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쿨롬

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목차

1. 개요

쿨롬(Coulomb, 기호: C)은 전류 1 암페어(A)가 1초(s) 동안 흐를 때 이동하는 전하의 양을 나타내는 국제단위계(SI) 단위이다. 쿨롬은 기본 전하 'e'를 사용하여 정의되며, 1 C은 약 6.242 × 10^18개의 기본 전하량과 같다. 쿨롬은 프랑스 물리학자 샤를-오귀스탱 드 쿨롱의 이름을 따서 명명되었으며, 정전기, 번개, 배터리 등 일상생활에서 다양한 전기 현상을 설명하는 데 사용된다.

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  • 전하의 단위 - 기본 전하
    기본 전하는 전하의 최소 단위로서 국제단위계에서 정확히 1.602 176 634 × 10⁻¹⁹ 쿨롱으로 정의되며, 관측 가능한 입자의 전하는 기본 전하의 정수배로 나타나고 양자전기역학에서는 입자가 광자를 방출하거나 흡수하는 확률 진폭과 관련된다.
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  • 과학 및 자연에 관한 - 단층
    단층은 지각 변동으로 암석이 끊어져 어긋난 구조로, 전단력에 의해 형성되며, 지진 발생의 주요 원인이 되고 다양한 자연재해와 사회적 문제를 유발하며, ESR, OSL 연대측정법 등으로 연구된다.
  • 과학 및 자연에 관한 - 곤드와나
    곤드와나는 고생대와 중생대에 존재했던 초대륙으로, 현재의 아프리카, 남아메리카, 남극, 인도, 오스트레일리아 등을 포함했으며, 판게아 분열 이후 서곤드와나와 동곤드와나로 나뉘어 각 대륙이 이동하면서 생물 지리학적 분포 패턴에도 영향을 미쳤다.
쿨롬
일반 정보
단위 종류SI 유도 단위
물리량전하
기호C
차원T⋅I
이름의 유래샤를 드 쿨롱
SI 단위
SI 기본 단위A⋅s
CGS 단위
CGS2997924580 statC
원자 단위
원자 단위6.241509e+18 e

2. 정의

1쿨롬은 전류 1암페어가 1초 동안 흘렀을 때 이동한 전하의 양이다.

:1\;\mathrm{C} = 1\;\mathrm{A} \times 1\;\mathrm{s}

쿨롬은 원칙적으로 전자나 기본 전하의 전하량에 의해 정의될 수 있다. SI는 쿨롬을 "1 암페어의 전류가 1초 동안 흐를 때 운반되는 전기량"으로 정의한다. 따라서 기본 전하 ''e''의 값은 1.602\,176\,634 \times 10^{-19}C 로 정의된다.[3] 쿨롬은 기본 전하의 역수이므로,

: 1 ~ \mathrm{C} = \frac{1}{1.602\,176\,634 \times 10^{-19}} ~ e .

약 6,241,509,074,460,762,607.776 e 이며, 따라서 기본 전하의 정수 배가 아니다.

2019년 암페어 재정의 및 기타 SI 기본 단위는 쿨롬으로 표현될 때 기본 전하의 수치 값을 고정했고, 따라서 쿨롬을 기본 전하의 배수로 표현할 때 쿨롬의 값을 고정했다. 현행 국제 단위계(SI)에서는 7개의 물리 상수의 값을 고정하여 SI를 정의하며, 모든 SI 단위는 정의 상수로부터 직접 구성된다. 일관성이 있는 전하의 SI 단위인 쿨롬(기호: C)은 전하량 ''e''에 의해

:\text{C} = \frac{e}{1.602~176~634\times 10^{-19}}

로 구성된다.

또한, 현행 SI에서도 기본 단위와 조립 단위의 분류가 유지되고 있으며, 조립 단위인 쿨롬은 기본 단위인 암페어 (기호: A)와 초 (기호: s)에

:\text{C} = \text{A}~\text{s}

로 관계를 맺는다.

1 C의 전하가 1 V의 전위차를 통과하면 1 J의 에너지를 얻는다. 1 C을 전하량으로 치환한 경우에는 1 eV가 된다.

3. 역사

샤를-오귀스탱 드 쿨롱


1878년까지 영국 과학 진흥 협회는 볼트, 옴, 패럿을 정의했지만 쿨롬은 정의하지 않았다.[9] 1881년, 현재 국제 전기 기술 위원회(IEC)인 국제 전기 회의는 기전력의 단위로 볼트를, 전류의 단위로 암페어를, 전하량의 단위로 쿨롬을 승인했다.[10] 당시 볼트는 1 암페어의 전류가 1 와트의 전력을 소모할 때 도체 양단의 전위차(오늘날 "전압(차)"이라고 불리는 것)로 정의되었다. 쿨롬(나중에 구분을 위해 "절대 쿨롬" 또는 "abcoulomb")은 EMU 단위계의 일부였다. 측정을 위한 실험실 사양을 기반으로 하는 "국제 쿨롬"은 1908년 IEC에 의해 도입되었다. "재현 가능한 단위"의 전체 집합은 1948년에 폐지되었고 "국제 쿨롬"은 현대 쿨롬이 되었다.[11]

4. SI 단위

1쿨롬은 전류 1암페어가 1초 동안 흘렀을 때 이동한 전하의 양이다.[4]

SI에서 쿨롬은 "1 암페어의 전류가 1초 동안 흐를 때 운반되는 전기량"으로 정의한다.[3] 따라서 쿨롬은 기본 단위인 암페어 (기호: A)와 초 (기호: s)에 다음과 같은 관계를 갖는다.

:

2019년 암페어 재정의 및 기타 SI 기본 단위는 쿨롬으로 표현될 때 기본 전하의 수치 값을 고정했고, 따라서 쿨롬을 기본 전하의 배수로 표현할 때 쿨롬의 값을 고정했다. 현행 국제 단위계(SI)에서는 7개의 물리 상수의 값을 고정하여 SI를 정의하며, 모든 SI 단위는 정의 상수로부터 직접 구성된다. 일관성이 있는 전하의 SI 단위인 쿨롬(기호: C)은 전하량 에 의해 다음과 같이 구성된다.

:

다른 SI 단위와 마찬가지로, 쿨롬은 접두어를 추가하여 10의 거듭제곱을 곱하여 수정할 수 있다.

SI 쿨롬 배수[3]
약수배수
값기호값기호
10-1 CdC101 CdaC
10-2 CcC102 ChC
10-3 CmC103 CkC
10-6 CµC106 CMC
10-9 CnC109 CGC
10-12 CpC1012 CTC
10-15 CfC1015 CPC
10-18 CaC1018 CEC
10-21 CzC1021 CZC
10-24 CyC1024 CYC
일반적인 배수는 굵은 글씨로 표시.


5. 변환


  • 전자 1 몰(약 아보가드로 수)의 전하는 패러데이 상수라고 불린다. 1쿨롬은 대략 1.036 × NA × 10−5개의 기본전하이다.
  • 1 암페어 시간(A · h)은 3600 쿨롬과 같다.
  • 기본 전하는 약 160.2176 zC이다.
  • 1 스타트쿨롬(statC)은 폐지된 CGS 정전기 단위 전하(esu)이며, 대략 이다. 이는 약 10억분의 1 쿨롬(나노쿨롬)의 3분의 1에 해당한다.
  • 1C의 전하가 1V의 전위차를 통과하면 1J의 에너지를 얻는다. 1C을 전하량으로 치환한 경우에는 1eV가 된다.

6. 일상생활에서의 쿨롬


  • 정전기에서 물체를 마찰하여 생기는 전하는 일반적으로 수 마이크로쿨롬이다.[5]
  • 번개가 칠 때 흐르는 전하량은 일반적으로 약 15C이며, 큰 번개의 경우 최대 350C까지 이를 수 있다.[6]
  • 완전히 충전된 알칼리 AA 건전지가 방전될 때까지 흐르는 전하량은 약 5000°C (약 1400mA⋅h)이다.[7]
  • 일반적인 스마트폰 배터리는 약 10800°C (약 3000mA⋅h)의 전하를 저장할 수 있다.

7. 관련 단위


  • 1몰의 기본 전하 전하량 크기는 패러데이 단위 전하로 알려져 있으며, 1 패러데이는 5854895924 C과 같다. 아보가드로 상수(''N''A)를 기준으로, 1 쿨롬은 대략 1.036 × 10-5 × ''N''A개의 기본 전하와 같다.
  • 모든 패러드의 전기 용량은 축전기 양단에 1 볼트 당 1 쿨롬의 전하를 보관할 수 있다.
  • 1 암페어시는 3600 C와 같으므로, 1 mA⋅h = 3.6 C이다.
  • 1 스타트쿨롬(statC)은 대략 3.3356 × 10-10 C이며, 이는 약 10억분의 1 쿨롬(나노쿨롬)의 3분의 1에 해당한다.
  • 1 C의 전하가 1 V의 전위차를 통과하면 1 J의 에너지를 얻는다.
  • 쿨롱 매 킬로그램(C/kg)은 조사 선량의 단위이다.[12]

참조

[1] 웹사이트 SI Brochure (2019) https://www.bipm.org[...] BIPM 2019-05-23
[2] 웹사이트 Mise en pratique for the definition of the ampere in the SI https://www.bipm.org[...] BIPM 2022-02-18
[3] 서적 The International System of Units https://www.bipm.org[...] International Bureau of Weights and Measures 2022-12
[4] 웹사이트 The NIST Reference on Units, Constants, and Uncertainty https://physics.nist[...]
[5] 웹사이트 Physics: Principles with Applications http://www-zeuthen.d[...] DESY
[6] 간행물 Mitigating Lightning Hazards https://www.llnl.gov[...] Science & Technology Review 2009-04-26
[7] 서적 How to do everything with digital photography – David Huss eftR-e1nVAgC Google books
[8] 웹사이트 SI Brochure, Appendix 1 http://www.bipm.org/[...] BIPM
[9] 간행물 First report of the Committee for the Selection and Nomenclature of Dynamical and Electrical Units, https://www.biodiver[...] Report of the 43rd Meeting of the British Association for the Advancement of Science 1873
[10] 뉴스 The Electrical Congress https://babel.hathit[...] The Electrician 1881-09-24
[11] 서적 A Dictionary of Weights, Measures, and Units OUP 2002
[12] 서적 電磁気学 サイエンス社
[13] 문서 "6.241509126|(38)|e=18 is the reciprocal of the 2014 CODATA recommended value {{val|1.6021766208|(98)|e=−19}} for the elementary charge in coulomb."
[14] Youtube Report of the CCU to the 23rd CGPM http://www.bipm.org/[...]
[15] 웹인용 BIPM Bulletin http://www.bipm.org/[...] BIPM 2010-11


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