الشحنة الكهربائية
عن تحويل الشحنة الكهربائية
الشحنة الكهربائية خاصية أساسية للمادة تجعلها تتأثر بالقوة الكهرومغناطيسية. وتُقاس بوصفها كمية الكهرباء، أي مقدار الشحنة المتدفقة أو المخزَّنة. وللشحنة نوعان، موجب وسالب، يحملهما البروتون والإلكترون على التوالي، فتتجاذب الشحنات المختلفة وتتنافر المتماثلة. وعلى هذه الخاصية البسيطة تقوم كل الظواهر الكهربائية، من الكهرباء الساكنة إلى الروابط الكيميائية إلى الأجهزة الإلكترونية.
الوحدة في النظام الدولي هي الكولوم (C)، ويُعرَّف بأنه الشحنة التي ينقلها تيار مقداره أمبير واحد خلال ثانية واحدة. غير أن الأمبير-ساعة (Ah) والملي أمبير-ساعة (mAh) أكثر شيوعًا مع البطاريات، لأنهما يرتبطان مباشرة بالمدة التي تستطيع البطارية خلالها تزويد تيار بمعدل معيّن. وفهم العلاقة بين الشحنة (Ah) والطاقة (Wh) ضروري لاختيار البطارية اختيارًا سليمًا، إذ لا بد من أخذ الجهد في الحسبان حتى تكون المقارنة بين البطاريات ذات معنى.
يغطي محوّلنا جميع الوحدات القياسية للشحنة الكهربائية في الإلكترونيات وتطبيقات البطاريات وحسابات الكيمياء الكهربائية.
تحويلات شائعة للشحنة الكهربائية
| من | إلى | اضرب في |
|---|---|---|
| Ah | C | 3,600 |
| C | Ah | 0.000278 |
| mAh | Ah | 0.001 |
| Ah | mAh | 1,000 |
| mAh | C | 3.6 |
| C | mAh | 0.278 |
| C | μC (ميكروكولوم) | 10⁶ |
| C | الشحنات الأولية (e) | 6.242 × 10¹⁸ |
| الفاراداي | C | 96,485 |
مرجع وحدات الشحنة الكهربائية
الكولوم (C) – وحدة الشحنة الكهربائية في النظام الدولي، سُمّيت باسم شارل أوغستان دي كولوم الذي قاس القوة الكهروستاتيكية. يساوي الكولوم الواحد الشحنة التي ينقلها تيار أمبير واحد خلال ثانية واحدة (1 C = 1 A·s)، أي ما يقارب 6.24 × 10¹⁸ شحنة أولية (إلكترونات أو بروتونات). وينقل البرق المعتاد ما بين 15-350 كولوم، بينما لا تتجاوز صدمة الكهرباء الساكنة بضعة ميكروكولومات.
الأمبير-ساعة (Ah) – تيار مقداره أمبير واحد يسري لمدة ساعة، ويساوي 3,600 كولوم. وهي وحدة السعة القياسية للبطاريات الكبيرة: بطاريات السيارات (50-100 Ah)، وبطاريات العدد الكهربائية (2-12 Ah)، وبطاريات الدراجات الكهربائية (10-20 Ah). ولحساب زمن التشغيل: الساعات = Ah ÷ التيار المسحوب. وتعتمد السعة على معدل التفريغ، ولذلك يحدّد المصنّعون عادةً شروط معدل C.
الملي أمبير-ساعة (mAh) – 1/1000 من الـ Ah (3.6 كولوم). وهي المواصفة الشائعة عالميًا لبطاريات الأجهزة المحمولة. الهواتف الذكية: 3,000-5,000 mAh. الأجهزة اللوحية: 5,000-15,000 mAh. بطارية AA القلوية: نحو 2,500 mAh. خلايا الليثيوم 18650: 2,500-3,500 mAh. قارن البطاريات دائمًا عند الجهد نفسه؛ فالطاقة (Wh) أكثر دلالة عند اختلاف الجهود.
الشحنة الأولية (e) – الوحدة الأساسية للشحنة، وتساوي شحنة بروتون واحد (أو مقدار شحنة إلكترون واحد). 1 e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C بالضبط (قيمة معرَّفة منذ 2019). وكل الشحنات القابلة للرصد هي مضاعفات صحيحة لـ e. أما الكواركات فتحمل شحنات كسرية (⅓e و⅔e) لكنها لا تُرصد حرة أبدًا.
الفاراداي (F) – شحنة مول واحد من الإلكترونات، وتساوي 96,485.33 C (عدد أفوجادرو × الشحنة الأولية). وهي أساسية في الكيمياء الكهربائية: فطلاء مول واحد من فلز أحادي التكافؤ يتطلب فاراداي واحدًا. سُمّيت باسم مايكل فاراداي الذي وضع قوانين التحليل الكهربائي.