Sistema Internacional de Unidades Elétricas e Magnéticas - International System of Electrical and Magnetic Units

O Sistema Internacional de Unidades Elétricas e Magnéticas é um sistema obsoleto de unidades usado para medir grandezas elétricas e magnéticas. Foi proposto como um sistema de unidades internacionais práticas por recomendação unânime no Congresso Elétrico Internacional (Chicago, 1893), discutido em outros Congressos e finalmente adotado na Conferência Internacional sobre Unidades e Padrões Elétricos em Londres em 1908. Foi tornado obsoleto pela inclusão de unidades eletromagnéticas no Sistema Internacional de Unidades (SI) na 9ª Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1948.

Sistemas anteriores

A ligação entre as unidades eletromagnéticas e as unidades mais familiares de comprimento , massa e tempo foi demonstrada pela primeira vez por Gauss em 1832 com sua medição do campo magnético da Terra, e o princípio foi estendido para medições elétricas por Neumann em 1845. Um sistema métrico completo As unidades elétricas e magnéticas foram propostas por Weber em 1851, com base na ideia de que as unidades elétricas podiam ser definidas apenas em relação às unidades absolutas de comprimento, massa e tempo. A proposta original de Weber baseava-se em um sistema de unidades milímetro-miligrama-segundo.

O desenvolvimento do telégrafo elétrico (uma invenção de Gauss e Weber) demonstrou a necessidade de medições elétricas precisas. A pedido de Thomson , a Associação Britânica para o Avanço da Ciência (BA) criou um comitê em 1861, inicialmente para examinar os padrões de resistência elétrica, que foi expandido em 1862 para incluir outros padrões elétricos. Após dois anos de discussão, experimento e consideráveis ​​diferenças de opinião, o comitê decidiu adaptar a abordagem de Weber ao sistema de unidades CGS , mas usou metro, grama e segundo como suas unidades absolutas. No entanto, essas unidades eram difíceis de realizar e (frequentemente) pouco práticas. Para superar essas desvantagens, o BA também propôs um conjunto de unidades "práticas" ou "reproduzíveis", que não estavam diretamente ligadas ao sistema CGS, mas que eram, tão próximas quanto a precisão experimental permitia, iguais a múltiplos das unidades CGS correspondentes. A BA desenvolveu dois conjuntos de unidades CGS. As unidades práticas baseavam-se no conjunto de unidades eletromagnéticas e não no conjunto eletrostático .

Sistema de 1893

O sistema BA de unidades práticas ganhou considerável apoio internacional e foi adotado - com uma modificação importante - pela Primeira Conferência Internacional de Eletricistas (Paris, 1881). A British Association construiu uma representação de artefato do ohm (um comprimento padrão de fio de resistência que tinha uma resistência de 10 9  unidades CGS de resistência elétrica, ou seja, um ohm), enquanto a conferência internacional preferia um método de realização que poderia ser repetido em diferentes laboratórios em diferentes países. O método escolhido baseou-se na resistividade do mercúrio , medindo-se a resistência de uma coluna de mercúrio de dimensões especificadas (106 cm × 1 mm 2 ): no entanto, o comprimento de coluna escolhido foi quase 3 milímetros a menos, levando a uma diferença de 0,28% entre as novas unidades práticas e as unidades CGS que seriam sua base.

A anomalia foi resolvida em outra conferência internacional, em Chicago em 1893, por uma correção na definição do ohm. As unidades acordadas nesta conferência foram denominadas unidades "internacionais", para distingui-las de suas predecessoras.

O sistema de 1893 tinha três unidades básicas: o ampere internacional , o ohm internacional e o volt internacional .

Unidade Definição de 1893 ("internacional") CGS ("absoluto") equivalente Notas
ampère A corrente invariável que, quando passada por uma solução de nitrato de prata em água, deposita prata a uma taxa de 0,001 118 00 gramas por segundo A corrente produzida em um condutor com resistência de 1 ohm quando existe uma diferença de potencial de 1 volt entre suas pontas 0,1 unidades CGS de corrente elétrica
ohm A resistência oferecida a uma corrente elétrica invariável por uma coluna de mercúrio à temperatura de derretimento do gelo de 14,4521 gramas de massa, de área transversal constante e comprimento de 106,3 centímetros 10 9 unidades CGS de resistência elétrica
volt 10001434 da força eletromotriz de uma célula Clark a uma temperatura de 15 ° C A força eletromotriz produzida em um circuito elétrico que corta 10 8 linhas magnéticas de força por segundo 10 8 unidades CGS de força eletromotriz

As unidades internacionais não tinham o mesmo status legal formal do metro e do quilograma por meio da Convenção do Medidor (1875), embora vários países tenham adotado a definição em suas leis nacionais (por exemplo, os Estados Unidos, por meio da Lei Pública 105 de 12 de julho, 1894).

Sobredefinição e a modificação de 1908

O sistema de unidades de 1893 foi sobredefinido, como pode ser visto a partir de um exame da lei de Ohm :

V = I R

Pela lei de Ohm, conhecer quaisquer duas das grandezas físicas V , I ou R (diferença de potencial, corrente ou resistência) definirá a terceira, e ainda assim o sistema de 1893 define as unidades para todas as três grandezas. Com melhorias nas técnicas de medição, foi logo reconhecido que

1 V int  ≠ 1 A int  × 1 Ω int .

A solução veio em uma conferência internacional em Londres em 1908. O ponto essencial era reduzir o número de unidades básicas de três para duas redefinindo o volt internacional como uma unidade derivada. Houve várias outras modificações de menos importância prática:

  • o ampere internacional e o ohm internacional foram formalmente definidos em termos das unidades eletromagnéticas CGS correspondentes , com as definições de 1893 retidas como realizações preferenciais ;
  • a realização preferida do volt internacional foi em termos da força eletromotriz de uma célula de Weston a 20 ° C (1,0184 V int ), pois esse tipo de célula tem um coeficiente de temperatura menor do que a célula de Clark;
  • várias outras unidades derivadas para uso em medições elétricas e magnéticas foram formalmente definidas:
Coulomb internacional
a carga elétrica transferida por uma corrente de um ampere internacional em um segundo;
Farad internacional
a capacitância de um capacitor carregado com um potencial de um volt internacional por um coulomb internacional de eletricidade;
Joule
10 7 unidades de trabalho no sistema CGS, suficientemente bem representadas para uso prático pela energia despendida em um segundo por um ampere internacional em um ohm internacional;
Watt
10 7 unidades de potência no sistema CGS, suficientemente bem representadas para uso prático pelo trabalho realizado à taxa de um joule por segundo;
Henry
a indutância em um circuito quando uma força eletromotriz induzida neste circuito é um volt internacional, enquanto a corrente indutora varia à taxa de um ampere por segundo.

Unidades SI

Com os avanços na teoria do eletromagnetismo e no cálculo da quantidade , tornou-se aparente que, além das unidades básicas de tempo, comprimento e massa, um sistema coerente de unidades poderia incluir apenas uma unidade básica eletromagnética . O primeiro sistema desse tipo foi proposto por Giorgi em 1901: ele usava o ohm como a unidade de base adicional no sistema MKS e, portanto, é freqüentemente referido como sistema MKSΩ ou sistema Giorgi.

Um problema adicional com o sistema CGS de unidades elétricas, apontado já em 1882 por Oliver Heaviside , era que elas não eram "racionalizadas", ou seja, não levavam em conta adequadamente a permissividade e a permeabilidade como propriedades de um meio. Giorgi também foi um grande defensor da racionalização das unidades elétricas.

A escolha da unidade elétrica para a unidade base em um sistema racionalizado depende apenas de considerações práticas, particularmente a capacidade de realizar a unidade com precisão e reprodutibilidade. O ampere rapidamente ganhou suporte sobre o ohm, pois muitos laboratórios de padrões nacionais já estavam realizando o ampere em termos absolutos usando balanços de ampere . A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) adotou o sistema Giorgi com o ampere substituindo o ohm em 1935, e esta escolha de unidades de base é freqüentemente chamada de sistema MKSA.

O Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) aprovou um novo conjunto de definições para unidades elétricas, com base no sistema MKSA racionalizado, em 1946, e essas foram adotadas internacionalmente sob a Convenção do Medidor pela 9ª  Conferência Geral sobre Pesos e Medidas em 1948 Neste sistema, que se tornaria o Sistema Internacional de Unidades (SI), o ohm é uma unidade derivada.

As definições SI das unidades elétricas são formalmente equivalentes às definições internacionais de 1908 e, portanto, não deveria ter havido qualquer alteração no tamanho das unidades. No entanto, o ohm internacional e o volt internacional não eram normalmente realizados em termos absolutos, mas por referência a uma resistência padrão e uma força eletromotriz padrão, respectivamente. As realizações recomendadas em 1908 não são exatamente equivalentes às definições absolutas: os fatores de conversão recomendados são

1 Ω int ≈ 1,000 49 Ω
1 V int ≈ 1,000 34 V

embora fatores ligeiramente diferentes possam ser aplicados a padrões individuais em laboratórios de medição nacionais. Como o ampere internacional geralmente era obtido por meio de um equilíbrio de ampere em vez de eletroliticamente, 1 A int  = 1 A. O fator de conversão para o ampere "eletrolítico" (A elec ) pode ser calculado a partir de valores modernos do peso atômico da prata e a constante de Faraday :

1 A elec = 1,000 022 (2) A

Veja também

Notas e referências

Notas

Referências

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