安培

安培（Ampere）是电流强度的国际单位，其符号为A，简称安，是描述电路电流强度的基本物理量之一。^[1]以法国物理学家安德烈·玛丽·安培（André-Marie Ampère）命名，他在1820年提出了著名的安培定律。^[1]1908年，国际电学大会决定把1秒时间间隔内从硝酸银溶液中能电解出1.11800毫克银的恒定电流为1安培，又称国际安培。^[3]

2018年11月，第26届国际计量大会通过决议，将1s内个电子移动所产生的电流强度定义为1安培。^[4]

电流的大小可以通过欧姆定律来计算，该定律表示电流与电压和电阻之间的关系：，其中U表示电压（伏特），R表示电阻（欧姆）。^[5]

法国物理学家安德烈·玛丽·安培（André-Marie Ampère）在1820年提出了著名的安培定律。^[1]

1908年，国际电学大会决定把1秒时间间隔内从硝酸银溶液中能电解出1.11800毫克银的恒定电流为1安培，又称国际安培。^[3]

1946年，国际计量大会把安培定义为: 在真空中，截面积可忽略的两根相距1米的平行而无限长的圆直导线内，通以等量恒定电流，导线间相互作用力在1米长度上为牛时，则每根导线中的电流为1安培，又称绝对安培。^[3]

1948年，第9届国际计量大会批准了该定义，一直沿用至今。^[3]

2005年，国际计量委员会同意研究将元电荷电荷量用于安培定义的可能。新的定义在2014年的第25届国际度量衡委员会上被讨论，于2019年5月20日生效。^[1]

2018年11月，第26届国际计量大会通过决议，将1s内个电子移动所产生的电流强度定义为1安培。^[4]

安培常见的有三种定义

1.真空中相距1米的两根无限长且圆截面可忽略的平行直导线内通过一恒定电流，当两导线每米长度之间产生的力等于牛顿时，则规定导线中通过的电流为1安培。^[1][6]

2.每秒时间内从硝酸银溶液中电解出 1.118 毫克银的电流为1安培^[注1]。^[6]

3.1秒内有个元电荷通过横截面的电流，为1安培，该定义在2018年11月16日，第26届国际计量大会通过决议，被正式更新为最新的安培定义。^[7]其中秒长定义为艳 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间。^[8]

安培主要有几大类的应用场景，分别在安培定律、欧姆定律、库仑定律、约瑟夫森效应和量子霍尔效应中都有应用。

安培定律是静磁场中定量描述两个电流元之间作用的定律，安培定律表明，两个电流元之间也存在非接触力的作用，这种力是横向力，该力的性质属于磁力。磁力是通过电流所激发的磁场来传递的。^[9]

其表达式为：

其中，q1 、q2 是描述电荷属性的物理量，和 是描述电流属性的物理量，安培力的大小与二者的叉乘成正比。^[9]

欧姆定律表明电流I通过电阻R的大小与电压V成正比，即I=U/R。^[5]

其中U为电压，I为电流，R为电阻。^[5]

欧姆定律适用于恒定条件下的电路，当电压或电阻发生变化时，电流也随之变化。^[5]

1785年，库伦(Coulomb)通过研究两个静止点电荷之间的相互作用后，发表了他的实验结果，即：在真空中，两个静止电荷之间的相互作用力的大小与这两个点电荷间距离的平方成反比，与两个电荷所带电量的乘积成正比，作用力的方向沿两点电荷的连线。^[10][11]

同号电荷相斥，异号电荷相吸，用公式可表示为

^[10][11]

这即是库仑定律的数学表达式，式中和是两个静止电荷的电量，r 是从q1到q2的距离，k为比例系数，库伦定律成立的条件是真空和静止，真空条件是为了除去其它电荷的影响，静止条件是指两个电荷相对静止，且相对观察者静止。^[10][11]

约瑟夫森效应包括直流和交流两种, 主要由超导体中库珀对隧穿效应导致的。^[12]

当结两端电压为零时可以存在一股很小的超导电流，这就是超导电子对的隧道效应，电流有一临界电流密度Jc值依赖电场。这种现象被称为直流约瑟夫森效应。^[12]

当结两端的直流电压V≠0 时，仍然存在有超导电子对的隧道电流，但这是一个交变的超导电流，其频率为w=2ev/h，这种现象称为交流约瑟夫森效应。^[12]

量子霍尔效应是一种量子现象，指在极低温度和强磁场下，电荷输运的现象。^[13]在强磁场下，二维电子气会形成一系列的电子态，这些电子态对应不同的能级。当磁场达到某个阈值，系统的基态突变，自发地出现分数电荷化现象，导致电荷的输运出现奇特的拓扑特征，即在这个条件下，电荷与磁通量量子化成既定比例。这种效应被称为量子霍尔效应。^[13][14]量子霍尔效应是凝聚态物理领域中的一个重要现象，它在同时具有量子化和拓扑性质中具有广泛的应用价值，例如用于量子计算和拓扑材料的制备。^[13]

电流是指电荷在导体中运动的数量，通常用字母I表示，单位是安培（A），大小也叫电流强度，在电路中，电流代表电荷随着时间的变化在电路中的传输。电流的大小可以通过欧姆定律来计算，该定律表示电流与电压和电阻之间的关系：，其中U表示电压（伏特），R表示电阻（欧姆）。^[5]测量电流的仪器被称为电流表或电流计。^[15][16]

它是通过将导线夹在可移动磁铁内进行测量的，它利用了安培定律的原理：电流在导线周围产生磁场。当导线通过电钳时，这个磁场会导致电钳内部的磁感应强度发生变化，因此可以根据这个变化来测量电流的大小。^[15]

除了安培（A）以外，实际运用中还有其他的电流单位。^[1]

比如毫安（mA）是安培的一千分之一，通常用于描述比较小的电流强度，例如电子器件和电路板中的小电流等。又如微安（μA）和千安（kA）。微安是安培的百万分之一，用于描述非常小的电流强度，例如传感器电路等。千安是安培的一千倍，用于描述较大电流强度，例如高功率电线和大功率电机等。^[17]

1 A = 1000 mA^[17]

1mA = 1000 μA^[17]

除了安培之外，国际单位制中还有以下由安培定义的电磁学相关单位：

焦（耳）：能量、功、热量的单位，定义为1J=1N.m^[18]瓦（特）：功率单位，定义为1W=1J/s^[18]伏（特）：电压单位，定义为1V=1W/A^[18]库（仑）：电荷单位，定义1C=1A.s^[18]欧（姆）：电阻单位，定义为1Ω=1V/A^[19]安培平方米：面磁矩单位，定义为1m=1A·m2^[19]安培米：磁化强度单位，定义为1M=1A·m^[19]法（拉）：电容单位，定义为1F=1C/V^[19]特（斯拉）：磁感应强度单位，定义为1T = 1Wb/m 2 =1N/ (A·m)^[20]韦伯：磁通量单位，定义为1Wb=1T·m2=1N·m/ A ^[21]

电子手表：通常在（1.5-2）×10-6 A 范围内。液晶显示电子计算器：通常在 1.3×10-4 A 左右。晶体管收音机：通常在（1-10）×10-2 A 范围内。^[22]空调：平均在 4-20 A 范围内。^[23]冰箱：平均在 0.5-2 A 范围内。^[23]风机：通常在 0.1~50 A 范围内。^[24][25]水泵：通常在 2~50 A 范围内。^[26][27]电机：通常在数十 mA 到数百 A 范围内。^[28][29]变压器：通常在几百 mA 到几千 A范围内。^[30][31]压缩机：通常在几百 mA 到几十 A 范围内。^[32][33]