電磁單位制

電磁單位制

物理量單位制中電磁量單位的集合。在歷史上起過重要作用的電磁單位制主要有絕對靜電制、絕對電磁製、高斯制、實用單位制、國際單位制等幾種。

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正文


基本單位 為了建立一種物理量單位制,首先要選取若干個彼此獨立的物理量,把這些量的單位作為基本單位。然後利用物理學方程從基本單位導出其他各種物理量的單位,稱為導出單位。基本單位和導出單位一起構成了一種物理量單位制。
對於一種單位制來說,應有足夠數目的基本單位,以保證能從這些基本單位得到所有的導出單位。但是,基本單位的數目應減少到最低限度,以保證單位制內部的一致性。選擇何種物理量單位作為基本單位,由兩方面的因素決定。首先,所選的物理量應是在物理學中起最基本作用的量。此外,所選物理量的單位應能準確地復現,並便於保存。不同單位制的差別就在於基本單位的選取方法不同。
力學量的基本單位是最重要的,一般選取長度、時間和質量(或力)3 種物理量的單位為力學量基本單位,並由此可導出所有的其他力學量單位。但是,電磁現象在原理上不能歸結為力學現象,所以在單位制中還必須增加一個電磁量基本單位。從這樣 4個基本單位就可導出所有的電磁量單位。
絕對靜電制 簡稱CGSE制。其中所選的長度單位為厘米(cm), 質量單位為克(g),時間單位為秒(s)。此單位制中未明確規定電磁量基本單位,但把真空中的電學庫侖定律的比例係數取為1,實際上等效於把真空介電常數ε0取作電磁量基本單位,並把其值規定為1。絕對靜電制在靜電學的發展中起過較大作用。其缺點是此單位制中的不少單位的量值太小或太大,不便於實用。
絕對電磁製 簡稱 CGSM制。其中的力學量單位與CGSE制相同,但規定真空中的磁學庫侖定律的比例係數為1,等效於把真空磁導率μ0取作電磁基本單位,並把其值規定為1。這種單位制較適用於磁學計算,但其中也有不少單位的量值過大或過小,使用不便。
高斯制 其中的靜電量單位均與CGSE制相同,磁學量單位則與CGSM制相同。此單位制的優點是靜電學和靜磁學的公式均較簡單,大部分導出單位的量值也較適中,因此這種單位制在物理學中使用得較廣泛。高斯制的缺點是在聯繫靜電量和磁學量的公式中會出現以光速 c為因子的比例常數,使公式複雜化。
實用單位制 簡稱為MKSA制。在工程中使用得最廣泛。其中長度單位為米(m),質量單位為千克(kg),時間單位為秒(s),並明確規定了電磁量的基本單位為電流單位安培。這種單位制中絕大部分單位大小適中,便於實用。但採用此單位制時,真空的磁導率介電常數均為不等於1的常數,因而一些公式顯得稍為複雜。
國際單位制 由於實用單位制的明顯優點,1954年,第10屆國際計量大會決定以實用單位制的 4個基本單位為基礎,再增添熱力學溫度單位開爾文發光強度單位坎德拉兩個基本單位,從而構成更廣泛的國際實用單位制。此種單位制在1960年的第11屆國際計量大會上被正式命名為國際單位制,縮寫為SI。在1971年的第14屆國際計量大會上又決定,在國際單位制中再增添物質的量的單位摩爾作為第 7個基本單位。以後的各屆計量大會對國際單位制中的基本單位的定義又有所修改,使之進一步完善。
國際單位制中的電學量基本單位──安培(電流單位)的定義如下:“安培 (A)是電流的單位。在真空中,截面積可忽略的兩根相距 1米的無限長平行圓直導線內通以等量恆定電流時,如導線間相互作用力在每米長度上為2×10-7牛,則每根導線中的電流定義為1安。”這樣的定義與規定真空磁導率μ0=4π×10-7亨/米等效(見電單位的絕對測定)。
國際單位制與其他幾種單位制中的主要電磁量單位及相互關係見表。
電磁單位制
電磁單位制
國際單位制現已被廣泛接受。中華人民共和國計量法中亦已明確規定了在中國採用國際單位制。1985年頒布的中華人民共和國法定計量單位即以國際單位製為基礎制訂。
參考書目
袁楠、沈平子:《電磁量的單位制和單位的復現與傳遞》,機械工業出版社,北京,1986。