Международная система электрических и магнитных единиц - International System of Electrical and Magnetic Units - Wikipedia

В Международная система электрических и магнитных единиц устаревшая система единиц измерения электрических и магнитных величин. Она была предложена как система практических международных единиц единогласной рекомендацией на Международный электротехнический конгресс (Чикаго, 1893 г.), обсуждался на других Конгрессах и, наконец, принят на Международной конференции по электрическим установкам и стандартам в Лондоне в 1908 г.[1] Он устарел за счет включения электромагнитных блоков в Международная система единиц (SI) на 9-м Генеральная конференция по мерам и весам в 1948 г.

Более ранние системы

Связь между электромагнитными устройствами и более привычными устройствами длина, масса и время был впервые продемонстрирован Гаусс в 1832 году с его измерениями магнитного поля Земли,[2] и принцип был распространен на электрические измерения Neumann в 1845 г.[3][4] Полная система метрических электрических и магнитных единиц была предложена Вебер в 1851 г.,[5] основанный на идее, что электрические единицы могут быть определены исключительно в отношении абсолютных единиц длины, массы и времени.[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 велению Томсон,[8] в Британская ассоциация развития науки (BA) учредил комитет в 1861 году, первоначально для изучения стандартов электрического сопротивления,[9] который был расширен в 1862 году, чтобы включить другие электрические стандарты.[10] После двух лет дискуссий, экспериментов и значительных разногласий во мнениях,[8] комитет решил адаптировать подход Вебера к Система CGS единиц,[11] но использовали метр, грамм и секунду как их абсолютные единицы. Однако обе эти единицы было трудно понимать и (часто) непрактично маленький.[12] Чтобы преодолеть эти недостатки, B.A. также предложил набор «практичных» или «воспроизводимых» единиц, которые не были напрямую связаны с системой CGS, но которые, насколько позволяла экспериментальная точность, были равны кратным единицам соответствующих единиц CGS.[13]Ба. разработал два комплекты узлов СКГУ. Практические блоки были основаны на электромагнитный комплект агрегатов а не электростатический комплект.[13]

Система 1893 года

Ба. система практических подразделений получила значительную международную поддержку и была принята - с одной важной модификацией - Первая международная конференция электриков (Париж, 1881 г.). Британская ассоциация создала артефактное представление сопротивления (стандартная длина провода сопротивления, имеющего сопротивление 109 Единиц электрического сопротивления CGS, то есть одного Ом), тогда как международная конференция предпочла метод реализация это можно было повторить в разных лабораториях в разных странах. Выбранный метод был основан на удельное сопротивление из Меркурий, измеряя сопротивление столба ртути заданных размеров (106 см × 1 мм2): однако выбранная длина колонны была почти на 3 миллиметра короче, что привело к разнице в 0,28% между новыми практическими единицами и единицами CGS, которые предположительно были их основой.[14]

Аномалия была разрешена на другой международной конференции в Чикаго в 1893 году путем корректировки определения сопротивления. Устройства, согласованные на этой конференции, были названы «международными», чтобы отличить их от своих предшественников.

Система 1893 г. имела три базовых единицы: международная ампер, Международный ом и международный вольт.

Единица измерения1893 («международный») определение[Примечание 1]CGS ("абсолютный") эквивалентПримечания
амперНеизменный Текущий который при прохождении через раствор нитрат серебра в воде отложения серебро в размере 0,001 118 00 грамм в секундуТок, возникающий в проводнике с сопротивлением 1 Ом, когда между его концами существует разность потенциалов 1 вольт.0,1 СГС единиц электрического тока
омВ сопротивление предложили неизменному электрический ток колонной Меркурий при температуре таяния льда массой 14,4521 г, постоянной площади поперечного сечения и длиной 106,3 см109 Единицы электрического сопротивления СГС
вольт​1000⁄1434 из электродвижущая сила из Ячейка Кларка при температуре 15 ° CЭлектродвижущая сила, создаваемая в электрическая цепь что сокращает 108 магнитные силовые линии в секунду108 Единицы электродвижущей силы СГС

Международные подразделения не имели того же официального юридического статуса, что и метр и килограмм сквозь Метр Соглашение (1875 г.), хотя несколько стран приняли это определение в своих национальных законах (например, США, через публичный закон 105 от 12 июля 1894 г.[15]).

Переопределение и модификация 1908 года

Система единиц 1893 г. была переопределена, как видно из анализа Закон Ома:

V = яр

По закону Ома, зная любые две физические величины V, я или же р (разность потенциалов, ток или сопротивление) будет определять третье, и все же система 1893 года определяет единицы для всех трех величин. С усовершенствованием методов измерения вскоре было признано, что

1 Вint ≠ 1 Аint × 1 Омint.

Решение было принято на международной конференции в Лондоне в 1908 году. Существенным моментом было сокращение количества базовых единиц с трех до двух путем пересмотра международного вольта как производной единицы. Было еще несколько модификаций менее практического значения:[1]

  • международный ампер и международный ом были формально определены в терминах соответствующих Электромагнитные блоки CGS, с определениями 1893 г., оставленными в качестве предпочтительных реализации;
  • предпочтительное воплощение международного вольта выражалось в электродвижущей силе Клетка Вестона при 20 ° C (1,0184 Вint), поскольку этот тип ячейки имеет более низкий температурный коэффициент, чем ячейка Кларка;
  • формально определены несколько других производных единиц для использования в электрических и магнитных измерениях:[Примечание 1]
Международный кулон
в электрический заряд передается током в один международный ампер за одну секунду;[Заметка 2]
Международный фарад
в емкость из конденсатор заряжен до потенциала в один международный вольт за один международный кулон электричества;[Заметка 2]
Джоуль
107 единицы работай в системе CGS - достаточно хорошо для практического использования представлена ​​энергией, затрачиваемой за одну секунду международным ампером в международном оме;
Ватт
107 единицы мощность в системе CGS, представлен достаточно хорошо для практического использования работой, выполняемой со скоростью один джоуль в секунду;
Генри
в индуктивность в цепи, когда электродвижущая сила, индуцированная в этой цепи, составляет один международный вольт, в то время как индуцирующий ток изменяется со скоростью один ампер в секунду.

Единицы СИ

С развитием теории электромагнетизм И в количественное исчисление стало очевидным, что помимо основных единиц времени, длины и массы, последовательный система единиц могла включать только один электромагнитный базовый блок. Первая такая система была предложена Георгий в 1901 г .:[16][17][18] он использовал ом в качестве дополнительного базового блока в Система МКС, и поэтому часто упоминается как система MKSΩ или система Джорджи.

Дополнительная проблема с системой электрических блоков CGS, указанная еще в 1882 г. Оливер Хевисайд,[19] было то, что они не были "рационализированы", то есть они не смогли должным образом учесть диэлектрическая проницаемость и проницаемость как свойства среды. Георгий также был большим сторонником рационализации электрических устройств.[17]

Выбор электрического блока для базового блока в рационализированной системе зависит только от практических соображений, особенно от способности понимать устройство точно и воспроизводимо. В ампер быстро завоевал поддержку в отношении сопротивления, так как многие национальные лаборатории стандартизации уже определили ампер в абсолютном выражении, используя амперные балансы.[16][20] В Международная электротехническая комиссия (IEC) приняла систему Giorgi с заменой ампера в 1935 году, и такой выбор базовых блоков часто называют системой MKSA.[17]

В Международный комитет мер и весов (CIPM) утвердил новый набор определений для электрических единиц, основанный на рационализированной системе MKSA, в 1946 году, и они были приняты на международном уровне в соответствии с Метр Соглашение к 9-муГенеральная конференция по мерам и весам в 1948 г.[21] Согласно этой системе, которая станет Международная система единиц (СИ) ом - производная единица.[Заметка 3]

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[22] находятся

1 Омint ≈ 1.000 49 Ом
1 Вint ≈ 1.000 34 В

хотя для отдельных эталонов в национальных измерительных лабораториях могут применяться несколько иные факторы.[Примечание 4] Поскольку международный ампер обычно определялся с помощью баланса ампер, а не электролитически,[16] 1 Аint = 1 А. Коэффициент преобразования для «электролитического» ампера (Аэл.) можно рассчитать из современных значений атомный вес из серебро и Постоянная Фарадея:

1 Аэл. = 1.000 022 (2) А

Смотрите также

Примечания и ссылки

Примечания

  1. ^ а б Терминология некоторых определений была обновлена ​​до современного использования.
  2. ^ а б В кулон и фарад использовались ранее в Б.А. системы электрических единиц с немного разными определениями, отсюда необходимость добавления квалификатора «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 в 1 ампер, причем проводник не является источником какой-либо электродвижущей силы.
  4. ^ Коэффициенты преобразования для национальных стандартов США (NIST) составляют 1 Ом.int = 1.000 495 Ом и 1 Вint = 1.000 330 В.

Рекомендации

  1. ^ а б «Единицы, физические». Британская энциклопедия. 27 (11-е изд.). Нью-Йорк: Британская энциклопедия. 1911. с. 742.
  2. ^ Гаусс, К.Ф. (1832–37), "Intensitas vis magnetae terrestris ad mensuram absolutam revocata", Комментарии Societatis Regiae Scientiarum Gottingensis Recentiores, 8: 3–44. английский перевод.
  3. ^ Нойман, Ф. Э. (1847), "Allgemeine Gesetze der induciten elektrischen Ströme", Abhandlungen der Königlichen Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin: Aus dem Jahre 1845 г.: 1–87, получено 9 апреля 2018; Перепечатано: "Die Mathematischen Gesetze der induciten elektrischen Ströme", Франц Нойманн gesammelte Werke, 3, Лейпциг: Б. Г. Тойбнер, 1912, стр. 257–344..
  4. ^ Нойман, 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 г.: 1–71, получено 9 апреля 2018; Перепечатано: Франц Нойманн gesammelte Werke, 3, Лейпциг: Б. Г. Тойбнер, 1912, стр. 345–424..
  5. ^ "Вебер, Вильгельм Эдуард", Британская энциклопедия, 28 (11-е изд.), Нью-Йорк: Британская энциклопедия, 1911, стр. 458
  6. ^ Вебер, W.E. (1851). "Messungen galvanischer Leitungswiderstände nach einem absoluten Maaße". Annalen der Physik und Chemie. 82 (3): 337–369. Дои:10.1002 / andp.18511580302. Печатается на: "Messungen galvanischer Leitungswiderstände nach einem absoluten Maasse". Верке Вильгельма Вебера. Springer. 1893. С. 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". Annalen der Physik. 158 (3): 337–369. Дои:10.1002 / andp.18511580302. Английский перевод: . Перевод Э. Аткинсона. «Об измерении электрического сопротивления по абсолютному стандарту». Философский журнал. 22, четвертая серия: 226–240 и 261–269. 1840 г.
  7. ^ G.C.F. (1891). "Вильгельм Эдуард Вебер". Природа. 44 (1132): 229–230. Дои:10.1038 / 044229b0. S2CID  4060786.
  8. ^ а б «Единицы, физические». Британская энциклопедия. 27 (11-е изд.). Нью-Йорк: Британская энциклопедия. 1911. с. 740.
  9. ^ «Рекомендации, принятые Генеральным комитетом на собрании в Манчестере в сентябре 1861 года». Отчет тридцать первой встречи Британской ассоциации содействия развитию науки. Лондон: Джон Мюррей. 1862. pp. Xxxix – xl.
  10. ^ «Рекомендации, принятые Генеральным комитетом на Кембриджском заседании в октябре 1862 года». Отчет о тридцать втором заседании Британской ассоциации содействия развитию науки. Лондон: Джон Мюррей. 1863. pp. Xxxix.
  11. ^ «Отчет Генерального комитета, назначенного Британской ассоциацией стандартов электрического сопротивления». Отчет тридцать третьего заседания Британской ассоциации содействия развитию науки. Лондон: Джон Мюррей. 1864. С. 111–176.
  12. ^ «Единицы, физические». Британская энциклопедия. 27 (11-е изд.). Нью-Йорк: Британская энциклопедия. 1911. с. 743.
  13. ^ а б «Единицы, физические». Британская энциклопедия. 27 (11-е изд.). Нью-Йорк: Британская энциклопедия. 1911. с. 741.
  14. ^ ом, sizes.com, получено 2010-08-11.
  15. ^ T.C. Менденхолл (1895). «Юридические единицы измерения электрической энергии». Наука. 1 (1): 9–15. Дои:10.1126 / science.1.1.9. JSTOR  1623949. PMID  17835949.
  16. ^ а б c «Единицы, физические», Британская энциклопедия, 27 (11-е изд.), 1911, с. 738–45..
  17. ^ а б c Джованни Джорджи, Международная электротехническая комиссия, получено 2014-02-21.
  18. ^ Георгий, Г., Рациональные единицы электромагнетизма. Оригинальная рукопись с рукописными пометками Оливера Хевисайда.
  19. ^ Хевисайд, О. (1882). «Связь между магнитной силой и электрическим током». Электрик (18 ноября): 6..
  20. ^ Глейзбрук, Р. Т. (1936), «Четвертый блок системы электрических блоков Георгия», Proc. Phys. Soc., 48 (3): 452–455, Дои:10.1088/0959-5309/48/3/312.
  21. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), С. 144, ISBN  92-822-2213-6, в архиве (PDF) из оригинала на 2017-08-14.
  22. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Величины, единицы и символы в физической химии, 2-е издание, Oxford: Blackwell Science. ISBN  0-632-03583-8. п. 114. Электронная версия..

внешняя ссылка