Mjerna jedinica amper

MJERNE JEDINICE NAZVANE PO ZNANSTVENICIMAMjerna jedinica amper

Neke su mjerne jedinice od XIX. stoljeća nazivane po zaslužnim znanstvenicima. Danas je u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) takvih 19 jedinica, a još je jedna iznimno dopuštena. Takvi nazivi mjernih jedinica starih sustava ili izvan sustava (angstrem, gaus, kiri, meksvel, rendgen i dr.) otišli su u povijest. Opisat će se kako je 20 danas zakonitih jedinica nazvano po znanstvenicima i kako su normirane.

U ovom se nizu1 opisuje i kako se kroz gotovo dva stoljeća mijenjalo oslanjanje jedinica od tvarnih pramjera do suvremenog oslanjanja na prirodne stalnice ili konstante2. Jedinice su u nizu navedene uglavnom po vremenu usvajanja.

Amper (engl. ampere; znak A) je mjerna jedinica jakosti električne struje, jedna od osnovnih jedinica Međunarodnog sustava jedinica (SI). Nazvan je po André-Marieu Ampèreu, a jedna je od najstarijih mjernih jedinica nazvana prema nekom znanstveniku.

Podrijetlo naziva mjerne jedinice amper André-Marie Ampère (1775.–1836.), francuski fizičar i matematičar. Odrastao je u imućnoj obitelji, a otac ga je, pod utjecajem zamisli J. J. Rousseaua, poticao da samostalno aktivno uči izravno iz prirode te ga opskrbljivao knjigama znamenitih prosvjetitelja i enciklopedista G. L. Leclerca, D. Diderota, J.-B. le Rond d’Alamberta, a potom znanstvenika L. Eulera i D. Bernoullija. Za vrijeme Francuske revolucije, kad je André-Marie imao 18 godina, otac mu je bio giljotiniran, te se potom sam probijao kroz život. Prvo je radio kao učitelj matematike, profesor fizike, kemije i matematike, usprkos nedostatku formalnih kvalifikacija. Na sveučilištu u Parizu predavao je kolegije filozofije i astronomije, a 1824. godine izabran je za profesora fizike na uglednom Collège de France. Ampère je 1820. godine saznao za otkriće Hansa Christiana Ørsteda (1777.–1851.), dan-

1 Osnova ovoga niza, uz ostale izvore, je i niz napisa o povijesti, nazivima i definicijama mjernih jedinica, objavljenih u autorovu Leksikonu mjernih jedinica te u časopisima Svijet po mjeri i Radio HRS. 2 Vidi o tome npr.: Z. J., Nove definicije osnovnih SI jedinica-a. ABC tehnike, br. 622, veljača 2019., str. 15-16 i 21. André-Marie Ampère skog fizičara, o djelovanju električne struje na magnetsku iglu, čime je ustanovljena veza između elektriciteta i magneta. Na osnovu toga je Ampère postavio matematički formuliranu osnovu elektromagnetizma, a njegova formulacija, nazvana Amperèovim zakonom, jedna je od znamenitih Maxwellovih jednadžbi. U svojim je pokusima 1822. godine sa silama između vodiča kojima teče električna struja postavio osnove strujne vage. Za života je Ampère primio mnoga priznanja te izabran za člana znanstvenih društava i akademija. Njegovo je ime zapisano među imenima 72 najuglednija francuska znanstvenika na Eiffelovu tornju u Parizu, a jedno je brdo na Mjesecu nazvano Ampèreovim brdom.

Povijest mjerne jedinice amper Mjernu jedinicu jakosti struje je zbog dinamičnosti pojave teško ostvariti, održavati i pohraniti kao neku statičnu pramjeru. Morala se ostvariti nekim učinkom električne struje. Stoga su prve pramjere ostvarivale neki učinak po kojem se zaključivala jakost struje, a potom se strujnom vagom ostvario definirani amper, a njime omjer vrijednosti pramjera napona i otpora. Još je Michael Faraday (1791.–1867.), znameniti britanski fizičar i kemičar, 1820-ih godina elek-

Spomenik Ampèreu na istoimenom trgu u Lyonu gdje je prvo djelovao

trolitičko mjerilo protekloga elektriciteta nazvao voltametrom3 (danas bi ga nazvali kulonmetrom), što je već gotovo zaboravljeni naziv. Uz struju iz stalnoga izvora (galvanskoga članka) i mjerenje vremena njime se može odrediti jakost struje, pa je to prvotno bila posredna pramjera (etalon, normala) za jedinicu jakosti struje. U Velikoj Britaniji se rabila B. S. jedinica4 jakosti električne struje veber (koja nema veze s današnjom jedinicom veber), vrijednosti 0,1 CGSM-jedinice struje, prema Ohmovu zakonu određena omjerom pripadnih jedinica napona i otpora. Oslonac joj je bio voltametar, u kojem struja od jednog vebera pri elektrolizi Njemačka poštanska bakrenoga sulfata istamarka s likom André- loži na katodi 1,19 g Mariee Ampèrea bakra na sat. U Njemačkoj se rabila jedinica struje definirana naponom Daniellova članka5 kroz vodič otpora jedan simens (koja nema veze s današnjom jedinicom električne vodljivosti simens). Za nju su se rabila dva oslonca: a) obujam plina (u cm3) u minuti koji se pri elektrolizi oslobodi iz sumporne kiseline, i b) masa (u gramima)

3 Iz voltametra je potekao naziv voltametrija ili voltampermetrija za kemijske elektroanalitičke postupke. Naziv ne valja miješati sa sličnozvučnicom voltmetar. 4 Vidi u prošlom boju: 2. Mjerna jedinica om. 5 Vidi u pretprošlom broju: 1. Mjerna jedinica volt. na sat istaloženog bakra na katodi pri elektrolizi bakrenoga sulfata. Prvi međunarodni kongres elektrotehničara (iz kojega se razvila današnja Međunarodna elektrotehnička komisija, IEC, prema engl. International Electrotechnical Commission), održan 1881. godine u Parizu, odredio je novi naziv mjerne jedinice jakosti struje amper (znatno poslije joj je pridružen znak A), definirajući ga kao struju koju uzrokuje napon od 1 V kroz vodič otpora 1 Ω, tj. A = V/Ω. Oslonac je bio voltametar u kojem stalna struja iz srebrnog nitrata istaloži na katodi 1,118 mg srebra u sekundi. Time je Ampèreu, kao građaninu zemlje domaćina kongresa, iskazano priznanje, ali je izostavljen W. E. Weber, po kojemu se u nekim zemljama već rabila jedinica jakosti struje veber. Stoga mu je kongres odao posebno priznanje za 50-godišnjicu rada, a poslije će po njemu biti nazvan veber kao SI jedinica magnetskoga toka. Međunarodna konferencija za određivanje električnih jedinica, održana 1884. godine u Parizu, odredila je pramjeru oma te vrijednosti volta i ampera: “Amper je vrijednost 0,1 CGSM-jedinice električne struje.” Međunarodni elektrotehnički kongres održan 1893. godine u Chicagu, pobliže je definirao internacionalne jedinice, među njima i amper: “Internacionalni amper je struja koja pri elektrolizi srebrnoga nitrata istaloži na katodi 1,118 mg srebra u sekundi.” Giovanni Giorgi (1871.–1950.), talijanski fizičar, predložio je 1901. godine suvisli sustav mjernih jedinica, osnovan na metru, kilogramu,

Shema srebrnog kulometra

Klasični analogni ampermetar

Suvremeni digitalni ampermetar sekundi i amperu, nazvan MKSA-sustavom ili Giorgijevim sustavom. Međunarodna konferencija o električnim jedinicama i normama, održana 1908. godine u Londonu, unazadila je definiranja elektromagnetskih jedinica. Uvedene su tzv. praktične elektromagnetske jedinice, osnovane na pramjerama. Smatralo se da takav sustav jedinica predstavlja osnovne jedinice CGS-a, te da je “…dovoljno blizak njemu za potrebe električnih mjerenja i za osnovu zakonodavstva...” Jedinice su nazvane internacionalnima6 (om, amper, volt i dr.). Tako je internacionalni amper (Ain) povezan s apsolutnim amperom (Aaps) relacijom Ain = 0,999 9 Aaps.

Time je nastao samostalan sustav elektromagnetskih jedinica, nažalost udaljen od jedinica mehanike i topline. Posebna je poteškoća što je ušao u zakone mnogih zemalja, pa je trebalo vremena i napora mjeritelja da se ponovno vrati na apsolutne jedinice. Na samom kraju XIX. stoljeća među mjeriteljima se sve više širila zamisao o općenitom i suvislom sustavu mjernih jedinica. Na tome su radila brojna međunarodna mjeriteljska tijela, kao što je Međunarodno elektrotehničko povjerenstvo (IEC), Međunarodna komisija za čistu i primijenjenu fiziku (IUPAP), Opća konferencija za utege i mjere (CGPM) i njezin Odbor za utege i mjere (CIPM). CGPM je 1933. godine odredio rok prijelaza na apsolutne jedinice do 1. siječnja 1940. Dijelom rat, a dijelom dugotrajnost vrhunskih mjerenja uvjetovali su da je CIPM tek 1946. godine temeljem tada najboljih mjerenja objavio pretvorbene faktore između internacionalnih jedinica (ampera, oma, volta, vata, henrija, farada, kulona i džula) i apsolutnih jedinica (današnjih SI jedinica). Po njima je apsolutni amper jednak (1/0,999 85) internacionalnih ampera. SI jedinica amper

6 Valja ih razlikovati od suvremenih internacionalnih ili međunarodnih SI jedinica. Te su jedinice međunarodno usvojene temeljem prijedloga CIPM-a iz 1946. godine, na 9. zasjedanju CGPM-a 1948. godine, a amper kao osnovna jedinica MKSA-sustava. Tada je usvojena definicija ampera:

“Amper (znak A) je jedinica jakosti električne struje, osnovna je SI jedinica. Amper je jakost stalne električne struje koja bi, tekući dvama usporednim, neizmjerno dugačkim ravnim vodičima, zanemarivo malena kružnoga presjeka, razmaknutim u zrakopraznom prostoru jedan metar, proizvela među tim vodičima silu od 2 × 10−7 njutna po metru njihove duljine.” Na 11. zasjedanju CGPM-a 1960. godine je MKSA kao općeniti i suvisli sustav nazvan Međunarodnim sustavom mjernih jedinica (SI). U njemu se tada već nalazila većina današnjih SI jedinica, među njima i amper kao osnovna SI jedinica s posebnim nazivom i znakom. Definicijski amper se ostvarivalo tzv. strujnom vagom (koje je osnovu postavio u svojim pokusima još A. M. Ampère), mjernim instrumentom kojim se mjeri sila između dvaju vodiča kojima teče ta struja, uravnotežena utegom. Njome se ne umjeravaju ampermetri, nego se određuje vrijednost omjera pramjera napona U0 i otpora R0, tj. I0 = U0/R0, a njima se određuje amper. CIPM je 2005. godine odlučio da se mjerne jedinice kilogram, amper, kelvin i mol definiraju pomoću prirodnih stalnica. Temeljem toga je 2006. godine predloženo da se jedinica amper definira tokom određene količine čestica s elementarnim nabojem e u vremenu. Stoga suvremena definicija ampera, koja je stupila na snagu 20. svibnja 2019. glasi: Amper (znak A) je SI jedinica električne struje, jedna je od osnovnih SI jedinica. Definiran je uzimanjem čvrste brojčane vrijednosti elementarnoga naboja e, jednake 1,602 176 634 × 10–19 izražene u jedinici C, koja je jednaka A∙s, gdje je sekunda definirana pomoću ΔvCs.

Pri tome je C znak jedinice kulon, s sekunde, a ΔvC frekvencija hiperfinog prijelaza iz osnovnog nepobuđenog stanja cezijeva atoma 133, jednaka 9 192 631 770 Hz. I tako je, nakon mnogih lutanja kroz dva stoljeća, od definicije pomoću voltametra, mjerna jedinica amper konačno definirana prirodnom stalnicom.

Dr. sc. Zvonimir Jakobović

Tehničari brinu o svemirskom zrakoplovu Air Force X-37B nakon spuštanja (Zračne snage SAD-a)

ili Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module (skraćeno PRAM). Uz slanje NRL-ovog PRAM-a u Zemljinu orbitu, X-37B je također poslao FalconSat-8, mali satelit koji je razvila Američka akademija zračnih snaga, a sponzorirao ga je Istraživački laboratorij zračnih snaga za provođenje nekoliko eksperimenata u orbiti. Pored toga, dva NASA-ina eksperimenta također su na svemirskom avionu kako bi proučavali učinke svemirskog okruženja na ploču za uzorke materijala i sjemenke koje se koriste za uzgoj hrane.

Prethodni letovi OTV-1: lansiran 22. travnja 2010., sletio 3. prosinca 2010., proveo je više od 224 dana u orbiti. OTV-2: lansiran 5. ožujka 2011., sletio 16. lipnja 2012., proveo je više od 468 dana u orbiti. OTV-3: lansiran 11. prosinca 2012., sletio 17. listopada 2014., proveo je više od 674 dana u orbiti. OTV-4: lansiran 20. svibnja 2015., sletio 7. svibnja 2015., proveo je gotovo 718 dana u orbiti. OTV-5: lansiran 7. rujna 2017., sletio 27. listopada 2019., proveo je skoro 780 dana u orbiti. Misije OTV-1, OTV-2 i OTV-3 sletjele su u zračnu bazu Vandenberg u Kaliforniji, dok su misije OTV-4 i OTV-5 sletjele u svemirski centar Kennedy na Floridi. Nema riječi o tome kada i gdje će se OTV-6 vratiti na Zemlju. Prema informativnom listu Boeinga, “X-37B je jedna od najnovijih i najnaprednijih svemirskih letjelica na svijetu za ponovni ulazak, dizajnirana za funkcioniranje u niskoj orbiti, 150 do 500 milja iznad Zemlje. Prvo je ovakvo vozilo s mogućnošću vraćanja eksperimenata na Zemlju radi daljnjeg proučavanja i analize. Ovo svemirsko vozilo bez posade zračnih snaga Sjedinjenih Država istražuje tehnologije vozila za višekratnu upotrebu koje podržavaju dugoročne svemirske ciljeve.”

Delta 9 Program X-37B leti pod okriljem jedinice američkih svemirskih snaga pod nazivom Delta 9, osnovane i aktivirane 24. srpnja 2020. “Delta 9 Detachment 1 nadzire operacije orbitalnog testnog vozila X-37B, eksperimentalnog programa osmišljenog da demonstrira tehnologije za pouzdanu, višekratnu upotrebu, bespilotnu svemirsku testnu platformu za svemirske snage SAD-a”, navodi se u informativnom listu koji je izdala Baza Schriever Air Force u Coloradu. “Misija Delte 9 je pripremiti, predstaviti i projektirati dodijeljene i pridružene snage u svrhu provođenja operacija zaštite, obrane i pružanja mogućnosti odgovora nacionalnim tijelima za odlučivanje kako bi odvratili i, kada je potrebno, porazili orbitalne prijetnje”, objašnjava informativni list. “Pored toga, Delta 9 podržava Svjesnost o svemirskoj domeni provodeći operacije karakterizacije bojnog prostora u svemiru te također provodi eksperimentiranje u orbiti i tehnološke demonstracije za svemirske snage SAD-a.” Tekst: www.livescience.com

Snježana Krčmar