Hem vist en els tres capítols anteriors, tres de les set unitats bàsiques del Sistema Internacional d’Unitat. Les tres, metre (M), quilogram (K) i segon (S), són la base mateixa del Sistema Internacional, hereu del sistema MKS. Longitud, massa i temps. La connexió entre les tres es fa evident a través de constants físiques fonamentals com la velocitat de la llum en el buit, la constant de Planck o la constant de gravitació universal. El llista d’unitats bàsiques, però, no s’exhaureix. Ens queden quatre. La llista de les set unitats, cal dir-ho, no reflecteix “set magnituds bàsiques de l’univers”, sinó més aviat l’estat de l’art en el camp de la metrologia.
Les unitats bàsiques del Sistema Internacional
El sistema mètric decimal, tal com el van impulsar les mesures de l’Assemblea nacional i de la Convenció nacional, amb la Llei del 18 de germinal de l’any III, i el decret d’introducció signat pel Primer Cònsol Bonaparte, tenia, al capdavall, dues unitats bàsiques, el metre i el gram. Fet i fet, les altres unitats incloses en el sistema (com el litre) eren derivats quadràtics o cúbics del metre o del decímetre.
Passada ja la dèria del “temps decimal”, i acceptat el segon sexagesimal com a unitat bàsica de temps, la construcció del sistema internacional d’unitats es va fer al voltant del metre (o del centímetre), del quilogram (o del gram) i del segon. Les dues primeres unitats es basaven en prototips custodiats als Arxius de París, i el segon es basava en observacions de la rotació de l’esfera celeste. En aquella època, però, el sistema internacional era internacional únicament de nom. En molts països persistien unitats de mesura alternatives i estandaritzades en base al sistema MKS o a través d’altres sistemes.
Tant en el sistema emprat per Carl-Friedrich Gauss en les mesures sobre el camp magnètic terrestre (amb el mil•límetre, el gram i el segon com a unitats bàsiques), com el sistema per relacionar l’energia calorífica amb l’energia mecànica, com en els treballs de la British Association for Advancement of Sicience, les tres unitats bàsiques eren les de la longitud, la massa i el temps.
Ja en la 10a Conferència General de Pesos i Mesures, en el 1954, hom engrandí la llista d’unitats bàsiques a sis. Entre elles, s’incloïa l’amperi, com a unitat de corrent elèctric. Però, per què el corrent elèctric? Per què no la càrrega elèctrica?
Les unitats elèctriques
Haurem de remuntar-nos als anys 1820. És una època central en el desenvolupament en el coneixement científic de l’electricitat. A l’estudi de l’electricitat estàtica (electrostàtica) s’hi ha afegit ja l’estudi dels corrents elèctrics (electrodinàmica). Gràcies a Benjamin Franklin, hom ha conegut l’essència elèctrica dels fenòmens tempestuosos, del llamp, del tro. Luigi Galvani, ha demostrat també l’essència elèctrica dels impulsos nerviosos.
En el 1827, Georg Ohm publicava Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet, on elaborava matemàticament el circuit elèctric. Ohm treballà amb circuits elèctrics alimentats amb piles voltaiques o amb termoparells. La mesura del corrent elèctric es feia mitjançant un galvanòmetre, el qual es basava en el fet, reportat per Hans Oersted, en el 1820, que una agulla imantada canvia d’orientació sota un camp elèctric. El tractament de les dades era anàleg als estudis de Joseph Fourier sobre la conducció de la calor. Els resultats d’Ohm, bàsicament, assenyalaven que la intensitat de corrent elèctric en un circuit era directament proporcional a la diferència de potencial del generador (la pila o el termoparell) i inversament proporcional a la resistència elèctrica. Semblava una explicació massa senzilla, en contraposició amb altres estudis, com el de Peter Barlow qui, en 1824, considerava que la conductància d’un fil elèctric és proporcional a l’arrel quadrada de la fracció entre l’àrea transversal del fil i la longitud del fil.
Menys controvertits eren els estudis d’André-Marie Ampère, basats igualment, en el galvanòmetre, però centrats a estudiar la relació entre corrent elèctric i força elèctrica. Així doncs la força elèctrica entre dos conductors pels quals passa corrent seria proporcional al producte de les intensitats elèctriques i inversament proporcional a la distància entre els dos conductors.
Ja en 1833, Gauss observà que la llei d’Ampère podia servir de base per connectar força magnètica i força mecànica. El sistema CGS, de fet, deriva dels treballs de Gauss en aquesta època, si bé la difusió del sistema s’assoleix en els anys 1860 i 1870, en l’època de lord Kelvin, de James Clark Maxwell o de James Prescott Joule. En aquest sistema, la unitat de força és la dina (= g•cm•s-2) i la unitat d’energia és l’erg (== g•cm2•s-2). L’erg havia d’ésser, doncs, també la unitat de la força elèctrica. A partir de la definició de la força elèctrica, se seguiria un sistema d’unitats electromagnètiques, sense necessitat d’introduir unitats bàsiques diferents al centímetre, gram i segon. En aquest sistema, la constant de força magnètica ha de ser 1, i la unitat de potencial elèctric (=voltatge) es basa doblement en la unitat de potència (l’erg/s) i en la unitat de corrent elèctric.
Una altra alternativa, era avançar en la definició d’un sistema electrostàtic d’unitats. En aquest cas, la força elèctrica no es fa derivar de la llei d’Ampère, sinó de la de Coulomb. La llei de Coulomb, descoberta en el 1783, afirmava que la força d’atracció (o repulsió) entre dos cossos carregats elèctricament era directament proporcional al producte de les càrregues elèctriques i inversament proporcional al quadrat de la distància. En aquest cas, la constant de força de Coulomb ha de ser 1, i la unitat de potencial elèctric es basa doblement en la unitat d’energia (l’erg) i la unitat de càrrega elèctrica.
Les dues alternatives es fusionaren en el 1888, quan hom demostrà la relació entre les dues constants (la d’Ampère i la de Coulomb) i la constant de la velocitat de la llum en el buit.
El desenvolupament de l’enginyeria elèctrica exigia una solució pràctica. El sistema CGS generava unes unitats poc còmodes de manegar. Per això fou substituït per un sistema que tenia com a unitat de longitud el quadrant del meridià terrestre (10.000 km exactes), com a unitat de massa la centèsima part del nanogram. Les unitats d’aquest sistema van rebre (Congrés de Chicago, 1893) les següents denominacions:
– l’amp, com a unitat d’intensitat de corrent elèctric, en memòria d’Ampère.
– el volt, com a unitat de potencial elèctric, en honor d’Alessandro Volta.
– el farad, com a unitat de capacitància elèctrica, en honor de Faraday.
– el ohm, com a unitat de resistència elèctrica, en honor d’Ohm.
Un problema que restava era la integració d’aquestes unitats elèctriques al sistema CGS o MKS. Giovanni Giorgi, ja en el 1901, proposava que el sistema CGS fos complementat amb una quarta unitat bàsica, que podria ésser l’amperi (com a unitat d’intensitat), el volti (com a unitat de potencial) o l’ohm (com a unitat de resistència). Una altra possibilitat podria haver estat l’ús de la unitat de càrrega elèctrica (el coulomb).
La integració de les unitats elèctriques en el sistema mètric
En el 1921, el Tractat del Metre s’estengué per cobrir les unitats elèctriques. En aquells anys, es defineixen ja definitivament, les unitats elèctriques, les quals entren en vigor l’1 de gener del 1948. Posteriorment, la unitat elèctrica bàsica, l’amperi, esdevingué una de les unitats bàsiques del Sistema Internacional.
La definició actual de l’amperi
La unitat elèctrica bàsica és l’amperi (A), que és una unitat (d’intensitat) de corrent elèctric. La definició formal de l’amperi diu que:
Un amperi (A) és el corrent constant que produirà una força atractiva de 2•10-7 newtons per metre de longitud entre dos conductors rectes i paral•lels de longitud infinita i de secció transversal circular negligible, situats a 1 metre de separació en el buit
Si apliquem la llei de la força d’Ampère, veurem que 1 A = (2•10-7 N / 2 • kA)^(0,5). kA és la constant de força magnètica. El valor de kA es troba justament delimitat per aquesta definició, que lliga corrent elèctric i unitat de força (la qual, recordem-ho, depèn de les definició del metre, del quilogram i del segon).
La setmana vinent, veurem com depenen de l’amperi, la resta d’unitats elèctriques.
Des de la Mediterrània 
[…] d’Ampère ens és familiar en els nostres dies és per l’homenatge que suposa haver denominat la unitat del corrent o flux elèctric amb el nom d’amperi (1881). Ampère comença a investigar l’electricitat i el magnetisme a […]