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1999年，第21届计量会议将5月20日定为“世界计量日”，以纪念1875年《公制公约》的签署。该协议为随后测量标准的统一奠定了基础。为了纪念这些伟大科学家的贡献，单位制中的许多单位都用他们的名字作为单位名称，其中有十个与电磁学直接相关。今天，在这个特殊的爱的日子里，我们一起来看看与生命密切相关的电磁波单位以及它们背后的科学家们的故事。

剧本|刘熵、刘景峰

因创建元素周期表而闻名世界的俄罗斯化学家门捷列夫曾经说过“没有测量就没有科学。”计量学是测量科学，是实现单位统一和准确可靠数值的活动。也是支撑社会、经济、科技发展的重要基础。

麦克斯韦的思想开创了测量单位的新时代。

计量单位，也称为计量单位，是用于测量和比较相似量的标准量或标准。例如，在比较质量时，您使用“千克”，在比较长度时，您使用“米”等单位。法定计量单位是国家以法律、法规的形式规定的计量单位。

韩国是世界上最早统一度量衡的国家之一。秦始皇统一中国后，颁布法令，统一度量衡，准确定义了长度、数量、质量，并建立了严格的管理制度，结束了战国时期计量单位的混乱和多种，使国家更加便利，治理和公民水平不断提高，生产和生活互动成为可能。与此同时，古埃及、古罗马等国家也发明了自己的测量系统。当时，各国之间的交流尚未密切，科学技术的发展还处于起步阶段，计量单位不一致、不准确对当时世界发展造成的题尚未显现。

然而，进入现代社会以来，特别是近200年来，对测量单位的均匀性和准确性的要求显着增加。各国之间的交流日益频繁，各领域科技爆发式发展，工业化水平不断提高，都需要统一、准确的测量装置来支撑。

一米的长度最初被定义为从地赤道到经过巴黎的北子午线的距离的百万分之一，后来为此长度打造了原型Meter——铂金条。时间的计量单位最初是从人们对“天”的理解开始定义为地绕太阳运行的时间。这种以测量地的大小和运动作为测量基础的方法在当时是普遍的，但天文学和地理的进步使人们认识到这种基础并不是永久和牢固的。

伟大的理论物理学家、思想家、电磁学大师和奠基人麦克斯韦在其代表作《电磁学》中指出“从数学的角度来看，任何现象最重要的一点是它是可测量的物质。他不仅高度重视测量的科学价值，而且通过提出提高测量精度的创新思路，改变了测量的发展方向和历史进程。他说“要获得一个完全永久的标准，就地的大小和运动而言，获得一个完全永久的标准是必要的。我们找不到这个，但我们需要找到波长、振荡周期以及其他在这些方面永恒且完全相似的测量值。永恒的绝对值。单元1]

麦克斯韦利用电磁波测量距离、利用频率定义时间的理想在他的时代并未实现，但他的科学预测却极具震撼力和前瞻性。电磁波的基本公式不仅揭示了电磁波速度的恒定值以及波长和频率的关系，而且揭示了空间和时间的重合和统一。

1999年，第21届度量衡会议在法国巴黎召开，旨在增加各国政府和公众对度量衡的认识，鼓励和促进各国度量衡的发展，加强交流与合作在度量衡领域。会议决定每年5月20日举行，今天是世界测量日。今天是世界计量日。本文通过对电磁学计量单位的分类，回顾电磁学的发展，向伟大的科学家致敬。电磁波测量单位共分为10个，其中前7个是电的基本单位，后3个是用于测量磁力和频率的单位，在两篇文章中介绍。

电磁学十大单位制

根据计量会议的规定，现行单位制[3]由七个基本单位组成，就像七个独立而又互补的“基石”。从这七个基本单位，所有其他物理单位都可以推导出来作为数量单位，形成单位制的基础。同时，为了便于使用，1993年度量衡会议定义了19个SI衍生单位并赋予了专门的名称。

表1单位制的七个基本单位

表2一些源自单位制的SI单位

为了纪念对科学史做出重要贡献的科学家，以他们的名字命名计量单位已成为惯例，也是最高荣誉。在电磁学领域，有十位科学家的名字被用作单位制的测量单位安培、库仑、伏特、法拉、欧姆、西门子、亨利、赫兹、韦伯和特斯拉。他们的名字在史册上如此显赫，奠定了电磁学和现代科学的基础，他们的成就就像一颗颗闪亮的珍珠，几乎连接了整个电磁学的历史。今天我们就来看看这些名字背后的电磁学的发展轨迹。

一

当前单位安培

安培是单位制的七个基本单位之一。最初引入安培单位是因为电磁学的发展意味着原始的基本单位不再足够。如果仍然用原来的基本物理量来推导其他物理量，不仅麻烦而且会得出荒谬的结论。因此，1881年的电工会议[4]决定正式增加一个称为电流强度的基本量，并将单位命名为安培。

安培是法国著名物理学家、化学家。由于家庭的影响，安培从小自学数学、拉丁语、历史和哲学，在数学方面表现出了特殊的天赋。安培对学习自然科学有着近乎痴迷的热情，从他著名的小故事中我们可以看出他对自然科学有多么的痴迷。为了防止别人打扰他，安培在自家门上写下了“安培不在家”。有一天，他从外面走回家，想着还在学习，走到门口叹了口气“哎，原来Ampay不在家。”又离开了。

1820年7月，丹麦物理学家奥斯特通过一次无意的实验——奥斯特实验发现，电流流过载流导线的瞬间，磁针就会发生偏转。正是这个实验拉开了电磁学的帷幕，让人类开始深入认识和研究电与磁的关系。

图1奥斯特实验

时年45岁、已是法国科学院院士的安培立即意识到这是一个重现，立即开始重复奥斯特的实验，进一步扩展并总结出“安培定律”。安培定律一右手握住一根载有电流的直导线，大拇指指向电流方向，则四根弯曲手指的方向即为磁力线方向。安培定律2右手握住螺线管，四指指向螺线管电流方向，拇指所指的一端成为螺线管的N极。因此，安培定律又称为右手螺旋定律，是高中物理必学的东西之一。

图2安培定律1

图3安培定律2

同时，安培证明了安培力定律，即两个平行的承载电流的直导体，如果电流方向相同，则相互吸引，如果电流方向相反，则相互排斥。他还得出结论，两个电流元件之间的力与两个元件的长度和电流强度成正比，与两个元件之间的距离r的平方成反比。这就是著名的安培定律。当两根导线平行时，公式可简化为F=K/r2。rsted发现了电流对磁铁的影响，安培发现了电流对电流的影响，这无疑是一个巨大的进步。

图4安培定律示意图

单位制中安培的定义也发生了多次变化。1908年在伦敦召开的电工会议将1秒内能电解硝酸银溶液中1118毫克银的恒定电流定义为1安培。1948年，度量衡委员会将安培定义为如果在真空中，两条平行的、无限长的、横截面积小到可以忽略不计的直圆形导体相距1米，流过等量的恒定电流，则导线之间的相互作用力使得每根导线中的电流为1米长处的2X10^-7N是1A。2018年11月16日，第26届计量大会通过《修订单位制》决议，将1安培定义为“电荷运动时产生的电流强度”。该定义将于2019年5月20日世界测量日正式生效。

1820年，安培第一个引入了电流和电流强度等术语，也创造了第一台测量电流的检流计。安培还提出了分子电流假说，认为电和磁的本质在于电流。他的著作《电动力学理论》于1827年出版，被认为是1820年代电磁理论的最高成就。

图5安培肖像

电量单位库伦

库仑是法国著名物理学家，也是最早研究静电力的科学家之一。他因发现静电学库仑定律而闻名。库仑定律指出，两个电荷之间的力与两个电荷的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。该定律也是电学发展史上第一个定量定律，将电学研究从定性阶段推进到定量阶段，成为电学史上的一个重要里程碑。

图6库仑扭转实验示意图。

库仑所用的装置是一个玻璃圆柱体，上面覆盖着一块玻璃板，中间有一个小孔。将玻璃管安装在小孔中，在玻璃管顶部安装千分尺测量扭转角度，将银线挂在管上，并将其伸入玻璃管中。吊丝底部系有一根小横杆，小横杆一端由木A制成，另一端为平衡，因此横杆始终保持水平。玻璃圆柱上刻有360个刻度，当悬链线释放时，横杆上的小木A指向0。

其中，k为静电力常数，约为9X109Nm2/C2。这个常数不是库仑计算出来的，而是100年后由麦克斯韦从理论上推导出来的。这与推导引力常数的过程惊人地相似！当牛顿发现万有引力定律F=GMm/r2时，牛顿本人并不知道万有引力常数G是多少。100多年后，英国科学家卡文迪什使用类似的扭转对称实验装置计算出了这一结果。

图7通用引力测量的卡文迪什图。

单个电荷不是用库仑来衡量的，但这并不妨碍库仑的伟大。需要指出的是，技术水平和物质条件的，使得库仑早在18世纪就可以利用巧妙的实验装置来放大和显示本来就值得称道的微小力。

电量是指物体携带的电荷量。实际上，1库仑的电荷是比较大的，因为电荷量很小；一个电子的电荷只有160X10-19C。1C对应于625X1018个电子的电荷。电流与其前面讨论的关系是，电量等于电流强度与时间的乘积，公式表示为Q=It。因此，1C代表1A电流在1秒内所携带的电量。在1881年的电气会议上，电力的单位被定义为库仑。

自然界已知四种基本相互作用重力、电磁力、强相互作用和弱相互作用。强相互作用力和弱相互作用力都是短程力，其作用范围不超过原子核。在微观世界中，万有引力与强相互作用力、弱相互作用力、电磁力相比是可以忽略不计的，例如电子和质子的关系是