Ohm (Polski)

Gwałtowny rozwój elektrotechniki w ostatniej połowie XIX wieku stworzył zapotrzebowanie na racjonalny, spójny, konsekwentny i międzynarodowy system jednostek miar wielkości elektrycznych. Telegrafistom i innym wczesnym użytkownikom elektryczności w XIX wieku potrzebna była praktyczna standardowa jednostka miary oporu. Opór był często wyrażany jako wielokrotność oporu standardowej długości drutów telegraficznych; różne agencje stosowały różne podstawy dla standardu, więc jednostki nie były łatwo wymienialne. Tak zdefiniowane jednostki elektryczne nie stanowiły spójnego systemu z jednostkami energii, masy, długości i czasu, co wymagało stosowania przeliczników w obliczeniach odnoszących energię lub moc do oporu.

Można wybrać dwie różne metody ustalania systemu jednostek elektrycznych. Różne artefakty, takie jak długość drutu lub standardowe ogniwo elektrochemiczne, mogą być określone jako wytwarzające zdefiniowane wielkości dla oporu, napięcia i tak dalej. Alternatywnie, jednostki elektryczne mogą być powiązane z jednostkami mechanicznymi poprzez zdefiniowanie, na przykład, jednostki prądu, która daje określoną siłę pomiędzy dwoma przewodami, lub jednostki ładunku, która daje jednostkę siły pomiędzy dwoma ładunkami jednostkowymi. Ta ostatnia metoda zapewnia spójność z jednostkami energii. Zdefiniowanie jednostki oporu, która jest spójna z jednostkami energii i czasu w efekcie wymaga również zdefiniowania jednostek potencjału i prądu. Pożądane jest, aby jedna jednostka potencjału elektrycznego wymuszała jedną jednostkę prądu elektrycznego przez jedną jednostkę oporu elektrycznego, wykonując jedną jednostkę pracy w jednej jednostce czasu, w przeciwnym razie wszystkie obliczenia elektryczne będą wymagały zastosowania współczynników przeliczeniowych.

Ponieważ tak zwane „absolutne” jednostki ładunku i prądu są wyrażone jako kombinacje jednostek masy, długości i czasu, analiza wymiarowa relacji pomiędzy potencjałem, prądem i oporem pokazuje, że opór jest wyrażony w jednostkach długości na czas – prędkości. Niektóre wczesne definicje jednostki oporu, na przykład, określały jednostkę oporu jako jeden kwadrant Ziemi na sekundę.

System jednostek absolutnych odnosił wielkości magnetyczne i elektrostatyczne do metrycznych jednostek podstawowych masy, czasu i długości. Jednostki te miały tę wielką zaletę, że upraszczały równania stosowane w rozwiązywaniu problemów elektromagnetycznych i eliminowały przeliczniki w obliczeniach wielkości elektrycznych. Okazało się jednak, że jednostki centymetr-gram-sekunda (CGS) mają niepraktyczne rozmiary do praktycznych pomiarów.

Proponowano różne wzorce artefaktów jako definicję jednostki oporu. W 1860 roku Werner Siemens (1816-1892) opublikował w Poggendorffs Annalen der Physik und Chemie propozycję powtarzalnego wzorca oporu. Zaproponował on kolumnę czystej rtęci o przekroju jednego milimetra kwadratowego i długości jednego metra: Jednostka rtęci Siemensa. Jednostka ta nie była jednak spójna z innymi jednostkami. Jedna z propozycji polegała na opracowaniu jednostki opartej na słupie rtęci, która byłaby spójna – w efekcie dostosowując długość, aby opór wynosił jeden om. Nie wszyscy użytkownicy jednostek mieli środki na przeprowadzanie eksperymentów metrologicznych z wymaganą precyzją, dlatego potrzebne były standardy robocze oparte na definicji fizycznej.

W 1861 roku Latimer Clark (1822-1898) i Sir Charles Bright (1832-1888) przedstawili na spotkaniu British Association for the Advancement of Science referat sugerujący ustanowienie standardów dla jednostek elektrycznych i proponujący nazwy dla tych jednostek pochodzące od wybitnych filozofów: „Ohma”, „Farad” i „Volt”. W 1861 roku BAAS powołał komisję, w skład której weszli Maxwell i Thomson, do opracowania raportu na temat standardów oporu elektrycznego. Ich celem było opracowanie jednostki o dogodnych rozmiarach, będącej częścią kompletnego systemu pomiarów elektrycznych, spójnej z jednostkami energii, stabilnej, powtarzalnej i opartej na francuskim systemie metrycznym. W trzecim raporcie komitetu z 1864 roku jednostka oporu jest określona jako „jednostka B.A. lub Ohmada”. Do 1867 roku jednostka ta jest określana po prostu jako om.

Ohm B.A. miał wynosić 109 jednostek CGS, ale z powodu błędu w obliczeniach definicja okazała się o 1,3% za mała. Błąd ten był istotny dla przygotowania norm roboczych.

21 września 1881 r. międzynarodowa konferencja elektryków (Congrès internationale des électriciens) zdefiniowała praktyczną jednostkę om dla oporu, opartą na jednostkach CGS, używając słupa rtęci o przekroju 1 mm2 i długości około 104,9 cm w temperaturze 0°C, podobnego do aparatu zaproponowanego przez Siemensa.

Prawny om, powtarzalny standard, został zdefiniowany przez międzynarodową konferencję elektryków w Paryżu w 1884 roku jako opór słupa rtęci o określonej wadze i długości 106 cm; była to wartość kompromisowa pomiędzy jednostką B.A. (odpowiadającą 104,7 cm), jednostką Siemensa (100 cm z definicji) i jednostką CGS. Mimo że nazywany „prawnym”, standard ten nie został przyjęty przez żadne ustawodawstwo krajowe. Om „międzynarodowy” został zalecony jednogłośną uchwałą na Międzynarodowym Kongresie Elektrycznym w 1893 roku w Chicago. Jednostka ta została oparta na omach równych 109 jednostkom oporu w systemie jednostek elektromagnetycznych C.G.S.. Om międzynarodowy jest reprezentowany przez opór stawiany niezmiennemu prądowi elektrycznemu w słupie rtęci o stałym przekroju poprzecznym i długości 106,3 cm, masie 14,4521 gramów i temperaturze 0°C. Definicja ta stała się podstawą prawnej definicji oma w wielu krajach. W 1908 roku definicja ta została przyjęta przez przedstawicieli nauki z kilku krajów na Międzynarodowej Konferencji Jednostek i Norm Elektrycznych w Londynie. Standard kolumny rtęciowej został utrzymany do 1948 roku na Generalnej Konferencji Miar i Wag, na której ponownie zdefiniowano om w wartościach bezwzględnych, a nie jako standard artefaktu.

Do końca XIX wieku jednostki były dobrze rozumiane i spójne. Definicje zmieniały się bez większego wpływu na komercyjne zastosowania jednostek. Postępy w metrologii pozwoliły na formułowanie definicji z wysokim stopniem precyzji i powtarzalności.

Historyczne jednostki oporuEdit

.