Международная система электрических и магнитных единиц — устаревшая система единиц, используемая для измерения электрических и магнитных величин. Она была предложена как система практических международных единиц (например, международный ампер, международный ом, международный вольт) по единогласной рекомендации на Международном электротехническом конгрессе (Чикаго, 1893 г.), обсуждалась на других конгрессах и, наконец, была принята на Международном конгрессе. Конференция по электрическим единицам и стандартам в Лондоне в 1908 году. [1] Она устарела из-за включения электромагнитных единиц в Международную систему единиц (СИ) на 9-й Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году.
Связь между электромагнитными единицами и более известными единицами длины , массы и времени была впервые продемонстрирована Карлом Фридрихом Гауссом в 1832 году при измерении магнитного поля Земли [2] , а этот принцип был распространен на электрические измерения Францем Эрнстом Нейманом в 1845. [3] [4] Полная система метрических электрических и магнитных единиц была предложена Вильгельмом Эдуардом Вебером в 1851 году, [5] на основе идеи, что электрические единицы могут быть определены исключительно в отношении абсолютных единиц длины, массы, и время. [6] [7] Первоначальное предложение Вебера было основано на системе единиц миллиметр-миллиграмм-секунда.
Развитие электрического телеграфа (изобретение Гаусса и Вебера) продемонстрировало необходимость точных электрических измерений. По указанию Уильяма Томсона [8] Британская ассоциация содействия развитию науки (BA) в 1861 году создала комитет, первоначально для изучения стандартов электрического сопротивления, [9] который был расширен в 1862 году и включил в него другие электрические стандарты. [10] После двух лет обсуждений, экспериментов и значительных разногласий, [8] комитет решил адаптировать подход Вебера к системе единиц СГС , [11] но использовал метр, грамм и секунду в качестве абсолютных единиц. Однако эти единицы было сложно реализовать , и (часто) они были непрактично малы. [12] Чтобы преодолеть эти препятствия, BA также предложил набор «практических» или «воспроизводимых» единиц, которые не были напрямую связаны с системой CGS, но которые были, насколько позволяла экспериментальная точность, равными кратным соответствующим единицы СГС. [13] БА разработал два комплекта блоков CGS. Практические единицы были основаны на электромагнитном наборе единиц , а не на электростатическом . [13]
Система практических единиц BA получила значительную международную поддержку и была принята – с одним важным изменением – на Первой Международной конференции электриков (Париж, 1881 г.). Британская ассоциация создала искусственное представление ома (стандартная длина резистивной проволоки, сопротивление которой составляло 10 9 единиц электрического сопротивления СГС, то есть один Ом), тогда как международная конференция предпочла метод реализации , который можно было бы повторить в разные лаборатории в разных странах. Выбранный метод был основан на удельном сопротивлении ртути путем измерения сопротивления столбика ртути заданных размеров (106 см × 1 мм 2 ): однако выбранная длина столбика была почти на 3 миллиметра короче, что привело к разнице 0,28% между новыми практическими единицами и единицами СКГ, которые предположительно были их основой. [14]
Аномалия была устранена на другой международной конференции в Чикаго в 1893 году путем исправления определения ома. Единицы, согласованные на этой конференции, были названы «международными» единицами, чтобы отличить их от своих предшественников.
В системе 1893 года было три основные единицы: международный ампер , международный ом и международный вольт .
Международные единицы не имели такого же формального юридического статуса, как метр и килограмм , в соответствии с Метрической конвенцией (1875 г.), хотя некоторые страны приняли это определение в своих национальных законах (например, Соединенные Штаты, посредством Публичного закона 105 от 12 июля, 1894 г. [15] ).
Система единиц 1893 года была переопределена, как видно из изучения закона Ома :
По закону Ома знание любых двух физических величин V , I или R (разность потенциалов, ток или сопротивление) определит третью, и тем не менее система 1893 года определяет единицы измерения для всех трех величин. С усовершенствованием методов измерения вскоре было признано, что
Решение было принято на международной конференции в Лондоне в 1908 году. Существенным моментом было сокращение количества основных единиц с трех до двух путем переопределения международного вольта как производной единицы. Было еще несколько модификаций менее практического значения: [1]
С развитием теории электромагнетизма и количественного исчисления стало очевидно, что, помимо основных единиц времени, длины и массы, последовательная система единиц может включать только одну базовую электромагнитную единицу . Первая такая система была предложена Джорджи в 1901 году: [16] [17] [18] она использовала ом в качестве дополнительной базовой единицы в системе MKS , поэтому ее часто называют системой MKSΩ или системой Джорджи.
Дополнительная проблема с системой электрических единиц СГС, на которую еще в 1882 году указал Оливер Хевисайд [19], заключалась в том, что они не были «рационализированы», то есть не учитывали должным образом диэлектрическую проницаемость и проницаемость как свойства среды. . Георгий также был ярым сторонником рационализации электрических агрегатов. [17]
Выбор электрического блока в качестве базового блока в рационализированной системе зависит только от практических соображений, в частности от возможности точно и воспроизводимо реализовать блок. Ампер быстро получил поддержку по сравнению с Омом, поскольку многие национальные лаборатории по стандартизации уже оценивали ампер в абсолютном выражении, используя амперные весы . [16] [20] Международная электротехническая комиссия (МЭК) приняла систему Джорджи, в которой ампер заменил ом в 1935 году, и этот выбор базовых единиц часто называют системой MKSA. [17]
Международный комитет мер и весов (CIPM) утвердил новый набор определений электрических единиц, основанный на рационализированной системе MKSA, в 1946 году, и они были приняты на международном уровне в рамках Метрической конвенции на 9-й Генеральной конференции мер и весов в 1948 году. [21] В рамках этой системы, которая впоследствии стала Международной системой единиц (СИ), ом является производной единицей . [Заметка 3]
Определения электрических единиц СИ формально эквивалентны международным определениям 1908 года, поэтому не должно было быть никаких изменений в размерах единиц. Тем не менее, международный ом и международный вольт обычно выражались не в абсолютных величинах, а относительно стандартного сопротивления и стандартной электродвижущей силы соответственно. Реализации, рекомендованные в 1908 году, не совсем эквивалентны абсолютным определениям: рекомендуемые коэффициенты пересчета [22] равны
хотя для отдельных стандартов в национальных измерительных лабораториях могут применяться несколько иные факторы. [Примечание 4] Поскольку международный ампер обычно реализовывался с помощью амперных балансов, а не электролитически, [16] 1 A int = 1 А. Коэффициент преобразования для «электролитического» ампера (A elec ) можно рассчитать на основе современных значений. атомного веса серебра и постоянной Фарадея :