Приложение 1 Системы электрических единиц

 

Середина 19 века характеризуется большим развитием исследований в области электричества и магнетизма и началом практических применений электричества. В связи с этим стало необходимым введение разнообразных электрически: измерений, без которых не могла быть оценена количественная сторона наблюденных фактов и не могли быть сопоставлены результаты тех или иных действий электричества. В этот период устанавливаются наименования основных электрических величин. До этого времени широко применялся термин "проводимость", а лишь изредка пользовались выражением "сопротивление" скорее для обозначения свойства проводника, чем для выражения электрической величины. Постепенно стабилизируются термины: электрическое сопротивление, сила тока, электродвижущая сила иколичество электричества, и их применение в научной и технической литературе приобретает однозначный характер.

Что касается электрических единиц для измерения этих величин, то в этой области продолжало оставаться неустановившееся положение, и многие исследователи должны были вводить в научный оборот свои единицы.

Понятие электрических единиц в то время иногда отождествлялось с понятием эталона. Так, для измерения электрического сопротивления Э.Х. Ленц (1838 г.) пользовался единицей, реализованной в виде эталона, имевшего характер калиброванной медной проволоки длиной 1 фут, взятой из сортамента того времени. В 1843 г. Уитстон предложил принять за единицу сопротивления медную проволоку длиной 1 фут и весом 100 гран (~6,5 г). В 1848 г. Якоби начинает конструировать нормальный эталон сопротивления, который получил распространение во многих лабораториях и имел такое внешнее оформление, которое соответствует нашим современным представлениям об эталоне. "Единица сопротивления Якоби" изготавливалась в виде катушки медной проволоки длинной 25 футов (7,62 м), весом 345 гран (22,4493 г). Эта "единица Якоби" при 0°С была равна, как показывают подсчеты, 0,63 ом. Эталоны этой единицы изготавливались серийно; конструктивно этот эталон был усовершенствован лейпцигским электротехником Штерером, и этим прибором были снабжены многие лаборатории. Кг к показали измерения Б.С. Якоби, расхождения в сопротивление отдельных экземпляров этого эталона не выходили за пределы ±0 3%. Но так как температурный коэффициент меди очень высок (0,4% на 1°С), то измерения с помощью эталона Якоби усложнялись.

В 1860 г. В. Сименс предложил в качестве единицы сопротивления так называемую "единицу Сименса", а именно:

сопротивление ртутного столба длиной 1 м с поперечным сечением в 1 кв. миллиметр при 0°С. Эта единица стала получать вскоре более или менее широкое распространение, но не вытеснила других единиц сопротивления.

В связи с тем, что телеграф превратился в международное средство связи, назрела необходимость унифицировать единицу сопротивления, т.е. установить международную единицу для этой величины. Поэтому Британская ассоциация для содействия развитию наук организовала в 1861 г. особый комитет пo эталонам электрического сопротивления, в состав которого вошли крупные ученые: В. Томсон, Д. Максвелл, Д. Джоуль, Ч. Уитсон и др. Комитет в начале своей работы установил общие принципы, которым должна удовлетворять единица сопротивления. Эти принципы были сформулированы так: 1) единица должна быть пригодной для большинства обычных измерений и не должна для своего выражения требовать большого числа цифр или многих десятичных знаков; 2) она должна составлять часть общей системы единиц для электрических измерений; 3) она должна иметь вместе с другими единицами этой системы связь с единицей энергии; 4) она должна отличаться определенностью и не подлежать с течением времени поправкам или изменениям и 5) она должна быть легко и точно воспроизводимой.

Третьему из перечисленных условий удовлетворила система абсолютных единиц, разработанная Гауссом и Вебером. Так как единица тока при прохождении по проводнику с единичным сопротивлением производит в единицу времени единицу работы или ее эквивалент, то оказалось возможным, пользуясь абсолютной системой единиц, связать электрические единицы единицей работы. Для того чтобы удовлетворить некоторым другим требованиям, нужно было внести некоторые изменения в основные единицы, а именно: вместо предложенных Гауссом "миллиграмм -миллиметр - секунда" установить "сантиметр - грамм - секунда". Отсюда берет начало и название системы СГС (CGS).

Чтобы установить связь между электрическими и другими физическими величинами, нужно было исходить из таких физических явлений, в которых происходило бы взаимодействие электричества или магнетизма с другими физическими явлениями, измеряемыми основными единицами. Так как на практике в то время измерения производились по наблюдениям над магнитном стрелкой и основывались на взаимодействии токов и магнитов, то Комитет Британской ассоциации рекомендовал принять абсолютную электромагнитную систему единиц CGSM. В качестве практической единицы сопротивления было рекомендовано 10А9 абсолютных

 электромагнитных единиц сопротивления, что приближало эту единицу к единице Сименса. В 1863 - 1864 гг. в Англии был создан на этой основе эталон сопротивления. Эта единица получила название единицы сопротивления BAU (British AssociationUnit).

В 1870 г. Комитет Британской ассоциации завершил свою работу и предл0жил следующие практические единицы: единица сопротивления - равная 10^9 абс. единиц CGSM, ей дали название в честь Ома (сначала "омада", затем "ом"); единица э.д.:. - равная 10А8 единиц CGSM, ей дали название "вольт'; единица электрической ёмкости — равная 10А-9 единиц CGSI1, ей дали название "фарада".

Что касается единиц тока и количества электричества, то они вытекали из предшествующих и составляли 10-1 соответствующей единицы CGSM. В это время единицы тока и количества электричества меньше интересовали ученых, так как на практике пользовались небольшими токами.

Единица тока впервые была установлена академиком Б.С. Якоби. Якоби предложил определять единицу тока по количеству водорода в миллиграммах в секунду. На основе своей богатой практики измерений Якоби пришел к предложению определять ток по количеству серебра, выделенного в единицу времени из водного раствора азотнокислого серебра. Метод Якоби сохранился до сих пор, причем в 1893 г. Международный электротехнический конгресс узаконил этот способ.

В 1836 г. был предложен Даниэлем гальванический элемент с устойчивой электродвижущей силой. Электродвижущая сила элемента Даниэля была с этого времени принята за единицу и называлась "даниэлем". До этого времени существовал большой разнобой в единицах э.д.с. В некоторых работах по электронике э.д.с. продолжали выражать в других единицах, с которых производили пересчет на даниэли.

В период 1831 - 1867 гг. было построено много измерительных приборов и разработаны методы измерений основных электрических величин. В эти годы был заложен прочный фундамент электрометрии, но она еще в основном была сосредоточена в лабораториях научных учреждений. Лишь с 70-х годов прошлого века происходит очень быстрое внедрение измерительных методов в широкую практику.

В 1832 г. Э.Х. Ленц разработал баллистический метод измерения количества электричества и тока, прошедшего в очень короткие промежутки времени через обмотку гальванометра (чувствительный электроизмерительный прибор). Баллистический метод измерений, введенный Э.Х. Ленцем, имеет распространение в лабораторной практике до настоящего времени, В 1841 г. Поггендорф впервые применил компенсационный способ электрических измерений.

Академик Б.С. Якоби ввел следующий основной метод в измерение сопротивления: измеряемое сопротивление должно заменяться другим сопротивлением, величина которого известна (метод замещения). При этом Якоби придавал очень большое значение легкости и плавности изменения известного сопротивления, служащего для сравнения. В связи с этим Б.С. Якоби создал прибор, получивший название вольтагометры (реостат, позволяющий вводить в цепь ту или иную часть его полного сопротивления).

В 1841 г Поггендорф изобрел прибор для измерения электрического сопротивления, названный им "peoxoрдом". А в 1843 г. Уитстон изобрел измерительный мост, coxpaнившийся в практике электрических измерений до сих пор.

Наличие большого числа систем единиц создавало неудобства, усложняло технические расчеты, затрудняло изучение научных дисциплин, мешало развитию международных научно-технических связей. Поэтому в 1960 году на XI Международной генеральной конференции по мерам и весам была утверждена новая система единиц - СИ (Система Интернациональная). В ней ' основных единиц: метр (длина), килограмм (масса), секунда (время), ампер (сила тока), кельвин (температура), моль (количество вещества) и кандела (сила света). Важнейшие преимущества системы СИ перед всеми остальными - ее универсальность, унифицированность и когерентность, т.е. согласованность основных единиц величин с производными.

 

 

Наименование физической величины	Единицы СИ		Внесистемные единицы			Примечание
	Наимено вание	Обозна чение	Наименова ние	Обозна чение	Значение в единицах СИ
Сила электрического тока	ампер	А	ед. силы тока		3,33564*10-10 А	Французский физик Андре Ампер (1775-1863)
Сила света	кандела	кд				В переводе с латинского "свеча"
Энергия, работа, количество теплоты	джоуль	Дж	киловатт-час калория эрг электрон-вольт	кВт-ч кал эрг эВ	3,6*10^6Дж 4,1 868 Дж 1-10^-7Дж 1,60219-•10^-19Дж	Английский физик Джеймс Джоуль (1 18-1889)
Мощность, поток энергии	ватт	Вт	лошадиная сила	л.с.	735,499 Вт	Английский из(5ретатель Джеймс Уатт (17 6-1819)
Количество электричества (электрич. заряд)	кулон	Кл	ампер-час ед. кол. эл. СГС	А-ч	3600 Кл 3,33564*10-'° Кл	Французский физик Шарль Кулон (17 6-1819)
Электрическое напряжение, разность электрических потенциалов	вольт	В	ед. э.д.с. СГС		2,997925*102 В	Итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827)
Электрическая емкость	фарад	Ф	сантиметр	см	1,1 1265*10^-12 Ф	Английский физик Майкл Фарадей (17S -1867)
Электрическое сопротивление	ом	Ом	ед. эл. сопр. СГС		0,898755 •1012Ом	Немецкий физик Георг Ом (1787-1854
Поток магнитный	вебер	Вб	максвелл	Мкс	1*10^-8 Вб	Немецкий физик Вильгерм Вебер (1804 -1891)
Индукция магнитная	тесла	Тл	гаусс	Гс	1-10^-4 Тл	Югославский изобретатель Никола Тесла (1856 1943) Немецкий ученый Карл Гаусс(1777-1855)
Индуктивность	генри	Гн				Американский физик Джозеф Генри (1797-1878)

 

Список дополнительной литературы.

1. Каплан Б.Ю. Приборостроение. Введение в профессиональную деятельность. – М.: МГУПИ, электронная версия, 2011г.

2. Лукашкин В.Г., Васильев А.М. и др. Измерительная техника. Том 1. Общие вопросы измерений – М.: МГУПИ, 2012 – 300 с.

3. Шишмарев В.Ю. Основы проектирования приборов и систем. – М.: Юрайт, 2011.

4. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов/К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.В. Журавлева и др. Под общ. ред. В.А. Шахнова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

5. Высоцкий Б.Ф. Введение в специальность конструктора РЭС. – М.: Высшая школа, 1990. 158 с.

6. Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в специальность радиоинженера. – М.: Высшая школа. 1989. 206 с.

7. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества/М.: Высшая школа,- 2007.-368 с.

8. Интеллектуальный анализ данных/ Под ред. М. Бертольда, Д. Хэнда.- М.: Из-во «Бином».- 2007.-500 с.

9. Ефимов И.Е., Козырь Н.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. (Физические и технологические основы надёжности) - М.: Высшая школа, 1986.

10. Ефимов И.Е., Козырь Н.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. (Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника) -М.: Высшая школа, 1987.

11. Нефедов Е.Н. Радиоэлектроника наших дней. - М.: Наука, 1988.

12. Колонтаевский Ю.Ф. Радиоэлектроника. - М.: Высшая школа,1988.

13. Толкачёв Г.Б., Ковалёв В.Н. Радиоэлектроника - М.: Высшая школа, 1983.

14. «Радио», № 12, 1978.

15. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1983.

16. Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники. - М.: Энергия, 1972.

17. Лосев А.К. Введение в специальность «Радиотехника». - М.: Высшая школя, 1980.

18. Зиновьев А.Л., Филипов Л.М. Введение в специальность радиоинженера. - М.: Высшая школа, 1983.

19. Медведев В.А. Конструкторско-технологические проблемы радиоэлектроники. - М.: Знание, 1976.

20. Рыжов К.В. 100 великих открытий. - М.: Вече, 1999.

21. Жеребцов И.П. Основы электроники. - М.: Высшая школа, 1996.

22. Резников М.Р. Радио и телевидение вчера, сегодня, завтра. - М.: Связь 1977.

23. Горохов П.К. Б.Л.Розинг - основоположник электронного телевидения. - М. Наука, 1964.