¿Cómo sabemos que un amperio mide un amperio? 4. El amperio

Summary

En este video, se explora el concepto del amperio, la unidad de medida de la corriente eléctrica, y su evolución a lo largo del tiempo. Se explica cómo la electricidad, omnipresente en nuestro entorno, se mide mediante la intensidad de corriente, es decir, la cantidad de cargas eléctricas que circulan por un conductor en un tiempo determinado. El video aborda los avances científicos, desde experimentos clásicos hasta descubrimientos cuánticos, como el efecto Josephson y el efecto Hall cuántico, que permitieron redefinir el amperio en 2019 basándose en constantes fundamentales, como la carga del electrón y la constante de Planck.

Takeaways

• 😀 El amperio mide la intensidad de la corriente eléctrica, es decir, cuántas cargas eléctricas circulan por un material en un tiempo determinado.
• 😀 La electricidad es esencial en nuestro entorno, distribuyéndose fácilmente desde las centrales eléctricas hasta los usuarios a través de cables conductores.
• 😀 La primera definición del amperio se basó en la fuerza magnética entre dos cables conductores, introducida en 1948.
• 😀 El experimento original para medir el amperio involucraba cables infinitamente largos y una corriente que causaba una fuerza de 2 x 10^-7 Newtons por metro.
• 😀 Aunque la definición inicial del amperio dependía de la mecánica, los avances cuánticos en el siglo XX permitieron redefinir las unidades eléctricas de manera más precisa.
• 😀 Dos descubrimientos cuánticos, el efecto Josephson y el efecto Hall cuántico, permitieron desvincular las unidades eléctricas de la mecánica.
• 😀 El efecto Josephson se basa en la creación de una corriente en materiales superconductores y la medición precisa del voltaje a través de microondas.
• 😀 El efecto Hall cuántico implica una resistencia eléctrica cuantizada, lo que permite definir de manera exacta la resistencia y usarla como patrón.
• 😀 Desde 1990, las constantes de Josephson y Von Kittel se fijaron, eliminando variaciones entre diferentes institutos de metrología.
• 😀 En 2019, el amperio se redefinió basándose en la carga elemental del electrón, proporcionando una forma más precisa y natural de definir la intensidad de corriente.

Q & A

¿Qué es el amperio y por qué es importante en la medición de electricidad?

El amperio es la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica. Es importante porque nos permite cuantificar la cantidad de carga eléctrica que pasa a través de un conductor en un determinado tiempo, lo que es fundamental para entender cómo fluye la electricidad en diversos sistemas y dispositivos.

¿Cómo se definió inicialmente el amperio en 1948?

En 1948, el amperio se definió usando dos cables conductores infinitamente largos separados por un metro. Si al pasar una corriente eléctrica por ellos, la fuerza magnética entre los cables era igual a 2 x 10^-7 Newtons por metro, se consideraba que la corriente era de un amperio.

¿Qué problema presentaba la definición inicial del amperio?

El principal problema era que los cables infinitamente largos no existen en la práctica, lo que dificultaba la implementación del experimento. Además, dependía de unidades mecánicas como el metro y el kilogramo, que podían variar con el tiempo, afectando la precisión de la medición.

¿Qué descubrimientos cuánticos ayudaron a mejorar la definición del amperio?

Los descubrimientos de dos fenómenos cuánticos clave fueron fundamentales: el efecto Josephson, que permite medir el voltaje con alta precisión, y el efecto Hall cuántico, que permite medir la resistencia de materiales de manera exacta. Estos fenómenos liberaron a las unidades eléctricas de su dependencia de las unidades mecánicas.

¿En qué consiste el efecto Josephson?

El efecto Josephson ocurre cuando dos superconductores se separan por una capa delgada que no es superconductora. Al irradiarlos con microondas, se genera una corriente a través de la unión, y la tensión que aparece en esta corriente es cuantizada. Esta tensión se puede medir con gran precisión, lo que permite determinar voltajes con exactitud.

¿Cómo influye la constante de Josephson en la medición de voltajes?

La constante de Josephson conecta la frecuencia de las microondas utilizadas en el experimento con la tensión que se genera. Al conocer esta constante, se puede determinar de manera precisa el voltaje creado, que luego se utiliza como patrón para medir otros voltajes desconocidos.

¿Qué es el efecto Hall cuántico y cómo se relaciona con la medición de resistencia?

El efecto Hall cuántico ocurre cuando un conductor delgado se expone a un campo magnético intenso, lo que genera una diferencia de potencial en sus bordes. A temperaturas bajas, este efecto crea valores de resistencia cuántica que son constantes y dependen de la constante de von Klitzing. Estos valores permiten medir resistencias con gran precisión.

¿Qué es el triángulo metrológico y cómo se relaciona con el amperio?

El triángulo metrológico es una relación entre las tres magnitudes fundamentales de la electricidad: corriente, voltaje y resistencia. La ley de Ohm establece que estas magnitudes están interrelacionadas, por lo que se puede usar dos de ellas para determinar la tercera. Esto permite medir la intensidad de la corriente de manera indirecta, utilizando reglas para medir voltajes y resistencias.

¿Cómo se redefinió el amperio en 2019?

En 2019, el amperio se redefinió utilizando constantes fundamentales de la naturaleza, como la carga del electrón y la constante de Planck. Ahora se define directamente en función de cuántos electrones pasan por unidad de tiempo, sin depender de objetos físicos como el kilogramo o el metro.

¿Por qué es importante la fijación de valores de las constantes fundamentales como la carga del electrón y la constante de Planck?

La fijación de estos valores es importante porque garantiza la estabilidad y precisión de las mediciones científicas. Al definir las unidades fundamentales en términos de constantes universales, se eliminan las variaciones que podrían surgir de la dependencia de objetos físicos que podrían deteriorarse o cambiar con el tiempo.