Ohm (Français)

L’essor rapide de l’électrotechnologie dans la dernière moitié du XIXe siècle a créé une demande pour un système d’unités rationnel, cohérent, constant et international pour les grandeurs électriques. Les télégraphes et autres premiers utilisateurs de l’électricité au 19e siècle avaient besoin d’une unité de mesure standard pratique pour la résistance. La résistance était souvent exprimée comme un multiple de la résistance d’une longueur standard de fils télégraphiques ; les différentes agences utilisaient des bases différentes pour un standard, de sorte que les unités n’étaient pas facilement interchangeables. Les unités électriques ainsi définies ne constituaient pas un système cohérent avec les unités d’énergie, de masse, de longueur et de temps, ce qui nécessitait l’utilisation de facteurs de conversion dans les calculs reliant l’énergie ou la puissance à la résistance.

Deux méthodes différentes pour établir un système d’unités électriques peuvent être choisies. Divers artefacts, tels qu’une longueur de fil ou une cellule électrochimique standard, pourraient être spécifiés comme produisant des quantités définies pour la résistance, la tension, et ainsi de suite. On peut aussi relier les unités électriques aux unités mécaniques en définissant, par exemple, une unité de courant qui donne une force spécifiée entre deux fils, ou une unité de charge qui donne une unité de force entre deux charges unitaires. Cette dernière méthode assure la cohérence avec les unités d’énergie. Définir une unité de résistance cohérente avec les unités d’énergie et de temps en vigueur nécessite également de définir des unités de potentiel et de courant. Il est souhaitable qu’une unité de potentiel électrique force une unité de courant électrique à travers une unité de résistance électrique, effectuant une unité de travail en une unité de temps, sinon, tous les calculs électriques nécessiteront des facteurs de conversion.

Puisque les unités dites « absolues » de charge et de courant sont exprimées comme des combinaisons d’unités de masse, de longueur et de temps, l’analyse dimensionnelle des relations entre le potentiel, le courant et la résistance montre que la résistance est exprimée en unités de longueur par temps – une vitesse. Certaines des premières définitions d’une unité de résistance, par exemple, définissaient une unité de résistance comme un quadrant de la Terre par seconde.

Le système des unités absolues reliait les quantités magnétiques et électrostatiques aux unités de base métriques de masse, de temps et de longueur. Ces unités avaient le grand avantage de simplifier les équations utilisées dans la résolution des problèmes électromagnétiques, et éliminaient les facteurs de conversion dans les calculs sur les quantités électriques. Cependant, les unités centimètre-gramme-seconde, CGS, se sont avérées avoir des tailles peu pratiques pour les mesures pratiques.

Divers standards d’artefacts ont été proposés comme définition de l’unité de résistance. En 1860, Werner Siemens (1816-1892) a publié une suggestion pour un étalon de résistance reproductible dans Poggendorffs Annalen der Physik und Chemie. Il proposait une colonne de mercure pur, d’un millimètre carré de section, d’un mètre de long : l’unité de mercure Siemens. Cependant, cette unité n’était pas cohérente avec les autres unités. Une proposition consistait à concevoir une unité basée sur une colonne de mercure qui serait cohérente – en fait, il fallait ajuster la longueur pour que la résistance soit d’un ohm. Tous les utilisateurs d’unités ne disposaient pas des ressources nécessaires pour mener des expériences de métrologie avec la précision requise, de sorte que des normes de travail basées théoriquement sur la définition physique étaient nécessaires.

En 1861, Latimer Clark (1822-1898) et Sir Charles Bright (1832-1888) ont présenté un document lors de la réunion de la British Association for the Advancement of Science suggérant que des normes pour les unités électriques soient établies et proposant des noms pour ces unités dérivés d’éminents philosophes, « Ohma », « Farad » et « Volt ». En 1861, la BAAS a nommé un comité comprenant Maxwell et Thomson pour faire un rapport sur les normes de résistance électrique. Leurs objectifs étaient de concevoir une unité de taille pratique, faisant partie d’un système complet de mesures électriques, cohérente avec les unités d’énergie, stable, reproductible et basée sur le système métrique français. Dans le troisième rapport du comité, en 1864, l’unité de résistance est appelée « unité B.A. ou Ohmad ». En 1867, l’unité est appelée simplement ohm.

L’ohm B.A. devait correspondre à 109 unités CGS mais, en raison d’une erreur de calcul, la définition était trop petite de 1,3 %. L’erreur était importante pour la préparation des normes de travail.

Le 21 septembre 1881, le Congrès international des électriciens a défini une unité pratique d’ohm pour la résistance, basée sur les unités CGS, en utilisant une colonne de mercure de 1 mm² de section, d’environ 104,9 cm de longueur à 0 °C, similaire à l’appareil proposé par Siemens.

Un ohm légal, étalon reproductible, a été défini par la conférence internationale des électriciens à Paris en 1884 comme la résistance d’une colonne de mercure de poids spécifié et de 106 cm de long ; c’était une valeur de compromis entre l’unité B. A. (équivalente à 104,7 cm), l’unité Siemens (100 cm par définition) et l’unité CGS. Bien que qualifiée de « légale », cette norme n’a été adoptée par aucune législation nationale. L’ohm « international » a été recommandé par une résolution unanime lors du Congrès international de l’électricité de 1893 à Chicago. L’unité était basée sur l’ohm égal à 109 unités de résistance du système C.G.S. d’unités électromagnétiques. L’ohm international est représenté par la résistance offerte à un courant électrique invariable dans une colonne de mercure de section transversale constante de 106,3 cm de long, de masse 14,4521 grammes et de 0 °C. Cette définition est devenue la base de la définition légale de l’ohm dans plusieurs pays. En 1908, cette définition a été adoptée par les représentants scientifiques de plusieurs pays lors de la Conférence internationale sur les unités et les normes électriques à Londres. La norme de la colonne de mercure a été maintenue jusqu’à la Conférence générale des poids et mesures de 1948, au cours de laquelle l’ohm a été redéfini en termes absolus et non plus comme une norme d’artefact.

À la fin du XIXe siècle, les unités étaient bien comprises et cohérentes. Les définitions changeaient avec peu d’effet sur les utilisations commerciales des unités. Les progrès de la métrologie permettaient de formuler les définitions avec un haut degré de précision et de répétabilité.

Unités historiques de résistanceEdit

.

.