在很长的一段时间里,我一直认为电流强度I=Q/t,也就是说,知道了在单位时间内,通过一个导体的横截面积为1库伦的电量时,则导体中的电流为1A。由于1库伦电荷量很难计算出来,因此,从今年的度量大会上,人们重新定义了电流强度1A的大小。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(1)

在如今科学仪器高度精密的背景下,测量一个电子所带的电荷量也不是什么难事了,我们知道,一个电子所带的电荷量为e=1.6×10^-19C,而1C的电荷量则需要有1/1.6×10^-19个电子同时通过单位横截面积。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(2)

因此,只要测出了单位横截面积在1S的时间内通过了1/1.6×10^-19个电子数,那么我们就可以说该导体中的电流强度就是1A、所以,在今年的5月20号世界计量大会上,电流强度1A就是被这样给重新定义出来了。但是,对于以前没有如此高精密仪器下,1A的电流只能通过力的转换来测量出来了。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(3)

在电磁场中,通电的导线的周围是存在着磁场着,而描述磁场的强弱物理量为磁感应强度,符号为B,根据毕-萨定律可知,在距离电流为R的某一处,其电流在这一处所产生的磁场的磁感应强度B=μ0I/2πR(1),其中μ0为真空磁导率,是一个常数,大小为4π×10^-7N.A^-2。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(4)

看到这里,我们就得抛开前面所有的铺垫过程中,从电动机的原理出发,来猜想出1A的电流是如何被定义出来的。

我们知道,电动机之所以能够运转,靠的就是转子与定子之间的安培力。当通电导线放入磁场中后,必定会受到磁场力对它的作用,根据精确的实验表明,通电导线在磁场中所受到的力不仅跟电流强度有关,还跟导线的长度有关,还跟导线在磁场中某处的磁感应强度有关。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(5)

通电导线在磁场中所受到的力称之为安培力,其大小为F=BILSinφ(2)。当φ为90度时,此时通电导线受到的磁场力最大,而此时的B值也是该点的磁感应强度大小,因此,为了方便计算,我们认为导线与磁场线处于垂直状态,其F=BIL(3)。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(6)

有了这个基础理论知识后,将通电导线所受到的安培力扩展为另一条通电导线所形成的磁场中来,这时就可以将(1)时带入到(3)中,此时这条通电导线在另一条通电导线所形成的磁场中所受到的力F=μ0IiL/2πR。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(7)

其中I与i分别为两根导线中的电流强度,L为假设受力导线的长度。从1948年到2019年,1A的电流强度就有了如下的定义,即两根无限长且横截面积很小的导线,当它们相互平行时且距离为1米时,给他们通入同向的电流后。

磁场强度与电磁波的关系(电流强度是如何通过磁场力给出的呢)(8)

如果两根通电导线之间的作用力为2×10^-9N时,那么就认为通过导线的电流强度就为1A。这个1A的电流大小可以由安培的电流天平给观测出来。

现在的电流强度之所以被重新定义了,这说明了人们对事物的认识逐渐从微观的角度出发,用量子的思维模式重新解释着宇宙了。

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