Эталоны единиц электрических и магнитных величин. Краткая историческая справка. Условия хранения эталона силы тока – ампер

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ЭТАЛОН
ЕДИНИЦЫ СИЛЫ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (ампер)

Набор эталонных преобразователей

Государственный первичный эталон единицы силы постоянного электрического тока — ампера — это комплекс средств, в состав которых входят токовые весы. В токовых весах, представляющих собой рычажные равноплечие весы, с одной стороны на коромысло действует сила взаимодействия двух соленоидов, обтекаемых постоянным током, а с другой - гиря известной массы. При равновесии весов сила тока определяется через массу гири, ускорение свободного падения в месте расположения весов и постоянную электродинамической системы (двух соленоидов), зависящую от формы и размеров соленоидов, диаметра сечения провода соленоидов, значения относительной магнитной проницаемости среды и т.д. Таким образом, ампер воспроизводится через основные единицы — метр, килограмм и секунду. Эталон воспроизводит размер ампера с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 4×10 -6, при относительной систематической погрешности, не превышающей 8×10 -6.

Определение основной электрической единицы — ампера— остается неизменным с 1948 года. Это сила постоянного тока, который при прохождении по двум расположенным в вакууме и удаленным на метр друг от друга параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и пренебрежимо малой площади сечения заставлял бы их притягиваться друг к другу с силой в две десятимиллионные доли ньютона в расчете на метр длины. Разумеется, изготовить эталон на базе этого определения невозможно, но, к счастью, и не нужно. Ампер можно реализовать посредством измерения силового взаимодействия между токами любой конфигурации, если только правильно рассчитать геометрию прибора. В СССР был принят Государственный первичный эталон ампера, который был реализован с помощью токовых весов, воспроизводящих ампер с точностью до 10^–5. Такой же прибор был установлен в британской Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (сейчас — Национальная лаборатория измерений). В США ампер сначала был воспроизведен через эталонный вольт (очень стабильные электрические батареи) и эталонный Ом (прецизионные проволочные резисторы), изготовленные и откалиброванные в Национальном бюро стандартов (современный NIST). Отношение вольта и Ома дало эталонный ампер с точностью 10^–7. В настоящее время как в США, так и в других странах вольт реализуют с помощью квантового низкотемпературного эффекта Джозефсона, а ом — с помощью квантового эффекта Холла (такой стандарт с 1990 года принят по всему миру). Это позволяет воспроизводить ампер с отклонением, не превышающим 10^–9. Однако не исключено, что в будущем определение ампера пересмотрят, выразив его через элементарный заряд электрона.

В состав государственного эталона вольта входят: мера напряжения на основе эффекта Джозефсона (возникновение напряжения между двумя разделенными тонким слоем диэлектрика сверхпроводниками в высокочастотном электромагнитном поле); группа насыщенных нормальных элементов (см. п. 5.3) для хранения размера единицы, компенсатор постоян-ного тока для сличения нормальных элементов. Эталон воспроизводит размер вольта с относительным средним квадратическим отклонением результата измерения, не превышающим 5×10-8, при относительной не исключенной систематической погрешности, не превышающей 1×10 -6.
Государственный эталон единицы сопротивления воспроизводит ом с помощью 10 манганиновых катушек сопротивления с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1×10 -7, при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей 5×10 -7.
Государственный эталон единицы емкости воспроизводит фарад с помощью конденсатора с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 7×10-7, при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей 13×10 -7.
Государственный эталон единицы индуктивности воспроизводит генри с помощью четырех катушек индуктивности с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1×10 -5, при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей 1×10 -5.
Единицы магнитных величин воспроизводятся с помощью соответствующих эталонов.

У нас в стране имеются первичные эталоны магнитной индукции, магнитного потока и магнитного момента.
Для передачи размера единиц магнитных величин от первичных эталонов рабочим средствам измерений используют рабочие эталоны, образцовые меры магнитных величин и образцовые средства измерений.

Ампер, единица силы электрического тока, входит в число основных единиц Международной системы единиц и системы электрических и магнитных единиц МКСА. Названа в честь французского физика А. Ампера; русское обозначение – а, международное А. С момента введения ампера в качестве единицы силы тока (1881, 1-й Международный конгресс электриков) его определение претерпело ряд изменений.

Ампер - сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2*10-7 Н.

I = q / t (А = Кл / с)

На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять.

Ампер - сила тока, который, проходя по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии 1 метра в вакууме, вызываемая между ними силу равную 2-10″7Н на каждый метр длины. Устройство для воспроизведения единицы тока называется токовыми весами. Взаимодействие двух проводников уравновешивающихся весом гирь. Установка состоит из точных и чувствительных равноплечных весов, коромыслом которых подвешены два одинаковых соленоида. Один из них является рабочим, другой служит для создания симметричной нагрузки на коромысло. Через оба соленоида пропускается один и тот же ток. Сила, действующая на соленоид, уравновешивается силой тяжести гирь. В настоящее время наиболее точный результат измерения силы тока выражается числом из 5 цифр. По основной единицы Ампер определяются все остальные электрические и магнитные величины.