本章依據國際單位制的力學單位，通過安培引出伏特的SI定義。

　　本章還說明基于約瑟夫遜陣列的伏特的表示是一個固有標準，它通過自然常數和國際單位制的力學單位聯(lián)系起來。

　　除此以外，本章還討論了使用固態(tài)電壓標準代替標準電池，來作為伏特的本地標準的重大的好處，并涉及到直流電流的內容。

　　直流電流和直流電壓的SI定義

　　在國際單位制中安培是基本的電學單位。伏特的SI定義是從安培和力學單位瓦特導出的。

　　安培

　　國際單位制通過安培的定義把力學單位和電學單位聯(lián)系了起來。國際單位制對安培的定義是：“使得在真空中相距1米放置的兩條忽略橫截面的平行直導線能在每米長度的導線上產生等于2×10-7N的力的恒定電流”。

　　由于標準的安培是非常難于實現的，其實現的不確定度很大，大約為15ppm，并且很難將其保持幾分鐘以上。圖7—1表明了實現安培的過程。

　　在這個簡化的圖中，位于天平臂左邊的線圈的磁場產生一個與流過的電流及每個線圈的圈數成正比的吸引力。該吸引力為位于天平臂右邊的重物所平衡。在IEEE儀器與測量學報(IEEE transactions on Instrumentation and Measurement)1985年6月號上發(fā)表的NIST在實驗中使用的實際設備比這個圖要更加復雜。

　　但是，這個力是怎樣產生的呢?根據物理學，這個力是由與運動的電子相關的電磁場而產生的。用這種說法，1 A電流等于在電路中的一個給定點每秒鐘流過1C的電子電荷的電流。

　　雖然安培是國際單位制的電學基本單位。但是實現它是很困難的。因此沒有安培的標準表示。相反安培是在本地根據歐姆定律I=E/R由伏特和歐姆之比導出的。伏特和歐姆都作為標準在本地實驗室和國家級實驗室保存。

　　伏特

　　依據國際單位制的基本電學單位安培，伏特定義為：“在載荷1 A恒定電流的導線上，當兩點之間導線上的功率耗散為1W(1W=1 J/s)時，這兩點之間的電位差”。

　　基于力學單位，伏特為：

　　V=W/A

　　W=J/s

　　J=Nm

　　N=kgm/s2

　　式中.W—瓦特(SI中功率的導出單位)，

　　A—安培(SI的電學基本單位);

　　J—焦耳(SI中功/能的導出單位);

　　S—秒(SI的時間基本單位);

　　kg—千克(SI的質量基本單位);

　　m—米(SI的長度基本單位)。

　　直流電壓的表示

　　各個國家實驗室都已進行了各種物理學的基本實驗，這些實驗按照定義支持安培、伏特和歐姆的實現。但是，在量子力學方面的發(fā)現，導致了由約瑟夫遜效應和量子霍耳效應而得到的伏特和歐姆的表示。下面可以看到，伏特和歐姆單位的這種表示的復現性和穩(wěn)定性，能夠并且確實比這些單位的實現的復現性和穩(wěn)定性要好。人們相信，SI伏特的實現具有0.4ppm的不確定度(相對于其定義1個標準偏差)。

　　固態(tài)電壓標準和飽和標準電池也用來表示伏特，也就是用作本地的電壓標準。與更加難于得到的伏特定義的實現比較起來，這種方法具有更容易的復現性和更好的穩(wěn)定性。因此，標準實驗室通常都把伏特和歐姆作為一級標準單位來保存，而由它們導出安培和瓦特。

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