国際電気磁気単位系

国際電気磁気単位系は、電気量と磁気量の測定に使われる廃止された単位系である。国際電気会議（1893年シカゴ）で満場一致で勧告された実用的な国際単位系（国際アンペア、国際オーム、国際ボルトなど）として提案され、他の会議でも議論され、最終的に1908年にロンドンで開催された国際電気単位標準会議で採用された。 ^{[1] 1948年の第9回}国際度量衡総会で電磁単位が国際単位系（SI）に追加されたことで廃止された。

電磁気単位と、より馴染みのある長さ、質量、時間などの単位との関連は、 1832年にカール・フリードリヒ・ガウスが地球の磁場の測定によって初めて実証され、^[2]その原理は1845年にフランツ・エルンスト・ノイマンによって電気測定に拡張されました。 ^{[3] [4]}完全なメートル法の電気および磁気単位系は、1851年にヴィルヘルム・エドゥアルト・ウェーバーによって提案されました。[ ^5]これは、電気単位は長さ、質量、時間という絶対単位との関係でのみ定義できるという考えに基づいています。^{[6] [7]}ウェーバーの最初の提案は、ミリメートル・ミリグラム・秒の単位系に基づいていました。

電信（ガウスとウェーバーの発明）の開発は、正確な電気測定の必要性を証明した。ウィリアム・トムソンの要請により、^[8]英国科学振興協会（BA）は1861年に委員会を設立し、当初は電気抵抗の基準を検討したが、^[9] 1862年には他の電気基準も対象に拡大された。^[10] 2年間の議論、実験、かなりの意見の相違を経て、^[8]委員会はウェーバーのアプローチをCGS単位系に採用することを決定したが、^[11]絶対単位としてメートル、グラム、秒を使用した。しかし、これらの単位は実現が難しく、（多くの場合）非現実的なほど小さかった。^[12]これらのハンディキャップを克服するために、BAは「実用的な」または「再現可能な」単位のセットも提案した。これはCGSシステムに直接関連付けられていないが、実験精度が許す限り、対応するCGS単位の倍数に等しいものであった。^[13] BAは2セットのCGS単位を開発しました。実用的な単位は静電単位セットではなく電磁単位セットに基づいていました。^[13]

BA の実用単位システムは国際的に大きな支持を得て、1 つの重要な変更を加えて第 1 回国際電気会議(パリ、1881 年) で採用されました。英国電気協会はオームの人工表現 (10 ⁹  CGS 単位の電気抵抗、つまり 1 オームの抵抗を持つ抵抗線の標準長さ) を構築していましたが、国際会議ではさまざまな国のさまざまな研究室で再現できる実現方法が好まれました。選択された方法は、特定の寸法 (106 cm × 1 mm ² )の水銀柱の抵抗を測定するという水銀の抵抗率に基づくものでした。しかし、選択された柱の長さは 3 ミリメートル近く短かったため、新しい実用単位と、その基礎とされる CGS 単位との間に 0.28% の差が生じました。^[14]

この異常は、1893 年にシカゴで開催された別の国際会議で、オームの定義を修正することで解決されました。この会議で合意された単位は、以前の単位と区別するために「国際」単位と呼ばれました。

1893 年のシステムには、国際アンペア、国際オーム、国際ボルトの 3 つの基本単位がありました。

国際単位は、メートル条約（1875年）を通じてメートルやキログラムと同じ正式な法的地位を持っていませんでしたが、いくつかの国では国内法の中でその定義を採用していました（例：米国では、1894年7月12日の公法105号^[15]）。

1893 年の単位系は過剰に定義されていたことが、オームの法則の検討からもわかる。

V = I Rです。

オームの法則によれば、物理量V、I、R（電位差、電流、抵抗）のうち2つがわかれば3つ目が定義できるが、1893年のシステムでは3つの量すべての単位が定義されている。測定技術の進歩により、すぐに次のことが認識された。

1 V _int  ≠ 1 A _int  × 1 Ω _int。

解決策は1908年にロンドンで開催された国際会議で発表された。その本質は、国際ボルトを派生単位として再定義することで、基本単位の数を3つから2つに減らすことだった。実用上あまり重要ではない変更もいくつかあった。^[1]

• 国際アンペアと国際オームは、対応するCGS電磁気単位で正式に定義され、1893年の定義が優先的な実現として保持されました。
• 国際ボルトの好ましい実現方法は、ウェストン電池の20℃における起電力（1.0184 V _int）に基づくもので、このタイプの電池はクラーク電池よりも温度係数が低いためである。
• 電気や磁気の測定に使用するための他のいくつかの派生単位が正式に定義された：^{[注 1]}

国際クーロン

1国際アンペアの電流によって1秒間に伝達される電荷​​。^[注2]

国際ファラド

1国際クーロンの電気によって1国際ボルトの電位に充電されたコンデンサの静電容量。 ^{[注 2]}

ジュール

CGS システムにおける10 ⁷単位の仕事。国際アンペアが国際オームで 1 秒間に消費するエネルギーによって実用上十分に表現されます。

ワット

CGS システムにおける10 ⁷単位の電力は、1 秒あたり 1 ジュールの速度で行われる仕事によって実用的に十分に表現されます。

ヘンリー

回路に誘導される起電力が 1 国際ボルトであり、誘導電流が 1 アンペア/秒の割合で変化するときの回路のインダクタンス。

電磁気学の理論と数量計算の進歩により、時間、長さ、質量の基本単位に加えて、一貫した単位系には電磁気の基本単位を1つだけ含めることができることが明らかになりました。最初のそのようなシステムは、1901年にジョルジによって提案されました。 ^{[16] [17] [18]}このシステムは、 MKSシステムの追加の基本単位としてオームを使用したため、MKSΩシステムまたはジョルジシステムと呼ばれることがよくあります。

1882年にオリバー・ヘヴィサイド[19]が指摘したCGS電気単位系のさらなる問題点は、それらが^{「合理化」されていないこと、つまり媒体の特性としての}誘電率と透磁率を適切に考慮していないことである。ジョルジは電気単位の合理化の強力な支持者でもあった。^[17]

合理化されたシステムにおける基本単位の電気単位の選択は、実用上の考慮、特に単位を正確かつ再現可能に実現する能力にのみ依存する。多くの国家標準研究所がアンペア天秤を使用してアンペアを絶対値で実現していたため、アンペアはオームよりも急速に支持を得た。^{[16] [20]}国際電気標準会議（IEC）は1935年にオームに代わってアンペアを採用したジョルジシステムを採用し、この基本単位の選択はしばしばMKSAシステムと呼ばれる。^[17]

国際度量衡委員会（CIPM）は、合理化されたMKSAシステムに基づく電気単位の新しい定義を1946年に承認し、これらは1948年の第9回 国際度量衡総会でメートル条約の下で国際的に採用されました^{。[21]このシステムは}国際単位系（SI）となり、オームは派生単位です。^{[注 3]}

SI電気単位の定義は1908年の国際定義と形式的には同等であるため、単位の大きさには変更はないはずである。しかし、国際オームと国際ボルトは通常、絶対値ではなく、それぞれ標準抵抗と標準起電力を参照して実現されていた。1908年に推奨された実現方法は、絶対値の定義と正確には同等ではない。推奨された変換係数^[22]は、

1 Ω_整数≈ 1.000 49 Ω

1 V_整数≈ 1.000 34 V

ただし、各国の計測研究所の個々の標準には若干異なる係数が適用される場合がある。^{[注 4]}国際アンペアは、通常、電解ではなくアンペア天秤によって実現されたため、^[16] 1 A _int  = 1 A である。「電解」アンペア (A _{elec ) の変換係数は、}銀の原子量とファラデー定数の現在の値から計算できる。

1 A_電気= 1.000 022(2) A

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