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SI-Basiseinheit des elektrischen Stroms

Die Ampere (, ;[1][2][3] Symbol: EIN),[4] oft verkürzt zu Ampere,[5] ist die Basiseinheit des elektrischen Stroms im Internationalen Einheitensystem (SI).[6][7] Es ist nach André-Marie Ampère (1775–1836) benannt, einem französischen Mathematiker und Physiker, der als Begründer des Elektromagnetismus gilt.

Das Internationale Einheitensystem definiert das Ampere in Bezug auf andere Basiseinheiten, indem es die elektromagnetische Kraft zwischen elektrischen Leitern misst, die elektrischen Strom führen. Das frühere CGS-System hatte zwei verschiedene Definitionen von Strom, eine im Wesentlichen die gleiche wie die SIs und die andere mit elektrischer Ladung als Basiseinheit, wobei die Ladungseinheit durch die Messung der Kraft zwischen zwei geladenen Metallplatten definiert wurde. Das Ampere wurde dann als ein Coulomb Ladung pro Sekunde definiert.[8] In SI ist die Ladungseinheit Coulomb definiert als die Ladung, die von einem Ampere während einer Sekunde getragen wird.

Am 20. Mai 2019 traten neue Definitionen in Bezug auf invariante Konstanten der Natur, insbesondere der Elementarladung, in Kraft.[9]

Definition[edit]

Das Ampere wird durch den festen Zahlenwert der Elementarladung definiert e 1,602 176 634 × 10 . sein-19 ausgedrückt in der Einheit C, die gleich A⋅s ist, wobei die zweite durch definiert ist ΔνCs, die ungestörte hyperfeine Übergangsfrequenz des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms.[10]

Die SI-Einheit der Ladung, Coulomb, “ist die Strommenge, die in 1 Sekunde von einem Strom von 1 Ampere transportiert wird”.[11] Umgekehrt ist ein Strom von einem Ampere ein Coulomb Ladung, die pro Sekunde über einen bestimmten Punkt hinausgeht:

1 EIN=1C/s.{displaystyle {rm {1 A=1,{text{C/s}}.}}}

Im Allgemeinen aufladen Q wird durch Dauerstrom bestimmt ich fließen für eine zeit T wie Q = ich T.

Konstanter, momentaner und durchschnittlicher Strom werden in Ampere ausgedrückt (wie in “der Ladestrom beträgt 1,2 A”) und die über einen bestimmten Zeitraum akkumulierte (oder durch einen Stromkreis geleitete) Ladung wird in Coulomb ausgedrückt (wie in “die Batterieladung beträgt 30000 C“). Das Verhältnis von Ampere (C/s) zu Coulomb ist das gleiche wie das von Watt (J/s) zu Joule.

Geschichte[edit]

Das Ampere ist nach dem französischen Physiker und Mathematiker André-Marie Ampère (1775–1836) benannt, der den Elektromagnetismus studierte und die Grundlagen der Elektrodynamik legte. In Anerkennung von Ampères Beiträgen zur Schaffung der modernen Elektrowissenschaft wurde in einer internationalen Konvention, die auf der Internationalen Ausstellung für Elektrizität 1881 unterzeichnet wurde, das Ampere als Standardeinheit für die elektrische Messung von elektrischem Strom festgelegt.

Das Ampere wurde ursprünglich als ein Zehntel der Einheit des elektrischen Stroms im Zentimeter-Gramm-Sekunden-Einheitensystem definiert. Diese Einheit, die heute als Abampere bekannt ist, wurde als die Strommenge definiert, die eine Kraft von zwei Dyn pro Zentimeter Länge zwischen zwei Drähten im Abstand von einem Zentimeter erzeugt.[12] Die Größe der Einheit wurde so gewählt, dass die daraus abgeleiteten Einheiten im MKSA-System bequem dimensioniert sind.

Das “internationale Ampere” war eine frühe Erkenntnis des Ampere, definiert als der Strom, der sich ablagern würde 0,001118 Gramm Silber pro Sekunde aus einer Silbernitratlösung.[13] Später ergaben genauere Messungen, dass dieser Strom 0,99985 EIN.

Da die Leistung als Produkt aus Strom und Spannung definiert ist, kann das Ampere alternativ in den anderen Einheiten ausgedrückt werden, indem die Beziehung ich = P/V, und somit 1 A = 1 W/V. Strom kann mit einem Multimeter gemessen werden, einem Gerät, das elektrische Spannung, Strom und Widerstand messen kann.

Frühere Definition im SI[edit]

Bis 2019 definierte die SI das Ampere wie folgt:

Das Ampere ist der konstante Strom, der, wenn er in zwei geraden parallelen Leitern von unendlicher Länge, mit vernachlässigbarem kreisförmigem Querschnitt und einem Abstand von einem Meter im Vakuum gehalten würde, zwischen diesen Leitern eine Kraft von . erzeugen würde 2×10-7 Newton pro Meter Länge.[14]:113[15]

Das Kraftgesetz von Ampère[16][17] besagt, dass zwischen zwei parallelen Drähten, die einen elektrischen Strom führen, eine anziehende oder abstoßende Kraft besteht. Diese Kraft wird in der formalen Definition des Ampere verwendet.

Die SI-Einheit der Ladung, Coulomb, wurde dann definiert als “die Elektrizitätsmenge, die in 1 Sekunde von einem Strom von 1 Ampere transportiert wird”.[14]:144 Umgekehrt ist ein Strom von einem Ampere ein Coulomb Ladung, die pro Sekunde über einen bestimmten Punkt hinausgeht:

1 EIN=1CS.{displaystyle {rm {1 A=1{tfrac {C}{s}}.}}}

Im Allgemeinen aufladen Q wurde durch Dauerstrom bestimmt ich fließen für eine zeit T wie Q = Es.

Realisierung[edit]

Das Standard-Ampere wird am genauesten mit einer Kibble-Waage realisiert, wird aber in der Praxis über das Ohmsche Gesetz aus den Einheiten der elektromotorischen Kraft und des Widerstands, dem Volt und dem Ohm, aufrechterhalten, da die beiden letzteren mit relativ leicht zu beschreibenden physikalischen Phänomenen in Verbindung gebracht werden können reproduzieren, der Josephson-Effekt bzw. der Quanten-Hall-Effekt.[18]

Techniken zur Ermittlung der Realisierung eines Ampere haben eine relative Unsicherheit von ungefähr einigen Teilen in 107, und beinhalten Realisierungen von Watt, Ohm und Volt.[18]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Jones, Daniel (2011). Roach, Peter; Setter, Jane; Esling, John (Hrsg.). Cambridge Englisches Aussprachewörterbuch (18. Aufl.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-15255-6.
  2. ^ Wells, John C. (2008). Aussprachewörterbuch von Longman (3. Aufl.). Langmann. ISBN 978-1-4058-8118-0.
  3. ^ “Ampere”. Merriam-Webster Wörterbuch. Abgerufen 29. September 2020.
  4. ^ “2. SI-Basiseinheiten”, SI-Broschüre (8. Aufl.), BIPM, archiviert vom Original vom 7. Oktober 2014, abgerufen 19. November 2011
  5. ^ SI unterstützt nur die Verwendung von Symbolen und verzichtet auf die Verwendung von Abkürzungen für Einheiten.“Bureau International des Poids et Mesures” (PDF). 2006. s. 130. Abgerufen 21. November 2011.
  6. ^ „2.1. Einheit des elektrischen Stroms (Ampere)“, SI-Broschüre (8. Aufl.), BIPM, archiviert vom Original am 3. Februar 2012, abgerufen 19. November 2011
  7. ^ Definitionen der Basiseinheit: Ampere Archiviert 25. April 2017 auf der Wayback Machine Physics.nist.gov. Abgerufen am 28.09.2010.
  8. ^ Bodanis, David (2005), Elektrisches Universum, New York: Three Rivers Press, ISBN 978-0-307-33598-2
  9. ^ Resolutionsentwurf A „Zur Überarbeitung des Internationalen Einheitensystems (SI)“ soll der CGPM auf ihrer 26. Sitzung (2018) vorgelegt werden (PDF)
  10. ^ “Ampere (A)”. www.npl.co.uk. Abgerufen 21. Mai 2019.
  11. ^ Das Internationale Einheitensystem (SI) (PDF) (8. Aufl.), Bureau International des Poids et Mesures, 2006, p. 144, archiviert (PDF) vom Original vom 5. November 2013.
  12. ^ Kowalski, L (1986), “Eine kurze Geschichte der SI-Einheiten in der Elektrizität”, Der Physiklehrer, Montclair, 24 (2): 97–99, Bibcode:1986PhTee..24…97K, doi:10.1119/1.2341955, archiviert von das Original am 14. Februar 2002
  13. ^ Geschichte des Ampere, Größen, 1. April 2014, archiviert vom Original vom 20. Oktober 2016, abgerufen 29. Januar 2017
  14. ^ ein B Internationales Büro für Maß und Gewicht (2006), Das Internationale Einheitensystem (SI) (PDF) (8. Aufl.), ISBN 92-822-2213-6, archiviert von das Original (PDF) am 14. August 2017
  15. ^ Mönch, Paul MS (2004), Physikalische Chemie: Unsere chemische Welt verstehen, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-49180-2, archiviert vom Original am 2. Januar 2014
  16. ^ Serway, Raymond A; Jewett, JW (2006). Serways physikalische Prinzipien: ein Text auf der Grundlage der Infinitesimalrechnung (Vierte Aufl.). Belmont, Kalifornien: Thompson Brooks/Cole. P. 746. ISBN 0-53449143-X. Archiviert vom Original vom 21. Juni 2013.
  17. ^ Jenseits des Kilogramms: Neudefinition des Internationalen Einheitensystems, USA: National Institute of Standards and Technology, 2006, archiviert vom Original vom 21. März 2008, abgerufen 3. Dezember 2008.
  18. ^ ein B „Anhang 2: Praktische Umsetzung von Einheitendefinitionen: Elektrische Größen“, SI-Broschüre, BIPM, archiviert von das Original am 14. April 2013.

Externe Links[edit]