Международная система электрических и магнитных единиц - International System of Electrical and Magnetic Units
Международная система электрических и магнитных единиц является устаревшей системой единиц , используемых для измерения электрических и магнитных величин. Она была предложена в качестве системы практических международных единиц по единодушной рекомендации на Международном электрическом конгрессе (Чикаго, 1893 г.), обсуждена на других конгрессах и, наконец, принята на Международной конференции по электрическим единицам и стандартам в Лондоне в 1908 г. Она была признана устаревшей. путем 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 привычными единицами длиной , массой и времени было впервые продемонстрирована Гаусс в 1832 году с его измерением магнитного поля Земли, и принцип был продлен до электрических измерений с помощью Неймана в 1845. полной системы метрики электрические и магнитные единицы были предложены Вебером в 1851 году на основе идеи, что электрические единицы могут быть определены исключительно в отношении абсолютных единиц длины, массы и времени. Первоначальное предложение Вебера было основано на системе единиц миллиметр-миллиграмм-секунда.
Развитие электрического телеграфа (изобретение Гаусса и Вебера) продемонстрировало необходимость точных электрических измерений. По велению Томсона , то Британская ассоциация содействия развитию науки (BA) создана комитет в 1861 году, первоначально для изучения стандартов для электрического сопротивления, который был расширен в 1862 году , чтобы включить другие электрические стандарты. После двух лет обсуждений, экспериментов и значительных разногласий комитет решил адаптировать подход Вебера к системе единиц CGS , но использовал метр, грамм и секунду в качестве их абсолютных единиц. Однако эти устройства были трудными для реализации и (часто) непрактично небольшими. Чтобы преодолеть эти недостатки, BA также предложил набор «практичных» или «воспроизводимых» единиц, которые не были напрямую связаны с системой CGS, но которые, насколько позволяла экспериментальная точность, были равны количеству соответствующих единиц CGS. BA разработало два комплекта блоков CGS. Практические блоки были основаны на электромагнитном наборе единиц, а не на электростатическом наборе .
Система 1893 года
Система практических единиц BA получила значительную международную поддержку и была принята - с одной важной модификацией - Первой международной конференцией электриков (Париж, 1881 г.). Британская ассоциация построила артефактное представление Ом (стандартная длина провода сопротивления, имеющая сопротивление 10 9 единиц СГС электрического сопротивления, 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 сопротивления от ртути , путем измерения сопротивления столба ртути заданных размеров (106 см × 1 мм 2 ): однако, выбранная длина колонки была почти в 3 миллиметра слишком коротка, что приводит к разнице 0,28% между новыми практическими единицами и единицами CGS, которые якобы составляли их основу.
Аномалия была разрешена на другой международной конференции в Чикаго в 1893 году путем корректировки определения сопротивления. Единицы, согласованные на этой конференции, были названы «международными» единицами, чтобы отличить их от своих предшественников.
Система 1893 года имела три основных единицы: международный ампер , международный ом и международный вольт .
| Ед. изм | 1893 («международный») определение | CGS ("абсолютный") эквивалент | Примечания |
|---|---|---|---|
| ампер | Постоянный ток, который при прохождении через раствор нитрата серебра в воде осаждает серебро со скоростью 0,001 118 00 граммов в секунду. | Ток, возникающий в проводнике с сопротивлением 1 Ом, когда между его концами существует разность потенциалов 1 вольт. | 0,1 СГС единиц электрического тока |
| ом | Сопротивление предложили к неизменному электрическому току на колонку с ртутью при температуре таяния льда 14.4521 грамм в массе, постоянная площадь поперечного сечения и длинами 106,3 см | 10 9 СГС единиц электрического сопротивления | |
| вольт | 1000 / 1434 от электродвижущей силы в виде ячейки Кларка при температуре 15 ° С | Электродвижущая сила, создаваемая в электрической цепи, которая разрезает 10 8 магнитных силовых линий в секунду. | 10 8 CGS ед. Электродвижущей силы |
Международные единицы не имели того же формального правового статуса, что метр и килограмм в соответствии с Метрической конвенцией (1875 г.), хотя несколько стран приняли это определение в своих национальных законах (например, США, в соответствии с публичным законом 105 от 12 июля, 1894 г.).
Переопределение и модификация 1908 года
Система единиц 1893 года была переопределена, как видно из рассмотрения закона Ома :
По закону Ома, знание любых двух физических величин V , I или R (разность потенциалов, ток или сопротивление) будет определять третью, и все же система 1893 года определяет единицы для всех трех величин. С усовершенствованием методов измерения вскоре было признано, что
- 1 В int ≠ 1 A int × 1 Ω int .
Решение было принято на международной конференции в Лондоне в 1908 году. Существенным моментом было сокращение количества базовых единиц с трех до двух, переопределив международный вольт как производную единицу. Было еще несколько модификаций, менее важных с практической точки зрения:
- международный ампер и международный ом были формально определены в терминах соответствующих электромагнитных единиц CGS , с определениями 1893 года, сохраненными в качестве предпочтительных реализаций ;
- предпочтительной реализацией международного вольта была электродвижущая сила элемента Вестона при 20 ° C (1,0184 В int ), поскольку этот тип элемента имеет более низкий температурный коэффициент, чем элемент Кларка;
- Были формально определены несколько других производных единиц для использования в электрических и магнитных измерениях:
- Международный кулон
- электрический заряд переносится током одного международного ампера в одну секунду;
- Международный фарад
- емкость из конденсатора заряженного до потенциала одного международного вольта на один международных кулоны электричества;
- Джоуль
- 10 7 единиц работы в системе CGS, представленные достаточно хорошо для практического использования энергией, затрачиваемой за одну секунду международным ампером в международном оме;
- Ватт
- 10 7 единиц мощности в системе CGS, представленные достаточно хорошо для практического использования работой, выполняемой со скоростью один джоуль в секунду;
- Генри
- индуктивности в цепи , когда электродвижущая сила индуцируется в этой цепи один международный вольт, в то время как индуцировать 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, связная система единиц может включать только одну базовую электромагнитную единицу . Первая такая система была предложена Георгием в 1901 году: в ней использовался ом в качестве дополнительной базовой единицы в системе MKS , поэтому ее часто называют системой MKSΩ или системой Giorgi.
Дополнительная проблема с системой электрических единиц CGS, указанная еще в 1882 году Оливером Хевисайдом , заключалась в том, что они не были «рационализированы», то есть они не смогли должным образом учесть диэлектрическую проницаемость и проницаемость как свойства среды. Георгий также был большим сторонником рационализации электрических устройств.
Выбор электрического блока для базового блока в рационализированной системе зависит только от практических соображений, особенно от способности реализовать блок точно и воспроизводимо. Ампер быстро получил поддержку над омами, так как многая национальные стандарты лаборатория уже понимала , ампер в абсолютном выражении с использованием амперных противовесов . Международная электротехническая комиссия (МЭК) приняла систему Джорджей с ампером заменяющего ом в 1935 году, и этот выбор базовых блоков часто называют систему MKSA.
Международный комитет мер и весов (МКМВ) утвердил новый набор определений для электрических единиц, на основе рационализировать системы MKSA, в 1946 году, и они были на международном уровне, принятых в рамках Метрической конвенции по 9 - й Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году В рамках этой системы, которая впоследствии стала Международной системой единиц (СИ), ом является производной единицей.
Определения электрических единиц в системе СИ формально эквивалентны международным определениям 1908 года, поэтому не должно было быть никаких изменений в размерах единиц. Тем не менее, международное сопротивление и международное вольт обычно не определялись в абсолютных величинах, а определялись как стандартное сопротивление и стандартная электродвижущая сила, соответственно. Реализации, рекомендованные в 1908 году, не совсем эквивалентны абсолютным определениям: рекомендуемые коэффициенты пересчета
- 1 Ом int ≈ 1.000 49 Ом
- 1 В внутр. ≈ 1.000 34 В
хотя для отдельных эталонов в национальных измерительных лабораториях могут применяться несколько иные факторы. Поскольку международное амперной обычно реализуется с помощью амперной баланса , а не электролитически, 1 А INT = 1 А. Коэффициент преобразования для «электролитической» Ампер (А элек ) могут быть вычислены из современных значений атомного веса из серебра и Фарадея :
- 1 A elec = 1.000 022 (2) A