|
|
Единица силы электрического тока системы СИ - АмпераАмпер-весы Введение произвольной электрической единицы в практику измерений впервые было предложено на Международном конгрессе электриков в Чикаго в 1893 г. Тогда было предложено ввести две абсолютные практические единицы электрических величин: 1 Вольт и 1 Ампер для измерений напряжения (разности потенциалов) и силы постоянного электрического тока. Особые электрические единицы в Европе были приняты в Германии в 1898 г. Определения были приняты следующие: Один Ом - электрическое сопротивление столбика ртути постоянного сечения, имеющего длину 106,300 см и массу 14,4521 г при 0 С.
Один Ампер - сила электрического тока, который выделяет из водного раствора азотнокислого серебра 1,118 мг металлического серебра за одну секунду. За единицу напряжения было принято падение напряжения на сопротивлении 1 Ом при силе тока 1 Ампер в соответствии с законом Ома. Заряд в 1 Кулон в этой системе соответствовал заряду, протекающему за одну секунду через проводник при силе тока в 1 Ампер, т. е. 1Кл = 1А × 1с. В качестве эталона разности потенциалов был выбран так называемый нормальный кадмиевый элемент, схема которого дана на рис. 2.8
Особенностью нормального кадмиевого элемента является высокая стабильность и хорошая воспроизводимость разности потенциалов, возникающей между ртутным и кадмиевым электродами, если ее измерять в сосуде, заполненном водным раствором сернокислого кадмия. Разность потенциалов между ртутным и кадмиевым электродами устанавливается в пределах EНЭ = 1,018608
где t - температура в градусах Цельсия; коэффициенты α, β, γ, σ учитывают температурные искажения и равны соответственно:
При обсуждении международной системы единиц, из которой потом образовалась система СИ, было решено оставить одну произвольно выбираемую электрическую единицу. Желательно было выбрать ее так, чтобы имелась возможность сопоставления электрических величин с величинами, характеризующими пространство и время - длиной, массой и временем. Для реализации этого за основу был принят факт, что два проводника с постоянным током действуют друг на друга с силой, изменяющей свой знак при изменении направления токов на обратное (сила Ампера). В итоге было сформулировано определение основной единицы в электрических измерениях - единицы силы постоянного тока - Ампера:
Согласно принятому определению Ампер был реализован в виде двух установок. На первой измеряли силу, действующую на малую катушку в однородном магнитном поле. На второй измеряли момент силы, действующий на малую катушку с током. Измерения силы, действующей на катушку стоком, проводились на установке, получившей название Ампер-весов. Схема этой установки дана на рис. 2.10.
Рис. 02.10. а) схема воспроизведения единицы силы тока на Ампер-весах; б) схема соединения обмоток в Ампер-весах
Не вдаваясь в детали этого достаточно тонкого эксперимента укажем, что при такой конфигурации катушек при протекании через измерительную катушку тока I2 на последнюю действует сила, равная произведению магнитного момента М на градиент напряженности поля в точке расположения подвижной катушки
Эту силу регистрируют при измерении Ампера. Процедура измерений состояла в следующем. При соединении катушек, указанном на рисунке и присоединенном к нормальному элементу, сила взаимодействия катушек уравновешивалась грузом, помещенном на вторую чашку весов. Затем изменяли направление тока в катушках и одновременно увеличивали или уменьшали уравновешивающий груз. Этот избыток или недостаток уравновешивающего груза был близок по весу к величине силы взаимодействия катушек, равной
где μ0 - магнитная проницаемость вакуума; N1, N2 - число витков первой и второй катушки; d и D - диаметры первой и второй катушек; I - сила тока; f - некая эллиптическая функция, характеризующая геометрию катушек, их индуктивность и взаимное расположение. Из приведенного описания Ампер-весов видно, что для независимого воспроизведения единицы силы тока эта установка не очень хороша. Прежде всего, измерения связаны с измерением механических величин - силы и массы. Затем, в реализации Ампера на весах достаточно много источников погрешностей и расчетных параметров, точность которых трудно определить. И наконец, использование нормального элемента в качестве источника питания практически означает, что реально именно он является первичным, т. е. определяет все точностные характеристики установки. Несмотря на указанные недостатки реализации основной электрической единицы на Ампер-весах, последние с успехом применялись для сравнения различныхэталонов Ампера и сравнения ЭДС различных нормальных элементов. Еще одной разновидностью реализации Ампера путем взвешивания является измерение силы тока с помощью измерения момента, действующего на катушку стоком. Схема этой установки дана на рис. 2.11.
В этой схеме ток, проходящий через неподвижную катушку, создает горизонтальное магнитное поле Н взаимодействующее с моментом силы, действующим на подвижную катушку и равным
Этот момент и подлежит измерению путем уравновешивания коромысла, прикрепленного к подвижной катушке. На вторую чашку весов помещают уравновешивающие грузы. Момент силы выражается как
где обозначения те же самые, что в предыдущей формуле, a L - длина неподвижной катушки. Преимущества и недостатки измерения момента силы для воспроизведения Ампера практически те же самые, что для измерения силы, т. е. воспроизвести независимо единицу силы тока сложно, но прокомпарировать две величины силы тока или две значения ЭДС нормальных элементов можно с достаточно высокой точностью, оцениваемой на уровне (6-8)•10-6 по относительной погрешности.   Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
1,018644 В. Это значение зависит от температуры, однако температурные поправки хорошо исследованы. Если за Е обозначить ЭДС нормального элемента при нулевой температуре, то в интервале температур от 0 С до 40 °С разность потенциалов нормального элемента хорошо описывается выражением
(2.27)
Один Ампер есть сила не изменяющегося во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум бесконечным и параллельным проводникам пренебрежимо малого круглого поперечного сечения, находящимися друг от друга на расстоянии 1 метр, создают электродинамическую силу, действующую на эти проводники и равную 2•10-7 Ньютона на каждый метр их длины (рис. 2.9).
(2.28)
(2.29)
(2.30)