Ampere

Vorlage:Begriffsklärungshinweis Vorlage:Infobox Physikalische Einheit Das Ampere [[[:Vorlage:IPA]]] mit Einheitenzeichen A, benannt nach dem französischen Mathematiker und Physiker André-Marie Ampère, ist die SI-Einheit der elektrischen Stromstärke und der magnetischen Durchflutung.

Obwohl man den Nachnamen des Namensgebers Ampère mit Gravis schreibt, wird die SI-Einheit im deutschen und englischen Sprachraum ohne Akzent geschrieben, also „Ampere“.

Definition

Datei:Ampere coulomb.svg

Die blauen Kreise stellen Elektronen dar, die durch die Querschnitts­fläche des Leiters fließen. Ein Ampere ent­spricht einem Coulomb, das in einer Sekunde durch den Leiter­querschnitt fließt.

Ein Ampere entspricht einem Strom von 1 Coulomb (C) pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt:

<math>1 \,\mathrm A = 1 \frac {\mathrm C}{\mathrm s} = 1 \,\mathrm C \cdot \mathrm s^{-1}</math>

Das Coulomb ist im Internationalen Einheitensystem über die Elementarladung <math display="inline">e = 1{,}602\,176\,634 \cdot 10^{-19} \text{As}</math> definiert.<ref name="CGPM-26-1" /> Ein Ampere entspricht daher genau einem Strom von <math display="inline">1/(1{,}602\,176\,634 \cdot 10^{-19})</math> Elementarladungen pro Sekunde,<ref name="PTB-SIneu" /> bei einem Fluss von Elektronen sind dies ca. 6,2 · 10¹⁸ (6,2 Trillionen) Elektronen pro Sekunde.

Ein Fluss von 1 A über eine Spannung von 1 Volt (V) bedeutet eine Leistung von 1 Watt (W).

<math>1 \, \mathrm A = 1 \,\frac {\mathrm W}{ \mathrm V} = 1 \,\mathrm W \cdot \mathrm V^{-1}</math>

Historisches

Definition 1881

Auf dem ersten internationalen Elektrizitätskongress 1881 wurde die Definition von „praktischen“ Einheiten beschlossen: Ohm für den elektrischen Widerstand, Volt für die elektrische Spannung und Ampere für den elektrischen Strom. Das Ampere wurde als 0,1 elektromagnetische CGS-Einheiten festgelegt.<ref name="cie1881" />

Zuvor hatte es eine Reihe von unterschiedlichen Einheiten und Definitionen gegeben. In Deutschland und einigen anderen Ländern war die „Webersche Einheit“ der Stromstärke in Gebrauch, die 0,1 Ampere entsprach.<ref name="cie1881-44" /> In Großbritannien schlug man zunächst vor, die Einheit der Stromstärke mit „Galvat“, nach dem italienischen Biophysiker Luigi Galvani, zu benennen, die in etwa dem heutigen Ampere entsprochen hätte.<ref>J. G. Crowther: British Scientists of the Nineteenth Century, Routledge & Kegan Paul, London, 2009, S. 246.</ref> Später wurde ebenfalls eine „Weber-Einheit“ für die Stromstärke eingeführt, die aber einen zehnmal so hohen Wert hatte wie die in Deutschland gebräuchliche (also dem heutigen Ampere entsprach). Noch verwickelter wurde es dadurch, dass der Name Weber auch für die Einheit der elektrischen Ladung benutzt wurde, so dass dann die Stromstärke gleich „Weber-Einheit/Sekunde“ war. Zeitweise gab man der Weber-Einheit auch den Namen „Farad“, womit später die Einheit der elektrischen Kapazität benannt wurde.<ref name="Jaeger" />

Für die Realisierung von Ohm, Volt und Ampere wurden in der Folge unterschiedliche Normale entwickelt.

Definition 1898

1898 wurde 1 Ampere im „Gesetz, betreffend die elektrischen Maßeinheiten“<ref>Gesetz auf WikiSource.</ref> des Deutschen Kaiserreichs als die Stärke desjenigen Stromes definiert, der aus einer wässrigen Silbernitrat-Lösung mittels Elektrolyse in einer Sekunde 1,118 mg Silber abscheidet. Das so definierte Ampere – das auch in den meisten anderen Industriestaaten galt – ist später als internationales Ampere bezeichnet worden; das mit den restlichen Basiseinheiten kompatible (Definition von 1881) dagegen als absolutes Ampere.<ref name="Schmidt" />

Definition 1948

Datei:Ampere-def.svg

Veranschaulichung der Ampere-Definition von 1948. Die blau ein­ge­zeich­ne­ten Kräfte haben jeweils den Betrag Vorlage:Nowrap pro Meter Leiterlänge.

1933 beschloss die 8. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM), dass langfristig nur die „absoluten“ elektromagnetischen Einheiten verwendet werden sollten. Die folgenden Jahre sollten dazu genutzt werden, die die Umrechnung von „internationalen“ und „absoluten“ Einheiten möglichst genau zu ermitteln.<ref name="CGPM-8-10" /> Die endgültige Abkehr von den „internationalen“ Einheiten und alleinige Akzeptanz der „absoluten“ Einheiten erfolgte, kriegsbedingt verzögert, 1948 durch die 9. CGPM.<ref name="CGPM-9-cr" /> Damit war das Ampere eindeutig wie folgt über die Lorentzkraft zweier Leiter aufeinander definiert:

1 A ist die Stärke des zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der im Vakuum zwischen zwei parallelen, unendlich langen, geraden Leitern mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt und dem Abstand von 1 m zwischen diesen Leitern eine Kraft von 2 · 10⁻⁷ Newton pro Meter Leiterlänge hervorrufen würde.<ref name="SI8-de" />

Mit dieser Definition wurde zugleich der Wert der magnetischen Feldkonstante μ₀ festgelegt.

Stromstärke als vierte Basiseinheit

Im 19. Jahrhundert waren die elektromagnetischen Größen in einem System mit drei Basisgrößen „Länge“, „Masse“ und „Zeit“ definiert worden. In solch einem System treten aber zwangsläufig Dimensionen mit halbzahligen Exponenten auf, wie es etwa in den verschiedenen Varianten des CGS-Einheitensystems geschieht. Dies lässt sich durch Hinzunahme einer vierten Basisgröße und damit einer vierten Basiseinheit vermeiden. 1956 wurde beschlossen, dass dies die Einheit der Stromstärke sein sollte (MKSA-System).

Definition seit 2019

Die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht beschloss mit Wirkung zum 20. Mai 2019 eine Revision des Internationalen Einheitensystems. Seitdem basiert das Ampere auf der Elementarladung, der ein fester Zahlenwert zugewiesen wurde,<ref name="PTB-SIneu" /><ref name="CGPM-26-1" /> und hängt zusätzlich von der Definition der Sekunde ab, nicht mehr jedoch vom Meter und vom Kilogramm. Die Neudefinition wurde vorgenommen, weil sie leichter und präziser zu realisieren ist.<ref name="CCEM-25-1" />

Die magnetische Feldkonstante μ₀ ist seitdem eine mit einer Messunsicherheit behaftete Messgröße, die experimentell bestimmt werden muss.<ref name="CGPM-26-1" />

Gebräuchliche dezimale Vielfache

Vorlage:Siehe auch Die Einheit Ampere ist mit verschiedenen Vorsätzen für Maßeinheiten (SI-Präfixe) in Verwendung, beispielsweise:

Präfix-Schreibweise	Dezimal
1 μA (Mikroampere)Vorlage:Anker	0,000 001 Ampere
1 mA (Milliampere)Vorlage:Anker	0,001 Ampere
1 A (Ampere)	1 Ampere
1 kA (Kiloampere)Vorlage:Anker	1 000 Ampere

Einzelnachweise

<references> <ref name="CCEM-25-1"> Vorlage:Internetquelle Vorlage:Doi (engl.), Vorlage:Doi (frz.) </ref> <ref name="CGPM-8-10"> Vorlage:Internetquelle doi:10.59161/CGPM1933RES10F (frz.) </ref> <ref name="CGPM-9-cr"> Protokoll der 9. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, 1948, Seite 49, abgerufen am 15. Januar 2022 (französisch) </ref> <ref name="CGPM-26-1"> Vorlage:Internetquelle doi:10.59161/CGPM2018RES1E (engl.), doi:10.59161/CGPM2018RES1F (frz.) </ref> <ref name="cie1881"> Tagungsbericht des 1. Congrès international des électriciens, Paris, 1881, Seite 246: Beschluss vom 21. Sept. 1881: Definition der Einheiten Ohm, Volt, Ampere, Coulomb und Farad (französisch), Zugriff 6. März 2023.</ref> <ref name="cie1881-44"> Tagungsbericht des 1. Congrès international des électriciens, Paris, 1881 Seite 44 (französisch), Zugriff 29. Dezember 2024. </ref> <ref name="Jaeger"> Wilhelm Jaeger: Die Entstehung der internationalen Maße der Elektrotechnik, Julius Springer Verlag, Berlin 1932, S. 8–9. </ref> <ref name="PTB-SIneu"> Vorlage:Internetquelle </ref> <ref name="Schmidt"> Vorlage:Literatur </ref> <ref name="SI8-de">Vorlage:Literatur</ref> </references>