安培

安培，符号为 A，是国际单位制（SI）中电流的基本单位。它衡量的是电荷转移的速率，而不是电荷量或能量。该单位以法国物理学家安德烈-玛丽·安培的名字命名，通常简称为“安”。自2019年5月20日起，安培的定义以元电荷的精确值为基础，取代了此前基于载流导线之间作用力的定义。(bipm.org)

定义与物理意义

现行定义将元电荷 $e$ 的值精确固定为

其中，库仑与安培、秒的关系为 $\mathrm{C}=\mathrm{A\,s}$。秒通过铯-133的超精细跃迁频率独立定义。这些固定常数共同确定了安培的大小，无须依赖某一种特定的测量仪器。(bipm.org)

一安培相当于每秒转移一库仑的电荷：

对于恒定电流，$I=Q/t$，其中 $Q$ 是转移的电荷量，$t$ 是经过的时间。因此，2 A的电流持续3 s，会转移6 C的电荷。以元电荷为单位，一安培相当于每秒转移约 $6.241509074\times10^{18}$ 个元电荷。这一十进制近似值经过了舍入，而固定的 $e$ 值是精确值。(nist.gov)

这种电荷转移速率可以形象地理解为一股穿过某个界面的电子流。它描述的是单位时间内转移的净电荷量，而不是单个电子的运动速度。(nist.gov)

符号、词头与相关单位

安培的英文单位名称 ampere 除用于句首或标题外，均以小写字母书写。其符号采用大写字母，因为这个单位是为纪念一位人物而命名的。按照国际单位制的书写规则，数值与单位符号之间应留空格，例如“5 A”。单位符号不采用复数形式，因此“5 As”不是规范写法。(nist.gov)

十进制词头可用于表示不同数量级的电流：一毫安（mA）为 $10^{-3}$ A，一微安（μA）为 $10^{-6}$ A，一纳安（nA）为 $10^{-9}$ A，一千安（kA）为 $10^{3}$ A。它们都是同一单位的倍数或分数形式，并非独立定义的量。(nist.gov)

安培出现在多种电学关系中。伏特用于衡量电势差，而欧姆用于衡量电阻。这些单位之间的关系为

对于欧姆电阻，欧姆定律给出 $I=V/R$。例如，在6 Ω的电阻两端施加12 V的电压，会产生2 A的电流。因此，电流、电压和电阻描述的是彼此不同但相互关联的量。(nist.gov)

安培小时则是电荷量的单位：$1\ \mathrm{A\,h}=3600\ \mathrm{C}$。它不能与衡量电流的安培混淆，也不能与衡量能量的焦耳混淆。将电荷量换算为电能，还需要知道电压。(nist.gov)

历史发展

这一单位的名称源于安培在电磁学领域的研究。1820年，奥斯特演示了电流会使指南针的磁针偏转，此后安培研究了平行载流导线之间的吸引和排斥作用，并将这些效应与导线的磁场联系起来。这些相互作用后来成为安培力学定义的基础。(nist.gov)

早期的国际标准化工作依赖电化学测量，其中包括测量电流使银析出的质量。1893年的国际电学大会选定安培和欧姆作为电学单位的基础；1908年在伦敦举行的一次国际会议正式认可了这一方案。由此确立的“国际安培”依赖规定的实验条件，与后来采用的绝对电学单位有所不同。(nist.gov)

1948年，国际计量大会采用了基于平行导体的定义：在真空中，两根无限长、笔直且平行的导体相距一米，其圆形横截面积可忽略不计；若其中保持的恒定电流使两导体之间每米长度产生 $2\times10^{-7}$ 牛顿（单位）的力，则该电流为一安培。这种理想化配置很难直接实现。(bipm.org)

2018年作出的国际单位制修订决定取代了上述定义，并于2019年5月20日生效。这次变更将 $e$ 的值固定下来，而不再固定真空磁导率；因此，真空磁导率的值改为由实验确定。(bipm.org)

实际复现与测量

在计量学中，定义一个单位与通过实验复现该单位是两项不同的任务。精确的定义并不能消除实际电流源或仪器中的测量不确定度。实验室可以利用准确确定的电压和电阻，通过 $I=V/R$ 来复现安培。(nist.gov)

量子电学标准将这些测量与元电荷和普朗克常数联系起来。约瑟夫森效应提供电压标准，量子霍尔效应则提供电阻标准。将这两个常数的值固定下来，使这些实用标准与修订后的国际单位制框架精确一致。(bipm.org)

另一种互补方法是使用单电子输运器件，以已知的重复频率转移数量受控的电子。在理想情况下，以频率 $f$ 在每个周期转移 $n$ 个电子，产生的电流为 $I=nef$。将独立复现的电流、电压和电阻相互比较，便构成了量子计量三角，用于检验量子电学标准的一致性。(bipm.org)