Sobotni wykład PTF w dniu 16 listopada 2019 r. w sali 121 o godz. 10:15 wygłosili:
- dr hab. inż. Grażyna Jarosz, profesor PG
- dr inż. Ryszard Signierski, doc. PG
Detronizacja wzorca jednego ampera w układzie SI
🔹 Co to znaczy „detronizacja wzorca ampera”?
„Detronizacja” oznacza odejście od wzorca materialnego lub pośredniego (np. doświadczenia, które można by odtworzyć w laboratorium) i zastąpienie go definicją opartą na stałych fizycznych — czyli czymś niezmiennym w całym wszechświecie.
🔹 Jak dawniej definiowano 1 amper
Do 2019 roku 1 amper był zdefiniowany jako natężenie prądu, które — gdy płynie w dwóch równoległych, prostych przewodach o nieskończonej długości i pomijalnym przekroju, oddalonych o 1 metr w próżni — powoduje między nimi siłę przyciągania równą określonej wartości (dokładnie 2×10⁻⁷ niutona na każdy metr długości przewodów).
To była tzw. definicja dynamiczna — oparta na pomiarze siły magnetycznej między przewodami.
🔹 Dlaczego ją „detronizowano”
Ta definicja była:
- trudna do zrealizowania z dużą dokładnością (bo nie da się mieć „nieskończenie długich” przewodów o „pomijalnym przekroju”),
- zależna od pomiaru siły, co jest technicznie skomplikowane,
- pośrednio oparta na innych jednostkach (np. niutonie, metrze).
Dlatego postanowiono zdefiniować amper w sposób trwalszy, bardziej uniwersalny i oparty na stałych przyrody.
🔹 Nowa definicja (od 2019 roku)
Od 20 maja 2019 roku (Dzień Metrologii) amper jest zdefiniowany przez wartość stałej elementarnego ładunku elektrycznego (e).
W uproszczeniu:
1 amper to taki prąd elektryczny, przy którym w ciągu 1 sekundy przepływa dokładnie 1 kulomb ładunku, a 1 kulomb to dokładnie tyle, ile odpowiada ładunkowi 1/e elektronów.
Wartość ładunku elementarnego została ustalona na stałe:
e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ kulomba.
Dzięki temu amper jest teraz powiązany z liczbą elektronów przepływających w czasie, a nie z pomiarem siły między przewodami.
🔹 Co to daje?
- Większą dokładność i powtarzalność pomiarów.
- Możliwość tworzenia wzorców prądu w oparciu o efekt kwantowy (np. efekt Josephsona, kwantowy efekt Halla).
- Spójność całego układu SI, w którym wszystkie jednostki (metr, kilogram, sekunda, amper, kelwin, mol i kandela) są dziś oparte na stałych fizycznych, a nie na obiektach materialnych.
🔹 Podsumowanie
|
Okres |
Definicja ampera |
Sposób realizacji |
Typ |
|
Przed 2019 |
Siła między dwoma przewodami w próżni |
Pomiar siły magnetycznej |
Materialno-doświadczalna |
|
Po 2019 |
Stała wartość ładunku elementarnego e |
Zliczanie ładunków / efekty kwantowe |
Na stałych fizycznych |