암페어

20세기 초 과학교육에 사용된 무빙 베인 전류계는 독일 브레머하펜의 슐히스토리셰 삼룽(학교역사박물관)에 전시되어 있다.

암페어(ampere)는 전류의 단위로 국제단위계의 기본단위이며, 기호로는 A를 쓴다. 암페어는 1948년 제9차 국제도량형총회(Conference generale des poids et mesures, CGPM)에서 정의되었다가, 2018년 제26차 CGPM에서 재정의되었다. 재정의된 암페어는 기본전하 e를 C 단위로 나타낼 때 1.602 176 634 x 10⁻¹⁹이 되도록 정의된다. 여기서 C는 A s와 같은 단위이다.

전류와 저항에 대한 소위 "국제" 전기단위는 1893년 시카고에서 열린 국제전기협의회에서 도입되었고, "국제 암페어"와 "국제 옴"의 정의는 1908년 런던국제회의에서 추인되었다. 제8차 CGPM(1933)에서 "국제단위"를 소위 "절대단위"로 대치시키자는 만장일치의 열망이 이미 있었지만 이들을 폐기하기로 한 결정은 제9차 CGPM(1948)에서야 공식적으로 이루어졌다. 이 회 의에서는 CIPM(1946, 결의사항 2; PV, 20, 129-137)에 의해 제안된 다음과 같은 정의에 따라 전류의 단위로 암페어를 채택하였다.

상세

암페어는 1948년 제9차 국제도량형총회에서 무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적을 가진 두 개의 평행한 직선 도체가 진공 중에서 1 m의 간격으로 유지될 때, 두 도체 사이에 매 m당 2×10⁻⁷ N의 힘을 생기게 하는 일정한 전류로 정의되었다.

전류가 흐르는 도선 주위에는 자기장이 생긴다. 앙페르의 법칙(Ampère's law)에 의하면 전류 i가 흐르는 무한히 긴 직선 도선에서 r만큼 떨어진 곳에 생기는 자기장의 크기는

B = μ₀ i/2πr

로 주어진다. 여기서 μ₀는 진공의 투자율로 4x10⁻⁷ T·m/A이다. 자기장의 방향은 오른손 규칙에 의해 정해지는데, 전류의 방향으로 오른손 엄지손가락을 펴고 나머지 네 손가락을 감아 쥘 때 나머지 네 손가락의 방향이 자기장의 방향이다. 참고로 Ampere를 국어로 표기할 때, 사람은 앙페르이고 전류의 단위는 암페어이다.

자기장 B안에 전류 i´이 흐르는 긴 도선의 작은 부분 dL이 있을 때, 도선의 부분은 로런츠힘을 받는데, 그 힘은

dF = i´dL × B

위의 두 식을 결합하면, 전류가 같은 방향으로 각각 i와 i´이 흐르는 두 직선 도선이 거리 d만큼 떨어져 있을 때, 두 도선 중 하나의 길이 L인 부분에 작용하는 인력의 크기는

F = μ₀ ii´/2πd ∙ L

이 된다. 이를 앙페르의 힘의 법칙(Ampère's force law)이라고 한다.

암페어의 정의. i = i´인 전류가 흐르는 두 직선 도선이 d = 1 m만큼 떨어져 있을 때, 이 직선 도선의 길이 L = 1 m인 부분이 힘 F = 2×10⁻⁷ N을 받으면, i = i´ = 1 A이다.

 

오른쪽 그림과 같이 i = i´ = 1 A이고, d = 1 m이면, 두 도선 중 하나의 길이 L = 1 m에 작용하는 힘 F는 2×10⁻⁷ N이 된다. 거꾸로 하면, 거리가 1 m 떨어진 무한히 긴 직선 도선에 같은 크기의 전류가 흐를 때 두 도체 사이에 매 m당 2×10⁻⁷ N의 힘을 생기게 하는 전류의 크기가 1 A이다.

1948년에 정한 암페어의 정의 중 '무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은'이라는 표현은 애매할 뿐더러 실제로 구현하기 어렵다는 단점을 가지고 있었다. 또한 이 기준은 불안정하고 변할 가능성이 있어서 2018년에 열린 제26차 CGPM에서는 불변량인 기본전하를 사용하여 암페어를 재정의하였다. 이제 암페어는 기본전하 e를 C 단위로 나타낼 때 1.602 176 634 x 10⁻¹⁹이 되도록 정의된다. 암페어의 이 정의로 기본전하의 값은 1.602 176 634 x 10⁻¹⁹ C로 고정되었다.

물리학자 앙페르

암페어의 명칭은 프랑스의 물리학자 A. M. Ampére(앙페르)의 이름을 딴 것으로 전류계로 측정한다. 참고로 전압의 단위인 V(볼트)는 이탈리아의 물리학자 Volta(볼타)에서, 저항의 단위인 Ω(옴)은 독일의 물리학자 Ohm(옴)에서 따온 것이다.

프랑스의 물리학자 앙페르는 1775년 프랑스 리옹에서 태어났다. 고등학교 교사 생활을 하다가 1814년 과학아카데미 회원으로 선출되었고, 1824년 콜레주 드 프랑스(프랑스의 고등교육기관)의 교수가 되었다. 앙페르는 여러 분야의 학문에 업적을 남겼는데, 특히 전자기(電磁氣)현상과 전기역학(電氣力學)의 연구에 공헌하였다. 수학 분야에서도 탁월한 능력을 발휘하여 물리법칙을 수학적으로 정식화(定式化)함과 동시에 독자적인 수학 연구도 진행하여, 미분방정식에 관한 논문 등을 남겼다.

기타

파생 단위로 암페어시(Ah)가 있다. 와트시와 비슷하게 시간당 전류 출력 용량을 뜻하며, 주로 전지에서 사용한다.

참고자료

• 〈암페어〉, 《물리학백과》
• 〈암페어〉, 《두산백과》
• 〈암페어〉, 《위키백과》

같이 보기

• 전류
• 앙페르의 법칙
• 자기장
• 옴의 법칙
• 와트

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