电流(I)的单位:安培(符号A)
安培是国际单位制中7个基本单位之一。当初引进安培这个单位就是因为随着电磁学的发展,原有的基本单位(长度、时间、重量等)已经不够用了。如果仍然用原来的基本物理量推导出其他物理量,不仅繁琐,而且会推导出荒谬的结论。因此,在1881年国际电学大会[4]上正式决定增加个基本量:电流强度(I),并把它的单位命名为安培(A)。
安培(André-Marie Ampère,1775 — 1836),是法国著名的物理学家、化学家。在家庭的影响下,安培自幼开始自学数学、拉丁文、历史、哲学等,尤其在数学方面更是有着异人的天赋。安培对自然科学有着近乎痴迷的学习热情,从那个有名的小故事中我们就能看出他对自然科学痴迷程度。为了不让别人打扰他,安培在自己家的门口写了“安培不在家”的提示牌。一天,他从外面走路回家时,头脑中还思考着自己研究的东西,结果自己走到门口时,叹了一声,“哎,原来安培不在家啊。”于是他扭头又走了。
1820年7月,丹麦物理学家奥斯特通过一个无意的实验,即奥斯特实验,发现了通电导线的瞬间会使磁针发生偏转。正是这个实验揭开了电磁学的大幕,人类开始深入了解并研究电与磁之间的关系。

图1:奥斯特实验
当时45岁,已经是法兰西科学院院士的安培马上意识到这是个重大的发现,他立刻开始重复奥斯特的实验,并进一步深入拓展,总结出了“安培定则”。安培定则1:用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流方向,那么弯曲四指的指向就是磁感线的环绕方向。安培定则2:用右手握住螺旋线管,让四指指向螺旋线管中的电流方向,则拇指所指的那端就是螺旋线管的N极。因此安培定则也叫右手螺旋法则,是我们高中物理必学的内容之一。

图2:安培定则1

图3:安培定则2
同时,安培证明了安培力定律:两根平行通电直导线,电流同向时,相互吸引;电流反向时,相互排斥。他还总结出两个电流元之间的作用力正比于它们的长度(ΔL1, ΔL2)和电流强度(I1,I2),而与它们之间距离(r)平方成反比,即著名的安培定律。当两导线平行时,公式可以简化为F=K*(ΔL1I1)(ΔL2I2)/r2。奥斯特发现了电流对磁体的作用,而安培发现了电流对电流的作用,这无疑是巨大的突破。

图4:安培定律示意图
国际单位制中安培的定义也先后发生过几次改变。1908年在伦敦举行的国际电学大会上,定义1秒时间间隔内从硝酸银溶液中能电解出1.118毫克银的恒定电流为1安培。1948年,国际计量委员会给出安培的定义为:在真空中,截面积可忽略的两根相距1米的平行且无限长的圆直导线内,通以等量恒定电流,导线间相互作用力在1米长度上为2×10-7牛时,则每根导线中的电流为1安培。2018年11月16日,第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议,将1安培定义为“1s内(1/1.602176634)×1019个电荷(电荷的定义及计量见下文)移动所产生的电流强度”。此定义于2019年5月20日世界计量日起正式生效。
1820年,安培首先引入了电流、电流强度等名词,还制造了第一个可测量电流的电流计。此外,安培还提出了分子电流假说,他认为,电和磁的本质是电流。1827年他的《电动力学理论》一书出版,该书被认为是19世纪20年代电磁理论的最高成就。