Ампер

Ампе́р (русское обозначение: А; международное: A) — единица измерения силы электрического тока в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. В амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов (устаревшее наименование — ампер-виток): магнитодвижущая сила 1 ампер (ампер-виток) — это такая магнитодвижущая сила, которую создаёт замкнутый контур, по которому протекает ток, равный 1 амперу. Кроме системы СИ, ампер является единицей силы тока и относится к числу основных единиц в системе единиц МКСА.

Определение

16 ноября 2018 года на XXVI Генеральной конференции мер и весов было принято новое определение ампера, основанное на использовании численного значения элементарного электрического заряда. Формулировка, вступившая в силу 20 мая 2019 года, гласит:

Ампер, обозначение А (A), есть единица электрического тока в SI. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602176634 × 10⁻¹⁹ при выражении в единице Кл, что соответствует А с, где секунда определяется через $\Delta \nu _{\mathrm {Cs} }.$

$\Delta \nu _{\mathrm {Cs} }$ — частота излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

История

Происхождение

Единица измерения, предложенная на 1-м Международном конгрессе электриков (1881 г., Париж) и принятая на Международном электрическом конгрессе (1893 г., Чикаго), названа в честь французского физика Андре Ампера. Она была первоначально определена как одна десятая единицы тока системы СГСМ (эта единица, известная в настоящее время как абампер или био, определяла ток, создающий силу в 2 дины на сантиметр длины между двумя тонкими проводниками на расстоянии в 1 см).

Международный ампер

В 1893 году было принято определение единицы измерения силы тока как тока, необходимого для электрохимического осаждения 1,118 миллиграммов серебра в секунду из раствора нитрата серебра. Предполагалось, что величина единицы при этом не изменится, однако оказалось, что она изменилась на 0,015 %. Эта единица стала известна как международный ампер.

Определение 1948 года

Определение ампера, предложенное Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принятое IX Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в октябре 1948 года, гласит:

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2⋅10⁻⁷ ньютона.

Иллюстрация к определению ампера 1948 года

Таким образом, фактически было возвращено изначальное определение.

Из этого определения ампера следовало, что магнитная постоянная $\mu _{0}$ равна $4\pi \times 10^{-7}$ Гн/ м или, что то же самое, $4\pi \times 10^{-7}$ Н/А² точно. Это утверждение становится понятным, если учесть, что сила взаимодействия двух расположенных на расстоянии $d$ друг от друга бесконечных параллельных проводников, по которым текут токи $I_{1}$ и $I_{2}$, приходящаяся на единицу длины, выражается соотношением:

$F={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {2I_{1}I_{2}}{d}}.$

После того, как в 1983 году было изменено определение метра (с 1960 года оно было привязано к длине волны определённого излучения атома криптона-86, а в 1983 стало определяться как расстояние, которое свет проходит за определённое время) и стало фиксированным (то есть точно определённым) значение скорости света c, фиксированным стало в результате и значение электрической постоянной ε₀, поскольку ε₀μ₀ по определению равно 1/c² :

$\varepsilon _{0}={\frac {1}{4\pi c^{2}}}\times 10^{7}{\text{м/Гн}}={\frac {1}{4\pi \times \ 299792458^{2}\times 10^{-7}}}$ Ф/м ≈ 8,85418781762039 × 10⁻¹² Ф·м⁻¹.

Однако определение ампера, принятое в 1948 году, оказалось трудным для реализации, и в качестве практической реализации эталона ампера с 1980-х годов стали использоваться квантовые приборы, которые привязывали с помощью закона Ома ампер к вольту и ому (1 А = 1 В / 1 Ом), а те, в свою очередь, реализовывались с помощью эффекта Джозефсона и квантового эффекта Холла как определённые зависимости от постоянной Планка h и элементарного заряда e. Поэтому фиксация численных значений постоянной Планка (требуемая в первую очередь для переопределения килограмма) и элементарного заряда позволила ввести новое определение ампера, привязанное к значениям фундаментальных констант.

Определение 2019 года

Основная статья: Изменения определений основных единиц СИ (2019)

В 2018 году на 26-й ГКМВ было принято и на следующий год вступило в силу нынешнее определение ампера (при этом старое определение ампера, действовавшее с 1948 года, отменено). Величина ампера не изменилась при смене определения. Однако изменение определения привело к тому, что указанные выше выражения для магнитной и электрической постоянных μ₀ и ε₀ перестали быть точными, а стали выполняться лишь численно (но с огромной точностью) и подлежат экспериментальному измерению. Относительная стандартная неопределённость μ₀ и ε₀ равна относительной стандартной неопределённости величины α (постоянной тонкой структуры), а именно 2,3 × 10⁻¹⁰ на момент принятия резолюции 2018 года.

Кратные и дольные единицы

В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы ампера образуются с помощью стандартных приставок СИ. «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в России тех же приставок.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 А	декаампер	даА	daA	10−1 А	дециампер	дА	dA
102 А	гектоампер	гА	hA	10−2 А	сантиампер	сА	cA
103 А	килоампер	кА	kA	10−3 А	миллиампер	мА	mA
106 А	мегаампер	МА	MA	10−6 А	микроампер	мкА	µA
109 А	гигаампер	ГА	GA	10−9 А	наноампер	нА	nA
1012 А	тераампер	ТА	TA	10−12 А	пикоампер	пА	pA
1015 А	петаампер	ПА	PA	10−15 А	фемтоампер	фА	fA
1018 А	эксаампер	ЭА	EA	10−18 А	аттоампер	аА	aA
1021 А	зеттаампер	ЗА	ZA	10−21 А	зептоампер	зА	zA
1024 А	йоттаампер	ИА	YA	10−24 А	иоктоампер	иА	yA
1027 А	роннаампер		RA	10−27 А	ронтоампер		rA
1030 А	кветтаампер		QA	10−30 А	квектоампер		qA
рекомендовано к применению  применять не рекомендуется

Связь с другими единицами СИ

Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону.

Разность потенциалов в 1 вольт на концах проводника с электрическим сопротивлением 1 ом создаёт в нём ток 1 ампер.

Если конденсатор ёмкостью в 1 фарад заряжать током 1 ампер, то напряжение на обкладках будет возрастать на 1 вольт каждую секунду.

Если изменять ток со скоростью 1 ампер в секунду в проводнике, имеющем индуктивность 1 генри, в нём создаётся ЭДС индукции, равная одному вольту.

См. также

• Закон Ома
• Электричество
• Закон Ампера

Литература

• Краткий словарь физических терминов / Сост. А. И. Болсун, рец. М. А. Ельяшевич. — Мн.: Вышэйшая школа, 1979. — С. 23—24. — 416 с. — 30 000 экз.
• Международная система единиц (SI) : Брошюра СИ (рус.). — Изд. 9-е. — Росстандарт, 2019. — 100 с.

Ссылки

• The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty // physics.nist.gov
• NIST Definition of ampere and μ₀ // physics.nist.gov
• Tutorial video explaining amperes and current // afrotechmods.com