Ampér

Ampér (značka A) je základní jednotka SI pro elektrický proud. Je pojmenována na počest francouzského matematika a fyzika André-Marie Ampèra (1775–1836), který je považován za jednoho ze zakladatelů elektromagnetismu. Od redefinice základních jednotek SI v roce 2019 je ampér definován fixací číselné hodnoty elementárního náboje.

Ampér je jednou ze sedmi základních jednotek soustavy SI, spolu s metrem (délka), kilogramem (hmotnost), sekundou (čas), kelvinem (teplota), molem (látkové množství) a kandelou (svítivost).

⏳ Historie

Jednotka byla pojmenována po André-Marie Ampèrovi, francouzském fyzikovi a matematikovi, který byl jedním z průkopníků v oblasti elektrodynamiky. Ampère formuloval několik klíčových zákonů týkajících se vztahu mezi elektřinou a magnetismem, včetně Ampèrova zákona.

Původní definice ampéru, přijatá na Mezinárodní konferenci o mírách a váhách (CGPM) v roce 1948, byla založena na silovém účinku mezi dvěma vodiči. Tato definice byla obtížně realizovatelná v praxi s vysokou přesností. Proto se s rozvojem kvantové fyziky hledaly nové cesty.

Významným milníkem byla redefinice základních jednotek SI, která vstoupila v platnost 20. května 2019. Tato změna opustila definici založenou na makroskopickém jevu a přešla k definici založené na fundamentální fyzikální konstantě, což umožňuje přesnější a stabilnější realizaci jednotky.

📖 Definice

Současná definice (od 20. května 2019)

Od roku 2019 je ampér definován tak, že číselná hodnota elementárního náboje e je pevně stanovena na 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹, je-li vyjádřena v jednotce coulomb (C), která se rovná A⋅s (ampér sekunda).

Formálně řečeno: Ampér, značka A, je jednotka elektrického proudu v SI. Je definována fixací číselné hodnoty elementárního náboje, aby byla rovna 1,602 176 634×10⁻¹⁹, je-li vyjádřena jednotkou C, rovnou A s, kde sekunda je definována pomocí ΔνCs.

Tato definice v podstatě znamená, že jeden ampér odpovídá toku přibližně 6,241 509 × 10¹⁸ elementárních nábojů (například elektronů) za sekundu.

Stará definice (platná do 19. května 2019)

Před rokem 2019 byl ampér definován následovně: Ampér je stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu umístěnými ve vakuu ve vzájemné vzdálenosti 1 metr vyvolá mezi nimi stálou sílu o velikosti 2×10⁻⁷ newtonu na 1 metr délky vodiče.

Tato definice byla založena na Ampérově silovém zákoně.

🔌 Vztah k dalším jednotkám

Ampér je základní jednotkou, z níž jsou odvozeny další elektrické jednotky:

• Coulomb (C): Jednotka elektrického náboje. Jeden coulomb je náboj, který projde vodičem při konstantním proudu jednoho ampéru za jednu sekundu (1 C = 1 A ⋅ 1 s).
• Volt (V): Jednotka elektrického napětí. Je definován jako rozdíl potenciálů mezi dvěma body vodiče, kterým prochází proud jednoho ampéru a ve kterém se rozptyluje výkon jednoho wattu (1 V = 1 W / 1 A).
• Ohm (Ω): Jednotka elektrického odporu. Vodič má odpor jeden ohm, pokud při napětí jednoho voltu jím protéká proud jednoho ampéru (1 Ω = 1 V / 1 A). Tento vztah je popsán Ohmovým zákonem.
• Watt (W): Jednotka výkonu. Elektrický výkon se vypočítá jako součin napětí a proudu (1 W = 1 V ⋅ 1 A).

🔬 Měření

Elektrický proud se měří přístrojem zvaným ampérmetr. Aby ampérmetr změřil proud protékající daným prvkem obvodu, musí být zapojen sériově s tímto prvkem. To znamená, že obvod se musí rozpojit a ampérmetr se vloží do cesty proudu.

Ideální ampérmetr by měl mít nulový vnitřní odpor, aby neovlivňoval měřený obvod. Reálné ampérmetry mají velmi malý vnitřní odpor, aby se minimalizovala chyba měření.

Druhy ampérmetrů:

• Analogové (ručkové) ampérmetry: Využívají magnetické účinky proudu k vychýlení ručky na stupnici.
• Digitální ampérmetry: Měří úbytek napětí na velmi malém, přesném odporu (bočníku) a hodnotu proudu zobrazují na displeji. Jsou dnes nejběžnější.
• Klešťové ampérmetry: Umožňují měřit proud bez nutnosti rozpojení obvodu. Měří magnetické pole kolem vodiče, které je úměrné protékajícímu proudu.

💡 Praktické využití

Ampér je klíčovou veličinou v elektrotechnice a každodenním životě. Udává "množství" elektřiny, které protéká zařízením.

• Domácí spotřebiče: Běžná 100W žárovka v síti 230 V odebírá proud přibližně 0,43 A. Rychlovarná konvice (2000 W) může odebírat až 8,7 A.
• Elektronika: Mobilní telefon se nabíjí proudem obvykle mezi 1 A a 3 A. Počítačové komponenty pracují s proudy od miliampérů po desítky ampérů.
• Průmysl a doprava: Elektromotory v průmyslových strojích nebo v elektrických lokomotivách odebírají stovky až tisíce ampérů.
• Jističe: Jističe v domácích rozvodech jsou dimenzovány na určité proudové hodnoty (např. 10 A, 16 A) a při překročení této hodnoty automaticky přeruší obvod, aby zabránily poškození a požáru.

👶 Pro laiky

Představte si elektrický proud jako vodu tekoucí v řece.

• Napětí (Volt) je jako spád nebo tlak vody. Čím větší je spád, tím silněji voda teče.
• Proud (Ampér) je jako šířka a hloubka řeky. Udává, kolik litrů vody proteče kolem jednoho místa každou sekundu. Široká a hluboká řeka má velký proud (hodně ampérů), i když teče pomalu. Úzký potůček má malý proud (málo ampérů).
• Odpor (Ohm) je jako překážky v řece – kameny, zúžení nebo přehrada. Ty brání toku vody.

Když zapnete rychlovarnou konvici, je to jako byste otevřeli obrovské stavidlo – začne téct velmi silný proud vody (hodně ampérů). Když rozsvítíte malou LED diodu, je to jen jako tenký pramínek vody (velmi málo ampérů). Ampérmetr je pak jako vodoměr, který měří, kolik vody za sekundu protéká.

Zdroje

Wikipedia - Ampér Elchron.cz - Jednotky SI Elektrika.cz - Měření elektrického proudu ELUC - Základní jednotky SI TZB-info - Nová definice základních jednotek SI Česká metrologická společnost - Nové definice SI