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) единогласной рекомендацией на Международном электрическом конгрессе (Чикаго, 1893), обсуждалась на других конгрессах и, наконец, принята на Международной конференции по электрическим единицам и стандартам в Лондоне в 1908 году. [1] Она устарела после 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 привычными единицами длины , массы и времени была впервые продемонстрирована Карлом Фридрихом Гауссом в 1832 году при измерении им магнитного поля Земли [2] , а в 1845 году этот принцип был распространен на электрические измерения Францем Эрнстом Нейманом . [3] [4] Полная система метрических электрических и магнитных единиц была предложена Вильгельмом Эдуардом Вебером в 1851 году [5] , основанная на идее о том, что электрические единицы могут быть определены исключительно по отношению к абсолютным единицам длины, массы и времени. [6] [7] Первоначальное предложение Вебера основывалось на системе единиц миллиметр-миллиграмм-секунда.
Развитие электрического телеграфа (изобретение Гаусса и Вебера) продемонстрировало необходимость точных электрических измерений. По распоряжению Уильяма Томсона [ 8] Британская ассоциация содействия развитию науки (BA) создала комитет в 1861 году, первоначально для изучения стандартов электрического сопротивления, [9] который был расширен в 1862 году, включив 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 были и трудны для реализации , и (часто) непрактично малы. [12] Чтобы преодолеть эти препятствия, BA также предложила набор «практических» или «воспроизводимых» единиц, которые не были напрямую связаны с системой СГС, но которые были, насколько позволяла экспериментальная точность, равны кратным соответствующим единицам СГС. [13] BA разработала два набора единиц CGS. Практические единицы основывались на электромагнитном наборе единиц, а не на электростатическом . [13]
Система практических единиц BA получила значительную международную поддержку и была принята — с одним важным изменением — Первой международной конференцией электриков (Париж, 1881). Британская ассоциация сконструировала артефактное представление ома (стандартная длина резистивной проволоки, которая имела сопротивление 10 9 единиц СГС электрического сопротивления, то есть один ом), тогда как международная конференция предпочла метод реализации , который можно было бы повторить в разных лабораториях в разных странах. Выбранный метод был основан на удельном сопротивлении ртути , путем измерения сопротивления столбика ртути определенных размеров (10 6 см × 1 мм 2 ) : однако выбранная длина столбика была почти на 3 миллиметра короче, что привело к разнице в 0,28% между новыми практическими единицами и единицами СГС, 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 отличать их от предшественников.
Система 1893 года имела три основные единицы: международный ампер , международный ом и международный вольт .
Международные единицы не имели того же формального правового статуса, что метр и килограмм , согласно Метрической конвенции (1875 г.), хотя несколько стран приняли это определение в своих национальных законодательствах (например, Соединенные Штаты посредством Публичного закона 105 от 12 июля 1894 г. [15] ).
Система единиц 1893 года была переопределена, как можно увидеть из анализа закона Ома :
По закону Ома, зная любые две физические величины V , I или R (разность потенциалов, ток или сопротивление), можно определить третью, и все же система 1893 года определяет единицы для всех трех величин. С улучшением методов измерения вскоре было признано, что
Решение пришло на международной конференции в Лондоне в 1908 году. Существенным моментом было сокращение числа базовых единиц с трех до двух путем переопределения международного вольта как производной единицы. Было несколько других изменений, имеющих меньшее практическое значение: [1]
С развитием теории электромагнетизма и количественного исчисления стало очевидно, что в дополнение к основным единицам времени, длины и массы, когерентная система единиц может включать только одну электромагнитную базовую единицу . Первая такая система была предложена Джорджи в 1901 году: [16] [17] [18] она использовала ом в качестве дополнительной базовой единицы в системе MKS , и поэтому ее часто называют системой MKSΩ или системой Джорджи.
Еще одна проблема с системой электрических единиц CGS, на которую указал еще в 1882 году Оливер Хевисайд [19] , заключалась в том, что они не были «рационализированы», то есть они не учитывали должным образом диэлектрическую и магнитную проницаемость как свойства среды. Джорджи также был ярым сторонником рационализации электрических единиц. [17]
Выбор электрической единицы для базовой единицы в рационализированной системе зависит только от практических соображений, в частности, от способности реализовать единицу точно и воспроизводимо. Ампер быстро получил поддержку по сравнению с омом, поскольку многие национальные лаборатории стандартов уже реализовали ампер в абсолютных величинах, используя амперные весы . [16] [20] Международная электротехническая комиссия (МЭК) приняла систему Джорджи с ампером, заменившим ом в 1935 году, и этот выбор базовых единиц часто называют системой MKSA. [17]
Международный комитет мер и весов (МКМВ) одобрил новый набор определений для электрических единиц, основанных на рационализированной системе MKSA, в 1946 году, и они были приняты на международном уровне в соответствии с Метрической конвенцией 9-й Генеральной конференцией по мерам и весам в 1948 году. [21] В этой системе, которая впоследствии стала Международной системой единиц (СИ), ом является производной единицей. [Примечание 3]
Определения электрических единиц в системе СИ формально эквивалентны международным определениям 1908 года, и поэтому не должно было быть никаких изменений в размере единиц. Тем не менее, международный ом и международный вольт обычно не реализовывались в абсолютных терминах, а со ссылкой на стандартное сопротивление и стандартную электродвижущую силу соответственно. Реализации, рекомендованные в 1908 году, не совсем эквивалентны абсолютным определениям: рекомендуемые коэффициенты преобразования [22] следующие:
хотя для отдельных стандартов в национальных измерительных лабораториях могут применяться немного отличающиеся коэффициенты. [Примечание 4] Поскольку международный ампер обычно реализовывался с помощью амперных весов, а не электролитически, [ 16] 1 А инт = 1 А. Коэффициент преобразования для «электролитического» ампера (А эл ) можно рассчитать из современных значений атомного веса серебра и постоянной Фарадея :