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主要内容

定义标准电气单位

标准电单位的正式定义:安培、库仑、电子上的电荷和伏特。作者为威利·麦卡利斯特。
电学单位可以用正式的方法来描述,这便是我们要做的。标准电学单位是按顺序来定义的。安培 是最先被定义的。它是一个SI基本单位,唯一一个从实验中定义的电学单位。
之后便是 库仑一个电子的电荷。然后我们推导出我们最喜欢的 瓦特伏特,以及 欧姆。这些 推导 出的单位是用安培以及其他SI基本单位中定义的(米,千克,秒)。

安培

目前的 SI 电流单位,即安培,来自磁力的研究。导线中的电流产生磁场(毕奥萨伐尔定律,1820)。这些磁场反过来对导线产生力(安培定律,1825)。两个带电平行导线相互产生力。SI 安培的官方定义是:
安培是电流常量 - 如果两个平行,无限长,可忽略的横截面面积,在真空中相隔 1 米放置,带电 1 安培 - 那么两个导体中,每米长将会产生 2×107 牛顿的力。
安培的定义来自于实验的结果。为了设置标准 1 安培的电流,你将以下实验的步骤。同时设置两个 1 米长的导线,平行放置,并设置一种方式测量两根导线之间的力(变形测量器)。
两根导线通相同大小的电流,方向相同。上下微调电流,并且测量导线之间的力。当力是 2×107 牛顿时,根据定义,电流就是 1 安培。(这只一个概念性实验。在 现代实验标准 内,标准安培是用其他方法设置的。)

库仑

库仑是 SI 电荷的单位。库仑的大小是从安培定义的。一库仑定义为 1 安培的电流中流过的电荷。
1安培=1库仑/
或者,
1库仑=1安培

电子的电荷

在 1897,J.J. 汤普森证明了电子的存在。十二年后,从1909年起,罗伯特·密立根利用油滴实验来建立了电子的带电量。
电子的电荷可以用库仑表示 e=1.602176565×1019库仑
如果我们将表述反过来,我们可以看出库仑可以用电子数量来表示:
1库仑=6.241509343×1018(个)电子

概念检查

1 安培有多少电子?
1 摩尔电子是多少库仑?
一摩尔电子是 6.02214×1023 个电子 - 阿伏伽德罗常数。

瓦特

瓦特 是功率的单位。功率是单位时间内能量的转移或者消耗量;或者,功率是做功的快慢。一般来说,瓦特是一秒内传输 1 焦耳能量的功率。
1瓦特=1焦耳/

伏特

伏特 是电势差的单位 - 电势差也叫 电压。1 伏特的大小官方定义为带 1 安培电流,功率是 1 瓦特的导线中的两点的电势差。
1伏特=1瓦特/安培
伏特也可以以能量和电荷来表示,
1伏特=1焦耳/库仑
你也可以在基本电学量的文章中找到电压的直观定义。同时,也有关于电压含义的标准定义的介绍。

欧姆

欧姆 是电学中电阻的单位。一欧姆定义为导体两端施加 1 伏特的电压,有 1 安培的电流流过时导体的电阻。
1欧姆=1伏特/安培
我们现在已经按顺序定义了一系列电学单位。

单位系统

在过去的200年间,有三套主要科学单位系统:
  • SI
  • MKS
  • cgs
SI 是国际单位制 - 法语是 Système International d'Unités。它是现代化的测量系统,也是最常用的系统。这个系统最早在1960年面世,从1948年开始讨论。SI 基于米-千克-秒系统(MKS)。在美国,SI 被用于科学,药物,政府,科技以及工程中。
MKS 基于测量米,千克(质量)以及秒(时间)。MKS 通常用于工程学,以及最初的物理学。它在1901年被提出。最常见的电学和磁学的单位 - 欧姆,法拉,库仑等等 - 都是MKS单位。
cgs 基于厘米(长度),克(质量)以及秒(时间)。它在1874年被提出。cgs单位在理论物理中很常见。SI 系统和cgs系统的区别远远不止是简单的长度以及质量的单位不同。
有七个 SI 基本单位

SI 基本单位

名称符号量的名称
m长度
千克kg质量
s时间
安培A电流
开尔文K温度
坎德拉cd发光强度
摩尔mol物质的量
一个 SI 基本单位来自电学:安培。安培与米,千克,秒享有同样重要的地位。它定义了它本身,而不是来自其他单位。

SI 推导出的电学单位

其他电学单位是 SI 的 推导 单位,是基本单位的组合。如果安培是“第一个”电学单位,那么这些推导单位紧随其后。
名称符号量的名称SI 基本单位的组合
库仑C电荷As
瓦特W功率J/s
伏特V电压(电势差)W/A
欧姆Ω电阻,阻抗V/A
法拉F电容C/V
亨利H电感Wb/A
赫兹Hz频率s1
西门子S电导A/V or 1/Ω
韦伯Wb磁通量Vs
特斯拉T磁场强度Wb/m2

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