что измеряют в этой величине, чему она равна
В амперах замеряют силу неизменяющегося электрического тока, который проходит по двум прямым параллельным проводникам. Они расположены в вакуумном пространстве на расстоянии в 1 метре друг от друга, ток вызывает на участках проводников определённую силу взаимодействия. Единицей измерения ампер называют магнитодвижущую силу, создающую замкнутый контур, в котором течёт поток электричества. Величина входит в семь основных единиц СИ.
Исторические сведения
Ампер — это единица измерения, которую приняли в Париже на первом Международном конгрессе электриков в 1881 году. Своё название величина получила в честь известного учёного-физика Андре Ампера. В то время существовала единица, которая служила определением электричества в две дины между двумя проводниками. Они расположены на расстоянии 1 см друг от друга. Сегодня эту величину называют био- или абампер.
Генеральная конференция по весам и мерам в 2011 году приняла решение, согласно которому основные показатели измерения будут переопределены. Теперь в Международной системе единиц часто используемые величины должны быть основаны на свойствах атомов или физических постоянных, а не на рукотворных артефактах.
Характеристика силы тока
В формальном определении Международного комитета мер и весов ампер — это сила постоянного электричества, протекающего по тонким длинным проводникам. Они должны находиться в вакууме с расстоянием в один метр.
Ток вызывает между проводниками взаимодействие, сила которого равна произведению числа 2 и 10 в минус седьмой степени для каждого метрового участка.
Создать подобные условия в реальности невозможно, ведь у проводников есть определённая длина, а также сечение. Поэтому величину взаимодействия находят с помощью использования катушек, на которые накрутили множество витков проволоки. Этим способом пользовались для вычисления эталона единицы на весах электрического тока. Чтобы определить, чему равен 1 ампер, замеряли момент сил, который действовал на катушку с направленными электронами, помещённую в магнитном поле.
В Российской Федерации с 1992 года эталон ампера определяют с помощью закона Ома, косвенным путём. При таком расчёте в два раза уменьшается погрешность. Силу тока ещё представляют в качестве скорости изменения заряда.
То есть 1 ампер равен такой силе электричества, при которой за секунду через проводящий элемент проходит определённое его количество — один кулон.
Силу тока можно найти благодаря формуле: отношение электрического заряда ко времени. Обозначения используемых величин:
- I — показатель электричества;
- q — заряд;
- t — период.
Закон Ампера
Французский учёный Ампер не только поспособствовал появлению названия единицы измерения, но и установил определённый физический закон. Он определяет силу воздействия магнитного однородного поля на проводник, который в нём размещён.
Её величина зависит от длины проводящего ток элемента в прямой пропорциональности. Также она зависит от силы движения направленных электронов, протекающей в проводнике, вектора магнитной индукции и синуса угла между направлением первого и вторым показателем.
Физик смог установить условия взаимодействия проводников с электрическим током. Их притяжение или отталкивание обуславливается именно направленным движением электронов. Можно более точно сформулировать ответ на вопрос о том, чему равен ампер. Это сила электричества, при которой параллельные метровые проводники в вакууме взаимодействуют.
Её могут охарактеризовать несколько процессов:
- в обогревателе проходит электричество до 10 А;
- канал молнии обладает силой в 500 кА;
- электрофорез — 0,8 мА, причём 1 мА = 0, 001 А;
- включённая лампа на 100 ватт — 0, 5 А.
На каждом участке цепи показатель тока одинаковый, так как в замкнутом контуре в любом месте через сечение проводника каждую секунду протекает одно и то же количество электронов. Величина показателя не зависит от толщины проводящего элемента, ведь заряды не могут накапливаться на одном участке.
Если интересует то, чему равен ампер будет в будущем, то ответ был дан на последнем собрании Генеральной конференции. Величина, как и раньше, будет определять силу тока, но при этом должна зависеть от нового определения электрического заряда.
Кроме того, что измеряется в амперах, нужно знать связь величины с другими единицами СИ. Напряжение на обкладках возрастает ежесекундно на один вольт в том случае, если электричеством в один ампер заряжается конденсатор ёмкостью в 1 фарад. При силе тока в проводнике, равной 1 А, за каждую секунду в его поперечном сечении проходит электрический заряд в один кулон. Дополнительно эта величина используется для измерения разности магнитных потенциалов и магнитодвижущей силы.
Формула силы Ампера
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Здесь – сила Ампера, – сила тока в проводнике, – модуль вектора индукции магнитного поля, – длина участка проводника, на который воздействует магнитное поле, – угол между вектором индукции магнитного поля и направления тока.
Единица измерения силы – Н (ньютон).
Сила Ампера — векторная величина. Сила Ампера принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления тока перпендикулярны ().
Направление силы ампера определяют по правилу левой руки:
Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Ампера.
Исторически электрическим током принято считать движение положительного заряда, то есть направление сила тока – от плюса к минусу.
Примеры решения задач по теме «Сила Ампера»
ПРИМЕР 1| Задание | Найти силу Ампера, действующую на прямой проводник длиной 3 м, по которому проходит ток силой 7 А. Вектор магнитной индукции составляет угол с проводником, его абсолютное значение – 2 Тл. |
| Решение | Электрический ток течёт по проводнику, значит направлен он также, как расположен проводник. Следовательно, угол между вектором магнитной индукции и проводником равен углу между ним и вектором движения тока. Остаётся только подставить значения в формулу:
|
| Ответ | Сила ампера равна 21 ньютон. |
| Задание | На рисунке изображены два параллельно расположенных проводника, указаны направления сил тока и вектора магнитной индукции. В ответе указать, каким образом будет действовать на них сила Ампера (сближать проводники, отталкивать или действовать как-то иначе). Как изменится ситуация, если направить вектор магнитной индукции параллельно проводникам? |
| Решение | Определим направление силы Ампера по правилу левой руки. Очевидно, если расположить левую руку так, чтобы вектор входил в ладонь, а пальцы направить по линии движения тока в первом случае (вертикально вверх), то отогнутый большой палец будет направлен от наблюдателя. Также будет направлена и сила Ампера. Во втором проводнике ток направлен вертикально вниз, а сила Ампера – на наблюдателя. Оказалось, что под действием силы Ампера первый проводник отталкивается от наблюдателя, а второй притягивается к нему.
и При вычислении силы Ампера нас интересуют не сами углы, а их синусы: и Сила Ампера в обоих проводниках равна нулю. |
| Ответ | Если вектор магнитной индукции направлен так, как показано на рисунке, то сила Ампера в первом проводнике будут направлена на наблюдателя, во втором – от него. Если вектор магнитной индукции направить параллельно проводникам, то сила Ампера возникать не будет. |
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
Электричество и магнетизм
Таким образом, скорость в выражении (4.7) — это дрейфовая скорость носителей тока в присутствии внешнего электрического поля или любого другого силового поля, обуславливающего направленное (упорядоченное) движение носители заряда. Если в веществе возможно движение зарядов разного знака, то полная плотность тока определяется векторной суммой плотностей потоков заряда каждого знака.
Как уже указывалось, в отсутствие электрического поля движение носителей заряда хаотично и не создает результирующего тока. Если, приложив электрическое поле, сообщить носителям заряда даже малую (по сравнению с их тепловой скоростью) скорость дрейфа, то, из-за наличия в проводниках огромного количества свободных электронов, возникнет значительный ток.
Поскольку дрейфовая скорость носителей тока создается электрическим полем, логично предположить пропорциональность
так что и плотность тока будет пропорциональна вектору напряженности (рис. 4.4)
|
|
(4.9) |
Более подробно этот вопрос обсуждается в Дополнении
Входящий в соотношение (4.9)
|
Коэффициент пропорциональности называется проводимостью вещества проводника. |
Проводимость связывает напряженность поля в данной точке с установившейся скоростью «течения» носителей заряда. Поэтому она может зависеть от локальных свойств проводника вблизи этой точки (то есть от строения вещества), но не зависит от формы и размеров проводника в целом. Соотношение (4.9) носит название закона Ома для плотности тока в проводнике (его называют также законом Ома в дифференциальной форме).
Рис. 4.4. Силовые линии электрического поля совпадают с линиями тока
Чтобы понять порядки величин, оценим дрейфовую скорость носителей заряда в одном из наиболее распространенных материалов — меди. Возьмем для примера силу тока I = 1 А, и пусть площадь поперечного сечения провода составляет
1 мм2 = 10–6 м2. Тогда плотность тока равна j = 106 А/м2. Теперь воспользуемся соотношением (4.7)
Носителями зарядов в меди являются электроны (е = 1.6·10-19 Кл), и нам осталось оценить их концентрацию . В таблице Менделеева медь помещается в первой группе элементов, у нее один валентный электрон, который может быть отдан в зону проводимости. Поэтому число свободных электронов примерно совпадает с числом атомов. Берем из справочника плотность меди — r Cu=8,9·103 кг/м3. Молярная масса меди указана в таблице Менделеева — MCu = 63,5·10–3 кг/моль. Отношение
— это число молей в 1 м3. Умножая на число Авогадро Na = 6,02·1023 моль–1, получаем число атомов в единице объема, то есть концентрацию электронов
Теперь получаем искомую оценку дрейфовой скорости электронов
Для сравнения: скорости хаотического теплового движения электронов при 20°С в меди по порядку величины составляют 106 м/с, то есть на одиннадцать порядков величины больше.
Возьмем произвольную воображаемую замкнутую поверхность S, которую в разных направлениях пересекают движущиеся заряды. Мы видели, что полный ток через поверхность равен
где dq — заряд, пересекающий поверхность за время dt. Обозначим через q ‘ заряд, находящийся внутри поверхности. Его можно выразить через плотность заряда , проинтегрированную по всему объему, ограниченному поверхностью
Из фундаментального закона природы — закона сохранения заряда — следует, что заряд dq, вышедший через поверхность за время dt, уменьшит заряд q ‘ внутри поверхности точно на эту же величину, то есть dq ‘ = –dq или
Подставляя сюда написанные выше выражения для скоростей изменения заряда внутри поверхности , получаем математическое соотношение, выражающее закон сохранения заряда в интегральной форме
|
|
(4.10) |
Напомним, что интегрирования ведутся по произвольной поверхности S и ограниченному ею объему V.
Что такое кВА
кВА — это киловольт-ампер. кВА — единица полной мощности, которая является единицей электрической мощности.
1 кило вольт-ампер равен 1000 вольт-ампер:
1кВА = 1000ВА
1 кило вольт-ампер равен 1000 умноженному на 1 вольт умноженному на 1 ампер:
1кВА = 1000⋅1В⋅1А
расчет кВА в вольт-амперы
Полная мощность S в вольт-амперах (ВА) равна 1000-кратной полной мощности S в киловольт-амперах (кВА):
S (ВА) = 1000 × S (кВА)
расчет кВА в кВт
Реальная мощность P в киловаттах (кВт) равна полной мощности S в киловольт-амперах (кВА), умноженной на коэффициент мощности PF:
P (кВт) = S (кВА) × PF
кВА в ватт расчет
Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна 1000 полной мощности S в киловольт-амперах (кВА), умноженной на коэффициент мощности PF:
P (Вт) = 1000 × S (кВА) × PF
расчет кВА в амперы
Формула расчета однофазной кВА в амперы
Ток I в амперах равен 1000 полной мощности S в киловольт-амперах, деленной на напряжение V в вольтах:
I (A) = 1000 × S (кВА) / В (В)
3-фазная формула расчета кВА в амперы
Расчет с линейным напряжением
Фазный ток I в амперах (со сбалансированной нагрузкой) равен 1000-кратной полной мощности S в киловольт-амперах, деленной на квадратный корень из трех значений среднеквадратичного напряжения V L-L между линиями в вольтах:
I (A) = 1000 × S (кВА) / ( √ 3 × V L-L (V) )
Расчет по напряжению от линии к нейтрали
Фазный ток I в амперах (со сбалансированной нагрузкой) равен 1000-кратной полной мощности S в киловольт-амперах, деленной на 3-кратное действующее значение напряжения между фазой и нейтралью V L-N в вольтах:
I (A) = 1000 × S (кВА) / (3 × V L-N (В) )
Смотрите также
Сила тока — Самое простое объяснение, формула, единица измерения
Сила тока с точки зрения гидравлики
Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как «сила тока«. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать. Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.
Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород
Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг — это провод, а вода в нем — электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.
А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.
В обоих случаях диаметр шланга одинаков.
А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.
Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.
Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет в два раза больше, чем через тонкую трубу.
Что такое сила тока?
Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод — это шланг. Тонкий провод — это тонкий в диаметре шланг, толстый провод — это толстый в диаметре шланг, можно сказать — труба. Молекулы воды — это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.
Сила тока — это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.
Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, «разрезал» его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.
За период времени берут 1 секунду.
Формула силы тока
Формула для чайников будет выглядеть вот так:
где
I — собственно сила тока, Амперы
N — количество электронов
t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды
Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:
где
Δq — это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон
Δt — тот самый промежуток времени, секунды
I — сила тока, Амперы
В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10-19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅1018 электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.
Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅1018 электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).
Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:
Сила тока — это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам, Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.
Сила тока и сопротивление
Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову — это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу — это элементарно.
Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?
Первое, что приходит на ум — это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.
Второе — это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:
Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет «протащить» через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его «порвет», то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.
плавкий предохранительКак только сила тока через тонкий проводок предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.
сгоревший плавкий предохранительПоэтому, силовые кабели, через которые «бегут» сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.
Сила тока в проводнике
Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.
Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:
формула сопротивления проводникаТаблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.
таблица с удельным сопротивлением веществДля того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:
закон Ома
Задача
У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм2 . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?
задача на силу тока в проводникеРешение:
Как измерить силу тока?
Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы — амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.
Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.
Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое «сила тока».
Новые эталоны килограмма, кельвина, ампера и моля
22.01.2019
16 ноября в Версале на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам принято решение о переходе на новые эталоны в рамках перехода к обновленной Международной системе единиц (SI).
Помимо килограмма, новое определение теперь получили еще три единицы:
- кельвин (единица термодинамической температуры),
- ампер (единица силы электрического тока)
- моль (единица измерения количества вещества).
На предыдущем этапе обновления системы SI были утверждены новые стандарты секунды (время), канделы (сила света) и метра (длина).
КИЛОГРАММ
Теперь килограмм будет определяться не весом эталона, а количеством электрической энергии, которое необходимо, чтобы сдвинуть с места объект весом в килограмм. Энергия, в свою очередь, будет рассчитываться на основе постоянной Планка.
Современное определение принято III Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так: «Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма».
При этом Международный прототип (эталон) килограмма хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в городе Севр неподалёку от Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия).
Размер прототипа примерно соответствует размеру мяча для гольфа.
Проблема с эталоном килограмма состоит в том, что любые материалы могут терять атомы или, наоборот, пополняться атомами из окружающего пространства.
В частности, различные официальные копии эталонного килограмма, который хранится в Севре, отличаются по весу от официального эталона. Разница достигает 60 микрограмм.
Такие изменения произошли за более чем 100 лет с момента создания копий.
Эта проблема решается, если определить единицу измерения через другую физическую постоянную. Собственно, в новом определении килограмма так и сделано: здесь используется постоянная Планка.
Новое определение: 1 килограмм равен постоянной Планка, поделенной на 6,626070040 × 10−34 м2·с−1. Для выражения единицы требуется постоянная Планка.
КЕЛЬВИН
Современное определение: 1 кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.
Тройная точка воды — строго определённые значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях.
Новое определение: 1 кельвин соответствует изменению тепловой энергии на 1,38064852 × 10−23 джоулей. Для выражения единицы требуется постоянная Больцмана.
Измерять точную температуру можно с помощью измерения скорости звука в сфере, заполненной газом. Скорость звука пропорциональна скорости перемещения атомов.
МОЛЬ
Современное определение: моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.
Новое определение: количество вещества системы, которая содержит 6,022140857 × 1023специфицированных структурных единиц. Для выражения единицы требуется постоянная Авогадро (число Авогадро).
Для эталона числа Авогадро — а через него и моля — учёные предлагают создать идеальную сферу из чистого кремния-28.
У этого вещества идеально точная кристаллическая решётка, так что количество атомов в сфере можно определить, если точно измерить диаметр сферы (с помощью лазерной системы).
В отличие от существующего куска платиново-иридевого сплава, скорость потери атомов кремния-28 точно предсказуема, что позволяет вносить коррективы в эталон.
АМПЕР
Современное определение: «Ампер есть 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».
Новое определение: электрический ток, соответствующий потоку 1/1,6021766208 × 10−19 элементарных электрических зарядов в секунду. Для выражения единицы требуется заряд электрона.
Метр с секундой ранее были определены через скорость света (свет проходит точно 299 792 458 метров за секунду) и излучение охлажденного атома цезия (строго 9 192 631 770 периодов излучения за секунду).
Самая значительная реформа в международной системе единиц (СИ) и переход на новые эталоны состоится в день празднования Дня метрологии, 20 мая 2019 года.
И тогда придётся принимать новые ГОСТы, а также внести исправления в учебники физики в школе и вузах.
Читайте также: Сертификационные испытания ЭКБ
новые определения ампера, килограмма, кельвина и моля / Хабр
Сфера из кремния-28 с чистотой 99,9998% может быть использована для вычисления максимально точного числа Авогадро, которое войдёт в определение единицы измерения количества вещества, известной как моль. Фото: Национальная физическая лаборатория Великобритании
Международное бюро мер и весов планирует провести самую значительную реформу в международной системе единиц (СИ) со времени последней большой ревизии этого стандарта в 1960 году, пишет Nature. Придётся принимать новые ГОСТы, а также внести исправления в учебники физики в школе и вузах.
В настоящее время СИ (современный вариант метрической системы) принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти везде используется в области техники. Полное определение всех единиц СИ приведено в официальной брошюре (8-е издание) и дополнении к ней от 2014 года. Нынешний стандарт утверждён в СССР 1 января 1963 года ГОСТом 9867-61 «Международная система единиц».
Руководство международной организации проголосует за предложенные изменения на Генеральной конференции по мерам и весам в 2018 году, а в случае положительного решения изменения вступят в силу с мая 2019 года. Новые определения для единиц измерения и эталонов никак не отразится на жизни обывателей: один килограмм картофеля в магазине останется тем же килограммом картофеля. Весы будут измерять овощи и мясо с той же точностью, что и раньше. Но эти определения важны для учёных, потому что в научных исследованиях должна соблюдаться идеальная точность формулировок и измерений. Международное бюро мер и весов считает, что новые эталоны позволят «обеспечить высочайший уровень точности в различных способах измерений в любом месте и времени и в любом масштабе, без потери точности».
Итак, какие же изменения нас ждут?
Сейчас Международное бюро мер и весов намерено пересмотреть определения и эталоны следующих единиц измерения:
- ампер
- килограмм
- кельвин
- моль
Следует оговориться, что далее по тексту новые определения приводятся в сокращённом виде и не соответствует в точности тексту, который записан в официальном документе. Сам документ и окончательные значения констант опубликуют в ближайшее время.
Современное определение
принято III Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так: «Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма». При этом Международный прототип (эталон) килограмма хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в городе Севр неподалёку от Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Размер прототипа примерно соответствует размеру мяча для гольфа.
Компьютерное изображение международного прототипа килограмма
Проблема с эталоном килограмма состоит в том, что любые материалы могут терять атомы или, наоборот, пополняться атомами из окружающего пространства. В частности, различные официальные копии эталонного килограмма, который хранится в Севре, отличаются по весу от официального эталона. Разница достигает 60 микрограмм. Такие изменения произошли за более чем 100 лет с момента создания копий.
Ещё одна проблема с единицами измерения фиксированного масштаба — то, что элемент неопределённости (погрешность) увеличивается по мере удаления от этой фиксированной точки (эталона). Например, сейчас при измерении миллиграмма элемент неопределённости в 2500 раз больше, чем при измерении килограмма.
Эта проблема решается, если определить единицу измерения через другую физическую постоянную. Собственно, в новом определении килограмма так и сделано: здесь используется постоянная Планка.
Новое определение: 1 килограмм равен постоянной Планка, поделенной на 6,626070040 × 10−34 м2·с−1. Для выражения единицы требуется постоянная Планка.
Измерение массы на практике возможно с помощью ваттовых весов: через два отдельных эксперимента со сравнением механической и электромагнитной силы, а затем путём перемещения катушки через магнитное поле для создания разности потенциалов (на иллюстрации внизу). Грубо говоря, масса вычисляется через электроэнергию, которая необходима, чтобы поднять предмет, лежащий на другой чаше весов.
Современное определение
: как записано в ГОСТе, 1 кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём. В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды.
Тройная точка воды — строго определённые значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях.
Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:
0,00015576 моля 2H на один моль 1Н
0,0003799 моля 17О на один моль 16О
0,0020052 моля 18О на один моль 16О.
Проблемы современного определения очевидны. При практической реализации величиа кельвина зависит от изотопоного состава воды, а на практике практически невозможно добиться молекулярного состава воды, который соответствует Техническому приложению к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90.
Ещё в 2011 году на заседании Генеральной конференции по мерам и весам было предложено в будущей редакции Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его со значением постоянной Больцмана. Таким образом, значение кельвина впервые будет точно зафиксировано.
Новое определение: 1 кельвин соответствует изменению тепловой энергии на 1,38064852 × 10−23 джоулей. Для выражения единицы требуется постоянная Больцмана.
Измерять точную температуру можно с помощью измерения скорости звука в сфере, заполненной газом. Скорость звука пропорциональна скорости перемещения атомов.
Современное определение
: моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Новое определение: количество вещества системы, которая содержит 6,022140857 × 1023 специфицированных структурных единиц. Для выражения единицы требуется постоянная Авогадро (число Авогадро).
Для вычисления числа Авогадро — и определения моля через него — учёные предлагают создать идеальную сферу из чистого кремния-28. У этого вещества идеально точная кристаллическая решётка, так что количество атомов в сфере можно определить, если точно измерить диаметр сферы (с помощью лазерной системы). В отличие от существующего куска платиново-иридевого сплава, скорость потери атомов кремния-28 точно предсказуема, что позволяет вносить коррективы в эталон.
Первые опыты по созданию такого эталона предприняли в 2007 году. Исследователи из берлинского Института выращивания кристаллов под руководством Хелге Риманна (Helge Riemann) приобрели в России обогащённый кремний-28 и сумели получить образец изотопа 28 с чистотой 99,994%. После этого исследователи ещё несколько лет анализировали состав 0,006% «лишних» атомов, определяли точный объём сферы и проводили рентгеноструктурный анализ. Изначально предполагалось, что «идеальные» сферы из кремния-28 могут быть утверждены в качестве нового стандарта для килограмма. Но сейчас более вероятно то, что их используют для вычисления числа Авогадро, и, как следствие, определения моля. Тем более что за время, прошедшее с 2007 года, физики научились производить гораздо более чистый кремний-28.
Сфера из кремния-28 с чистотой 99,9998. Фото: CSIRO Presicion Optics
В 2014 году американские физики сумели обогатить кремний-28 до беспрецедентного качества в 99,9998% в рамках международного проекта по расчёту числа Авогадро.
Современное определение
предложено Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принято IX Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1948 году: «Ампер есть 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
−7ньютона».
В современном определении ампер определяется через некий мысленный эксперимент, который предусматривает возникновение силы в двух проводах бесконечной длины. Очевидно, что на практике мы не может измерить такую силу, потому что по определению не может существовать двух проводников бесконечной длины.
Изменить определение ампера предложили на том же заседании Генеральной конференции по мерам и весам в октябре 2011 года, что и определение кельвина. Идея заключалась в том, что новое определение должно быть основано не на созданный человеком артефактах через мысленный эксперимент, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов. Итак, новое определение выражается только через одну постоянную — заряд электрона.
Новое определение: электрический ток, соответствующий потоку 1/1,6021766208 × 10−19 элементарных электрических зарядов в секунду. Для выражения единицы требуется заряд электрона.
На практике для определения ампера понадобится только один инструмент — одноэлектронный насос. Такие инструменты создали несколько лет назад. Они позволяют перемещать определённое количество электронов в течение каждого насосного цикла, что является крайне ценным качеством для фундаментальной науки и метрологии.
Определения секунды, метра и канделы, судя по всему, остаются неизменными, как показано на иллюстрации.
В новой системе СИ определение всех единиц выражается через константу с фиксированным значением. Многие единицы определяются во взаимосвязи с другими единицами. Например, определение килограмма определяется через постоянную Планка, а также через определения секунды и метра.
Считается, что такая система гораздо более устойчива и самодостаточна.
Основные определения — Ампер | Определенный электрический
Ампер (символ: A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ и одна из семи основных единиц системы СИ. Он назван в честь Андре-Мари Ампера (1775–1836), французского математика и физика, которого считают отцом электродинамики. На практике его название часто сокращают до amp.
На практике ампер — это мера количества электрического заряда, проходящего через точку за единицу времени. Примерно 6,241 × 1018 электронов, проходящих через данную точку каждую секунду, составляет один ампер.
Определение
Закон силыАмпера гласит, что существует сила притяжения между двумя параллельными проводами, по которым проходит электрический ток. Эта сила используется в формальном определении ампера, которое гласит, что это «постоянный ток, который будет создавать силу притяжения 2 × 10–7 ньютонов на метр длины между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины и пренебрежимо малым круговым крестом. разделены на расстоянии одного метра в вакууме ».
История
Ампер был первоначально определен как одна десятая электромагнитной единицы тока системы CGS (теперь известной как абампер), количество тока, которое создает силу в два дина на сантиметр длины между двумя проводами, расположенными на расстоянии одного сантиметра друг от друга.Размер блока был выбран так, чтобы производные от него блоки в системе MKSA имели удобный размер.
«Международный ампер» был первой реализацией ампера, определяемого как ток, который выделяет 0,001118000 граммов серебра в секунду из раствора нитрата серебра. Позже более точные измерения показали, что этот ток составляет 0,99985 А.
Реализация
Ампер наиболее точно определяется с помощью ваттного баланса, но на практике поддерживается с помощью закона Ома из единиц электродвижущей силы и сопротивления, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими явлениями, которые относительно легко поддаются измерению. воспроизводят джозефсоновский переход и квантовый эффект Холла соответственно.
В настоящее время методы определения силы тока имеют относительную неопределенность, составляющую приблизительно несколько частей из 107, и включают в себя реализацию ватта, ома и вольта.
Предлагаемое определение будущего
Вместо определения силы между двумя токоведущими проводами было предложено определять ампер в терминах скорости потока элементарных зарядов. Поскольку кулон приблизительно равен 6,24150948 × 1018 элементарных зарядов, один ампер приблизительно эквивалентен 6.24150948 × 1018 элементарных зарядов, таких как электроны, пересекают границу за одну секунду. Предлагаемое изменение будет определять 1 А как ток в направлении потока определенного количества элементарных зарядов в секунду. В 2005 году Международный комитет мер и весов (CIPM) согласился изучить предлагаемое изменение и, в зависимости от результатов экспериментов в течение следующих нескольких лет, официально предложить изменение на 24-й Генеральной конференции по весам и мерам (CGPM). ) в 2011.
Позвоните в Defined Electric по телефону 505-269-9861 или напишите по электронной почте одному из наших квалифицированных электриков в Альбукерке сегодня, чтобы получить бесплатную смету для вашего следующего электрического проекта. Определение— В чем разница между током и ампером?
Похоже, ваша книга устарела. Раньше ответ был B, но по состоянию на прошлый год A теперь правильный.
Определение ампера в 8-м издании SI было:
Ампер — это постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии 1 метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 × 10-7 ньютон. на метр длины.
Итак, как вы можете видеть, 8-е издание фактически определило ампер в терминах силы между двумя параллельными проводниками с током.
Однако это изменилось с новым 9-м изданием:
Ампер (символ A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 × 10-19 при выражении в единицах C, которые равны A s, где второе значение определяется как ∆νCs
.
Итак, теперь ампер определен так, что он составляет ровно 1/1 доллара.{-19} $ электронов за секунду, проходящих мимо точки.
Ток — это скорость прохождения носителей заряда через определенное место, но ампер — это единица измерения тока, и поэтому ее можно в принципе определить с помощью любого эксперимента, который дает надежную величину тока. Теперь, с квантово-механическими стандартами сопротивления и напряжения, можно провести несколько различных экспериментов с достаточно высокой точностью, чтобы иметь смысл просто определить фиксированный элементарный заряд.
https: // www.bipm.org/en/publications/si-brochure/
По поводу разницы между током и ампером. Ампер — это единица измерения тока в системе СИ. Говорят, что ампер имеет размерность тока. Это похоже на идею о том, что метр — это единица измерения длины в системе СИ. Метр — это не длина, это единица длины, и есть другие единицы длины, не относящиеся к системе СИ, например миля и дюйм. Точно так же ампер — это не ток, это единица измерения тока в системе СИ, и существуют другие системы единиц, которые определяют ток по-разному.
Что такое ампер? — Определение, символ и единица измерения ампер
Ампер, обычно используемый в сокращенной форме как «ампер», является базовой единицей электрического потока в Международной системе единиц (СИ). Он назван в честь Андре-Мари Ампера (1775–1836), французского математика и физика, которого считали отцом электродинамики.
Международная система единиц характеризует ампер с точки зрения других базовых единиц путем оценки электромагнитной мощности между электрическими проводниками, по которым протекает электрический поток.Предыдущая структура оценки CGS имела два уникальных значения тока, одно в основном эквивалентно СИ, а другое использовало электрический заряд в качестве базовой единицы, причем единица заряда характеризовалась оценкой мощности между двумя заряженными металлическими пластинами. Затем ампер характеризовался как заряд в один кулон в секунду. В СИ единица заряда, кулон, характеризуется как заряд, проводимый одним ампером в течение одной секунды.
Новые определения, касающиеся инвариантных констант природы, в явном виде элементарного заряда, станут официальными и будут использоваться 20 мая 2019 года и после этой даты.
SI определяет ампер следующим образом:
«Ампер — это тот постоянный ток, который, если он поддерживается в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещен на расстоянии одного метра в вакууме, создает между этими проводниками ток сила, равная 2 × 10-7 ньютонов на метр длины «.
Закон силы Ампера выражает, что существует сила притяжения или отталкивания между двумя параллельными проводами, проводящими электрический поток. Эта мощность используется в формальном значении ампера.Единица измерения электрического заряда в системе СИ — кулон — «это количество энергии, передаваемое за 1 секунду током в 1 ампер». С другой стороны, ток в один ампер — это один кулон заряда, проходящий через заданную точку каждую секунду:
Как правило, заряд Q определяется постоянным током I, протекающим в течение периода t, поскольку Q = It.
Постоянный, немедленный и нормальный ток передается в амперах (например, «зарядный ток составляет 1,2 А»), а заряд накапливается или игнорируется схемой, временные рамки передаются в кулонах (другими словами, «заряд батареи составляет 30000»). C «).Связь ампера (Кл / с) с кулоном эквивалентна связи ватта (Дж / с) с джоуль.
Изначально ампер был охарактеризован как одна десятая единицы электрического потока в расположении единиц сантиметр – грамм – секунда. Эта единица измерения, в настоящее время известная как ампер, была охарактеризована как мера тока, которая создает мощность в два дина на каждый сантиметр длины между двумя проводами, разделенными на один сантиметр. Пролет агрегата был выбран с той целью, чтобы агрегаты, полученные от него в рамках MKSA, были бы услужливо оценены.«Глобальный ампер» был ранним признанием ампера, охарактеризованного как подарок, который будет хранить 0,001118 грамма серебра каждую секунду из нитрата серебра. Впоследствии все более точные оценки показали, что этот ток составляет 0,99985 А.
Поскольку мощность определяется как результат тока и напряжения, ток снова может быть передан в альтернативные блоки, используя соотношение I = P / V, и, соответственно, , 1-амперный эквивалент 1 Вт / В. Расход можно оценить с помощью мультиметра, устройства, которое может измерять электрическое напряжение, расход и сопротивление.Стандартный ампер наиболее точно определяется с использованием баланса Киббла, но обычно поддерживается законом Ома из единиц электродвижущей силы и противодействия, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими чудесами, которые, как правило, просты в использовании. Повторюсь, джозефсоновское пересечение и квантовый холловский удар соответственно.
В настоящее время процедуры для настройки подтверждения наличия ампера имеют общую уязвимость около пары частей из 107 и включают подтверждение ватта, ома и вольта.
В отличие от определения со ссылкой на мощность между двумя токопроводящими проводами, было рекомендовано, чтобы ампер характеризовался с учетом скорости потока основных зарядов. Поскольку кулон примерно эквивалентен 6,2415093 × 1018 элементарным зарядам (например, зарядам, переносимым протонами, или отрицательным из зарядов, переносимых электронами), один ампер примерно сравним с 6,2415093 × 1018 базовых зарядов, перемещающихся за предел за один момент. .
(6.2415093 × 1018) пропорционально оценке основного заряда в кулонах). Предлагаемое изменение будет характеризовать 1А аналогично току по направлению к потоку определенного количества рудиментарных зарядов каждую секунду. В 2005 году Международный комитет мер и весов (CIPM) согласился рассмотреть предложенное изменение. Новое определение обсуждалось на 25-й Генеральной конференции мер и весов (CGPM) в 2014 году, однако на данный момент не было получено.
Ток, потребляемый обычно используемыми системами распределения энергии с постоянным напряжением, обычно определяется мощностью (ватт), потребляемой системой, и рабочим напряжением.Чтобы соответствовать указанным выше причинам, приведенные ниже примеры сгруппированы по уровням напряжения.
1. ЦП — 1 В постоянного тока
2. Текущие ЦП компьютеров (до 15 … 45 Вт при 1 В): до 15 … 45 А
3. Текущие ЦП премиум-класса (до 65. ..140 Вт при 1,15 В): до 55 … 120 А
4. Портативные устройства
5. Слуховой аппарат (обычно 1 мВт при 1,4 В): 700 мкА
6. Зарядный USB-адаптер (используется как источник питания — обычно 10 Вт при 5 В): 2 А
7. Транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания — 12 В постоянного тока
8.Обычный автомобиль имеет аккумулятор на 12 В. Различные аксессуары, которые питаются от аккумулятора, могут включать:
• Подсветка панели инструментов (обычно 2 Вт): 166 мА \
• Фара (каждая, обычно 60 Вт): 5 А
• Двигатель двигателя на меньшем автомобиле : От 50 A до 200 A
9. Внутреннее электроснабжение в Северной Америке — 120 В переменного тока
10. Большинство внутренних поставщиков электроэнергии в Канаде, Мексике и США работают от 120 В.
11. Бытовые автоматические выключатели обычно обеспечивают максимум Ток 15 А или 20 А на данный набор розеток.
12. USB-адаптер для зарядки (в качестве нагрузки — обычно 10 Вт): 83 мА
13. Портативный телевизор с диагональю 22 дюйма / 56 сантиметров (35 Вт): 290 мА
14. Вольфрамовая лампа (60–100 Вт) ): 500–830 мА
15. Тостер, чайник (1,5 кВт): 12,5 A
16. Фен (1,8 кВт): 15 A
17. Электроснабжение в странах Европы и Содружества — 230–240 В переменного тока
18. Большинство отечественных источников питания в Европе работают от 230 В, а почти все внутренние источники питания Содружества работают от 240 В.Типичные автоматические выключатели обеспечивают ток 16 А.
19. Ток, потребляемый рядом типовых приборов, составляет:
20. Компактная люминесцентная лампа (11–30 Вт): 56–112 мА
21. 22 дюйма / 56-сантиметровый портативный телевизор (35 Вт): 145–150 мА
22. Вольфрамовая лампа (60–100 Вт): 240–450 мА
23. Тостер, чайник (2 кВт): 9 А
24. Погружной нагреватель (4,6 кВт): 19–20 A
(Изображение будет скоро загружено)
Что такое амперметр?
Амперметр (от Ampere Meter) — это измерительный прибор, используемый для измерения тока в цепи.Электрические потоки измеряются в амперах (А), соответственно название. Инструменты, используемые для измерения более мелких потоков в миллиамперном или микроамперном диапазоне, относятся к миллиамперметрам или микроамперметрам. Ранние амперметры были инструментами исследовательских центров, деятельность которых зависела от привлекательного поля Земли. К концу девятнадцатого века были сконструированы улучшенные инструменты, которые можно было устанавливать в любом положении, что позволяло производить точные оценки в электроэнергетических системах. Обычно его называют буквой «Ан».Амперметры имеют чрезвычайно низкую засоренность и постоянно подключены к любой цепи. Амперметр (от Ampere Meter) — это измерительный прибор, используемый для измерения тока в цепи. Электрические потоки измеряются в амперах (А), соответственно название. Инструменты, используемые для измерения более мелких потоков в миллиамперном или микроамперном диапазоне, относятся к миллиамперметрам или микроамперметрам. Ранние амперметры были инструментами исследовательских центров, деятельность которых зависела от привлекательного поля Земли.К концу девятнадцатого века были сконструированы улучшенные инструменты, которые можно было устанавливать в любом положении, что позволяло производить точные оценки в электроэнергетических системах. Обычно его называют буквой «Ан». Амперметры имеют чрезвычайно низкую засоренность и постоянно подключены к любой цепи.
Что такое пропускная способность?
Допустимая нагрузка — это более широкая категория по сравнению с допустимой мощностью в амперах, как это определено национальными электротехническими правилами в некоторых странах Северной Америки.Максимальный ток в амперах, который проводник может выдерживать постоянно в условиях использования, не превышая его температурный предел, определяется как допустимая нагрузка. Его также называют пропускной способностью по току.
Допустимая нагрузка на проводник во многом зависит от его способности рассеивать тепло без повреждения проводника или его изоляции. Это функция изоляции от номинальной температуры, электрического сопротивления материала проводника, температуры окружающей среды и способности изолированного проводника отводить тепло в окружающую среду.
Все обычные электрические проводники обладают некоторым сопротивлением потоку электричества. Электрический ток, протекающий по этим проводникам, вызывает падение напряжения и рассеивание мощности, что нагревает проводники. Медь и алюминий могут проводить огромное количество тока без повреждений, но задолго до повреждения проводника изоляция, скорее всего, будет повреждена из-за возникающего тепла.
Расчет допустимой нагрузки проводника обычно основывается на физических и электрических свойствах материала и конструкции проводника и его изоляции, температуре окружающей среды и условиях окружающей среды вокруг проводника.Большая общая площадь поверхности может хорошо рассеивать тепло, если окружающая среда может поглощать тепло.
Номинальный ток
Для электронных машин, таких как регуляторы напряжения, транзисторы и другие подобные устройства, выражение «номинальный ток» чаще используется, чем допустимая допустимая нагрузка, но в целом соображения аналогичны. Однако устойчивость к кратковременной перегрузке по току для полупроводниковых устройств почти равна нулю, поскольку их тепловые емкости очень малы. Пропускная способность — это портмоне для предела в амперах, который определяется национальными электротехническими правилами в некоторых странах Северной Америки.Пропускная способность характеризуется как наибольший ток в амперах, который проводник может постоянно передавать в состоянии использования, не превышая его температурный предел. Дополнительно изображается как предел передачи тока.
Допустимая нагрузка на проводник зависит от его способности рассеивать тепло без вреда для проводника или его защиты. Это элемент номинальной температуры защиты, электрического препятствия материала датчика, окружающей температуры и способности защищенного конвейера рассеивать тепло к материалу.Все обычные электрические кабели имеют некоторую защиту от потока энергии. Электрический поток, проходящий через них, вызывает падение напряжения и рассеивание мощности, что нагревает передатчики. Медь или алюминий могут без вреда проводить большой ток, но задолго до повреждения канала защита, как правило, будет повреждена теплом.
Пропускная способность конвейера зависит от физических и электрических свойств материала, а также от конструкции канала и его защиты, окружающей температуры и природных условий, прилегающих к датчику.Обширная и большая площадь поверхности может хорошо рассеивать тепло, если земля может поглощать тепло.
Для электронных сегментов (например, транзисторов, регуляторов напряжения и т. Д.) Термин «номинальный ток» используется чаще, чем допустимая амплитуда тока, однако, эти соображения носят весьма сравнительный характер. Как бы то ни было, устойчивость к перегрузкам по току в настоящий момент практически равна нулю для полупроводниковых устройств, поскольку их пределы нагрева очень малы.
Ампер | Инженерное дело | Фэндом
ампер (символ: A) — это основная единица измерения электрического тока в системе СИ, равная одному кулону в секунду.Он назван в честь Андре-Мари Ампера, одного из главных первооткрывателей электромагнетизма.
Определение []
Ампер — это постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии 1 метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 −7 ньютон. на метр длины.
Пояснение []
Поскольку это базовый блок, определение ампера не привязано к какой-либо другой электрической единице.Определение ампера эквивалентно фиксированию значения проницаемости вакуума равным μ 0 = 4π × 10 −7 Гн / м. До 1948 года использовался так называемый «международный ампер», определяемый как скорость электролитического осаждения серебра. Старший блок равен 0,999 85 А.
Ампер наиболее точно определяется с помощью баланса ампер, но на практике он поддерживается с помощью закона Ома из единиц напряжения и сопротивления, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими явлениями, которые относительно легко поддаются измерению. воспроизводят джозефсоновский переход и квантовый эффект Холла соответственно.
Единица электрического заряда, кулон, определяется в амперах: один кулон — это количество электрического заряда (ранее количество электричества), переносимого током в один ампер, протекающим в течение одной секунды. Таким образом, ток (электричество) — это скорость, с которой заряд проходит через провод или поверхность. Один ампер тока (I) равен потоку одного кулона заряда (Q) в секунду времени (t):
Так как кулон примерно равен 6.24 × 10 18 элементарных зарядов, один ампер эквивалентен 6,24 × 10 18 элементарных зарядам, например электронам, движущимся через поверхность за одну секунду. Точнее, используя определения СИ для обычных значений постоянной Джозефсона и констант фон Клитцинга, ампер можно определить как точно 6,241 509 629 152 65x 10¹ 8 элементарных заряда в секунду.
См. Также []
Внешние ссылки []
Единица измерения электрического тока «ампер»
Единица измерения электрического тока в амперах (А), названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836), является одной из семи традиционных основных единиц Международной системы Единицы (СИ).
В историческом развитии СИ, начиная с 1948 года, ампер определялся силовым эффектом между двумя проводниками, по которым протекает ток. Это «классическое» определение, основанное на электромагнетизме, неявно устанавливает значение магнитной постоянной μ 0 = 4 π . 10 -7 H . м -1 = 4π . 10 -7 м . кг . с -2 . А -2 . Прямые практические реализации ампера в соответствии с этим определением СИ были основаны на сложных электромеханических устройствах, таких как, например, «текущий баланс». Точность таких реализаций была ограничена несколькими частями в десять миллионов, что было недостаточно для требований современной метрологии.
В соответствии с рекомендациями CIPM ( International Comité des Poids et Mesures ), с 1990 года все калибровки электрического напряжения и сопротивления были связаны с электрическими квантовыми стандартами для электрического напряжения, т.е.е. эффект Джозефсона и для электрического сопротивления, то есть квантовый эффект Холла. Точно фиксированные численные значения постоянной Джозефсона, связанной с эффектом Джозефсона ( K J-90 = 483 597,9 ГГц / В 90 ) и постоянной фон-Клитцинга, связанной с квантовым эффектом Холла ( R К-90 = 25 812,807 Ом 90 ).
Использование этих «обычных» эталонных значений для констант фон-Клитцинга и Джозефсона имело значительные практические преимущества с точки зрения обслуживания и распространения электрических блоков.Это позволило воспроизвести электрические единицы со значительно улучшенной точностью до одной миллиардной доли. Однако это также означало, что электрические единицы, производные от «обычных» единиц V 90 и Ω 90 , больше не соответствовали действующей Международной системе единиц (СИ).
20 мая 2019 г. вступил в силу пересмотр СИ, согласно которому значения СИ для постоянной Джозефсона K J = 2 e / h и для постоянной фон-Клитцинга R K = h / e 2 с использованием точно определенных значений для элементарного заряда e и постоянной Планка h .Таким образом, реализация ома и вольта в СИ теперь возможна с использованием соответствующих квантовых эффектов. Используя соотношение I = U / R или 1 A = 1 В / Ом, соответственно (то есть «закон Ома»), электрический ток или единичный ампер можно связать с двумя электрическими квантовыми эффектами для вольт и ом косвенно, но в полном соответствии с СИ.
Версия SI от 2019 года в принципе предлагает еще одну возможность для прямой реализации ампера, которая основана на точном значении элементарного заряда e .Здесь используется определение тока I как количество заряда Δ Q , переносимого через проводник за единицу времени Δ t , то есть I = Δ Q / Δ t . Понимая переносимый заряд как число N носителей заряда с зарядом e (например, электронов), получаем I = N ∙ e / Δ t или I = N ∙ e ∙ f соответственно, где f — частота электронов, проходящих через поперечное сечение проводника.Это дает возможность напрямую и элегантно определять ток или ампер путем «подсчета» количества электронов, которые проходят через одно поперечное сечение проводника в секунду. Соответствующая реализация возможна с помощью одноэлектронных насосов, вырабатывающих электрические токи посредством синхронизированной управляемой транспортировки одиночных электронов. Эти токи — из-за физических ограничений насосов — в настоящее время все еще очень малы (менее 1 нм = 10 -9 А). Кроме того, одноэлектронный транспорт подвержен ошибкам, вызванным статистическими флуктуациями.Следовательно, контроль одноэлектронного транспорта путем «подсчета» ошибок является необходимым. Это возможно на одноэлектронных транзисторах.
Для дальнейшего чтения:
- Х. Шерер и Х. В. Шумахер, «Одноэлектронные насосы и квантовая метрология тока в пересмотренной системе СИ», Ann. Phys., Т. 531, нет. 5, стр. 1800371, 2019.
Вернуться на главную AG 2.61
Определить стандартные электрические блоки
Электрические единицы, такие как ток и напряжение, точно определены международным стандартом.
20 мая 2019 года определение ампера изменилось — теперь оно основано на заряде электрона, а не на силе.
Предыдущее определение: «Ампер — это тот постоянный ток, который, если он поддерживается в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещен на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, создает между этими проводниками силу, равную 2 × 10-7 ньютон на метр длины ».
Новое определение: «Ампер (символ A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда $ e $ равным 1,602176634 × 10-19 при выражении в единице C, которая равна A⋅s ».
Раньше ампер определялся силой, а кулон — производным от ампера. Теперь все наоборот. Кулон является точным кратным элементарному заряду $ e $, а ампер определяется как кулон в секунду.
Содержание
Стандартные электрические блоки определяются в определенном порядке,
- Во-первых, заряду протона дается переменное имя $ e $, которое называется элементарный заряд .Электрон имеет заряд $ -e $.
- Затем определяется кулон $ (\ text C) $, давая $ e $ точное значение в кулонах.
- Тогда ампер $ (\ text A) $ определяется как поток в один кулон в секунду $ \ text C / \ text s $.
- После этого выводим остальные электрические единицы — ватт, вольт, ом.
Заряд электрона
В 1897 г. Томсон из Кембриджского университета продемонстрировал существование электрона. В 1913 году, шестнадцать лет спустя, Роберт Милликен из Чикагского университета описал свой эксперимент с каплей масла, в котором он установил заряд электрона.
Протон и электрон — это элементарных частиц . Элементарный заряд — это заряд протона, обычно обозначаемый как $ e $ или $ q_e $. Заряд отдельного электрона равен $ −e $. Это обозначение со знаком может немного сбивать с толку, но обычно вы можете сказать из контекста, относится ли $ e $ к заряду протона или электрона. В любом случае мы знаем, что электрон и протон — самые маленькие частицы, несущие заряд. Эта зарядка является основой для всех остальных электрических агрегатов.{18} \, \ text {elementary сборы}
долл. США Что такое СИ?SI — это современная форма метрической системы.
Это означает «Международная система единиц» на французском языке: « S ystème I nternational d’Unités».
Принимающая организация: Бюро мер и весов (Bureau de Poids et Mesures), Париж, Франция. Текущая спецификация — 9-е издание, 2019 г.
https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9-EN.pdf
Ампер
Один ампер — это почетное название потока одного кулона заряда в секунду.{18} \, \ text {электроны} / \ text {coulomb}} = 96 {,} 485 \ text {coulombs / моль} $
Это известно как постоянная Фарадея — не путать с единицей измерения емкости, фарадом. Один моль электронов — это около 100 000 кулонов заряда.
Производные единицы
После определения элементарного заряда, кулона и ампера, мы выводим остальные электрические единицы из этих плюс других базовых единиц СИ, таких как метр, джоуль и секунда.
Ватт
Вт — почетное название единицы мощности.Власть — это ставка. Это скорость передачи или потребления энергии за определенный период времени. Или вы можете сказать, что мощность — это скорость выполнения работы. Говоря стандартным языком, $ 1 \, \ text {watt} $ — это количество энергии, которое за одну секунду дает энергию в $ 1 \, \ text {джоуль} $.
$ 1 \, \ text {watt} = 1 \, \ text {joule} / \, \ text {second}
$Это настоящее физическое определение ватта. Когда мы говорим о мощности в электрических системах, мы выражаем ватт как произведение тока и напряжения.
$ 1 \, \ text {watt} = 1 \, \ text {ampere} \ times 1 \, \ text {volt} $
Вольт
вольт — почетное название единицы измерения разности электрических потенциалов. $ 1 $ вольт определяется как разность потенциалов между двумя точками провода, по которому проходит ток в $ 1 $ ампер, когда мощность, рассеиваемая в проводе, составляет $ 1 $ ватт.
$ 1 \, \ text {volt} = 1 \, \ text {watt} / \ text {ampere}
$Вольт также можно выразить через энергию и заряд как,
$ 1 \, \ text {volt} = 1 \, \ text {joule} / \ text {coulomb}
$Вы можете найти интуитивно понятное описание напряжения во вводной статье об основных электрических величинах.Для формального определения напряжения см. Электрический потенциал и напряжение в разделе «Электростатика».
Ом
Ом — почетное название электрической единицы сопротивления. Один Ом определяется как сопротивление между двумя точками проводника, когда приложено $ 1 вольт и протекает ток в $ 1 ампер.
$ 1 \, \ text {ohm} = 1 \, \ text {volt} / \ text {ampere}
$Теперь у нас есть базовый набор любимых нами электрических блоков.
Приложение
Что такое СИ?
SI — это современная форма метрической системы.
Это означает «Международная система единиц» на французском языке: « S ystème I nternational d’Unités».
Принимающая организация: Бюро мер и весов (Bureau de Poids et Mesures), Париж, Франция.
Текущая спецификация SI — 9-е издание, 2019 г.
BIPM подготовил памятку о том, как измерять основные электрические единицы, Mise en pratique для определения ампера и других электрических единиц в системе СИ.
Определение ампера до 2019 года
Определение ампера до 2019 годаПрежнее определение единицы тока в системе СИ, ампер до 2019 года, предполагало проведение эксперимента, основанного на изучении магнетизма. Я сохранил это описание для исторического удовольствия.
Электрические токи в проводах вызывают магнитные поля (Закон Био – Савара, 1820 г.).
Магнитное поле от одного провода вызывает магнитную силу на соседний провод (Закон силы Ампера, 1825 г.).{-7} $ ньютонов на метр длины.
Это определение означает, что вы можете провести эксперимент в своей лаборатории, чтобы получить точный ток $ 1 \, \ text {ampere} $. Эксперимент основан на силовом законе Ампера. Если вы знаете силу тока, длину и расстояние между проводами, этот закон скажет вам, какая сила действует между проводами.
Чтобы создать стандартный ампер в 1 доллар, вы выполняете некоторую версию следующего эксперимента. Установите два провода длиной $ 1 метр параллельно, на расстоянии $ 1 $ метра друг от друга и подготовьте способ измерения силы на проводах (какой-нибудь тензодатчик).{-7} $ ньютон / метр является историческим, выведенным из еще более старого определения ампера. Когда-то ампер определялся как ток, который за одну секунду осаждает 0,001118 грамма серебра из раствора нитрата серебра, известного как серебряный ампер . Это определение ампер соответствовало старой традиции.
Дополнительные ресурсы:
Закон силы Ампера https://en.wikipedia.org/wiki/Ampère’s_force_law
Закон Био – Савара. https: // ru.wikipedia.org/wiki/Biot–Savart_law
Магнитные силы, магнитные поля и закон Фарадея. Ханская академия. https://www.khanacademy.org/science/physics/mintage-forces-and-mintage-fields
ампер | LNE, Национальная лаборатория метрологии и науки
Наряду с омом и вольт ампер является одной из трех основных единиц в области электричества. Он был принят в качестве базовой единицы в Международной системе единиц (СИ) еще в 1948 году, и его определение выдержало испытание временем в течение 70 лет.Но все это изменилось в ноябре 2018 года, когда ампер был переопределен на основе фундаментальной константы в природе: элементарного заряда, обозначенного e.
Профиль ампер
Официальное определение (1948 г., 9-я ГКГМ)
Символ: A
Количество: сила электрического тока
Единицы, производные от ампера: кулон, вольт, ом, фарад, генри, тесла
Ампер вступает в квантовую эру
С 1948 года ампер — базовая единица силы электрического тока — определялся на основе механической силы между двумя проводами, проходящими через один метр друг от друга, между собой.Однако на практике это определение трудно реализовать при необходимой неопределенности измерения. Более того, он не передает фундаментального понятия электрического тока, то есть потока элементарных зарядов в единицу времени. Отсюда идея переопределения ампера, фиксируя значение элементарного заряда, т.е. Помня об этой цели, исследователи из LNE разработали стандарт, который ощутимо реализует это новое определение с рекордной относительной неопределенностью 10 -8 .
Определение ампера
Ампер, единица измерения электрического тока в системе СИ, определяется как фиксированное числовое значение элементарного заряда е равным 1.602 176 634 × 10 −19 при выражении в единицах C, которые равны A · s, где секунда определяется в единицах ΔνCs.
«Зачем заново определять ампер? Каковы преимущества?» (видео только на французском языке)
«Новое определение ампера, открывающее новые перспективы в области электрической метрологии» (видео только на французском языке)
На практике метрологические лаборатории создают эталон электрического тока, используя два эталона напряжения и сопротивления.Единицы для этих стандартов — вольт и ом — могут быть реализованы с точностью до 10-9 благодаря двум квантовым эффектам (эффект Джозефсона и квантовый эффект Холла), которые зависят исключительно от е и постоянной Планка. Затем ампер вычисляется с помощью закона Ома, который связывает напряжение, ток и сопротивление. Конкретно, однако, закон Ома применяется к физическим механизмам, которые, хотя и откалиброваны по квантовым стандартам, со временем отклоняются. В результате относительная погрешность для ампера обычно составляет 10 -6 .
Чтобы улучшить это, ученые из LNE разработали квантовую схему, которую можно использовать для применения закона Ома непосредственно к квантовым стандартам напряжения и сопротивления. На практике им пришлось найти способ игнорировать паразитное сопротивление электрических соединений, соединяющих два стандарта, что приводило к ошибкам в эталонной квантовой схеме. Но как? Используя свойства квантового эффекта Холла, можно добавить дополнительные связи между двумя стандартами; электрический ток в этих соединениях будет уменьшаться по мере увеличения количества соединений.Результат: падение паразитного потенциала в результате этих подключений становится незначительным, а эталонный ток остается полностью определенным.
Ток, пропорциональный элементарному заряду
Используя эту информацию, точный сверхчувствительный усилитель определяет опорный ток, складывая все компонентные схемы, а затем усиливает его с помощью сервоуправляемого усилителя с внешним источником питания. Этот квантовый генератор тока предлагает начальный пример комбинации двух квантовых стандартов.Он генерирует токи в широком диапазоне значений от 1 мкА до 10 мА с точностью до 10 -8 . Кроме того, он реализует определение ампера в будущем, поскольку, используя квантовые эффекты Холла и Джозефсона, он выдает ток, пропорциональный элементарному заряду.
В нынешней конфигурации система впечатляет: для охлаждения квантовых эталонов напряжения и сопротивления вместе с усилителем до температуры, приближающейся к абсолютному нулю, требуется не менее трех криогенных систем.Но исследователи LNE показали, что можно получить квантовый эффект Холла в графене при более слабом магнитном поле и при менее жесткой температуре, чем в образцах арсенида галлия, которые используются в настоящее время. В конце концов, для реализации нашего стандарта потребуется только один криостат. Более того, этот криостат уже готов к переопределению в Международной системе единиц.
«Рассматриваются варианты упрощения реализации нового стандарта» (видео только на французском языке)