Ampere
Symbol: AWorldwide
¿Qué es un/una Ampere (A)?
Definición Formal
El ampere (símbolo: A) es la unidad base del SI de corriente eléctrica. Desde el 20 de mayo de 2019, se ha definido fijando el valor numérico de la carga elemental e en exactamente 1.602176634 × 10⁻¹⁹ coulombs (C), donde 1 C = 1 A·s. Esto significa que un ampere es la corriente eléctrica correspondiente al flujo de 1/(1.602176634 × 10⁻¹⁹) cargas elementales por segundo, que es aproximadamente 6.241509 × 10¹⁸ electrones pasando por un punto dado por segundo.
El ampere es una de las siete unidades base del SI y la única unidad eléctrica entre ellas. Todas las demás unidades eléctricas — el voltio, ohmio, vatio, coulomb, faradio, henrio, siemens y weber — se derivan del ampere en combinación con el metro, kilogramo y segundo. La ley de Ohm (V = IR) relaciona el ampere con el voltio y el ohmio, mientras que la potencia eléctrica (P = IV) lo relaciona con el vatio.
Significado Físico
La corriente eléctrica, medida en amperes, representa la tasa de flujo de carga eléctrica a través de un conductor. En conductores metálicos, la corriente es transportada por electrones que se mueven a través de la red cristalina del metal. En electrolitos y plasmas, la corriente es transportada por iones. En semiconductores, la corriente es transportada tanto por electrones como por "huecos" (vacantes en la estructura electrónica que se comportan como portadores de carga positiva). La dirección de la corriente convencional se define como la dirección en la que fluirían las cargas positivas, que es opuesta a la dirección real del flujo de electrones en los metales.
Etymology
Nombrado en Honor a Andre-Marie Ampere
El ampere lleva el nombre de Andre-Marie Ampere (1775-1836), el físico y matemático francés que es considerado uno de los fundadores de la ciencia del electromagnetismo, que él denominó "electrodinámica." Nacido en Lyon, Francia, Ampere fue un intelecto prodigioso que se enseñó a sí mismo matemáticas a partir de los libros en la biblioteca de su padre. A pesar de la ejecución de su padre durante la Revolución Francesa y otras tragedias personales, Ampere hizo contribuciones innovadoras a la física y las matemáticas.
Contribuciones Clave de Ampere
El logro más significativo de Ampere fue su formulación matemática de la relación entre la corriente eléctrica y el campo magnético que produce, publicada en su memoria de 1826 "Memoire sur la theorie mathematique des phenomenes electrodynamiques uniquement deduite de l'experience." Demostró que dos cables paralelos que transportan corrientes eléctricas ejercen fuerzas entre sí: se atraen cuando las corrientes fluyen en la misma dirección y se repelen cuando fluyen en direcciones opuestas. Este descubrimiento formó la base de la definición original del ampere (antes de 2019) y se expresa matemáticamente como la ley de fuerza de Ampere.
James Clerk Maxwell llamó a Ampere "el Newton de la electricidad" por sus contribuciones fundamentales. La ley de circuitos de Ampere — una de las ecuaciones de Maxwell — relaciona el campo magnético alrededor de un lazo cerrado con la corriente eléctrica que pasa a través del lazo. La unidad de corriente eléctrica fue nombrada en su honor en el Congreso Eléctrico Internacional de 1881 en París.
Precise Definition
La Redefinición de 2019
Desde el 20 de mayo de 2019, el ampere se define fijando el valor numérico de la carga elemental e en exactamente 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C. Combinado con la definición del segundo (basada en la transición hiperfina del cesio-133), esto especifica completamente el ampere. Un ampere es igual a exactamente 1/(1.602176634 × 10⁻¹⁹) cargas elementales por segundo.
Definición Anterior (1948-2019)
La definición anterior, adoptada en 1948 por la 9ª Conferencia General de Pesas y Medidas, definía el ampere como "la corriente constante que, si se mantiene en dos conductores paralelos rectos de longitud infinita, de sección circular despreciable, y colocados a un metro de distancia en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 × 10⁻⁷ newtons por metro de longitud." Esta definición era conceptualmente clara pero prácticamente difícil de realizar, ya que requería conductores idealizados infinitos.
Realización Práctica
El ampere se realiza en la práctica a través de estándares eléctricos cuánticos. El efecto Josephson (descubierto por Brian Josephson en 1962) permite medir voltajes con extrema precisión utilizando uniones Josephson, que producen escalones de voltaje de exactamente hf/(2e), donde h es la constante de Planck, f es la frecuencia y e es la carga elemental. El efecto Hall cuántico (descubierto por Klaus von Klitzing en 1980) proporciona un estándar de resistencia igual a h/e². Al combinar estándares de voltaje Josephson con estándares de resistencia Hall cuántica, la corriente se puede medir con una incertidumbre relativa del orden de 10⁻⁸.
Historia
Primeras Mediciones Eléctricas
La historia del ampere es inseparable de la historia más amplia de la comprensión de la corriente eléctrica. En 1800, Alessandro Volta inventó la pila voltaica — la primera verdadera batería — que proporcionó una fuente continua de corriente eléctrica por primera vez. Este invento permitió una oleada de experimentos eléctricos por parte de científicos como Humphry Davy, Hans Christian Oersted y Andre-Marie Ampere. En 1820, el descubrimiento de Oersted de que una corriente eléctrica desvía una aguja de brújula reveló la conexión fundamental entre electricidad y magnetismo.
Electrodinámica de Ampere
A las pocas semanas de conocer el descubrimiento de Oersted, Ampere realizó una serie de experimentos brillantes demostrando las fuerzas entre los cables que transportan corriente. Mostró que los cables paralelos que transportan corrientes en la misma dirección se atraen, mientras que las corrientes antiparalelas se repelen. Formuló leyes matemáticas que describen estas fuerzas y propuso que el magnetismo mismo es causado por corrientes eléctricas circulantes dentro de la materia — una hipótesis que más tarde fue confirmada por la teoría electrónica del magnetismo.
Estandarización
El primer estándar internacional para el ampere fue establecido en el Congreso Eléctrico Internacional en Chicago en 1893, definido electroquímicamente como la corriente que deposita 1.118 miligramos de plata por segundo a partir de una solución de nitrato de plata (el "ampere de plata"). Esta definición práctica fue reemplazada en 1948 por la definición basada en la fuerza utilizando conductores paralelos, y en 2019 por la definición actual basada en la carga elemental.
La Revisión de 2019
La redefinición de 2019 del ampere fue parte de una revisión más amplia del SI que también redefinió el kilogramo, kelvin y mol. La nueva definición eliminó la dependencia del metro y el kilogramo (que aparecían en la definición basada en la fuerza) y en su lugar ancló el ampere directamente a una constante fundamental de la naturaleza — la carga elemental. Esto fue posible gracias a décadas de avances en experimentos de transporte de un solo electrón y metrología eléctrica cuántica.
Uso actual
En Ingeniería Eléctrica
El ampere es la unidad fundamental para especificar y medir la corriente eléctrica en todas las aplicaciones de ingeniería eléctrica. Los interruptores automáticos y fusibles están clasificados en amperes — un interruptor automático típico de hogar está clasificado en 15 o 20 amperes en América del Norte y 16 o 32 amperes en Europa. Los estándares de calibre de cable especifican la capacidad máxima de transporte de corriente (ampacidad) de los conductores en amperes, y los paneles eléctricos están clasificados por su capacidad total de amperaje (comúnmente 100, 200 o 400 amperes para servicio residencial).
En Electrónica
En electrónica, las corrientes se miden típicamente en miliamperios (mA) o microamperios (μA). Un smartphone consume aproximadamente 100 a 500 mA durante el uso activo. Un LED requiere de 10 a 20 mA. Los circuitos integrados operan con corrientes que varían desde microamperios (para sensores de bajo consumo) hasta amperios (para procesadores de alto rendimiento). La capacidad de la batería se clasifica en amperios-hora (Ah) o miliamperios-hora (mAh) — una batería típica de smartphone tiene una capacidad de 3,000 a 5,000 mAh.
En Sistemas de Potencia
En la generación y distribución de energía, la corriente se mide en amperes y kiloamperes. Las líneas de transmisión de alta tensión transportan corrientes de cientos a miles de amperes. Los motores industriales grandes consumen decenas a cientos de amperes. Los cargadores rápidos de vehículos eléctricos pueden entregar de 250 a 500 amperes a voltajes de CC, lo que permite una carga rápida de la batería.
Everyday Use
Sistemas Eléctricos Domésticos
El sistema eléctrico de cada hogar se describe fundamentalmente en términos de amperes. El panel eléctrico principal en una casa moderna está típicamente clasificado en 100 a 200 amperes. Los circuitos individuales están protegidos por interruptores clasificados en 15 o 20 amperes para tomas generales, 20 amperes para circuitos de cocina y baño, y 30 a 50 amperes para electrodomésticos de alta demanda como estufas eléctricas y secadoras de ropa. Comprender la amperaje es esencial para el uso eléctrico seguro — sobrecargar un circuito al extraer más amperes de los que su clasificación puede soportar puede causar sobrecalentamiento e incendios.
Carga de Dispositivos
La carga de baterías se describe en términos de amperes. Un cargador USB estándar suministra de 0.5 a 2.4 amperes. Los cargadores USB-C Power Delivery pueden suministrar hasta 5 amperes a 20 voltios (100 vatios). Los estándares de carga rápida para smartphones (Qualcomm Quick Charge, USB PD) aumentan la corriente y el voltaje para reducir los tiempos de carga. Los cargadores de vehículos eléctricos están clasificados por su amperaje: un cargador de Nivel 1 (toma de corriente doméstica estándar) proporciona alrededor de 12 amperes, un cargador de Nivel 2 proporciona de 16 a 80 amperes, y los cargadores rápidos de CC pueden entregar más de 300 amperes.
Conciencia de Seguridad
Comprender la amperaje es importante para la seguridad eléctrica. Una corriente de aproximadamente 10 miliamperios (0.01 A) a través del cuerpo humano causa contracción muscular dolorosa, 100 miliamperios (0.1 A) pueden causar fibrilación ventricular fatal, y corrientes más altas causan quemaduras severas. Por eso la seguridad eléctrica se centra tanto en el voltaje (que impulsa la corriente a través de la resistencia) como en la conexión a tierra (que proporciona un camino seguro para las corrientes de falla).
In Science & Industry
En Electromagnetismo
El ampere es central en la teoría electromagnética. La ley de circuitos de Ampere establece que la integral del campo magnético alrededor de un lazo cerrado es proporcional a la corriente eléctrica que atraviesa el lazo. La ley de Biot-Savart da el campo magnético producido por un elemento de corriente. Las ecuaciones de Maxwell, que unifican electricidad, magnetismo y óptica, expresan cantidades electromagnéticas en términos de amperes, voltios y sus derivadas.
En Metrología Cuántica
Los estándares eléctricos cuánticos que realizan el ampere son algunas de las herramientas de medición más precisas en toda la ciencia. El efecto Josephson proporciona un estándar de voltaje con una incertidumbre relativa por debajo de 10⁻⁹. El efecto Hall cuántico proporciona un estándar de resistencia con un nivel de precisión similar. Los dispositivos de transporte de un solo electrón (transistores de tunelamiento de un solo electrón y puntos cuánticos) pueden contar electrones individuales, proporcionando una realización directa del ampere como un flujo de cargas elementales.
En Electroquímica
En electroquímica, las leyes de Faraday de la electrólisis relacionan la cantidad de sustancia depositada en un electrodo con la carga total pasada (corriente × tiempo) en amperios-segundos (coulombs). Un faraday de carga (96,485 coulombs) deposita un mol de una sustancia monovalente. Estas relaciones son fundamentales para el electrochapado, el refinado electrolítico de metales, la química de baterías y el funcionamiento de celdas de combustible.
Multiples & Submultiples
| Name | Symbol | Factor |
|---|---|---|
| Nanoampere | nA | 0.000000001 |
| Microampere | μA | 0.000001 |
| Milliampere | mA | 0.001 |
| Ampere | A | 1 |
| Kiloampere | kA | 1000 |
Interesting Facts
A single lightning bolt carries a peak current of approximately 20,000 to 200,000 amperes, though the pulse lasts only a few microseconds. The total charge transferred in a typical lightning stroke is about 5 coulombs.
The human brain operates on approximately 12 watts of power, corresponding to currents of milliamperes flowing through billions of neurons. Each neuron fires at voltages of about 70 millivolts.
Andre-Marie Ampere was so absent-minded that he once forgot he had been invited to dinner with Emperor Napoleon. He reportedly used the back of a cab as a blackboard to work out mathematical equations.
The original 1948 definition of the ampere involved "two straight parallel conductors of infinite length" — a condition impossible to achieve physically. This made the definition theoretically elegant but practically unrealizable.
A typical household in the United States uses about 30 amperes of peak current during periods of heavy electrical use. The main breaker panel is typically rated for 200 amperes to provide ample headroom.
The world's most powerful electromagnets, used in fusion research (such as ITER), carry currents of approximately 68,000 amperes through superconducting coils cooled to near absolute zero.
It takes approximately 6.24 × 10¹⁸ electrons flowing past a point per second to constitute one ampere of current. Despite this enormous number, individual electrons in a wire move surprisingly slowly — typically only a fraction of a millimeter per second (drift velocity).
The ampere-hour (Ah) is the standard unit for battery capacity. A 100 Ah battery can theoretically supply 1 ampere for 100 hours, or 100 amperes for 1 hour, or any equivalent combination.