Ampere

Ampere
Ein altes Amperemeter, das elektrische Ströme bis 15 mA misst.
Ein altes Amperemeter , das elektrische Ströme bis 15 mA misst  .
Information
System Internationales Einheitensystem
Einheit von… Elektrische Energie
Symbol BEIM
Namensgeber André-Marie Ampère
Konvertierungen
1A ein... entspricht...
  WENN   1  C . s -1
  Natürliche Einheiten   ≈ 2.874 × 10 −29  Planck-Ströme ( Zoll )

Das Ampere (Symbol A ) ist die Maßeinheit im Internationalen Einheitensystem für die Stromstärke .

Ein Strom von einem Ampere entspricht dem Transport einer elektrischen Ladung von einem Coulomb pro Sekunde durch eine Oberfläche (Drahtabschnitt, Elektrolyt , Vakuumröhre  etc. ).

Diese Einheit verdankt ihren Namen André-Marie Ampère , dessen Theorie der Elektrodynamik stark zur Geburt von Maxwells Theorie des Elektromagnetismus beigetragen hat . Das Wort Ampere ist daher ein Onomastismus .

Definition

Definition von 1948

Die Definition von Ampere wurde durch das gegebene für Maße und Gewichte Internationalen Komitee in 1948 wie folgt:

„Ein Ampere ist eine Stromkonstante ist, das, wenn in zwei aufrechterhalten Leiter linear und parallel zu Längen endlose vernachlässigbar und entfernte Abschnitte eines Meters im Vakuum zwischen diesen beiden Leitern einer erzeugte Kraft linearen gleich 2 × 10 -7 Newton pro Meter . "  

Für 2012 geplante Neudefinitionen

Im Jahr 2012 war die Neudefinition des Ampere auf zwei Arten vorgesehen:

die volt aus der Josephson-Konstanten K J 483 597,891  GHz / V  ; der ohm aus der von-Klitzing-Konstanten R K ≡ 25 812.807  Ω , indem man den Strom Elektron für Elektron misst (die Ladung eines Elektrons wird mit q = 1.602 176 487 × 10 −19  C angegeben ) .

Die Konsistenz dieser beiden Ansätze („Volt – Ohm – Ampere“ messtechnisches Dreieck) konnte jedoch noch nicht mit der gewünschten Genauigkeit nachgewiesen werden.

Neudefinition im Jahr 2019 verabschiedet

Das 20. Mai 2019, tritt folgende Definition in Kraft:

Das Ampere, Symbol A, ist die SI-Einheit des elektrischen Stroms. Sie wird definiert, indem man den festen Zahlenwert der Elementarladung e gleich 1,602 176 634 × 10 -19  C annimmt , Einheit gleich As, wobei der zweite als Funktion von Δν Cs definiert wird .

Beispiele

Messverfahren

Maßnahme, die das Einfügen in den Stromkreis erfordert

Amperemeter Bei Gleichstrom wird die Strommessung mit einem Amperemeter (oder die Amperemeterfunktion eines Multimeters ) durch Einfügen eines kalibrierten elektrischen Widerstands R in den Stromkreis erreicht, der es ermöglicht, den Strom an seinen Klemmen in eine elektrische Spannung V umzuwandeln . Der Strom wird durch das Ohmsche Gesetz I = V / R erhalten . Galvanometer Das Galvanometer mit beweglichem Rahmen ist ein System, das aus einer Spule besteht, durch die der Strom gemessen wird, einem Permanentmagneten und einer Rückstellfeder, deren Verformung die vom Magneten auf den Strom ausgeübte Kraft widerspiegelt. Elektrometer Moderne Elektrometer basieren auf einem elektronischen Stromverstärker. Im Gegensatz zu Multimetern verursachen sie einen fast konstanten Spannungsabfall und nicht proportional zum Strom.
Ältere Elektrometer maßen die akkumulierte Ladung, wobei der Strom als Ladungsänderung pro Zeiteinheit abgeleitet wurde.

Messung des erzeugten Magnetfeldes

Stromklemme

Eine Stromzange ist auf einem Magnetkreis (basierend Weicheisen , Ferrit ,  usw. ) , die um den Draht durch die geschlossen wird , der Wechselstrom zu messen ist. Wir erhalten einen Stromwandler, dessen Primärwicklung aus einer einzigen Windung besteht (der Leiter, an dem die Messung durchgeführt wird) und dessen Sekundärwicklung, innerhalb der Klemme gewickelt, eine große Anzahl von Windungen n enthält , zum Beispiel n = 1000 . Auf der Sekundärseite zirkuliert ein Strom, der n-mal geringer ist als der der Primärseite, und dieser Strom wird mit einem internen ( Stand-alone- Amperemeter ) oder externen (Stromsonde) Amperemeter gemessen . Die Sekundärseite ist in der Regel über einen Shunt (kalibrierter Widerstand) geschlossen; der Sekundärstrom und damit der Primärstrom ( n-mal größer) wird aus der Spannung an seinen Klemmen abgeleitet . Auf diese Weise erhält man am Ausgang eine Momentanspannung, die dem Momentanstrom proportional ist, der durch die Klemmbacken fließt.

Da das Gerät auf elektromagnetischer Induktion basiert, kann es nur Wechselströme messen, die Flussschwankungen im Luftspalt induzieren ( Lenz-Faradaysches Gesetz ); wiederum bewirkt, dass ein Strom zur Sekundärseite fließt. Bei Messsonden mit Stromausgang sind die gleichen Vorsichtsmaßnahmen wie bei herkömmlichen Stromwandlern zu beachten: Die Sekundärseite darf niemals geöffnet werden, da sonst die Wicklungsisolation des Wandlers durchschlägt und zerstört wird. Hierzu kann der Hersteller einen Spannungsbegrenzer (zB eine Transil-Diode ) integrieren.

Hall-Effekt-Sonde

Hall-Effekt- Sonden sind im Allgemeinen Stromzangen , die das durch den Strom erzeugte Magnetfeld direkt messen . Sie können sowohl für die Messung von Gleichstrom als auch für Wechselstrom verwendet werden.

Das Prinzip des Hall-Effekts erzeugt eine Spannung, die proportional zur Stärke des durch den Luftspalt gehenden Magnetfelds ist, was sehr bequem zu formatieren und anzuzeigen ist. Aber es gibt ein Problem: Der Magnetkreis unterliegt der Sättigung und die Messung kann nicht über eine große Messamplitude linear sein.

Die den Halbleiterstab greifenden Backen sind mit einer Wicklung (die N 2 Windungen hat ) versehen, die von einem internen Stromgenerator des Stroms I S gespeist wird . Das Prinzip ist: Der Stromgenerator, der auf die Hall-Spannung in der Lücke gesteuert wird, induziert ein Magnetfeld, das dem zu messenden Strom I P im Modulargument gleich und entgegengesetzt zum Primärfeld ist . Wenn die Hallspannung verschwindet, haben die beiden Felder gleiche Amplituden.

Tatsächlich gilt wie bei einem Transformator N 1 .I P = N 2 .I S . Es genügt dann, die Intensität des Stroms I S zu messen, der für die Aufhebung der Hallspannung erforderlich ist, um I P zu kennen  : Wir haben I P = I s. N 2 / N 1 , dh I p = I s . N 2 , da die Anzeige der Stromzange einem einmaligen Durchgang des zu messenden Leiters in den Klemmbacken entspricht.

Dieses Prinzip erfordert mehr Elektronik, zum einen wegen des zusätzlichen Vorhandenseins des Slave-Stromgenerators und zum anderen, weil ein Strom (I S ) und keine Spannung gemessen werden muss. Aber diese Topologie hat einen unbestreitbaren Vorteil: Unabhängig vom Wert von I S ist das im Luftspalt herrschende Magnetfeld Null . Dies führt zu einer hervorragenden Linearität, unabhängig vom zu messenden Strom. Wir sagen, dass der Hall-Effekt-Sensor kompensiert ist , wobei diese Topologie  im Englischen mit dem Begriff „  geschlossene Schleife “ bezeichnet wird (wörtlich „geschlossene Schleife“, das Kompensationsfeld ist der Hall-Spannung nachempfunden).

Néel-Effekt-Sonde

Die Néel-Effekt-Sensoren sind Stromsensoren, die in Form einer offenen und flexiblen Schleife oder Sammelschiene und eines Sensors vorliegen können, die das Magnetfeld messen, das durch den im Leiter fließenden Primärstrom erzeugt wird. Sie können Wechselstrom und Gleichstrom mit hoher Genauigkeit messen, vergleichbar mit Messungen, die eine Einfügung in den Stromkreis vorschreiben.

Vielfache und Teilmengen

Vielfaches von Ampere
10 N Nachname Symbol Nummer
10 24 yottampere JA Billiarde
10 21 zettaampere ZA Trilliard
10 18 Beispiel EA Billion
10 15 Petaampere PA Billard
10 12 Teraampere IHRE Billion
10 9 Gigaampere GA Milliarde
10 6 Megaampere MEINE Million
10 3 Kiloampere kA Tausend
10 2 Hektoampere Ha Hundert
10 1 dekaampere daA Zehn
10 0 Ampere BEIM EIN
10 -1 Deziampere dA Zehntel
10 -2 Zentiampere es Hundertstel
10 -3 Milliampere meine Tausendstel
10 -6 Mikroampere μA Millionste
10 -9 Nanoampere n / a Milliardstel
10 -12 Picoampere pA Milliardstel
10 -15 Femtoampere Fa Billard
10 -18 attoampere aA Billionstel
10 −21 zeptoampere zA Trilliardth
10 −24 Yoctoampere yA Billiardstel

Hinweise und Referenzen

Anmerkungen

  1. Oder eine Autonomie von 10 Jahren mit einem 96-  mAh-Akku .
  2. Oder eine Autonomie von 4 Tagen mit einem 105-  mAh-Akku .
  3. Sie können jedoch mehrere Umdrehungen ausführen, um die Auflösung zu erhöhen: Sie müssen dann den abgelesenen Wert durch die Anzahl der Umdrehungen teilen, um den tatsächlichen Wert zu ermitteln.
  4. Wenn N 2 groß gewählt wird, kann bei einem bestimmten zu messenden Strom der Wert von I s , des Kompensationsstroms, um denselben Betrag verringert werden , was zu einer Wicklung mit einer großen Anzahl von Windungen und einem sehr kleinen Querschnitt führt .
  5. Die lange Skala hier ist die Referenz in Französisch-sprachigen Ländern, vor allem in Frankreich, Kanada, sowie allgemein in Europa ( mit Ausnahme von Großbritannien) verwendet.
    Die kurze Skala wird hauptsächlich von den Vereinigten Staaten von Amerika, Brasilien, Großbritannien und anderen englischsprachigen Ländern (außer Kanada) verwendet.

Verweise

  1. Einheit des elektrischen Stroms (Ampere) , aus 2014 bipm.org, abgerufen am 14. März 2017.
  2. Die Zukunft des IS. , auf der Website metrologie-francaise.fr. Zugriff am 12. Oktober 2012.
  3. (fr + et + en) Internationales Komitee für Maß und Gewicht (kollektiv), Das internationale Einheitensystem , Sèvres (Frankreich, 92), Internationales Büro für Maß und Gewicht - BIPM, 2019 - 9. Ausgabe, 218  S. ( ISBN  978-92-822-2272-0 ) , Seite 20

Anhänge

Zum Thema passende Artikel

Externe Links