电磁学单位制的沿革

　　有人把学习物理的四大难点归结为力学的习题,热学的概念,光学的实验,电磁学的单位.在电磁学史上,电磁学量的单位是相当复杂的,在电磁学由定性研究向定量研究过渡的早期更是一片混乱.这种状况极大地妨碍着电磁学研究的深入,妨碍着科学家之间的成果交流,也不利于科学教育的普及.

　　现行的电磁学单位制是在法国强制推行的米制(公制)基础上逐步建立和完善起来的.由于古代编制历法的需要,全世界的科学家们早就一致同意以平均太阳日作为时间的度量标准.1799年12月10日,法国正式确定米为经度圈上一个象限子午线长的千万分之一,质量单位千克也在同时被确定,它是一立方分米水密度最大时(4℃)的质量.拉瓦锡等人曾仔细地测量了给定体积的质量,并根据这些测量结果制造了铂基准米的铂基准千克.十进制早在法国大革命前就受到重视,因此也被引入这一体系.要使电磁学单位成为物理学的普适语言,就必须首先找出电磁学量和力学量之间的联系,使电磁学量能够用长度、质量、时间三个力学基本量来表示.

　　电和力之间的关系早在十八世纪就被发现,这就是库仑定律:

　　其中F、r是力学量,而Q1、Q2是电学量.根据库仑定律导出的第一个电磁学量是电量,k可视为真空中的介电常数,一个基本量.利用库仑的扭秤,电量能很容易地测出.首先在磁和力之间建立联系的是德国杰出的天文学家和数学家高斯.他在《地球上磁力强度的绝对测量》一文中第一次将磁测量化为普通的力学测量.用长度、质量、时间三个力学基本量来对其他物理量进行测量叫绝对测量;任何一个用长度、质量、时间来定义的单位都叫绝对单位.例如,由库仑定律定义的电量单位就是一种绝对单位;用库仑的扭秤来测量电量的大小就是一种绝对测量.在此基础上建立起来的单位制就构成了一种绝对单位制.

　　1832年,高斯引入一种以毫米、毫克和秒为基本单位的磁的绝对单位制.德国科学家韦伯受高斯的启发,把高斯的工作推广到电学量的测量,不久又创立了电的绝对单位制.1851年,韦伯在电的绝对单位制和磁的绝对单位制基础上拟定的以毫米、毫克和秒为基本单位的绝对单位制,称为高斯制(Weber,W.E. 1851年).18世纪50年代早期,可以用力学基本量表示并测量的电磁学量有磁场强度、电流强度、电阻、电量、电动势和电容.此外,自感和互感系数也有了定义,在某些情况下还可以计算.但是,当时使用的各种电磁学量的单位和标准很不统一,据说,各自制定的电阻标准就有15种之多.这种状况不可避免地引起混乱.鉴于这一现实,在开尔芬的建议下,英国科学促进协会于1861年任命了一个六人委员会来研究制定统一的电磁学单位体系.两年后,在纽家塞尔——泰因会议上,麦克斯韦和詹金在他们合写的论文里以高斯制为基础提出了两个电磁学单位体系——绝对静电单位制(CGSE或e.s.u)和绝对电磁单位制(CGSM或e.m.u),用毫米、克、秒取代高斯制中的毫米、毫克、秒.不久,毫米又被换成厘米.