本章依據(jù)國際單位制的力學(xué)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(shù)和國際單位制的力學(xué)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(nèi)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(xué)單位。伏特的SI定義是從安培和力學(xué)單位瓦特導(dǎo)出的。
安培
國際單位制通過安培的定義把力學(xué)單位和電學(xué)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(dǎo)線能在每米長度的導(dǎo)線上產(chǎn)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(xiàn)的，其實現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)生一個與流過的電流及每個線圈的圈數(shù)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(xué)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(shè)備比這個圖要更加復(fù)雜。
但是，這個力是怎樣產(chǎn)生的呢?根據(jù)物理學(xué)，這個力是由與運動的電子相關(guān)的電磁場而產(chǎn)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(xué)基本單位。但是實現(xiàn)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(jù)歐姆定律I=E/R由伏特和歐姆之比導(dǎo)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(jù)國際單位制的基本電學(xué)單位安培，伏特定義為：“在載荷1 A恒定電流的導(dǎo)線上，當兩點之間導(dǎo)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(xué)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(dǎo)出單位)，
A—安培(SI的電學(xué)基本單位);
J—焦耳(SI中功/能的導(dǎo)出單位);
S—秒(SI的時間基本單位);
kg—千克(SI的質(zhì)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(xué)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(xiàn)。但是，在量子力學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了由約瑟夫遜效應(yīng)和量子霍耳效應(yīng)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(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性，能夠并且確實比這些單位的實現(xiàn)的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性要好。人們相信，SI伏特的實現(xiàn)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(xiàn)比較起來，這種方法具有更容易的復(fù)現(xiàn)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(dǎo)出安培和瓦特。
（轉(zhuǎn)載）
