В чем измеряют силу Ампера?

Узнайте, в чем измеряют силу Ампера и какая роль у этой единицы измерения в электрическом токе. Ампер является основной единицей силы тока в Международной системе единиц (СИ) и используется для измерения силы тока, магнитодвижущей силы и разности магнитных потенциалов.

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

Определение

Согласно новому определению, принятому на XXVI Генеральной конференции мер и весов 16 ноября 2018 года, ампер основывается на использовании численного значения элементарного электрического заряда. Формулировка, вступившая в силу 20 мая 2019 года, гласит, что ампер равен частоте излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

История

Единица измерения силы тока, ампер, была предложена на 1-м Международном конгрессе электриков в 1881 году и принята на Международном электрическом конгрессе в 1893 году. Она была названа в честь французского физика Андре Ампера. Изначально ампер определялся как одна десятая единицы тока системы СГСМ, которая создавала силу в 2 дины на сантиметр длины между двумя тонкими проводниками на расстоянии в 1 см.

В 1893 году было принято определение ампера как тока, необходимого для электрохимического осаждения 1,118 миллиграммов серебра в секунду из раствора нитрата серебра. Однако позднее выяснилось, что величина этой единицы изменилась на 0,015%. Эта единица стала известна как международный ампер.

В 1948 году было возвращено изначальное определение ампера, предложенное Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принятое IX Генеральной конференцией по мерам и весам в 1948 году. Определение заключалось в том, что ампер равен току, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины, расположенным в одной плоскости на расстоянии 1 метра друг от друга, создает силу 2 * 10^(-7) Н на каждый метр длины проводника.

Определение и формула силы Ампера

Сила Ампера, обозначаемая как $d\bar{F}_A$, определена законом (или формулой) Ампера:

$$d \bar{F}_{A}=I d \bar{l} \times \bar{B}(1)$$

где I – сила тока, $d \bar{l}$ – малый элемент длины проводника, $\bar{B}$ – индукция магнитного поля.

Эту формулу также можно записать как:

$$d \bar{F}_{A}=\bar{j} \times \bar{B} d V(2)$$

где $\bar{j}$ – вектор плотности тока, $dV$ – элемент объема проводника.

Модуль силы Ампера может быть найден с помощью следующего выражения:

$$d F=I \cdot B \cdot d l \cdot \sin \alpha(3)$$

где $\alpha$ – угол между векторами магнитной индукции и направлением течения тока. Сила Ампера максимальна, когда линии магнитной индукции перпендикулярны проводнику с током.

Силы, действующие на проводники с током в магнитном поле

Согласно закону Ампера, на проводник с током I действует сила, которая равна:

$$\bar{F}_{A}=I \int_{l} d \bar{l} \times \bar{B}(4)$$

где $\bar{B}$ – магнитная индукция, рассматриваемая в пределах малого кусочка проводника $dl$. Интегрирование проводится по всей длине проводника $l$. В случае замкнутого контура с током I в однородном магнитном поле, сила Ампера равна нулю ($\bar{F}_{A}=0$).

Сила Ампера, действующая на элемент $dl$ прямого проводника с током $I_1$, помещённый в магнитное поле, создаваемое другим прямым проводником, параллельным первому и с током $I_2$, равна по модулю:

$$d F=\frac{\mu_{0}}{2 \pi} \frac{I_{1} I_{2}}{d} d l(5)$$

где $d$ – расстояние между проводниками, $\mu_{0}=4 \pi \cdot 10^{7}$ Гн/м – магнитная постоянная. Проводники с токами одного направления притягиваются, а с токами разного направления отталкиваются. Формулу (5) используют для вычисления силы Ампера на бесконечно длинных параллельных проводниках.

Единицы измерения силы Ампера

Основной единицей измерения силы Ампера (как и любой другой силы) в системе СИ является H (генри).

В СГС системе единиц сила Ампера измеряется в динах (dyne).

Примеры решения задач

Задание: Два тонких, длинных проводника с токами лежат в одной плоскости на расстоянии d друг от друга. Найти силу взаимодействия между проводниками.

Решение: Сила взаимодействия между проводниками можно найти с помощью формулы:

$$\frac{F}{l}=\frac{\mu_{0}}{2 \pi} \frac{I_{1} I_{2}}{d}$$

где $F$ – сила взаимодействия, $l$ – длина проводников, $I_{1}$ и $I_{2}$ – токи в проводниках, $d$ – расстояние между проводниками, $\mu_{0}=4 \pi \cdot 10^{7}$ Гн/м – магнитная постоянная.

Это была основная информация о том, в чем измеряют силу Ампера. Ампер является основной единицей силы тока в Международной системе единиц (СИ) и используется для измерения силы тока, магнитодвижущей силы и разности магнитных потенциалов.

Что нам скажет Википедия?

В амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов (устаревшее наименование — ампер-виток): магнитодвижущая сила 1 ампер (ампер-виток) — это такая магнитодвижущая сила, которую создаёт замкнутый контур, по которому протекает ток, равный 1 амперу. Кроме системы СИ, ампер является единицей силы тока и относится к числу основных единиц в системе единиц МКСА.