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 . 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  равным  при выражении в единице Кл, что соответствует , где секунда определяется через 

 — 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  на сантиметр длины между двумя тонкими проводниками на расстоянии в ).

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  один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную .

Таким образом, фактически было возвращено изначальное определение.

Из этого определения ампера следовало, что магнитная постоянная  равна  Гн/ м или, что то же самое,  Н/А² точно. Это утверждение становится понятным, если учесть, что сила взаимодействия двух расположенных на расстоянии  друг от друга бесконечных параллельных проводников, по которым текут токи  и , приходящаяся на единицу длины, выражается соотношением:
 
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 , фиксированным стало в результате и значение электрической постоянной , поскольку  по определению равно 1/ :
  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 (), а те, в свою очередь, реализовывались с помощью эффекта Джозефсона и квантового эффекта Холла как определённые зависимости от постоянной Планка  и элементарного заряда . 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 

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  и  перестали быть точными, а стали выполняться лишь численно (но с огромной точностью) и подлежат экспериментальному измерению. Относительная стандартная неопределённость  и  равна относительной стандартной неопределённости величины  (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 (, ), 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.

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

Примечания

Литература

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

Электричество
Основные единицы СИ
Единицы измерения силы электрического тока
Единицы измерения, названные в честь людей