安培 (Ampere)

安培 (Ampere)
國立臺灣大學電機工程學系96級戴伃芸/國立台灣大學化學系鄭原忠助理教授責任編輯

安德烈-馬里·安培 (1775-1836)

安培(Ampere)是一個用來表示電流量的單位，為國際單位制(SI)之七個基本單位當中的一個。$$1$$ 安培的電流表示在 $$1$$ 秒內有 $$1$$ 庫倫(Coulomb)，或者等同為  $$6.241\times 10^{18}$$ 個電子(electrons)電量的電荷定向流過。

安培是根據電子動力論(electrodynamics)之父－－法國科學家安德烈-瑪麗•安培(André-Marie Ampère )－－所命名的，標誌為 $$A$$。相關的單位例如毫安培 $$(mA)$$，其量值則為安培的千分之一。

電流量的測量可以透過安培定律(Ampère law)而決定。依據安培定律，兩條帶有同方向電流的導線彼此會相互吸引，對於距離r的兩條半徑可忽略、無限長的細直導線來說，單位長度內導線間的吸引力為：

$$\displaystyle F=\frac{\mu_0I_1I_2}{2\pi r^2}$$

上式的 $$I_1$$ 與 $$I_2$$ 分別是兩條導線所帶的電流、$$\mu_0$$ 為真空中的磁導率，其量值為 $$4\pi\times 10^{-7}~~Tm/A$$。是故根據安培定律，安培量值的定義如下：在真空中，截面積可忽略的兩根無限長平行直導線，在距離一公尺的情況下，通以相等的恆定電流，而每公尺導線上所受的作用力為 $$2\times 10^{-7}$$ 牛頓時，兩導線上的電流為 $$1$$ 安培。

在歷史上，安培的定義曾經有過許多的變革：安培在最早的時期CGS單位制(centimetre-gram-second system)也是用來表示電流的單位，表示距離 $$1$$ 公分的兩根無限長平行直導線，通與同向電流，每公分導線上所受的力 $$2$$ 達因時通過的電流量，其量值為目前安培的 $$10$$ 倍；國際上的電流單位也曾以每秒鐘可自硝酸銀溶液沉澱 $$0.001118$$ 銀原子的電流強度來定義，其量值為目前安培的 $$0.99985$$ 倍。

相較於目前的定義方是，未來安培的量值可能給由以下方式所定義：目前國際度量衡組織( International Committee for Weights and Measures)已考慮使用基本電荷來定義安培，例如將每秒鐘有 $$1$$ 個電子通過一固定邊界的電流量，定義為  $$1.602176565\times 10^{-19}$$ 安培。此項變革將可能於 2015 年的度量衡會議( General Conference on Weights and Measures)上生效。

電流的概念被廣泛的應用在電磁學上面：除了可描述電荷與電場磁場的交互作用外，也可表示歐姆定律中電阻與電動勢的關係，或者用以詮釋相關的物理現象，例如約瑟夫森結(Josephson effect)與量子霍爾效應( quantum Hall effect )的電流量子化現象。

此外，由於電壓與電流的乘積即可用以表示功率，因此在日常生活中，各項電器用品或保險絲往往使用其所能承載的電流量來表示操作功率的上限或是功率的消耗情形。例如助聽器使用的是 $$1.4$$ 伏特的電池，消耗功率為 $$1$$ 毫伏特，是故其電流大約是 $$0.7$$ 毫安培。

延伸閱讀：安培 Andre-Marie Ampere

參考資料
1. Wikipedia– Ampere http://en.wikipedia.org/wiki/Ampere
2. Halliday, Resnick, Krane: Physics, Volume 2, 5th Edition; John Wiley & Sons, inc. :p.664