El Sistema Internacional de Unidades Eléctricas y Magnéticas es un sistema obsoleto de unidades que se utiliza para medir cantidades eléctricas y magnéticas. Se propuso como un sistema de unidades internacionales prácticos por recomendación unánime en el Congreso Eléctrico Internacional (Chicago, 1893), discutido en otros Congresos, y finalmente aprobado en la Conferencia Internacional sobre equipos eléctricos y Estándares en Londres en 1908. [1] Es quedó obsoleto por la inclusión de unidades electromagnéticas en el Sistema Internacional de Unidades (SI) en la Novena Conferencia General sobre Pesos y Medidas en 1948.
Sistemas anteriores
El vínculo entre las unidades electromagnéticas y las unidades más familiares de longitud , masa y tiempo fue demostrado por primera vez por Gauss en 1832 con su medición del campo magnético de la Tierra, [2] y el principio fue extendido a las mediciones eléctricas por Neumann en 1845. [3 ] [4] Weber propuso un sistema completo de unidades eléctricas y magnéticas métricas en 1851, [5] basado en la idea de que las unidades eléctricas podían definirse únicamente en relación con unidades absolutas de longitud, masa y tiempo. [6] [7] La propuesta original de Weber se basaba en un sistema de unidades milímetro-miligramo-segundo.
El desarrollo del telégrafo eléctrico (una invención de Gauss y Weber) demostró la necesidad de medidas eléctricas precisas. A instancias de Thomson , [8] la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BA) estableció un comité en 1861, inicialmente para examinar los estándares de resistencia eléctrica, [9] que se amplió en 1862 para incluir otros estándares eléctricos. [10] Después de dos años de discusión, experimentación y considerables diferencias de opinión, [8] el comité decidió adaptar el enfoque de Weber al sistema de unidades CGS , [11] pero utilizó metro, gramo y segundo como sus unidades absolutas. Sin embargo, estas unidades eran difíciles de realizar y (a menudo) imprácticamente pequeñas. [12] Para superar estas desventajas, el BA también propuso un conjunto de unidades "prácticas" o "reproducibles", que no estaban directamente vinculadas al sistema CGS pero que eran, tan cerca como la precisión experimental permitida, iguales a múltiplos de los correspondientes. Unidades CGS. [13] La BA había desarrollado dos conjuntos de unidades CGS. Las unidades prácticas se basaron en el conjunto de unidades electromagnéticas en lugar del conjunto electrostático . [13]
1893 sistema
El sistema BA de unidades prácticas obtuvo un apoyo internacional considerable y fue adoptado, con una modificación importante, por la Primera Conferencia Internacional de Electricistas (París, 1881). La Asociación Británica había construido una representación de artefacto del ohmio (una longitud estándar de cable de resistencia que tenía una resistencia de 10 9 unidades CGS de resistencia eléctrica, es decir, un ohmio) mientras que la conferencia internacional prefirió un método de realización que pudiera repetirse en diferentes laboratorios en diferentes países. El método elegido se basó en la resistividad del mercurio , midiendo la resistencia de una columna de mercurio de dimensiones especificadas (106 cm × 1 mm 2 ): sin embargo, la longitud elegida de la columna era casi 3 milímetros más corta, lo que generaba una diferencia. del 0,28% entre las nuevas unidades prácticas y las unidades CGS que supuestamente eran su base. [14]
La anomalía se resolvió en otra conferencia internacional, en Chicago en 1893, mediante una corrección en la definición del ohmio. Las unidades acordadas en esta conferencia se denominaron unidades "internacionales", para distinguirlas de sus predecesoras.
El sistema de 1893 tenía tres unidades base: el amperio internacional , el ohmio internacional y el voltio internacional .
Unidad | Definición de 1893 ("internacional") [Nota 1] | Equivalente CGS ("absoluto") | Notas |
---|---|---|---|
amperio | La corriente invariable que, cuando pasa a través de una solución de nitrato de plata en agua, deposita plata a razón de 0,001 118 00 gramos por segundo. | La corriente producida en un conductor con una resistencia de 1 ohmio cuando hay una diferencia de potencial de 1 voltio entre sus extremos. | 0.1 unidades CGS de corriente eléctrica |
ohm | La resistencia ofrecida a una corriente eléctrica invariable por una columna de mercurio a la temperatura de fusión del hielo 14,4521 gramos de masa, de un área de sección transversal constante y de una longitud de 106,3 centímetros. | 10 9 unidades CGS de resistencia eléctrica | |
voltio | 1000 ⁄ 1434 de la fuerza electromotriz de una celda de Clark a una temperatura de 15 ° C | La fuerza electromotriz producida en un circuito eléctrico que corta 10 8 líneas magnéticas de fuerza por segundo | 10 8 unidades CGS de fuerza electromotriz |
Las unidades internacionales no tenían el mismo estatus legal formal que el metro y el kilogramo a través de la Convención del Metro (1875), aunque varios países adoptaron la definición dentro de sus leyes nacionales (ej., Estados Unidos, a través de la Ley Pública 105 del 12 de julio, 1894 [15] ).
Sobredefinición y modificación de 1908
El sistema de unidades de 1893 estaba sobredefinido, como puede verse al examinar la ley de Ohm :
- V = yo R
Según la ley de Ohm, conocer dos de las cantidades físicas V , I o R (diferencia de potencial, corriente o resistencia) definirá la tercera y, sin embargo, el sistema de 1893 define las unidades para las tres cantidades. Con las mejoras en las técnicas de medición, pronto se reconoció que
- 1 V int ≠ 1 A int × 1 Ω int .
La solución llegó en una conferencia internacional en Londres en 1908. El punto esencial era reducir el número de unidades base de tres a dos redefiniendo el voltio internacional como una unidad derivada. Hubo varias otras modificaciones de menor importancia práctica: [1]
- el amperio internacional y el ohmio internacional se definieron formalmente en términos de las correspondientes unidades electromagnéticas CGS , con las definiciones de 1893 retenidas como realizaciones preferidas ;
- la realización preferida del voltio internacional fue en términos de la fuerza electromotriz de una celda Weston a 20 ° C (1.0184 V int ), ya que este tipo de celda tiene un coeficiente de temperatura más bajo que la celda Clark;
- Se definieron formalmente varias otras unidades derivadas para su uso en mediciones eléctricas y magnéticas: [Nota 1]
- Coulomb internacional
- la carga eléctrica transferida por una corriente de un amperio internacional en un segundo; [Nota 2]
- Faradios internacionales
- la capacitancia de un capacitor cargado a un potencial de un voltio internacional por un culombio internacional de electricidad; [Nota 2]
- Joule
- 10 7 unidades de trabajo en el sistema CGS, representadas suficientemente bien para uso práctico por la energía gastada en un segundo por un amperio internacional en un ohmio internacional;
- Vatio
- 10 7 unidades de potencia en el sistema CGS, representados suficientemente bien para el uso práctico por el trabajo realizado en razón de un joule por segundo;
- Enrique
- la inductancia en un circuito cuando una fuerza electromotriz inducida en este circuito es de un voltio internacional, mientras que la corriente inductora varía a razón de un amperio por segundo.
Unidades SI
Con los avances en la teoría del electromagnetismo y en el cálculo de cantidades , se hizo evidente que, además de las unidades base de tiempo, longitud y masa, un sistema coherente de unidades podría incluir sólo una unidad base electromagnética . El primer sistema de este tipo fue propuesto por Giorgi en 1901: [16] [17] [18] usaba el ohmio como la unidad base adicional en el sistema MKS , por lo que a menudo se lo conoce como el sistema MKSΩ o el sistema Giorgi.
Un problema adicional con el sistema CGS de unidades eléctricas, señalado ya en 1882 por Oliver Heaviside , [19] era que no estaban "racionalizados", es decir, no tenían debidamente en cuenta la permitividad y la permeabilidad como propiedades de un medio. . Giorgi también fue un gran defensor de la racionalización de las unidades eléctricas. [17]
La elección de la unidad eléctrica para la unidad base en un sistema racionalizado depende solo de consideraciones prácticas, particularmente la capacidad de realizar la unidad de manera precisa y reproducible. El amperio ganó rápidamente apoyo sobre el ohmio, ya que muchos laboratorios nacionales de normalización ya estaban obteniendo el amperio en términos absolutos utilizando balances de amperios . [16] [20] La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) adoptó el sistema Giorgi con el amperio reemplazando al ohmio en 1935, y esta elección de unidades base a menudo se denomina sistema MKSA. [17]
El Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) aprobó un nuevo conjunto de definiciones para unidades eléctricas, basado en el sistema MKSA racionalizado, en 1946, y estos fueron adoptados internacionalmente bajo la Convención de Medidores por la 9a Conferencia General de Pesos y Medidas en 1948. . [21] Bajo este sistema, que se convertiría en el Sistema Internacional de Unidades (SI), el ohmio es una unidad derivada. [Nota 3]
Las definiciones SI de las unidades eléctricas son formalmente equivalentes a las definiciones internacionales de 1908, por lo que no debería haber habido ningún cambio en el tamaño de las unidades. Sin embargo, el ohmio internacional y el voltio internacional no se realizaban normalmente en términos absolutos, sino por referencia a una resistencia estándar y una fuerza electromotriz estándar, respectivamente. Las realizaciones recomendadas en 1908 no son exactamente equivalentes a las definiciones absolutas: los factores de conversión recomendados [22] son
- 1 Ω int ≈ 1.000 49 Ω
- 1 V int ≈ 1.000 34 V
aunque pueden aplicarse factores ligeramente diferentes para estándares individuales en los laboratorios de medición nacionales. [Nota 4] Como el amperio internacional generalmente se obtuvo por medio de un balance de amperios en lugar de electrolíticamente, [16] 1 A int = 1 A. El factor de conversión para el amperio "electrolítico" (A elec ) se puede calcular a partir de valores modernos del peso atómico de la plata y la constante de Faraday :
- 1 A elec = 1.000 022 (2) A
Ver también
- Unidades eléctricas convencionales
notas y referencias
Notas
- ^ a b La terminología de algunas de las definiciones se ha actualizado para su uso moderno.
- ^ a b El culombio y el faradio se habían utilizado en sistemas BA anteriores de unidades eléctricas con definiciones ligeramente diferentes, de ahí la necesidad de agregar el calificativo "internacional".
- ^ El ohmio es la resistencia eléctrica entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio, aplicada a estos puntos, produce en el conductor una corriente de 1 amperio, no siendo el conductor el asiento de ninguna fuerza electromotriz.
- ^ Factores de conversión para las normas nacionales de Estados Unidos (NIST) son 1 Ω int = 1,000 495 Ω y 1 V int = 1,000 330 V .
Referencias
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enlaces externos
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