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¿Qué es un culombio (C)?
Un culombio (C) es la unidad estándar de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Es la cantidad de electricidad que transporta una corriente de 1 amperio (A) en un segundo (s). Una cantidad de 1 C equivale a la carga eléctrica de aproximadamente 6.24 x 1018 electrones o protones. Esto equivale a unos 6.24 quintillones de partículas.
En el estándar SI, el culombio se considera una unidad derivada, lo que significa que se construye a partir de una o más de las siete unidades base, en este caso, el amperio y el segundo. Antes de 2018, las unidades básicas constituían la base del SI y a partir de ellas se construían las unidades derivadas. Ahora, el estándar se basa en siete constantes definitorias, y todas las unidades base y derivadas se pueden construir directamente a partir de esas constantes. Sin embargo, el estándar SI ha conservado el concepto de unidades base y derivadas porque están muy bien establecidos.
Una de las siete constantes fundamentales es la carga elemental, que es la carga eléctrica transportada por un solo electrón o protón. La carga elemental (e) es 1.602176634 x 10-19 C. Tanto los electrones como los protones llevan la misma cantidad de carga. Sin embargo, un protón lleva una carga positiva y un electrón lleva una carga negativa. Entonces, la carga elemental puede ser positiva (+e) o negativa (-e).
Al fijar la carga elemental en 1.602176634 x 10-19 C, el estándar fija el culombio en un número específico de electrones o protones que componen 1 C de carga. Se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular ese número:
Q = n * e
El símbolo Q representa la cantidad de carga en culombios y el símbolo n se refiere al número de electrones o protones. Si ambos lados de la ecuación se dividen por e, el número de partículas en un culombio se puede calcular de la siguiente manera:
Q = n * e
Q / e = (n * e) / e
n = Q / e (después de invertir Q / e = n)
n = 1 C / (1.602176634 * 10-19 C)
n = 6.24150907 * 1018 C
En la cuarta línea, 1 C reemplaza a Q porque el objetivo es encontrar el número de partículas en un solo culombio, y la constante de carga elemental reemplaza a e. Según este cálculo, 1 C contiene la carga de aproximadamente 6.24 * 1018 partículas, un número que se vería así:
6.241.509.070.000.000.000
En términos de unidades básicas del SI, 1 C es el equivalente a 1 amperio-segundo, que se puede expresar como 1 C = 1 A * 1 s (o C = A * s). Esto también se puede considerar como un amperio igual a 1 culombio dividido por 1 s, como en 1 A = 1 C / 1 s (o A = C / s). En otras palabras, si la corriente en un circuito es 1 A, 1 C de carga pasa por un punto del circuito cada segundo.
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¿Cómo se compara un amperio con un culombio?
El amperio es el estándar SI de corriente eléctrica. Esto contrasta con el culombio, que es el estándar SI de carga eléctrica. Un amperio es igual a la corriente eléctrica que corresponde al flujo de 1/(1,602176634 * 10-19) cargas elementales por segundo. Antes de que se actualizara el SI en 2018, el amperio se basaba en la fuerza entre dos conductores portadores de corriente con un valor fijo de permeabilidad magnética del vacío de 4π * 10−7 henrios por metro.
La fuerza con la que dos cuerpos cargados eléctricamente se atraen o repelen depende del producto de sus cargas en culombios, así como de la distancia entre ellas. Si las polaridades son las mismas (negativa/negativa o positiva/positiva), la fuerza de Coulomb es repulsiva; Si las polaridades son opuestas (negativa/positiva o positiva/negativa), la fuerza es atractiva. Para dos cuerpos cargados cualesquiera, la fuerza de Coulomb disminuye en proporción al cuadrado de la distancia entre sus centros de carga.