Dalam fisika, Ampere (A) didefinisikan sebagai satuan dasar untuk mengukur besaran arus listrik. Definisi resmi Ampere didasarkan pada konstanta fisika yang disebut Konstanta Planck (h), Konstanta elemen elemen muatan elementer (e), dan Konstanta Boltzmann (k).
Definisi Ampere yang terbaru, yang berlaku sejak 20 Mei 2019, dikenal sebagai “Definisi Ampere Kuantum” dan menggunakan konstanta-konstanta tersebut. Secara matematis, definisi Ampere Kuantum adalah sebagai berikut:
1 Ampere = (2e/h)
Dalam definisi ini, “e” adalah muatan elemen elemen (nilai muatan dasar pada partikel dasar seperti elektron atau proton), “h” adalah Konstanta Planck, dan hasil perhitungan 2e/h memberikan nilai numerik dari 1 Ampere.
Definisi Ampere Kuantum didasarkan pada asumsi bahwa arus listrik dapat dikuantisasi, artinya arus listrik hanya dapat memiliki nilai kelipatan diskret dari konstanta e/h. Definisi ini memberikan dasar yang lebih fundamental dan terkait dengan fenomena kuantum.
Namun, penting untuk dicatat bahwa dalam pengukuran praktis, Ampere masih sering didefinisikan dengan menggunakan efek elektromagnetik dan hukum-hukum terkait, seperti Hukum Ampere dan Hukum Ohm, yang memungkinkan pengukuran arus listrik dengan menggunakan perangkat pengukur seperti ammeter.
Definisi
Hukum Ampere menyatakan bahwa ada gaya yang menarik atau menolak antara dua kabel paralel yang membawa arus listrik. Gaya ini digunakan dalam definisi formal dari ampere, yang menyatakan bahwa itu adalah “arus konstan yang akan menghasilkan gaya menarik 2 × 10 pangkat -7 newton per meter panjang antara dua lurus, konduktor paralel dengan panjang tak terbatas dan lingkaran dapat diabaikan. bagian melintang ditempatkan satu meter terpisah dalam ruang hampa “.
Satuan SI, coulomb, “adalah jumlah listrik yang dibawa dalam 1 detik oleh arus 1 ampere”. Sebaliknya, arus satu ampere adalah satu coulomb muatan yang melewati titik tertentu per detik:
Secara umum, muatan Q ditentukan oleh arus yang mengalir untuk waktu t sebagai Q = I/t.
Sejarah
Ampere awalnya didefinisikan sebagai sepersepuluh dari satuan elektromagnetik sistem CGS arus, jumlah arus yang menghasilkan gaya dua din per sentimeter panjang antara dua kabel terpisah satu sentimeter. Ukuran satuan dipilih sehingga satuan yang berasal dari itu dalam sistem MKS akan berukuran nyaman.
“Ampere internasional” adalah realisasi awal ampere, yang didefinisikan sebagai arus yang akan menyimpan 0,001118000 gram perak per detik dari larutan perak nitrat. Kemudian, pengukuran yang lebih akurat mengungkapkan bahwa arus ini adalah 0,99985 A.
Realisasi
Ampere standar paling akurat direalisasikan menggunakan keseimbangan watt, tetapi dalam praktiknya dipelihara melalui Hukum Ohm dari satuan gaya gerak dan hambatan listrik, volt dan ohm, karena dua yang terakhir ini dapat dikaitkan dengan fenomena fisik yang relatif mudah mereproduksi, persimpangan Josephson dan efek Hall kuantum, masing-masing.
Saat ini, teknik untuk menetapkan realisasi ampere memiliki ketidakpastian relatif sekitar beberapa bagian dalam 10 pangkat 7, dan melibatkan realisasi watt, ohm dan volt.
Definisi Baru
Daripada definisi dalam hal gaya antara dua kabel pembawa arus, telah diusulkan untuk mendefinisikan ampere dalam hal laju aliran muatan dasar. Karena coulomb kira-kira sama dengan 6.2415093 × 10 pangkat 18 muatan dasar (seperti elektron), satu ampere kira-kira setara dengan 6.2415093 × 10 pangkat 18 muatan dasar bergerak melewati batas dalam satu detik, atau kebalikan dari nilai muatan dasar dalam coulomb. Perubahan yang diusulkan akan mendefinisikan 1 A sebagai arus dalam arah aliran sejumlah muatan dasar per detik. Pada tahun 2005, Komite Internasional untuk Berat dan Ukuran (CIPM) setuju untuk mempelajari perubahan yang diusulkan. Definisi baru ini diharapkan akan secara resmi diusulkan pada Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran (CGPM) ke-25 pada tahun 2014.
Contoh sehari-hari
Arus yang ditarik oleh sistem distribusi energi tegangan konstan tipikal biasanya ditentukan oleh daya (watt) yang dikonsumsi oleh sistem dan tegangan operasi. Untuk alasan ini contoh-contoh yang diberikan di bawah ini dikelompokkan berdasarkan level tegangan.
Gadget portabel
Alat bantu dengar (biasanya 1 mW pada 1,4 V): 0,7 mA
Kendaraan bermotor – 12 V DC
Kendaraan bermotor khas memiliki baterai 12 V. Berbagai aksesori yang didukung oleh baterai mungkin termasuk:
- Lampu panel instrumen (biasanya 2 W): 166 mA.
- Lampu depan (biasanya 60 W): masing-masing 5 A.
- Motor Pemula (biasanya 1–2 kW): 80-160 A
- Pasokan domestik Amerika Utara – 120 V AC
- Sebagian besar pemasok listrik domestik Amerika Serikat, Kanada dan Meksiko beroperasi pada 120 V.
- Pemutus arus rumah tangga biasanya menyediakan arus maksimum 15 A atau 20 A ke satu set outlet.
- Televisi portabel 22-inci / 56-sentimeter (35 W): 290 mA
- Bola lampu tungsten (60-100 W): 500–830 mA
- Pemanggang roti, ketel (2 kW): 16,6 A
- Pemanas rendam (4,6 kW): 38,3 A
- Pasokan domestik Eropa – 230 V AC
Sebagian besar pasokan listrik domestik Eropa beroperasi pada 230 V, sehingga arus yang ditarik oleh alat Eropa tertentu (di Eropa) akan kurang dari untuk alat Amerika Utara yang setara.
Arus yang ditarik oleh sejumlah peralatan khas adalah:
- Televisi Portable 22-inch / 56-sentimeter (35 W): 150 mA
- Bola lampu tungsten (60-100 W): 250–450 mA
- Lampu Fluoresen Ringkas (13–30 W): 58–112 mA
- Pemanggang roti, ketel (2 kW): 9 A
- Pemanas rendam (4,6 kW): 20 A
Post terkait
Bagaimana Hukum Ampere dan Hukum Ohm terkait dengan pengukuran arus listrik?
Apa perbedaan antara hukum Ampere dan hukum Ohm dalam pengukuran arus listrik?