Vägen fram till de elektriska storheterna och enheterna var slingrig. Luigi Galvani
från Bologna koncentrerade sig på den "animala elektriciteten" (i grodlår m
m). Alessandro Volta från Pavia i Nord-Italien levde ungefär samtidigt (under senare
delen av 1700-talet). Han ådrog sig med sin voltastapel en ögonblicklig och utbredd
uppmärksamhet och blev en hedrad vetenskapsman, bl a hos Napoleon. Hans elektricitet
firade triumfer. Galvani däremot blev i det närmaste bortglömd.
Alessandro Volta genomför en demonstration inför Napoleon.
Från början av 1800-talet utvecklades elektricitetsläran i ett rasande tempo. Under
denna pionjärtid hade man inte något gemensamt måttsystem för de elektriska och
magnetiska fenomenen. Det var därför svårt att jämföra resultat. Behovet av ett
gemensamt enhets- system var lika stort som viljan att anknyta de elektriska enheterna
till någon mekanisk storhet.
Alltsedan 1800-talet har den fundamentala enheten varit en ampere (1 A). Den är
kopplad till de mekaniska enheterna genom definitionen:
"En ampere är storleken av den konstanta elektriska ström, som när den genomflyter två raka, oändligt långa ledare med tvärsnitt av försumbar utsträckning, placerade parallellt i vakuum på en meters avstånd från varandra, för varje meter av ledaren åstadkommer en kraftverkan mellan ledarna av 2 · 10 kg · m/s2.
Spänning kan därefter definieras som kvoten mellan effekt (Nm/s) och ström, varefter
resistans härleds som kvoten mellan en viss spänning och den ström som denna
åstadkommer (Ohms lag, 1827).
Figuren visar kopplingen mellan de mekaniska grundenheterna och de elektriska enheterna. Sambandet mellan de härledda enheterna och grundenheterna framgår också. Härledningen sker med de till vänster indikerade fysikaliska relationerna.
Trots att enheten för elektrisk ström är grundenhet, är det i praktiken enheterna
för spänning och resistans som bestämmer nästan alla elektriska mätningar. Orsaken
är det praktiskt omöjliga i amperedefinitionen. "Parallella, raka, oändligt långa
ledare med försumbart tvärsnitt..." åstadkoms inte så lätt. I praktiken är man
hänvisad till att bestämma kraften mellan ett par strömgenomflutna spolar i någon form
av strömvåg, men inte heller detta är enkelt.
Spännings- och resistansenheterna kan upprätthållas med mycket större noggrannhet
än de är definierade med utifrån ampere-definitionen. Spänningen kan reproduceras med
en relativ onoggrannhet på ca 10-10 och motsvarande siffra för resistansen
är 10-7.
Klaus von Klitzing,
1985 års nobelpristagare i fysik.
1985 års nobelpris i fysik tilldelades den tyske fysikern Klaus von Klitzing. Han
upptäckte att hall-resistansen vid mycket starka magnetfält är kvantiserad (se figur).
Resistansen uppvisar platåer:
RH = h/(n · e2)
där n = 1, 2, 3 ..., h = Plancks konstant och e = elektronens laddning. Dessa nivåer
kan reproduceras med samma noggrannhet som "h" och "e" har.
Hallresistansen är oberoende av parametrar såsom geometri och föroreningshalter. Det
betyder att von Klitzings upptäckt kan komma att innebära en noggrannhetsförbättring
och en omdefiniering av de elektriska enheterna.
Hallresistansen (RH = h/(n · e2)) som funktion av
magnetfältet (B). Observera den erforderliga fältstyrkan! Temperaturen är 1,5 K.
 |
 |
 |
Hemsida | Sök på servern | E-post till Webmistress | Personal och adresser