Ампер

У этого термина существуют и другие значения, см. Ампер (значения).

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)^[1]: 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.

Ток в один ампер равен одному кулону в секунду.

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^[2][3]:

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 ${\displaystyle \Delta \nu _{\mathrm {Cs} }.}$

${\displaystyle \Delta \nu _{\mathrm {Cs} }}$ — частота излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133^[4].

История

Происхождение

Единица измерения, предложенная на 1-м Международном конгрессе электриков^[5] (1881 г., Париж) и принятая на Международном электрическом конгрессе (1893 г., Чикаго)^[6], 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)^[7].

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^[5]. 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^[8][9][10]:

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

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

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/c^{2 [6]}:

${\displaystyle \varepsilon _{0}={\frac {1}{4\pi c^{2}}}\times 10^{7}}$ м/Гн ${\displaystyle ={\frac {1}{4\pi \times \ 299792458^{2}\times 10^{-7}}}}$ 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^[6].

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^[11].

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^[9][12]. «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в России тех же приставок^[13].

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	РнА	RA	10−27 А	ронтоампер	рнА	rA
1030 А	кветтаампер	КвА	QA	10−30 А	квектоампер	квА	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^[14].

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

Примечания

1. Магнитодвижущая сила // Большая советская энциклопедия
2. Le Système international d’unités (SI) / The International System of Units (SI) : [арх. 23 мая 2019]. — BIPM, 2019. — P. 20, 132. — ISBN 978-92-822-2272-0.
3. Брошюра СИ, 2019, с. 16, 84.
4. ampere (A)  (неопр.). www.npl.co.uk. Дата обращения: 21 мая 2019. Архивировано 20 января 2021 года.
5. History of the ampere, Sizes, 1 апреля 2014, Архивировано 20 октября 2016, Дата обращения: 29 января 2017 Источник  (неопр.). Дата обращения: 19 октября 2012. Архивировано 20 октября 2016 года.
6. Брошюра СИ, 2019, с. 92—93.
7. Kowalski, L, A short history of the SI units in electricity, Montclair, Архивировано из оригинала 14 февраля 2002 Источник  (неопр.). Дата обращения: 23 марта 2020. Архивировано из оригинала 29 апреля 2009 года.
8. Брошюра СИ, 2019, с. 48.
9. The SI brochure Архивная копия от 26 апреля 2006 на Wayback Machine Описание СИ на сайте Международного бюро мер и весов.
10. Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Основные единицы Международной системы единиц (СИ)  (неопр.). Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. Росстандарт. Дата обращения: 28 февраля 2018. Архивировано из оригинала 18 сентября 2017 года.
11. Брошюра СИ, 2019, с. 82—84.
12. Брошюра СИ, 2019, с. 27.
13. Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации  (неопр.). Дата обращения: 28 декабря 2014. Архивировано из оригинала 5 марта 2016 года.
14. Bodanis, David (2005), Electric Universe, New York: Three Rivers Press, ISBN 978-0-307-33598-2

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