Човек дори и добре да живее, един ден го застига неизбежното. Точните време и място са трудни за предвиждане, но представете си, че както си седите съвсем небрежно на дивана в хола, фортуна внезапно връхлита под формата на десетгодишната ви дъщеря, обучаваща се дистанционно в условията на COVID-19, и ви пита най-невинно: “Тате, тате, какво е ампер?”.

След първоначалното озадачение, в главата ви започват да се появяват всевъзможни електрически схеми, които по естествен начин се изкушавате да съпроводите от най-бляскавата и вдъхновяваща обяснителна реч, целяща просвещаване на бъдещото поколение и изкарването му от дебрите на вечната електрическа посредственост. Някъде в хода на мисловния процес обаче се сещате, че невръстната ви аудитория едва ли ще оцени особено високо опита да бъде потопена във вълнуващия свят на интегралните изчисления или приложението на закона на Кирхоф в линейния анализ на променливотоковите сложни вериги например. По-вероятно е да ви погледне празно, да излезе рязко от стаята и да захвърли завинаги учебника по физика като нещо далечно и недостижимо.

В опит да спестим подобни екзистенциални дилеми и рискови събития от непредвиден характер, които могат да нанесат непоправими щети на семейството и образователната система, ние се ангажираме да обясним просто иначе така сложната тема за същността и природата на ампера. Дори и да нямате десетгодишна дъщеря с нестихващи въпроси от физично естество, тази информация би могла да се окаже изненадващо полезна и за всеки един човек, който някога си е задавал въпроса какво значат подобните на древноегипетски йероглифи означения по батериите, адаптерите и всичките подобни екзотични и не толкова екзотични електрически аксесоари и устройства.

И така, да се върнем към предизвикателството на момичето и да се опитаме да дефинираме какво е ампер. Този обвит в мистерия термин е първата и най-основна мерна единица за ток, която учителят по физика ще запише на дъската, използвайки международно приетото ѝ съкращение “А”.

По стара традиция в научните среди, амперът гордо носи името на своя откривател Андре-Мари Ампер, учен, дръзко проправил пътя на много от съвременните ни представи за електричеството още преди два века. Този изключително образован и способен човек, един от пионерите в своята област, дава началото на множество иновативни за времето си теории, подкрепени с брилянтни математически изчисления, което бързо ги утвърждава по безспорен начин, превръщайки ги в здрава основа, на която стъпват много бъдещи учени в своите последващи разработки. Уповавайки се на експеримент на колегата си Ханс Кристиан Оерстед, Ампер доказва научно, че метален проводник с електричен заряд има свойството да привлича или отблъсква друг такъв, в зависимост от това дали електроните в тях се движат в еднаква или противоположна посока - явление, което днес наричаме електромагнетизъм. Иначе казано, той успява по гениално прост начин да превърне обикновените метали в магнити с помощта единствено на електричество - постижение, което се счита за революционно в тази сфера, и е залегнало в основата на неговото историческо и научно наследство. Нещо повече, той успешно забелязва и извежда връзката между големината на това своеобразно електромагнитно поле и размера на тока, протичащ през металния проводник (зависимост, известна още като “Закона на Ампер”). В допълнение, за да обясни този феномен, изхождайки от новооткритите принципи на електромагнетизма, френският физик достига и до фундаменталната идея за съществуването на малките невидими частици, отговорни за генерирането и пренасянето на електрически заряд, днес познати на широката публика като електрони.

Именно този брилянтен учен има честта да открие и даде името на физичната величина, седяща зад съвременното понятие “ампер”. Той определя тока като “насочено движение на елементи с електрически заряд в затворена верига”, чиято големина (I) или броя заредени частици (q), които минават през дадена точка за определен период от време (t), се измерва в ампери (A). Следователно, амперът е може да се представи и като съотношение на кулони C (мерни единици за заряд) и секунди s (мерна единица за време): А=C/s.

Вече не звучи толкова мистично, нали? Ако все пак искате да усложните и да тествате възприемчивостта на аудиторията си, чувствайте се свободни да дадете по-късно въведеното, доразвито, по-прецизно и научно издържано международно прието определение за същата единица, което е следното:

“Един ампер е такъв постоянен ток, който при преминаването си през два успоредни линейни проводника, които имат безкрайна дължина и пренебрежимо малко кръгово напречно сечение и са поставени на разстояние 1 метър един от друг във вакуум, създава между тези два проводника сила, равна на 2.10(-7) нютона на метър дължина.”

Големината на тока е една от основните величини за измерването му, но далеч не е единствената. Съществуват фактори като напрежение, съпротивление, мощност, заряд, капацитет, електрическа проводимост и много други, които са в тясна зависимост помежду си и формират различни характеристики на електрическата верига. Най-близките “роднини” на ампера са волтът (V) и омът (Ω), които отразяват съответно напрежението (U) и съпротивлението (R).

Напрежението е “движещата сила”, която дава тласък на иначе статичните електрони в проводниците и ги насочва от отрицателния към положителния край на електрическата система.

Съпротивлението е естествената способност на проводниците да се противопоставят на движението на ток в тях, която по своеобразен начин контролира големината и силата на тока, предотвратявайки излизането им от нормални граници.

Следователно, както е посочил Георг Ом в най-популярния в съвременното електричество закон, “в еднородна система големината на тока и напрежението са правопропорционални помежду си и обратнопропорционални на съпротивлението”. Иначе казано, колкото по-ниско съпротивление има в дадена електрическа система, толкова по-високи са величините големина и напрежение.

Но да се върнем на амперите. Естествено, като всяка себеуважаваща се мерна единица, те също си имат подходящ измервателен уред, наречен амперметър, с който се определя точната им числова стойност. За да се случи същинското измерване на големината на тока, устройството се свързва винаги последователно към определена електрическа верига. В практиката съществуват два вида ток: постоянен (DC), който не се изменя по посока и големина във времето, и променлив (AC), при който споменатите величини се променят периодично. Принципът на работа на стандартния амперметър се основава на взаимодействието между постоянния ток в системата и магнита (или електромагнита), съдържащ се в уреда. Резултатите от измерването се регистрират с помощта на подвижна стрелка и спирални пружини.

За да се измери променлив ток обаче съществуват два различни варианта. Ако се използва обикновен магнитен амперметър, то стойността на променливия ток бива “изправена” (конвертирана в такава на постоянен ток) чрез специална изправителна електронна схема. Друг начин за измерване на променлива големина на ток е да се използват амперметри, различни от обикновения магнитен, като например индукционните или детекторните такива. Скалата на амперметрите се градуира в микроампери, милиампери, ампери или килоампери. Спрямо това колко точно измерват стойността на тока, амперметрите се делят на класове: колкото по-висок клас е уредът, толкова по-точен следва да бъде. В идеалния случай той има много ниско вътрешно съпротивление, за да не внася промени в измерваната електрическа верига.

В съвременността съществува огромен набор от информация, посветена на електрическия ток, неговите свойства и характеристики, една скромна част от които се явяват амперите и големината на тока. Ако искрата на любопитството е успешно разпалена с настоящия материал, то чувствайте се свободни да се обогатите познанията си с по-задълбочени научни трудове и теоретично издържани постулати, които могат да бъдат открити навсякъде. За целите на текущото занятие обаче, с оглед да останем верни на предизвикателството на момичето, ще спрем дотук. И ако все още не се чувствате достатъчно подготвени за бъдещи случайни физични предизвикателства в областта на електротехниката, не се тревожете! Подготвили сме следващи сходни материали, свързани с волтове, омове, ватове и др., с които няма шанс да не успеете да блеснете и да си спечелите симпатии.