透明な被覆をかぶった銅線が A の文字を通り抜けている。線の中を青い電子がゆっくり流れる。中央にはカウンターがあり、断面を通る電子ごとに光る。導線のまわりを磁場の点線の輪が回っている。右では方位磁針の針が導線と直角の向きに回って止まる。表示は毎秒 6.24·10¹⁸ 個の電子 — これが 1 アンペアだ。
単位シート
SI 基本単位改訂 2026-10アンペア A
SI 基本単位 · 量：電流
アンペアとは電子を数えること
電気ケトルのスイッチを入れると、導線には約 10 A の電流が流れる。毎秒、導線の断面を 6200 京個の電子が通る。一つずつは見えないが、数えることはできる。どの電子も電荷は同じだからだ。
2019 年から、アンペアは電気素量 e = 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C によって定義されている。1 アンペアとは、毎秒 1/e 個分の電気素量の電荷が通る電流、つまり約 6.24·10¹⁸ 個の電子だ。それ以前は、電流の流れる 2 本の導線が引き合う力でアンペアを決めていた。
驚くのは、電子そのものがとても遅いことだ。断面 1.5 mm² の銅線では、10 A のとき電子は 1 秒に約 0.5 mm しか進まない。それでも電流はすぐに流れ始める。電子はもともと導線全体にいて、ほぼ同時に動き出すからだ。
アンペアの記号は大文字の A。単位名はアンドレ＝マリ・アンペールにちなむ。単位名は小文字で書く：「アンペア」。電流は大文字の I で表す。小文字の a は年、Å はオングストローム。
電流と電荷。アンペアは 1 秒あたりに通る電荷の量、クーロンは電荷そのもの、アンペア時は電池にたまった電荷。そして電流の速さと電子の速さ。信号はほぼ光の速さで導線を伝わるが、電子そのものは 1 秒に 1 mm にも満たない速さではっている。
01 · 定義
電荷 · ドリフト · 磁場電流とは、1 秒間に導体の断面を通る電荷のこと。金属では電荷を運ぶのは電子だ。1 秒に N 個の電子が断面を通れば、電流は N·e になる。
金属の中の電子は、秒速 1000 km ほどであらゆる方向に飛び回っている。導線に電圧をかけると、このでたらめな運動の上に、ゆっくりした共通の移動 — ドリフト — が重なる。その速さは電流、導線の断面、金属 1 立方メートルあたりの自由電子の数で決まる。
電流はいつも自分のまわりに磁場をつくる。磁場は導線から離れるほど弱くなり、磁力線は導線を囲む輪になる。1948 年から 2019 年まで、アンペアはまさにこの磁場の強さで定義されていた。
1 アンペアには電子がいくつあるか
上に銅線、その横に方位磁針。スライダーで電流を 1 ピコアンペアから 1000 アンペアまで、導線の断面とともに設定する。導線の中の電子はスローで表示され、画面上の速さは実際のドリフト速度に比例する。カウンターは断面を通った電子を数える。導線から 5 cm の方位磁針は、電流が大きいほど大きく振れる。青は電子、琥珀色は銅と発熱、深紅は磁場。下には三つのビューがある。「ドリフト」は断面ごとの電子の速さ。「磁場」は導線のまわりの磁束密度の距離による変化。「ポンプ」は単一電子ポンプで、電流は周波数で決まる：I = e·f。
電子はもう導線の中にいる
玉がふちまで詰まった管を思い浮かべてほしい。一方の端から玉を押し込むと、もう一方の端からすぐ別の玉が落ちる。どの玉もほんの少ししか動いていないのに。電流も同じで、電場は導線に沿ってほぼ光の速さで広がり、すべての電子がいっせいに動き出す。電灯はすぐにつくが、スイッチのところで導線に入った電子が電灯に届くのは何時間も後だ。
02 · 換算
単位 · 電子 · 電池の電荷アンペアから電子とアンペア時へ
電流を入力する。最初のタブはミリアンペア、キロアンペア、毎秒の電子数に換算する。二つ目は 1 分、1 時間、1 日に通る電荷を示す。三つ目は、この電流で一般的な電池が空になるまでの時間を示す。
| {k} | {v} | {note} |
細胞の一つのイオンチャネルを流れる電流は数ピコアンペア、雷は数万アンペア。そのあいだに 15 桁があり、どれも毎秒の電子やイオンの数に同じ電荷 e を掛けたものだ。
04 · 測定器
検流計 · クランプメーター · シャント · ポンプ電流はその働きで知る
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05 · 表記の規則
大文字の A · アンペア時は別電流はアンペア、電荷はクーロン
アンペアは大文字の A で、数字のあとに空白を入れて書く。接頭語は前につける：mA、µA、kA。電池の電荷はアンペアではなくアンペア時 A·h で書く。
小文字の a は年：「ma」は「ミリ年」と読める。アンペア時はすでに時間を含むので、「毎時」は余計。キロの接頭語は小文字の k で、大文字の K はケルビン。µ の代わりの u は、ギリシャ文字が使えない場合にだけ認められる。単位名は小文字で書くが、記号は大文字。
06 · 隣り合う単位
電気07 · 歴史の部
資料 · エルステッドの磁針から電気素量までアンペアはどうやって力から数えることへ移ったか
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昔のアンペアはつくれなかった
1948 年から 2019 年まで、アンペアは、1 m 離して置いた無限に長く無限に細い 2 本の導線が、長さ 1 m あたり 2·10⁻⁷ N の力で引き合う電流だった。定義は美しいが、実現できない。無限に長い導線は存在しないからだ。
実際には、アンペアはオームの法則でボルトとオームから求めていた。そしてボルトとオームは 1990 年から、電気素量が関わるジョセフソン効果と量子ホール効果で再現されていた。つまりアンペアはすでに e に支えられていたが、間接的だった。
新しい定義はそれを直接にした。右は単一電子ポンプで、1 周期ごとにちょうど 1 個の電子を運ぶ。ポンプの電流は周期の周波数に e を掛けたもの。今のところこうしたポンプの電流はナノアンペア程度だが、文字どおり電子を一つずつ数えている。
量のカタログ
電気 · 単位シート 12 件
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