Amperio

Amperio
La corriente puede ser medida por un galvanómetro, mediante el desplazamiento angular de una aguja magnética en el campo magnético creado por la corriente
Estándar	Unidades básicas del Sistema Internacional
Magnitud	Intensidad de corriente eléctrica
Símbolo	A​
Nombrada en honor de	André-Marie Ampère (1775-1836)
Denominacíon	Amperaje
Equivalencias
Unidades de Planck	1 A​ = 6,241  509×1018 e​​

Grabado representando un galvanómetro (1890)

El amperio,​(en inglés, ampere;​ en francés, ampère; símbolo A) es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y recibió ese nombre en honor al matemático y físico francés André-Marie Ampère (1775-1836).

Se define al fijar el valor numérico de la carga elemental, e, en 1.602 176 634 × 10^-19, cuando se expresa en la unidad C, igual a A·s, donde el segundo se define en función de Δν_Cs. El efecto de esta definición es que el amperio es la corriente eléctrica correspondiente al flujo de 1/(1.602 176 634 × 10⁻¹⁹) = 6.241 509 074 × 10¹⁸ cargas elementales por segundo.

Esta definición se adoptó el 16 de noviembre de 2018 en la 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas acordándose su entrada en vigor el 20 de mayo de 2019.

El amperio y el culombio se relacionan mediante la expresión: $\mathrm {1\,A=1{\frac {\,C}{s}}} \,$ Si bien el amperio es unidad básica y el culombio no lo es, en la práctica, la actual definición de amperio depende de la de culombio.

Definiciones históricas

Desde mediados del siglo XIX, con el desarrollo del electromagnetismo y la electrotecnia, comenzó a usarse el amperio como unidad de corriente eléctrica. La definición y cuantificación no era uniforme, sino que cada país desarrolló sus propios estándares. El primer estándar internacional que definió el amperio, así como otras unidades eléctricas, se estableció en el Congreso Eléctrico Internacional de Chicago en 1893, y confirmada en la Conferencia Internacional de Londres de 1908. El "amperio internacional" se definió en términos de la corriente eléctrica que provoca la deposición electrolítica de la plata de una solución de nitrato de plata a un promedio de 0.001118 g/s.​​ Su valor, expresado en términos del amperio absoluto, equivalía a 0,99985 A.

La unidad de carga eléctrica, el culombio, se deriva del amperio: un culombio es la cantidad de carga eléctrica desplazada por una corriente de un amperio fluyendo durante un segundo.​ Por tanto, la corriente eléctrica (I), puede expresarse como el promedio de carga (Q) que fluye por unidad de tiempo (t):

${\rm {I={\frac {Q}{t}}}}$

Aunque conceptualmente parecería más lógico tomar la carga como unidad básica, se optó por la corriente porque, por razones operativas, resultaba más fácil de medir experimentalmente. Así se llegó a la anterior definición de amperio, la establecida en la 9ª Conferencia General de Pesas y Medidas de 1948, de la siguiente manera: Un amperio es la corriente constante que, mantenida en dos conductores rectos paralelos 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 x 10⁻⁷ newton por metro de longitud.​

El proceso de redefinición que condujo a la definición de amperio adoptada en el año 2018 inició formalmente en el 2010 cuando el Comité del BIPM propuso sustituir las definiciones entonces vigentes de varias unidades del sistema internacional, por otras basadas en constantes de la naturaleza, como la constante de Planck, la de Boltzmann, la carga elemental y el número de Avogadro.

Valor de la permeabilidad del vacío

Ilustración de la definición del Amperio. La fuerza ejercida en los conductores es la fuerza de Lorentz

De la definición de amperio de 1948 se seguía un valor exacto para la permeabilidad magnética del vacío. La fuerza ejercida sobre dos conductores paralelos rectilíneos por los que circula una intensidad de corriente viene dada por la ley de Biot-Savart:

${\frac {F}{l}}={\frac {\mu _{0}\cdot I^{2}}{2\pi \cdot r}}$

donde:

$F$ es la fuerza, que es de atracción cuando el sentido de la corriente es el mismo,

$l$ es la longitud de conductores considerada,

$\mu _{0}$ es la permeabilidad magnética del vacío,

$I$ es la intensidad de corriente eléctrica que circula por los conductores,

$r$ es la distancia entre los conductores,

Despejando de la anterior ecuación se tiene que:

$\mathbf {\mu _{0}} ={\frac {2\pi \cdot f\cdot r}{I^{2}\cdot l}}={\frac {2\pi \cdot 2\cdot 10^{-7}N\cdot 1m}{(1A)^{2}\cdot 1m}}=4\pi \times 10^{-7}\mathrm {N/A^{2}} =1,2566370614\ldots \times 10^{-6}\mathrm {H/m}$

era el valor exacto para la permeabilidad del vacío.​ Además, dado que la permitividad y la impedancia característica del vacío están relacionadas con la permeabilidad y la velocidad de la luz en el vacío se obtenían otros valores definidos exactos:

• La permitividad del vacío $\mathbf {\varepsilon _{0}} ={\frac {1}{c^{2}\mu _{0}}}=8,8541878176\ldots \times 10^{-12}\ \mathrm {F/m} ,$
• la impedancia característica del vacío $Z_{0}=\mu _{0}\cdot c=119,9169832\;\pi \ \Omega$

donde $c$ es la velocidad de la luz en el vacío.

Con la definición de amperio del año 2018 esas tres magnitudes: permeabilidad magnética, permitividad e impedancia característica ya no tienen valores exactos definidos en el Sistema Internacional de Unidades y han de ser objeto de determinación experimental.

Múltiplos del amperio

A continuación se muestra una tabla de los múltiplos y submúltiplos del amperio conforme a la nomenclatura del Sistema Internacional de Unidades:

Múltiplos del Sistema Internacional para amperio (A)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 A	dA	deciamperio		101 A	daA	decaamperio
10−2 A	cA	centiamperio		102 A	hA	hectoamperio
10−3 A	mA	miliamperio		103 A	kA	kiloamperio
10−6 A	µA	microamperio		106 A	MA	megaamperio
10−9 A	nA	nanoamperio		109 A	GA	gigaamperio
10−12 A	pA	picoamperio		1012 A	TA	teraamperio
10−15 A	fA	femtoamperio		1015 A	PA	petaamperio
10−18 A	aA	attoamperio		1018 A	EA	exaamperio
10−21 A	zA	zeptoamperio		1021 A	ZA	zettaamperio
10−24 A	yA	yoctoamperio		1024 A	YA	yottaamperio
10−27 A	rA	rontoamperio		1027 A	RA	ronnaamperio
10−30 A	qA	quectoamperio		1030 A	QA	quettaamperio
Los prefijos comunes de unidades están en negrita.

Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a André-Marie Ampère. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (A), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (amperio), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.

Basado en The International System of Units, sección 5.2.

Ejemplos

• 1 fA: Orden de magnitud de la corriente mínima medible con un electrómetro de laboratorio;
• 100 pA: Orden de magnitud de la corriente mínima medible con un multímetro comercial;
• 2 µA: Reloj con pantalla de cristal líquido; (Es decir una duración de 10 años con una batería de 96 mAh).
• 1 mA: Audífono intraauricular, (Es decir una autonomía de cuatro días con una batería de 105 mAh);
• 10 A: Calentador eléctrico de 2300 W alimentado a 230 V;
• 15 A: Corriente máxima suministrada por una toma de corriente NEMA-15 estándar de 120 V en Norteamérica;
• 16 A: Corriente máxima en una toma de corriente europea estándar;
• 500 A: Corriente máxima típica de una batería de plomo-ácido para automóvil;
• 871 A: Corriente máxima de un cable de alta tensión tipo A enterrado (sección transversal del conductor: 10 cm²).

Métodos de medida

Métodos de medida: Medidas que requiere inserción en el circuito

Amperímetro

Para corriente continua, la medición de corriente con un amperímetro (o la función de amperímetro de un multímetro) se realiza insertando una resistencia eléctrica calibrada R en el circuito. Esto permite convertir la corriente en una tensión eléctrica V entre sus terminales. La corriente se calcula mediante la ley de Ohm: I = U/R.

Galvanómetro

El galvanómetro de bobina móvil es un sistema que utiliza una bobina que transporta la corriente a medir, un imán permanente y un resorte de retorno cuya deformación refleja la fuerza ejercida por el imán sobre la corriente.

Electrómetro

Los electrómetros modernos se basan en un amplificador de corriente electrónico. A diferencia de los multímetros, imponen una caída de tensión casi constante, en lugar de una proporcional a la corriente.

Los electrómetros antiguos medían la carga acumulada, y la corriente se deducía como el cambio de carga por unidad de tiempo.

Medición del campo magnético generado

Pinza amperimétrica

Multímetro con pinza amperimétrica.

Una pinza amperimétrica se basa en un circuito magnético (hierro dulce, ferrita, etc.) que se cierra alrededor del cable que transporta la corriente alterna a medir. Esto crea un transformador de corriente cuyo devanado primario consta de una sola espira (el conductor sobre el que se realiza la medición) y cuyo devanado secundario, enrollado dentro de la pinza, contiene un gran número de espiras (n), por ejemplo, n = 1000. Por lo tanto, la corriente que circula por el devanado secundario es n veces menor que la del devanado primario, y es esta corriente la que se mide con un amperímetro interno (pinza amperimétrica integrada) o un amperímetro externo (sonda de corriente). El devanado secundario generalmente se conecta a una resistencia shunt (resistencia calibrada); la corriente secundaria, y por lo tanto la corriente primaria (n veces mayor), se deduce de la tensión en sus terminales. La salida proporciona así una tensión instantánea proporcional a la corriente instantánea que circula por las mordazas de la pinza. ​

Dado que el dispositivo se basa en la inducción electromagnética, solo puede medir corrientes alternas, las cuales inducen variaciones de flujo en el entrehierro (ley de Lenz-Faraday), lo que a su vez provoca una corriente en el devanado secundario. Para las sondas de medición de corriente, deben observarse las mismas precauciones que con los transformadores de corriente tradicionales: el devanado secundario nunca debe estar abierto, ya que esto provocaría la ruptura del aislamiento y la destrucción del transformador. El fabricante puede integrar una pinza amperimétrica (por ejemplo, un diodo Transil) para este fin.

Captadores de efecto Hall

Los captadores de efecto Hall son generalmente pinzas amperimétricas que miden directamente el campo magnético creado por la corriente. Se pueden utilizar para medir tanto corriente continua como alterna.

El efecto Hall produce un voltaje proporcional a la intensidad del campo magnético que atraviesa el entrehierro, lo cual es muy conveniente para su modelado y visualización. Sin embargo, existe un problema: el circuito magnético está sujeto a saturación y la medición no puede ser lineal en un amplio rango de medición.

Las pinzas que sujetan la barra semiconductora están equipadas con un devanado (de N2 espiras) alimentado por un generador de corriente interno de intensidad IS. El principio es el siguiente: el generador de corriente, controlado por la tensión Hall, induce un campo magnético en el entrehierro de igual magnitud y ángulo opuesto al campo principal, resultante de la corriente a medir, IP. Cuando la tensión Hall se anula, ambos campos tienen la misma amplitud.

En efecto, como en un transformador, tenemos N1.IP = N2.IS. Basta entonces con medir la intensidad de corriente IS necesaria para cancelar la tensión Hall y determinar IP: tenemos IP = Is·N2/N1, es decir, Ip = Is·N2, ya que la lectura de la pinza amperimétrica corresponde a un solo paso del conductor a medir a través de las pinzas[c].

Este principio requiere más electrónica, primero por la presencia adicional del generador de corriente servocontrolado y, segundo, porque es necesario medir una corriente (IS) y no una tensión. Pero esta topología presenta una ventaja innegable: sea cual sea el valor de IS, el campo magnético en el entrehierro es cero. (Elegir un N2 grande permite, para una corriente determinada que se va a medir, reducir en consecuencia el valor de Is, la corriente de compensación, y por lo tanto, hacer un devanado con un gran número de vueltas y una sección transversal muy pequeña) Esto se traduce en una excelente linealidad, independiente de la corriente medida. Se dice que el sensor de efecto Hall está compensado, y esta topología se designa con la expresión «bucle cerrado» (literalmente, «bucle cerrado», ya que el campo de compensación se controla mediante un servocontrol en función de la tensión Hall).

Captadores de efecto Néel

Los captadores de efecto Néel son sensores de corriente que pueden presentarse en forma de lazo abierto flexible o de barra colectora y que miden el campo magnético creado por la corriente primaria que circula por el conductor. Pueden medir corriente alterna y corriente continua con una alta precisión, comparable a la de las mediciones que requieren inserción en el circuito.

El nombre es un homenaje a Louis Néel, premio Nobel de Física de 1970 francés, por su trabajo sobre el superparamagnetismo.

Véase también

• Corriente eléctrica
• Amperímetro
• Carga eléctrica
• Resistencia eléctrica
• Ley de Ohm
• Ohmio
• Voltio
• Voltaje
• Vatio

Enlaces externos

• Bureau International des Poids et Mesures (en inglés).
• La Referencia de la NIST en Constantes, Unidades, e Incertidumbre (en inglés).
• Una corta historia de las unidades SI en la electricidad (en inglés).

• Datos: Q25272
• Multimedia: Ampere (unit) / Q25272