stringtranslate.com

Международная система электрических и магнитных единиц

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.

Более ранние системы

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 1893 года

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] ).

Сверхопределение и модификация 1908 года

Система единиц 1893 года была переопределена, как видно из изучения закона Ома :

V знак равно я р .

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

1 В int  ≠ 1 А int  × 1 Ом int .

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]

Международный кулон
электрический заряд , передаваемый током в один международный ампер за одну секунду; [Заметка 2]
Международный фарад
емкость конденсатора , заряженного до потенциала в один международный вольт на один международный кулон электричества; [Заметка 2]
Джоуль
10 7 единиц работы в системе СГС, достаточно хорошо представленные для практического использования энергией, затрачиваемой за одну секунду международным ампером в международном оме;
Ватт
10 7 единиц мощности в системе СГС, достаточно хорошо для практического использования представленных работой, совершаемой со скоростью один джоуль в секунду;
Генри
индуктивность в цепи, когда электродвижущая сила, индуцированная в этой цепи, равна одному международному вольту, а индуцирующий ток изменяется со скоростью один ампер в секунду.

единицы СИ

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

1 Ом int ≈ 1,000 49 Ом
1 В внутри ≈ 1,000 34 В

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 :

1 А электр = 1,000 022(2) А

Смотрите также

Примечания и ссылки

Примечания

  1. ^ ab Терминология некоторых определений была обновлена ​​до современного использования.
  2. ^ ab Кулон и фарад использовались в более ранних системах электрических единиц BA с немного другими определениями, поэтому необходимо добавить квалификатор «международный» .
  3. ^ Ом - это электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в 1 вольт, приложенная к этим точкам, создает в проводнике ток силой 1 ампер, причем проводник не является местом возникновения какой-либо электродвижущей силы.
  4. ^ Коэффициенты пересчета для национальных стандартов США (NIST): 1 Ом int  = 1,000 495 Ом и 1 В int  = 1,000 330 В.

Рекомендации

  1. ^ аб Флеминг, Джон Амброуз (1911). «Единицы измерения физические»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 27 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 738–745, см. стр. 742.
  2. ^ Гаусс, CF (1832–37), «Intensitas vis Magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata», Commentationes Societatis Regiae Scientiarum Gottingensis Recentiores , 8 : 3–44. Английский перевод.
  3. Нойманн, Ф. Е. (1847), "Allgemeine Gesetze der induciten elektrischen Ströme", Abhandlungen der Königlichen Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin: Aus dem Jahre 1845 : 1–87, заархивировано из оригинала 8 июня 2011 г. , получено 9 апреля 2018 г.; Перепечатано: «Die mathematischen Gesetze der induciten elektrischen Ströme», Franz Neumanns gesammelte Werke , vol. 3, Лейпциг: Б. Г. Тойбнер, 1912, стр. 257–344..
  4. ^ Нойманн, Ф. (1849), «Über ein allgemeines Princip der mathematischen Theorie inducirter elektrischer Ströme», Abhandlungen der Königlichen Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin: Aus dem Jahre 1847 : 1–71, заархивировано из оригинала 8 июня 2011 г. , получено 9 апреля 2018 г.; Перепечатано: Franz Neumanns Gesammelte Werke, vol. 3, Лейпциг: Б. Г. Тойбнер, 1912, стр. 345–424..
  5. ^ Чисхолм, Хью , изд. (1911). «Вебер, Вильгельм Эдуард»  . Британская энциклопедия . Том. 28 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 458.
  6. ^ Вебер, МЫ (1851). «Messungen galvanischer Leitungswiderstände nach einem Absoluten Maaße». Аннален дер Физик и Химия . 82 (3): 337–369. Бибкод : 1851АнП...158..337Вт. дои : 10.1002/andp.18511580302.Перепечатано в: Вебер, Вильгельм (1893). «Messungen galvanischer Leitungswiderstände nach einem Absoluten Maasse». Верке Вильгельма Вебера . Спрингер. стр. 276–300. дои : 10.1007/978-3-662-24693-1_9. ISBN 978-3-662-22762-6.и Вебер, Вильгельм (1851). «Messungen galvanischer Leitungswiderstände nach einem Absoluten Maasse». Аннален дер Физик . 158 (3): 337–369. Бибкод : 1851АнП...158..337Вт. дои : 10.1002/andp.18511580302.Английский перевод: Перевод Э. Аткинсона. «Об измерении электрического сопротивления по абсолютному эталону». Философский журнал . 22, четвертая серия: 226–240 и 261–269. 1840.
  7. ^ GCF (1891). «Вильгельм Эдуард Вебер». Природа . 44 (1132): 229–230. Бибкод : 1891Natur..44..229G. дои : 10.1038/044229b0 . S2CID  4060786.
  8. ^ аб Флеминг, Джон Амброуз (1911). «Единицы измерения физические»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 27 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 738–745, см. стр. 740.
  9. ^ «Рекомендации, принятые Генеральным комитетом на встрече в Манчестере в сентябре 1861 года». Отчет тридцать первого собрания Британской ассоциации содействия развитию науки . Том. 31. Лондон: Джон Мюррей. 1862. стр. xxxix – xl.
  10. ^ «Рекомендации, принятые Генеральным комитетом на Кембриджском собрании в октябре 1862 года». Отчет тридцать второго собрания Британской ассоциации содействия развитию науки . Том. 32. Лондон: Джон Мюррей. 1863. стр. xxxix.
  11. ^ «Отчет Генерального комитета, назначенного Британской ассоциацией по стандартам электрического сопротивления». Отчет тридцать третьего собрания Британской ассоциации содействия развитию науки . Том. 33. Лондон: Джон Мюррей. 1864. стр. 111–176.
  12. ^ Флеминг, Джон Амброуз (1911). «Единицы измерения физические»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 27 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 738–745, см. стр. 743.
  13. ^ аб Флеминг, Джон Амброуз (1911). «Единицы измерения физические»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 27 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 738–745, см. стр. 741.
  14. ^ ом, size.com , получено 11 августа 2010 г..
  15. ^ TC Менденхолл (1895). «Юридические единицы измерения электрической энергии». Наука . 1 (1): 9–15. Бибкод : 1895Sci.....1....9M. дои : 10.1126/science.1.1.9. JSTOR  1623949. PMID  17835949.
  16. ^ abc Флеминг, Джон Амброуз (1911). «Единицы измерения физические»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 27 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 738–745.
  17. ^ abc Джованни Джорджи, Международная электротехническая комиссия , получено 21 февраля 2014 г..
  18. ^ Георгий, Г. , Рациональные единицы электромагнетизма. Оригинальная рукопись с рукописными пометками Оливера Хевисайда. Архивировано 29 октября 2019 г. в Wayback Machine .
  19. ^ Хевисайд, О. (1882). «Связь между магнитной силой и электрическим током». Электрик (18 ноября): 6..
  20. ^ Глейзбрук, RT (1936), «Четвертый блок системы электрических единиц Джорджи», Proc. Физ. Соц. , 48 (3): 452–455, Бибкод : 1936PPS....48..452G, doi : 10.1088/0959-5309/48/3/312.
  21. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 144, ISBN 92-822-2213-6, заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г..
  22. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Количества, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Оксфорд: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . п. 114. Электронная версия.. 

Внешние ссылки