Un coulomb est une mesure de charge électrique et est défini comme la charge qui circule avec un courant constant d’un ampère (1 ampère) pendant une seconde. La charge peut être positive ou négative. Il équivaut à 6.241 x 1018 électrons. L’idée d’un coulomb est utile en électrochimie et en physique.
Les propriétés de l’électricité sont souvent comparées à la physique de l’eau dans les canalisations ou les rivières. Dans cette analogie, les ampères, ou ampérages, sont le débit d’écoulement de l’eau, et le coulomb est la quantité d’eau transportée pendant une période de temps donnée. Dans les circonstances quotidiennes, la plupart des gens se préoccupent de la tension requise par un appareil ou de la puissance d’une ampoule de remplacement. Le débit de charge réel ou les coulombs utilisés n’ont d’importance que lorsqu’il est temps de payer la facture d’électricité.
Une charge électrique n’est pas la même chose qu’un électron. Un électron est une particule subatomique qui porte une charge. Dans un morceau de métal, les électrons sont assez lâchement maintenus en place par les protons, le noyau chargé positivement de l’atome. Une fois qu’un potentiel ou une tension est appliqué, les électrons se déplacent de manière uniforme et la charge est transférée tant qu’il existe une différence de potentiel entre les extrémités du métal, tout comme une rivière nécessite une chute verticale pour s’écouler.
Comme la charge d’un coulomb équivaut à la somme des charges de 6.241 x 1018 électrons, la charge d’un électron est l’inverse : 1 divisé par 6.241 x 1018 électrons par coulomb. La charge d’un électron est de 1.602 x 10-19 coulombs. Robert Millikan a remporté le prix Nobel de 1923 pour ses travaux de mesure de la charge d’un électron.
Le transfert de charge le plus courant se produit dans un circuit électrique domestique. Un conducteur métallique, généralement un fil de cuivre, est utilisé pour transférer l’électricité de l’alimentation de la maison à une lumière. Lorsqu’un interrupteur d’éclairage est allumé, la lumière apparaît instantanément. Cela se produit parce que la charge se déplace en fait plus vite que les électrons. Il se déplace également dans la direction opposée.
Certains solides transfèrent des charges sous forme de protons chargés positivement. Parfois, les porteurs de charge de ces solides sont décrits comme des trous d’électrons, ou là où les électrons devraient être. Les semi-conducteurs utilisés en électronique sont souvent constitués de matériaux porteurs de charges positives. Dans ces matériaux, la charge se déplace dans le même sens que les porteurs de charge. Les solutions d’électrolytes, les solutions de minéraux dissous ou d’autres substances portent des charges dans deux directions, car les ions chargés négativement se déplaceront dans un sens et les ions chargés positivement se déplaceront dans l’autre sens.
Les coulombs sont utilisés dans les calculs impliquant l’électrochimie et par les physiciens étudiant l’électricité et le magnétisme. Un problème courant de chimie au lycée demandera combien de métal est déposé sur un substrat dans un bain de placage de métal, étant donné l’ampérage et la durée pendant laquelle le courant est appliqué. Un problème de physique utilisant les coulombs pourrait concerner l’efficacité d’un panneau photovoltaïque, qui convertit l’énergie des photons en électricité.