一根包著透明絕緣層的銅線穿過字母 A。線中緩緩漂著藍色的電子。中間是一個計數器:每有一個電子穿過截面,它就閃一下。導線周圍環繞著磁場的虛線圓環。右邊,一枚羅盤指針轉到與導線垂直的方向後停穩。顯示屏讀數為每秒 6.24·10¹⁸ 個電子——這就是一安培。
單位頁
SI 基本單位修訂 2026-10安培 A
SI 基本單位 · 量:電流
安培就是數電子
打開電熱水壺時,導線裡流過大約 10 A 的電流。每秒有 620 億億個電子穿過導線截面。它們沒法一個個看見,但可以數:每個電子帶的電荷都一樣。
自 2019 年起,安培通過基本電荷 e = 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C 來定義。一安培就是每秒流過 1/e 個基本電荷的電流,也就是約 6.24·10¹⁸ 個電子。在此之前,安培由兩根載流導線相互吸引的力來確定。
令人驚訝的是,電子本身走得有多慢。在截面 1.5 mm² 的銅線裡,電流 10 A 時它們每秒只移動約半公釐。可電流卻是瞬間建立的:電子本來就遍布整根導線,幾乎同時開始移動。
安培的符號是大寫 A:這個單位以安德烈-馬裡·安培的名字命名。單位名稱用小寫:「安培」。電流用大寫 I 表示。小寫 a 是年,Å 是埃。
電流與電荷。安培說的是每秒流過多少電荷,庫侖是電荷本身,安時是電池裡儲存的電荷。還有電流的速度與電子的速度:訊號幾乎以光速沿導線傳播,而電子本身每秒只爬行零點幾公釐。
01 · 定義
電荷 · 漂移 · 磁場電流就是每秒通過導體截面的電荷。在金屬中,電荷由電子攜帶。如果一秒內有 N 個電子穿過截面,電流就是 N·e。
金屬中的電子以每秒約一千公里的速度向四面八方亂竄。導線加上電壓後,這種無規則運動之上會疊加一個緩慢的整體移動——漂移。漂移速度取決於電流、導線截面和金屬每立方公尺中自由電子的數目。
電流總會在周圍產生磁場。磁場隨離導線的距離減弱,磁感線是繞導線的圓環。1948 年到 2019 年,安培正是用這個磁場的強弱來定義的。
一安培裡有多少電子
上方是一根銅線,旁邊是羅盤。用滑塊設置電流,從一皮安到一千安,以及導線截面。導線裡的電子是放慢顯示的:屏幕上的速度與真實漂移速度成正比。計數器數穿過截面的電子。距導線 5 cm 的羅盤指針,電流越大偏轉越多。藍色是電子,琥珀色是銅和發熱,緋紅是磁場。下方有三個視圖。「漂移」是不同截面下電子的速度。「磁場」是導線周圍磁感應強度隨距離的變化。「泵」是單電子泵,電流由頻率決定:I = e·f。
電子本來就在導線裡
想象一根裝滿彈珠的管子。從一端推進一顆,另一端立刻掉出另一顆,盡管每顆只移動了一點點。電流也是如此:電場幾乎以光速沿導線傳開,所有電子一起開始移動。燈一下就亮了,可在開關處進入導線的電子,要過好幾個小時才到達燈泡。
02 · 換算
單位 · 電子 · 電池電量從安培到電子和安時
輸入一個電流。第一個分頁把它換算成毫安、千安和每秒電子數。第二個顯示一分鐘、一小時和一天內流過多少電荷。第三個顯示這個電流要多久才能耗盡常見的電池。
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細胞單個離子通道中的電流只有幾皮安,一次閃電中可達數萬安。兩者之間相差十五個數量級,而這一切都是每秒的電子或離子數乘以同一個電荷 e。
04 · 測量儀器
檢流計 · 鉤式電流表 · 分流器 · 泵電流靠它的作用來認識
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05 · 書寫規則
大寫 A · 安時另寫電流用安培,電荷用庫侖
安培寫作大寫 A,數字後空一格。詞頭放在前面:mA、µA、kA。電池電量用安時 A·h 表示,而不是安培。
小寫 a 是年:「ma」讀作「毫年」。安時本身已包含時間,「每小時」是多餘的。千的詞頭是小寫 k,大寫 K 是開爾文。字母 u 代替 µ 只在沒有希臘字母時才允許。單位名稱用小寫,盡管它的符號是大寫。
06 · 相鄰單位
電學07 · 歷史部分
檔案 · 從奧斯特的磁針到基本電荷安培如何從力走到計數
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舊的安培造不出來
1948 年到 2019 年,安培是這樣一個電流:兩根無限長、無限細、相距一公尺的導線,每公尺長度上以 2·10⁻⁷ N 的力相互吸引。這個定義很漂亮,卻無法實現:無限長的導線並不存在。
實際上,安培是用歐姆定律從伏特和歐姆得出的。而伏特和歐姆自 1990 年起由約瑟夫森效應和量子霍爾效應複現,其中都含有基本電荷。所以安培其實早已建立在 e 之上,只是間接的。
新定義把這一點變成直接的。右邊是單電子泵:每個周期恰好搬運一個電子。泵的電流等於周期頻率乘以 e。目前這種泵給出的電流只有奈安級,但計數確實是一個電子一個電子地進行。
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