica si sta effettivamente muovendo più velocemente degli elettroni. Si sta anche muovendo nella direzione opposta.
Alcuni solidi trasferiscono cariche come protoni carichi positivamente. A volte, i portatori di carica di questi solidi sono descritti come lacune di elettroni, o dove dovrebbero essere gli elettroni. I semiconduttori utilizzati nell’elettronica sono spesso realizzati con materiali che trasportano carica positiva. In questi materiali, la carica si muove nella stessa direzione dei portatori di carica. Le soluzioni elettrolitiche, le soluzioni di minerali disciolti o altre sostanze, trasportano cariche in due direzioni, poiché gli ioni caricati negativamente viaggeranno in una direzione e gli ioni caricati positivamente viaggeranno nell’opposto.
I Coulomb sono usati nei calcoli che coinvolgono l’elettrochimica e dai fisici che studiano l’elettricità e il magnetismo. Un comune problema di chimica delle scuole superiori chiederà quanto metallo è depositato su un substrato in un bagno di placcatura metallica, dato l’amperaggio e la durata della corrente applicata. Un problema di fisica che utilizza i coulomb potrebbe riguardare l’efficienza di un pannello fotovoltaico, che converte l’energia dei fotoni in elettricità.