几种电磁单位制

电磁学中单位和单位制更为混乱，几经变革，走过了一条曲折的道路。早在1832年，高斯在他的著名论文《换算成绝对单位的地磁强度》一文中就强调指出：必须用根据力学中的力的单位进行的绝对测量来代替用磁针进行的地磁测量。他为此提出了一种以毫米、毫克和秒为基本单位的绝对电磁单位制。高斯的主张得到了W.韦伯的支持，韦伯把高斯的工作推广到其它电学量。然而遗憾的是，电磁量实际上可以由两个互不相容的方程系来描述，因为两个库仑定律都可以当作定义性方程：一个是静电学的库仑定律，一个是静磁学的库仑定律。于是出现了两种“绝对”电磁学单位。19世纪50年代初，英国的W.汤姆生（开尔文）也做了类似的工作。他根据英国力学单位进行了与电信有关的一些电测量。1861年，英国的布赖特（C.Bright）和克拉克（L.Clark）发表《论电量和电阻标准的形成》一文，倡议建立一种统一的实用单位。
     他们的倡议得到了W.汤姆生的支持。于是这一年英国科学促进会成立了以W.汤姆生为首的六人电标准委员会，其宗旨是统一电阻和电容的标准，建立恰当的实用单位，并确定绝对单位和实用单位的换算关系。这个委员会主张用厘米−克−秒作为基本单位，于是又形成了两种单位制：厘米−克−秒静电单位制（CGSE或 esu）和厘米−克−秒电磁单位制（CGSM或emu）。麦克斯韦也是这个委员会的成员。他对单位的规范和统一非常关心，亲自作了许多实验，提出了不少有益的建议。
     例如，他在1865年写道：“至今采用的命名方法缺点很多。在涉及各个测量时，我们必须说明哪个数是表示静电单位的值还是电磁绝对单位的值。如果运用到乘法，乘得的结果也必须加以命名，而且还必须牵涉到长度、质量和时间的单位标准，因为有些作者用磅而有些用克，有些用米而有些用毫米作基本单位。这样繁琐的命名和由此带来错误的危险应该避免”。在六人电标准委员会的倡议下，英国科学促进会决定采用如下一些实用单位：电阻用欧姆，1欧姆=109厘米−克−秒电磁单位制的电阻单位；电势用伏特，1伏特=108厘米−克−秒电磁单位制的电势单位。
     1881年巴黎第一届国际电学家大会批准了这一方案，并决定再增加电流的实用单位：安培，规定1伏特电势差加在1欧姆电阻上产生的电流强度为1安培，它等于1/10厘米−克−秒电磁单位制的电流单位。与此同时，还引入了电量的实用单位——库仑和电容的实用单位——法拉。这些单位沿用至今。这样就形成了电磁量中的第三套单位制，即实用单位制。本来这套实用单位是附属于厘米−克−秒电磁单位制的，取的仍是“绝对”定义。然而，为了检验的方便，有人主张再为这些实用单位选定一些实物基准。于是在1893年在芝加哥召开的第四届国际电学家大会上为这些实用单位另行规定了实物基准，并且把这些实用单位分别冠以“国际”词头。
     下面引一段当时的决议：“决议，本届国际电学家大会代表各自政府的委托，正式采用以下单位作为电学计量的法定单位：“欧姆——以国际欧姆作为电阻单位，它以等于109CGS电磁单位电阻的欧姆作为基础，用恒定电流在融冰温度时通过质量为14.4521克，长度为106.3厘米，横截面恒定的水银柱所受到的电阻来代表。”“安培——以国际安培作为电流单位，它等于CGS电磁单位的1/10，在实用上取通过硝酸银水溶液在规定条件下以每秒0.001118克的速率使银沉淀的恒定电流来代表已足够精确”。同时大会还对国际伏特、国际库仑、国际法拉都作了相应的规定。这样就出现了历史上第一套“国际”单位，这套单位不甚完备，因此提出之初，没有得到普遍承认。电磁学单位制的变迁经历了一个相当曲折的过程。除了CGSM单位制，CGSE单位制和实用单位制以外，还有高斯单位制。高斯单位制在物理学中运用广泛，至今还常见于文献。