El Sistema Internacional de Unidades Eléctricas y Magnéticas es un sistema obsoleto de unidades utilizadas para medir magnitudes eléctricas y magnéticas. Fue propuesto como un sistema de unidades internacionales prácticas (por ejemplo, el amperio internacional, el ohmio internacional, el voltio internacional) por recomendación unánime en el Congreso Eléctrico Internacional (Chicago, 1893), discutido en otros congresos y finalmente adoptado en la Conferencia Internacional sobre Unidades y Patrones Eléctricos en Londres en 1908. [1] Quedó obsoleto con la inclusión de unidades electromagnéticas en el Sistema Internacional de Unidades (SI) en la IX Conferencia General sobre Pesos y Medidas en 1948.
El vínculo entre las unidades electromagnéticas y las unidades más conocidas de longitud , masa y tiempo fue demostrado por primera vez por Carl Friedrich Gauss en 1832 con su medición del campo magnético de la Tierra, [2] y el principio fue extendido a las mediciones eléctricas por Franz Ernst Neumann en 1845. [3] [4] Un sistema completo de unidades eléctricas y magnéticas métricas fue propuesto por Wilhelm Eduard Weber 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 de milímetro-miligramo-segundo.
El desarrollo del telégrafo eléctrico (una invención de Gauss y Weber) demostró la necesidad de mediciones eléctricas precisas. A instancias de William Thomson , [8] la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BA) creó un comité en 1861, inicialmente para examinar estándares de resistencia eléctrica, [9] que se amplió en 1862 para incluir otros estándares eléctricos. [10] Después de dos años de discusión, experimentación y diferencias considerables de opinión, [8] el comité decidió adaptar el enfoque de Weber al sistema de unidades CGS , [11] pero utilizó el metro, el gramo y el segundo como sus unidades absolutas. Sin embargo, estas unidades eran difíciles de realizar y (a menudo) poco prácticas. [12] Para superar estas desventajas, la BA también propuso un conjunto de unidades "prácticas" o "reproducibles", que no estaban directamente vinculadas al sistema CGS pero que eran, en la medida en que la precisión experimental lo permitía, iguales a múltiplos de las unidades CGS correspondientes. [13] La BA había desarrollado dos conjuntos de unidades CGS. Las unidades prácticas se basaban en el conjunto de unidades electromagnéticas en lugar del conjunto electrostático . [13]
El sistema de unidades prácticas de la Asociación Británica obtuvo un considerable apoyo internacional y fue adoptado –con una importante modificación– por la Primera Conferencia Internacional de Electricistas (París, 1881). La Asociación Británica había construido una representación 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 prefería un método de realización que pudiera repetirse en diferentes laboratorios de diferentes países. El método elegido se basaba en la resistividad del mercurio , midiendo la resistencia de una columna de mercurio de dimensiones específicas (106 cm × 1 mm 2 ): sin embargo, la longitud de columna elegida era casi 3 milímetros más corta, lo que daba lugar a 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, celebrada en Chicago en 1893, mediante una corrección de 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 .
Las unidades internacionales no tuvieron 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 (por ejemplo, Estados Unidos, a través de la Ley Pública 105 del 12 de julio de 1894 [15] ).
El sistema de unidades de 1893 estaba sobredefinido, como se puede ver al examinar la ley de Ohm :
Según la ley de Ohm, conocer dos de las magnitudes 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 magnitudes. Con las mejoras en las técnicas de medición, pronto se reconoció que
La solución se adoptó en una conferencia internacional celebrada en Londres en 1908. El punto esencial era reducir el número de unidades básicas de tres a dos redefiniendo el voltio internacional como unidad derivada. Hubo otras modificaciones de menor importancia práctica: [1]
Con los avances en la teoría del electromagnetismo y en el cálculo cuantitativo , se hizo evidente que, además de las unidades básicas de tiempo, longitud y masa, un sistema coherente de unidades podía incluir solo una unidad básica electromagnética . El primer sistema de este tipo fue propuesto por Giorgi en 1901: [16] [17] [18] utilizó el ohmio como unidad básica 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 "racionalizadas", es decir, no tenían en cuenta adecuadamente 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 únicamente de consideraciones prácticas, en particular la capacidad de representar la unidad de forma precisa y reproducible. El amperio ganó rápidamente apoyo frente al ohmio, ya que muchos laboratorios de normas nacionales ya estaban representando el amperio en términos absolutos utilizando balanzas de amperios . [16] [20] La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) adoptó el sistema Giorgi con el amperio sustituyendo al ohmio en 1935, y esta elección de unidades base se denomina a menudo sistema MKSA. [17]
En 1946, el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) aprobó un nuevo conjunto de definiciones para las unidades eléctricas, basadas en el sistema MKSA racionalizado, y estas fueron adoptadas internacionalmente bajo la Convención del Metro por la 9.ª Conferencia General de Pesas 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 del 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 solían calcularse en términos absolutos, sino con referencia a una resistencia estándar y a 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
Aunque pueden aplicarse factores ligeramente diferentes para estándares individuales en laboratorios de medición nacionales. [Nota 4] Como el amperio internacional generalmente se calculaba mediante una balanza de amperios en lugar de hacerlo 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 :