Système international d'unités électriques et magnétiques - International System of Electrical and Magnetic Units

Le Système international d'unités électriques et magnétiques est un système d'unités obsolète utilisé pour mesurer les grandeurs électriques et magnétiques. Il a été proposé comme un système d'unités internationales pratiques par recommandation unanime au Congrès international de l'électricité (Chicago, 1893), discuté lors d'autres congrès, et finalement adopté à la Conférence internationale sur les unités et les normes électriques à Londres en 1908. Il est devenu obsolète par l'inclusion des unités électromagnétiques dans le Système international d'unités (SI) lors de la 9e Conférence générale des poids et mesures en 1948.

Systèmes antérieurs

Le lien entre les unités électromagnétiques et les unités plus familières de longueur , de masse et de temps a été démontré pour la première fois par Gauss en 1832 avec sa mesure du champ magnétique terrestre, et le principe a été étendu aux mesures électriques par Neumann en 1845. Un système complet de métrique Les unités électriques et magnétiques ont été proposées par Weber en 1851, sur la base de l'idée que les unités électriques pouvaient être définies uniquement par rapport aux unités absolues de longueur, de masse et de temps. La proposition originale de Weber était basée sur un système d'unités millimètre-milligramme-seconde.

Le développement du télégraphe électrique (une invention de Gauss et Weber) a démontré la nécessité de mesures électriques précises. À la demande de Thomson , l' Association britannique pour l'avancement des sciences (BA) a mis en place un comité en 1861, initialement pour examiner les normes de résistance électrique, qui a été élargie en 1862 pour inclure d'autres normes électriques. Après deux ans de discussion, d'expérimentation et de divergences d'opinion considérables, le comité a décidé d'adapter l'approche de Weber au système d'unités CGS , mais a utilisé le mètre, le gramme et la seconde comme unités absolues. Cependant, ces unités étaient à la fois difficiles à réaliser et (souvent) trop petites. Pour surmonter ces handicaps, la BA a également proposé un ensemble d'unités « pratiques » ou « reproductibles », qui n'étaient pas directement liées au système CGS mais qui étaient, autant que la précision expérimentale le permettait, égales à des multiples des unités CGS correspondantes. La BA avait développé deux ensembles d'unités CGS. Les unités pratiques étaient basées sur l' ensemble d'unités électromagnétiques plutôt que sur l' ensemble électrostatique .

système de 1893

Le système BA d'unités pratiques a obtenu un soutien international considérable et a été adopté - avec une modification importante - par la première Conférence internationale des électriciens (Paris, 1881). La British Association avait construit une représentation artificielle de l'ohm (une longueur standard de fil de résistance qui avait une résistance de 10 9  unités CGS de résistance électrique, soit un ohm) alors que la conférence internationale préférait une méthode de réalisation qui pourrait être répétée en différents laboratoires dans différents pays. La méthode choisie était basée sur la résistivité du mercure , en mesurant la résistance d'une colonne de mercure de dimensions spécifiées (106 cm × 1 mm 2 ) : cependant, la longueur de colonne choisie était presque 3 millimètres trop courte, entraînant une différence de 0,28 % entre les nouvelles unités pratiques et les unités CGS qui étaient censées leur servir de base.

L'anomalie a été résolue lors d'une autre conférence internationale, à Chicago en 1893, par une correction dans la définition de l'ohm. Les unités convenues lors de cette conférence ont été appelées unités « internationales », pour les distinguer de leurs prédécesseurs.

Le système de 1893 avait trois unités de base : l' ampère international , l' ohm international et le volt international .

Unité Définition de 1893 (« international ») Équivalent CGS ("absolu") Remarques
ampère Le courant constant qui, lorsqu'il est passé à travers une solution de nitrate d'argent dans l'eau, dépose de l' argent à raison de 0,001 118 00 grammes par seconde Le courant produit dans un conducteur avec une résistance de 1 ohm lorsqu'il y a une différence de potentiel de 1 volt entre ses extrémités 0,1 unité CGS de courant électrique
ohm La résistance offerte à un courant électrique invariable par une colonne de mercure à la température de fonte de la glace 14,4521 grammes de masse, de section constante et de longueur de 106,3 centimètres 10 9 unités CGS de résistance électrique
volt 10001434 de la force électromotrice d'une cellule de Clark à une température de 15 °C La force électromotrice produite dans un circuit électrique qui coupe 10 8 lignes de force magnétique par seconde 10 8 unités CGS de force électromotrice

Les unités internationales n'avaient pas le même statut juridique formel que le mètre et le kilogramme par la Convention du mètre (1875), bien que plusieurs pays aient adopté la définition dans leurs lois nationales (par exemple, les États-Unis, par la loi publique 105 du 12 juillet, 1894).

La surdéfinition et la modification de 1908

Le système d'unités de 1893 était surdéfini, comme le montre l'examen de la loi d' Ohm :

V = I R

Par la loi d'Ohm, connaître deux des grandeurs physiques V , I ou R (différence de potentiel, courant ou résistance) définira la troisième, et pourtant le système de 1893 définit les unités pour les trois grandeurs. Avec l'amélioration des techniques de mesure, il a été rapidement reconnu que

1 V int  1 A int  × 1 Ω int .

La solution est venue lors d'une conférence internationale à Londres en 1908. L'essentiel était de réduire le nombre d'unités de base de trois à deux en redéfinissant le volt international comme une unité dérivée. Il y avait plusieurs autres modifications de moindre importance pratique:

  • l'ampère international et l'ohm international ont été formellement définis en termes d' unités électromagnétiques CGS correspondantes , avec les définitions de 1893 retenues comme réalisations préférées ;
  • la réalisation préférée du volt international était en termes de force électromotrice d'une cellule Weston à 20 °C (1,0184 V int ), car ce type de cellule a un coefficient de température inférieur à celui de la cellule Clark ;
  • plusieurs autres unités dérivées à utiliser dans les mesures électriques et magnétiques ont été formellement définies :
Coulomb international
la charge électrique transférée par un courant d'un ampère international en une seconde ;
Farad international
la capacité d'un condensateur chargé à un potentiel d'un volt international par un coulomb international d'électricité ;
Joule
10 7 unités de travail dans le système CGS, suffisamment bien représentées pour une utilisation pratique par l'énergie dépensée en une seconde par un ampère international dans un ohm international;
Watt
10 7 unités de puissance dans le système CGS, suffisamment bien représentées pour une utilisation pratique par le travail effectué à raison d'un joule par seconde;
Henri
l' inductance dans un circuit lorsqu'une force électromotrice induite dans ce circuit est d'un volt international, tandis que le courant inducteur varie au rythme d'un ampère par seconde.

Les unités SI

Avec les progrès de la théorie de l' électromagnétisme et du calcul des quantités , il est devenu évident qu'en plus des unités de base de temps, de longueur et de masse, un système cohérent d'unités ne pouvait inclure qu'une seule unité de base électromagnétique . Le premier système de ce type a été proposé par Giorgi en 1901 : il utilisait l' ohm comme unité de base supplémentaire dans le système MKS , et est donc souvent appelé système MKSΩ ou système Giorgi.

Un problème supplémentaire avec le système d'unités électriques CGS, signalé dès 1882 par Oliver Heaviside , était qu'ils n'étaient pas "rationnels", c'est-à-dire qu'ils ne tenaient pas compte correctement de la permittivité et de la perméabilité en tant que propriétés d'un milieu. Giorgi était également un grand partisan de la rationalisation des unités électriques.

Le choix de l'unité électrique pour l'unité de base dans un système rationalisé ne dépend que de considérations pratiques, en particulier la capacité de réaliser l'unité de manière précise et reproductible. L' ampère a rapidement gagné du terrain sur l'ohm, car de nombreux laboratoires de normalisation nationaux réalisaient déjà l'ampère en termes absolus en utilisant des balances d'ampères . La Commission électrotechnique internationale (CEI) a adopté le système Giorgi avec l'ampère remplaçant l'ohm en 1935, et ce choix d'unités de base est souvent appelé le système MKSA.

Le Comité international des poids et mesures (CIPM) a approuvé un nouvel ensemble de définitions pour les unités électriques, basé sur le système MKSA rationalisé, en 1946, et celles-ci ont été adoptées au niveau international dans le cadre de la Convention du Mètre par la 9e  Conférence générale des poids et mesures en 1948 Dans ce système, qui deviendrait le Système international d'unités (SI), l'ohm est une unité dérivée.

Les définitions SI des unités électriques sont formellement équivalentes aux définitions internationales de 1908, et il n'aurait donc dû y avoir aucun changement dans la taille des unités. Néanmoins, l'ohm international et le volt international n'étaient généralement pas réalisés en termes absolus mais par référence à une résistance standard et à une force électromotrice standard respectivement. Les réalisations préconisées en 1908 ne sont pas exactement équivalentes aux définitions absolues : les facteurs de conversion préconisés sont

1 Ω entier ≈ 1.000 49 Ω
1 V int ≈ 1.000 34 V

bien que des facteurs légèrement différents puissent s'appliquer aux étalons individuels dans les laboratoires de mesure nationaux. Comme l'ampère international était généralement réalisé au moyen d'une balance d'ampères plutôt que par voie électrolytique, 1 A int  = 1 A. Le facteur de conversion de l'ampère "électrolytique" (A elec ) peut être calculé à partir des valeurs modernes du poids atomique de l' argent et la constante de Faraday :

1 A élec = 1.000 022(2) A

Voir également

Notes et références

Remarques

Les références

Liens externes