在很長的一段時間裡,我一直認為電流強度I=Q/t,也就是說,知道了在單位時間内,通過一個導體的橫截面積為1庫倫的電量時,則導體中的電流為1A。由于1庫倫電荷量很難計算出來,因此,從今年的度量大會上,人們重新定義了電流強度1A的大小。
在如今科學儀器高度精密的背景下,測量一個電子所帶的電荷量也不是什麼難事了,我們知道,一個電子所帶的電荷量為e=1.6×10^-19C,而1C的電荷量則需要有1/1.6×10^-19個電子同時通過單位橫截面積。
因此,隻要測出了單位橫截面積在1S的時間内通過了1/1.6×10^-19個電子數,那麼我們就可以說該導體中的電流強度就是1A、所以,在今年的5月20号世界計量大會上,電流強度1A就是被這樣給重新定義出來了。但是,對于以前沒有如此高精密儀器下,1A的電流隻能通過力的轉換來測量出來了。
在電磁場中,通電的導線的周圍是存在着磁場着,而描述磁場的強弱物理量為磁感應強度,符号為B,根據畢-薩定律可知,在距離電流為R的某一處,其電流在這一處所産生的磁場的磁感應強度B=μ0I/2πR(1),其中μ0為真空磁導率,是一個常數,大小為4π×10^-7N.A^-2。
看到這裡,我們就得抛開前面所有的鋪墊過程中,從電動機的原理出發,來猜想出1A的電流是如何被定義出來的。
我們知道,電動機之所以能夠運轉,靠的就是轉子與定子之間的安培力。當通電導線放入磁場中後,必定會受到磁場力對它的作用,根據精确的實驗表明,通電導線在磁場中所受到的力不僅跟電流強度有關,還跟導線的長度有關,還跟導線在磁場中某處的磁感應強度有關。
通電導線在磁場中所受到的力稱之為安培力,其大小為F=BILSinφ(2)。當φ為90度時,此時通電導線受到的磁場力最大,而此時的B值也是該點的磁感應強度大小,因此,為了方便計算,我們認為導線與磁場線處于垂直狀态,其F=BIL(3)。
有了這個基礎理論知識後,将通電導線所受到的安培力擴展為另一條通電導線所形成的磁場中來,這時就可以将(1)時帶入到(3)中,此時這條通電導線在另一條通電導線所形成的磁場中所受到的力F=μ0IiL/2πR。
其中I與i分别為兩根導線中的電流強度,L為假設受力導線的長度。從1948年到2019年,1A的電流強度就有了如下的定義,即兩根無限長且橫截面積很小的導線,當它們相互平行時且距離為1米時,給他們通入同向的電流後。
如果兩根通電導線之間的作用力為2×10^-9N時,那麼就認為通過導線的電流強度就為1A。這個1A的電流大小可以由安培的電流天平給觀測出來。
現在的電流強度之所以被重新定義了,這說明了人們對事物的認識逐漸從微觀的角度出發,用量子的思維模式重新解釋着宇宙了。
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