Culombio

El culombio^[1]​ o coulomb^[2]​ (pronunciación en francés: /kulɔ̃/; símbolo: C) es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la magnitud física de cantidad de electricidad (carga eléctrica).^[3]​^[4]​ Nombrada en honor del físico francés Charles-Augustin de Coulomb.

Culombio
Estándar	Unidades derivadas del Sistema Internacional
Magnitud	Carga eléctrica
(Símbolo)	C
Nombrada en honor de	Charles-Augustin de Coulomb
Equivalencias
Unidades básicas del Sistema Internacional	1 C = 1 A·s
Sistema Cegesimal de Unidades	1 C = 2 997 924 580 statC
Unidades naturales	1 C = ${\displaystyle 6,241509\times 10^{18}}$ (e^-)
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Se define como la cantidad de carga llevadas en un segundo por una corriente eléctrica de un amperio de intensidad.

${\displaystyle 1\ \mathrm {C} =1\ \mathrm {A} \cdot \mathrm {s} }$

Desde la 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas en el Sistema Internacional de Unidades de 2019^[3]​ la carga eléctrica elemental se redefine como 1,602 176 634 × 10^-19 C, sin incertidumbre, y el culombio y el amperio se definen en función de esta carga elemental.^[5]​ Dado que la carga del electrón es de la misma magnitud que la del protón, pero negativa, se necesitan 6,241 509 074 460 763 × 10¹⁸ electrones para reunir un culombio de carga negativa.

También puede expresarse en términos de capacidad (F, faradio) y tensión (V, voltio), según la relación:

${\displaystyle 1\ \mathrm {C} =1\ \mathrm {F} \cdot \mathrm {V} }$

obtenida directamente de la definición de faradio.

Historia

En 1861, los dos ingenieros eléctricos ingleses Josiah Latimer Clark y Charles Tilston Bright propusieron el farad (faradio en español) como unidad de carga eléctrica, en honor al físico inglés Michael Faraday. Sin embargo, en 1881, el Congreso Internacional de Electricidad estableció el culombio como unidad de carga eléctrica y el faradio como unidad de capacidad eléctrica.

El culombio recibe su nombre del matemático, físico e ingeniero francés Charles-Augustin de Coulomb.

La definición actual del Culombio mediante la determinación de la carga elemental se decidió el 16 de noviembre de 2018 en la 26ª Conferencia General de Pesos y Medidas, y entró en vigor el 20 de mayo de 2019. Anteriormente, el amperio se definía en términos de la fuerza de Lorentz de la corriente eléctrica y el coulombio como un amperio por segundo. La definición de amperio anterior era "El amperio es la corriente constante que, si se mantiene en dos conductores rectos paralelos de longitud infinita, de sección circular despreciable, y colocados a 1 m de distancia en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud." Esta era una definición más difícil de realizar y reproducir en la práctica.

En 1878, la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia había definido el voltio, el ohmio y el faradio, pero no el culombio.^[6]​ En 1881, el , actualmente la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), aprobó el voltio como unidad de fuerza electromotriz, el amperio como unidad de corriente eléctrica y el culombio como unidad de carga eléctrica.^[7]​ En aquella época, el voltio se definía como la diferencia de potencial [es decir, lo que hoy se denomina "tensión (diferencia)"] a través de un conductor cuando una corriente de un amperio disipa un vatio de potencia. El culombio (posteriormente "culombio absoluto" o "abculombio" para desambiguar) formaba parte del sistema de unidades. El "culombio internacional", basado en especificaciones de laboratorio para su medición, fue introducido por la CEI en 1908. El conjunto de "unidades reproducibles" se abandonó en 1948 y el "culombio internacional" se convirtió en el culombio moderno.^[8]​.

Equivalencia con el amperio·hora

Aunque el culombio es una unidad derivada del Sistema Internacional, en las baterías eléctricas es muy frecuente utilizar la unidad Ah (amperio-hora), que refleja la cantidad de carga total que puede acumular una batería.

La equivalencia es:

${\displaystyle 1\ \mathrm {C} =0,0002777\ \mathrm {A} \cdot \mathrm {h} =0,2777\ \mathrm {mA} \cdot \mathrm {h} }$

${\displaystyle 1\ \mathrm {A} \cdot \mathrm {h} =3600\ \mathrm {C} }$

${\displaystyle 1\ \mathrm {mA} \cdot \mathrm {h} =3,6\ \mathrm {C} }$

Múltiplos del SI

A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.

Múltiplos del Sistema Internacional para culombio (C)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10^−1 C	dC	deciculombio		10^1 C	daC	decaculombio
10^−2 C	cC	centiculombio		10^2 C	hC	hectoculombio
10^−3 C	mC	miliculombio		10^3 C	kC	kiloculombio
10^−6 C	µC	microculombio		10^6 C	MC	megaculombio
10^−9 C	nC	nanoculombio		10^9 C	GC	gigaculombio
10^−12 C	pC	picoculombio		10^12 C	TC	teraculombio
10^−15 C	fC	femtoculombio		10^15 C	PC	petaculombio
10^−18 C	aC	attoculombio		10^18 C	EC	exaculombio
10^−21 C	zC	zeptoculombio		10^21 C	ZC	zettaculombio
10^−24 C	yC	yoctoculombio		10^24 C	YC	yottaculombio
10^−27 C	rC	rontoculombio		10^27 C	RC	ronnaculombio
10^−30 C	qC	quectoculombio		10^30 C	QC	quettaculombio
Prefijos comunes de unidades están en negrita.

Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a Charles-Augustin de Coulomb. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (C), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (culombio), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.

Basado en The International System of Units, sección 5.2.

Órdenes de magnitud

Según la ley de Coulomb, dos cargas eléctricas puntuales de un culombio cada una y separadas un metro en el vacío ejercen entre sí una fuerza de unos 9 × 10⁹ N, aproximadamente el peso de la tierra sobre un objeto de 900.000.000 kg.

cálculo: ${\displaystyle F=k_{\mathrm {C} }\times {\frac {|Q_{\mathrm {a} }\times Q_{\mathrm {b} }|}{d^{2}}}}$ con ${\displaystyle Q_{\mathrm {a} }}$ y ${\displaystyle Q_{\mathrm {b} }}$ las cargas de dos cuerpos a y b en coulombs, siendo :

• ${\displaystyle F}$ la fuerza electroestática que se aplica entre ellos ;
• ${\displaystyle d}$ la distancia entre ellos en metros ;
• ${\displaystyle k_{\mathrm {C} }}$ la constante de Coulomb: ${\displaystyle 8{,}987\,551\,787\,368\,176\,4\times 10^{9}\;\mathrm {kg\cdot m^{3}\cdot s^{-4}\cdot A^{-2}} }$
• La cantidad de carga que viaja a través de un rayo suele ser de unos 15 C, aunque en el caso de los rayos grandes puede ser de hasta 350 C.^[10]​
• La cantidad de carga que discurre a través de una típica pila alcalina AA desde que está completamente cargada hasta que se descarga es de unos 5 kC = 5000 C ≈ 1400 mA⋅h.^[11]​
• Una batería típica de un teléfono inteligente puede contener 10.800 C ≈ 3000 mA⋅h.

Otras unidades de carga eléctrica

El C sustituye a la unidad Franklin (denominada Fr), llamada así por el físico estadounidense Benjamin Franklin, que se utilizaba en el Sistema Cegesimal de Unidades CGS.

1 Franklin valía 3,335 64 × 10^-10 C.

En electroquímica también se utiliza la constante de Faraday (F), llamada así por el físico británico Michael Faraday. Es el producto de la carga elemental por el número de Avogadro.

1 F es 96,485 C/mol y representa la carga asociada a un mol de electrones (en valor absoluto). Corresponde a la unidad obsoleta del faraday (1 faraday = 96 485 C/mol). Es mejor evitar escribir 1 F, que ahora significa "un faradio". (El faradio como se ha señalado más arriba es otra unidad del SI, utilizada para medir la capacidad eléctrica de un condensador).

En tecnología también se utiliza una unidad mayor, el amperio-hora (Ah): 1 Ah = 3600 C

El abcoulomb (abC o aC) es también una antigua unidad de carga: 1 abC = 10 C.

Magnitud de cargas eléctricas de la vida cotidiana

• Las cargas de electricidad estática de frotar dois materiales entre sí son típicamente de unos pocos microculombios.^[9]​
• La cantidad de carga eléctrica que descarga un rayo es una tormenta eléctrica es por lo general de unos 15 C, aunque se han registrado rayos con cargas de hasta 350 C.^[12]​
• La cantidad de carga eléctrica que se transmite desde una alcalina típica entre un estado de plena carga hasta estar descargada por completo es unos 5 kC = 5000 C;≈ 1400 .^[13]​
• La batería de un teléfono movil portátil puede almacenar unos 10,800C ≈ 3000 mA⋅h.

Véase también

• Ley de Coulomb
• Culombimetría
• Amperio-hora
• Amperio
• Faradio
• Corriente eléctrica
• Sistema Internacional de Unidades

Referencias

1. Real Academia Española. «culombio». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). Consultado el 21 de marzo de 2015. 
2. Real Academia Española. «coulomb». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). Consultado el 21 de marzo de 2015. 
3. «SI Brochure (2019)». SI Brochure. BIPM. p. 127. Consultado el 23 de mayo de 2019. 
4. BIPM (20 de mayo de 2019). «Mise en pratique for the definition of the ampere in the SI». BIPM. Consultado el 18 de febrero de 2022. 
5. «Real Decreto 493/2020, de 28 de abril, por el que se modifica el Real Decreto 2032/2009, de 30 de diciembre, por el que se establecen las unidades legales de medida.» (pdf). Boletín Oficial del Estado. 28 de abril de 2020. Consultado el 29 de abril de 2020. 
6. W. Thomson, et al. (1873) "First report of the Committee for the Selection and Nomenclature of Dynamical and Electrical Units," [Primer informe del Comité para la selección y nomenclatura de unidades dinámicas y eléctricas]. Report of the 43rd Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Bradford, septiembre de 1873), pp. 222-225. De la p. 223: "El "ohmio", representado por la bobina patrón original, es aproximadamente 10⁹ unidades C.G.S. de resistencia; el "voltio" es aproximadamente 10⁸ unidades C.G.S. de fuerza electromotriz; y el "faradio" es aproximadamente 1/10⁹ de la unidad C.G.S. de capacidad. "
7. (Anon.) (24 de septiembre de 1881) ;view=1up;seq=309 "El Congreso Eléctrico," The Electrician, 7.
8. Donald Fenna, A Dictionary of Weights, Measures, and Units, OUP (2002), 51f.
9. Martin Karl W. Pohl. «Physics: Principles with Applications». DESY. Archivado desde el original el 18 de julio de 2011. 
10. Hasbrouck, Richard. Mitigating Lightning Hazards Archivado el 5 de octubre de 2013 en Wayback Machine., Science & Technology Review May 1996. Retrieved on 2009-04-26.
11. How to do everything with digital photography – David Huss, p. 23, en Google Libros, "The capacity range of an AA battery is typically from 1100–2200 mAh."
12. Hasbrouck, Richard. Mitigating Lightning Hazards (enlace roto disponible en este archivo)., Science & Technology Review May 1996. Retrieved on 2009-04-26.
13. How to do everything with digital photography – David Huss, p. 23, en Google Libros, "The capacity range of an AA battery is typically from 1100–2200 mAh."

Enlaces externos

• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre culombio.

• Datos: Q25406