Przez literę A przechodzi miedziany przewód w przezroczystej izolacji. Płyną nim powoli niebieskie elektrony. Pośrodku stoi licznik: błyska przy każdym elektronie, który przejdzie przez przekrój. Wokół przewodu biegną przerywane pierścienie pola magnetycznego. Po prawej igła kompasu obraca się w poprzek przewodu i nieruchomieje. Wyświetlacz pokazuje 6,24·10¹⁸ elektronów na sekundę — to jeden amper.
Karta jednostki
jednostka podstawowa SIwyd. 2026-10Amper A
Jednostka podstawowa SI · wielkość: natężenie prądu elektrycznego
Amper to po prostu liczenie elektronów
Gdy włącza się czajnik, przewodem płynie prąd około 10 A. W każdej sekundzie przez przekrój przewodu przechodzi 62 miliardy miliardów elektronów. Nie da się ich zobaczyć pojedynczo, ale można je policzyć: każdy elektron ma ten sam ładunek.
Od 2019 roku amper jest określony przez ładunek elementarny e = 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C. Jeden amper to prąd, przy którym w ciągu sekundy przepływa ładunek 1/e ładunków elementarnych, czyli około 6,24·10¹⁸ elektronów. Wcześniej amper wyznaczano przez siłę, z jaką przyciągają się dwa przewody z prądem.
Zaskakujące, jak wolno poruszają się same elektrony. W miedzianym przewodzie o przekroju 1,5 mm² przy prądzie 10 A przesuwają się o około pół milimetra na sekundę. Prąd pojawia się jednak natychmiast: elektrony są już w całym przewodzie i zaczynają się poruszać niemal równocześnie.
Symbol ampera to wielkie A: jednostkę nazwano od nazwiska André-Marie Ampère’a. Nazwę jednostki pisze się małą literą: „amper”. Natężenie prądu oznacza się wielkim I. Małe a to rok, a Å — angstrem.
Prąd i ładunek. Amper mówi, ile ładunku przepływa w sekundę, kulomb to sam ładunek, a amperogodzina — ładunek w akumulatorze. I prędkość prądu a prędkość elektronów: sygnał biegnie przewodem niemal z prędkością światła, a same elektrony pełzną z prędkością ułamków milimetra na sekundę.
01 · Definicja
ładunek · dryf · poleNatężenie prądu to ładunek, który w ciągu sekundy przechodzi przez przekrój przewodnika. W metalu ładunek niosą elektrony. Jeśli przez przekrój w sekundę przejdzie N elektronów, prąd wynosi N·e.
Elektrony w metalu miotają się we wszystkie strony z prędkością około tysiąca kilometrów na sekundę. Gdy do przewodu przyłoży się napięcie, na ten chaotyczny ruch nakłada się powolne wspólne przesunięcie — dryf. Jego prędkość zależy od prądu, przekroju przewodu i liczby swobodnych elektronów w metrze sześciennym metalu.
Prąd zawsze wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Pole słabnie wraz z odległością od przewodu, a linie pola to pierścienie wokół niego. Właśnie przez natężenie tego pola definiowano ampera od 1948 do 2019 roku.
Ile elektronów jest w jednym amperze
U góry miedziany przewód, obok kompas. Suwakiem ustawia się prąd od jednego pikoampera do tysiąca amperów oraz przekrój przewodu. Elektrony w przewodzie pokazano w zwolnionym tempie: ich prędkość na ekranie jest proporcjonalna do prawdziwej prędkości dryfu. Licznik liczy elektrony, które przeszły przez przekrój. Igła kompasu 5 cm od przewodu wychyla się tym bardziej, im większy prąd. Niebieskim pokazano elektrony, bursztynowym — miedź i nagrzewanie, karmazynowym — pole magnetyczne. Na dole są trzy widoki. „Dryf” to prędkość elektronów przy różnych przekrojach. „Pole” to indukcja wokół przewodu w zależności od odległości. „Pompa” to pompa jednoelektronowa, w której prąd zadaje się częstotliwością: I = e·f.
Elektrony już są w przewodzie
Wyobraź sobie rurę wypełnioną kulkami po brzegi. Gdy wepchnie się kulkę z jednej strony, z drugiej od razu wypadnie inna, choć każda przesunęła się tylko trochę. Tak samo z prądem: pole elektryczne rozchodzi się wzdłuż przewodu niemal z prędkością światła i wszystkie elektrony ruszają naraz. Lampa zapala się od razu, ale elektron, który wszedł do przewodu przy wyłączniku, dotrze do lampy po kilku godzinach.
02 · Przeliczanie
jednostki · elektrony · ładunek akumulatorówZ amperów na elektrony i amperogodziny
Wpisz prąd. Pierwsza zakładka przeliczy go na miliampery, kiloampery i elektrony na sekundę. Druga pokaże, ile ładunku przepłynie w minutę, godzinę i dobę. Trzecia — jak długo ten prąd rozładowywałby typowe akumulatory.
| {k} | {v} | {note} |
Prąd w jednym kanale jonowym komórki to kilka pikoamperów, w wyładowaniu pioruna — dziesiątki kiloamperów. Dzieli je piętnaście rzędów wielkości, a wszystko to liczba elektronów lub jonów na sekundę pomnożona przez ten sam ładunek e.
04 · Przyrządy pomiarowe
galwanometr · cęgi prądowe · bocznik · pompaPrąd poznaje się po tym, co robi
{title}
{text}
05 · Zasady zapisu
wielkie A · amperogodzina osobnoPrąd w amperach, ładunek w kulombach
Amper zapisuje się wielkim A ze spacją po liczbie. Przedrostki stawia się przed nim: mA, µA, kA. Ładunek akumulatora zapisuje się w amperogodzinach A·h, a nie w amperach.
Małe a to rok: „ma” czyta się jako „milirok”. Amperogodzina zawiera już czas, „na godzinę” jest zbędne. Przedrostek kilo to małe k; wielkie K to kelwin. Litera u zamiast µ jest dopuszczalna tylko tam, gdzie brak greki. Nazwę jednostki pisze się małą literą, choć jej symbol jest wielki.
06 · Jednostki sąsiednie
elektryczność07 · Dział historyczny
archiwum · od igły Ørsteda do ładunku elementarnegoJak amper przeszedł od siły do liczenia
{title}
{text}
Starego ampera nie dało się zbudować
Od 1948 do 2019 roku amper był prądem, przy którym dwa nieskończenie długie i nieskończenie cienkie przewody odległe o metr przyciągają się z siłą 2·10⁻⁷ N na każdy metr długości. Definicja jest piękna, ale nie da się jej zbudować: nieskończonych przewodów nie ma.
W praktyce ampera otrzymywano z wolta i oma z prawa Ohma. A wolt i om od 1990 roku odtwarzano kwantowymi efektami Josephsona i Halla, w których występuje ładunek elementarny. Amper już więc opierał się na e, tylko pośrednio.
Nowa definicja uczyniła to bezpośrednim. Po prawej — pompa jednoelektronowa: w każdym takcie przenosi dokładnie jeden elektron. Prąd pompy to częstotliwość taktu razy e. Na razie takie pompy dają prądy rzędu nanoamperów, ale liczy się dosłownie elektron po elektronie.
Katalog wielkości
Elektryczność · 12 kart
Indeks · wszystkie wielkości na jednej stronieLaboratorium przy wejściu do indeksuKropla kwasu zmienia kolor soku, sól barwi płomień, woda zamarza od stuknięcia. Pod nimi wszystkie karty Simetrium według dziedzin i alfabetycznie.Otwórz indeks →
