elektrisitet (målenheter)

Med de store oppdagelsene innen elektromagnetismen på begynnelsen av 1800-tallet og forsøkene på å gi en matematisk beskrivelse av elektromagnetiske fenomener, meldte behovet for veldefinerte målenheter seg. Det mest epokegjørende arbeid innen dette området ble utført av tyskerne W. E. Weber og C. F. Gauss i 1840-årene. De viste at enheter for alle elektriske størrelser kunne fastlegges ved hjelp av grunnenhetene meter (m), kilogram (kg) og sekund (s), som på den tiden hadde vunnet tilslutning for vitenskapelig bruk i store deler av Europa. I stedet for m og kg valgte Weber og Gauss å benytte cm og g som grunnenheter, og utarbeidet tre forskjellige CGS-systemer:

• Det elektrostatiske
• Det elektromagnetiske
• En syntese av disse: Det gausske eller absolutte CGS-systemet, som forelå i 1848.

Alle senere elektriske enhetssystemer bygger på disse.

For bruk innen elektroteknikk viste snart CGS-enhetene seg lite hensiktsmessige. Ved internasjonale overenskomster i 1880-årene ble det derfor vedtatt å innføre en del praktiske enheter med nye navn: volt (V), ampere (A), ohm (Ω), joule (J), watt (W) og etter hvert flere som ble avledet av disse.

De praktiske enhetene ble først satt lik enhetene i Det elektromagnetiske CGS-systemet multiplisert med en hel potens av 10. Energienheten joule ble valgt lik 10⁷ erg, som fremkommer ved å erstatte g og cm, i den mekaniske CGS-enheten erg, med kg og m. Dette forholdet ble av fundamental betydning ved utviklingen av senere enhetssystemer.

De praktiske enhetene var vanskelig å bestemme ut fra de teoretiske definisjonene. Det ble derfor i 1893 bestemt at enkelte av dem skulle fastlegges ved egne internasjonale standarder og betegnes som internasjonale enheter:

• Den internasjonale ohm ble satt lik motstanden ved 0 °C i en kvikksølvsøyle med lengde 1063 mm og tverrsnitt 1 mm²
• Den internasjonale ampere ble satt lik den strømmen som utskiller 1,118 mg sølv per sekund fra en sølvnitratløsning
• Den internasjonale volt ble definert med utgangspunkt i spenningen til Clarks element ved 15 °C, som ble fastsatt til 1,434 V

Standardene ble fastsatt slik at enhetene ble så nær de teoretisk definerte som det i praksis var mulig å oppnå. Etter hvert som måleteknikken utviklet seg, viste det seg likevel å bli målbare avvik. Dermed ble det nødvendig å innføre korrigerende tallfaktorer i ligninger som knyttet elektriske størrelser sammen, for eksempel i Ohms lov som knytter sammen strøm, motstand og spenning, samt å presisere hvilke standarder som var benyttet.

I 1947 var måleteknikken så godt utviklet at de internasjonale enhetene ble forlatt. Ampere ble redefinert og satt lik ⅒ av den elektromagnetiske CGS-enheten for strøm, som igjen var definert ved den kraften som oppstår mellom to strømførende ledere. Enheten kunne bestemmes eksperimentelt ved hjelp av en strømvekt, og ble altså fastlagt ved målinger basert på de absolutte enhetene kilogram, meter og sekund.

I 1901 hadde italieneren G. L. Giorgi vist at de praktiske enhetene kunne ordnes i et koherent enhetssystem ved å definere ampere som ny grunnenhet i tillegg til enhetene for lengde, masse og tid. Dette ville lede til at verken den elektriske konstanten, ε₀, eller den magnetiske konstanten, μ₀, kunne settes lik 1, men bli benevnte tall, mens relasjonen ε₀ ·μ₀ = c², der c er lyshastigheten i tomt rom, ville fremkomme direkte. I det opprinnelige Giorgi-systemet fikk μ₀ verdien 10⁻⁷ henry/m. Senere ble det vist at en rekke uttrykk og ligninger ville få en enklere form om en satte μ₀ = 4π·10⁻⁷ henry/m.

Dette systemet, Det rasjonaliserte MKSA-systemet, ble i 1948 godkjent for internasjonal bruk av Generalkonferansen for mål og vekt, og i 1960 ble det vedtatt som del av Det internasjonale system for enheter, SI.

Alle elektriske og magnetiske enheter kan i MKSA-systemet uttrykkes ved produkter av potenser av de fire grunnenhetene uten tallfaktorer. Men av praktiske grunner benyttes egne navn på en rekke enheter. Disse er angitt i tabellen nedenfor, der det også er vist hvordan de er avledet av grunnenhetene. Navnene er de samme som i Det praktiske systemet, men uten tilføyelsen «internasjonal».

• SI-systemet