enhetssystem

Enheter for bruk ved handel og vandel (masse-, lengde- areal- og volumenheter) har vært underkastet lovgivning helt fra oldtiden. Men enhetene har variert fra land til land og ofte også fra vareslag til vareslag. På grunn av det store internasjonale handelssamkvemmet som oppstod på 1700-tallet, meldte det seg et sterkt behov for internasjonalt godkjente absolutte enheter for mål og vekt. Forsøkene førte den gang ikke frem. Men som et resultat av arbeidet vedtok Frankrike under revolusjonen i 1791 et eget absolutt enhetssystem, metersystemet. Det bestod av tre enheter: meter, gram og liter. Det ble innført desimalinndeling, og desimale multipletter ble uttrykt ved hjelp av prefikser (centi-, desi-, kilo- m.fl.). Som lengdeenhet valgte man meter som ble definert som ¹/_{10 000 000} av avstanden fra ekvator til Nordpolen. Masseenheten gram skulle være massen av én cm³ rent vann og volumenheten liter, særlig beregnet til bruk for væsker, ble satt lik volumet av ett kg vann. Meteren definert på denne måten ble for vanskelig å bestemme, og ble, før systemet kunne tas i bruk, fastsatt som lengden av Arkivmeteren. Det ble også laget en egen kilogramnormal.

Metersystemet var ikke noe fullstendig enhetssystem. For bruk innen mekanikk ble det snart utviklet videre i CGS-systemet som bygde på centimeter, gram og sekund som grunnenheter. I litt forskjellige varianter fikk det anvendelse for vitenskapelig bruk også innen elektrostatikk og elektromagnetisme, men ingen av CGS-systemene var egnet for praktisk bruk.

I en periode var Det tekniske systemet mye brukt innen mekanikk. Det bygde på meter, sekund og kilopond (tyngden av ett kilogram) som grunnenheter for lengde, tid og kraft. Tyngden av et legeme varierer fra sted til sted, og kraftenheten kilopond avhenger derfor av hvor på jorden en befinner seg. Det tekniske systemet betegnes derfor som et gravitasjonssystem. Innen systemet ble det definert en del ikke-koherente enheter med praktisk anvendelse, som hestekraft og teknisk atmosfære. Systemet var altså verken absolutt eller koherent. Det har etter hvert veket plass for MKS-systemet som bygger på grunnenhetene meter, kilogram (for masse) og sekund. MKS-systemet er både absolutt og koherent, og inngår nå i SI (se nedenfor).

For bruk i elektroteknikk ble det i slutten av forrige århundre definert en rekke praktiske enheter. De ble opprinnelig fastsatt i forhold til CGS-enhetene, og utgjorde et absolutt system. Av måletekniske grunner ble enhetene for volt og ohm senere fastsatt uavhengig av de teoretisk definerte verdiene. Systemet som bygde på disse enhetene ble kalt Det internasjonale praktiske systemet. De internasjonale enhetene for volt og ohm viste seg etter hvert å avvike fra de absolutte. Det ble nødvendig å innføre korrigerende tall i ligningene som knyttet dem sammen – dette gjorde at systemet ikke ble koherent. Som en variant av Det absolutte praktiske systemet, med enheter med samme størrelse og navn, utviklet italieneren G. Giorgi et system med meter, kilogram, sekund og ampere som grunnenheter. Ved å velge ampere som grunnenhet ble den magnetiske konstanten (μ₀) en størrelse med dimensjon newton/ampere. Måltallet for μ₀ fastlegger størrelsen på enheten ampere. I den endelige utformingen av systemet ble μ₀ satt lik 4π ·10^–7 N/A. Samtidig ble en faktor 4π omplassert i noen elektromagnetiske ligninger. Ampere fikk samme størrelse som den hadde hatt i Det absolutte praktiske systemet og de elektromagnetiske ligningene fikk en mer symmetrisk form. Systemet fikk betegnelsen Det rasjonaliserte MKSA-systemet (se elektrisitet (måleenheter)).

I 1954 vedtok Generalkonferansen for mål og vekt (CGPM) Det rasjonaliserte MKSA-systemet som internasjonalt enhetssystem. På Generalkonferansen i 1960 ble systemet supplert med to grunnenheter, kelvin for temperatur og candela for lysstyrke, og systemet ble kalt Det internasjonale system for enheter med internasjonal forkortelse SI. På Generalkonferansen i 1971 ble mol vedtatt som grunnenhet for stoffmengde. Dermed dekker systemet enheter for de fleste fysiske størrelsene. Gjennom årene er grunnenhetene i SI definert på ny flere ganger for å få dem knyttet til naturkonstanter som de med stor nøyaktighet kan bestemmes ut fra. Se SI for en nærmere beskrivelse av systemet.

En rekke variasjoner av de nevnte enhetssystemene har vært i bruk i kortere perioder og i enkelte land. For eksempel har det i engelsktalende land innen mekanikk vært brukt et koherent, absolutt enhetssystem med foot, pound og sekund som grunnenheter (LB-systemet) og et gravitasjonssystem basert på foot, slug (tyngden av ett pound) og sekund (FPS-systemet – Foot–pound–second system ). Særlig i USA er FPS-systemet fremdeles mye brukt.

I tillegg er det innen teoretisk fysikk brukt såkalte naturlige systemer med fundamentale fysiske konstanter som grunnenheter. I det mest brukte, Hartree-systemet, som blir nyttet innen atomfysikk, er elektronmassen (m_e), elementærladningen (e), Plancks konstant dividert med 2π (ℏ) og den elektriske konstanten (ε₀), valgt som grunnenheter. Enheter for lengde og tid blir avledede enheter med en størrelse som passer for beskrivelse av atomære forhold. I Det kvante-elektrodynamiske systemet er lyshastigheten i tomt rom valgt som grunnenhet istedenfor elektronladningen.