Elektrosztatikai egységek
Elektrosztatikai egységek. Ezek a nyugalomban levő szabad elektromosság hatásaira vannak alapítva. Coulomb törvénye szerint azon erő, melylyel pontokba összegyüjtve képzelt két elektromosság-mennyiség egymásra ha mennyiségükkel egyenes viszonyban, kölcsönös távolságuk négyzetével pedig forditott viszonyban van; az elektromosság mennyiségének (röviden a mennyiségeknek v. töltésnek) egysége azon mennyiség, mely ugyanannyi mennyiségre 1 cm távolságból 1 din erővel hat; ez az egység tehát éppen ugy van meghatározva, mint a mágnesség egysége, tehát szintén 1cm3/2g1/2sec-1 által van kifejezve. Valamely elektromos test az elektromos potenciál egységét valamely pontban akkor létesíti, ha az ebben a pontban levő elektromosság-mennyiségnek a test hatása körén kivül való elmozdításakor mennyiség-egységként l erg munkát kell végeznünk, vagy elektromos taszítás esetén 1 erg munkát nyerünk; egysége tehát 1 erg: 1 menny. egys. = 1cm1/2g1/2sec-1; két pont között akkor van a potenciál különbség egysége, ha egy erg munkára van szükségünk, hogy az elektromosság egységét az egyik ponttól a másikig eltoljuk. Valamely r sugaru és Q töltésü gömb potenciálja a gömb felületén vagy belsejében Q/r; a gömb potenciálja tehát akkor lesz az egység, ha töltése 1 menny. egység, sugara pedig 1 cm. Az elektromos kölcsönös potenciál (l. Elektromos potenciál) nem a mennyiség egységéhez viszonyított, hanem az általában végzett munka, egysége tehát 1 erg; ugyanez az egysége van valamely vezető helyzeti energiájának is. Az elektromos kapacitás egységével az a vezető rendelkezik, mely 1 mennyiségegységnyi töltéssel a potenciál egységére emelkedik; a kapacitás fogalma szerint lesz a kapacitás egysége 1 mennyiség egys.: 1 potenc. egys. = 1 cm. És mivel a gömb kapacitását kifejezi a gömb sugara, a kapacitás egysége még azon szigetelt gömb kapacitása, melynek sugara 1 cm. A Föld kapacitását kifejezi a földgömb sugara, vagyis 6,37X108 cm., a Nap kapacitása 7,135X10l0 cm.
Elektromágnesi egységek. Ezek kiinduló pontja az áramnak a mágnesekre való hatása, és mivel az áramló elektromosság hatásainak van a legtöbb technikai alkalmazása, ezen egységek gyakorlati szempontból is kiválóan fontosak. Az áramerősség (vagy röviden áram) egységének megállapítására abból indulunk ki, hogy valamely köráram v. bármely sik-áram mágnesi hatása, tőle nagy távolságban levő mágnességekre, megegyezik egy olyan mágnes hatásával, melynek mágnesi nyomatéka egyenlő az áramerősség és a körterület, vagy általában az áramterület szorozmányával. Ennélfogva a C. G. S.-rendszerbeli áramegység azon áram, mely 1 cm2 területet körülfutva a távolságba ugy hat, mint egy mágnes, melynek nyomatéka 1 C. G. S.-egység, és az imént kifejezett összefüggés szerint 1cm5/2g1/2sec-1 = 1cm2 × áramegys., tehát az áramegys. = 1cm1/2g1/2sec-1. Faraday tapasztalati törvényei szerint azon elektromosság-mennyiség, mely valamely vezetőn át bizonyos időben kering, arányos ezen idővel és az áramerősséggel, ennélfogva az elektromosság mennyiségének elektromágnesi egysége az a mennyiség, melyet az áramegység az időegységben átvisz, és az imént kifejezett törvény szerint 1 mennyiség-egység = 1cm1/2g1/2sec-1 × 1sec = 1cm1/2g1/2. Mivel tehát az elektrosztatikai rendszerben ugyanezen mennyiség mérése az áramló elektromosságnak a mágnesekre való hatására van visszavezetve, innét származik emez egységek elektrommágnesi elnevezése. Az áram által a vezetőben fejlesztett hő Joule tapasztalati törvénye szerint arányos az áramerősség négyzetével és az ellenállással; az ellenállás egysége azon vezető ellenállása, melyben az áramegység másodpercenként 1 erggel (1cm2gsec-2) egyenértékü hőt fejleszt és Joule törvényéből folyólag az ellenállás egysége = munkaegység: (áramegység)2 = 1 cm sec-1. Ohm törvényéből folyólag az elektromindító erő (potenciálkülönbség) arányos az áramerősséggel és az ellenállással, tehát az elektrominditó erő (potenciális különbség) egysége azon elektromindító erő, mely egységnyi (1 cm sec-1) ellenállásu vezetőben egységnyi erősségü (1cm1/2g1/2sec-1) áramot gerjeszt; kifejezése az imént említett törvény szerint 1 cm3/2g1/2sec-2. A kapacitás elektromágnesi egysége azon vezető kapacitása, mely a mennyiség elektromágnesi egységére emelkedik; kifejezése 1 cm1/2g1/2:1 cm3/2g1/2sec-2 = 1 cm-1 sec2.
Az ekként megállapított elektromágnesi egségeknek az a rossz oldaluk van, hogy rendszerint mérendő elektromos mennyiségekhez képest v. tulságosan nagyok, v. tulságosan kicsinyek. Igy a Daniell-elem elektromindító ereje 112200000 v. 1,12×108 elektromágnesi egység volna, a Siemens-féle ellenállás-egység pedig 943000000 elektromágnesi egységr e rugna. Ellenben a kapacitás elektromágnesi egysége oly nagy, hogy az egész földgömb kapacitása, mely elektrosztatikai egységekben kifejezve 6,37×108, elektromágnesi egységekben csak 7,07 × 10-13 volna. Ennélfogva a British Association 1861. gyakorlati mérésekre alkalmas, de azért észszerü egységeket állapított meg, nevezetesen az elektromindító erő és az ellenállás egységeül az elektromágnesi eredeti egségek bizonyos többszöröseit állapította meg, s ezekből a többi egységet is leszármaztatta. Ezek az egységek, melyeket csekély módositásokkal az elektrikusoknak 1881-iki kongresszusa is elfogadott, gyakorlati egységek-nek neveztetnek és kiváló elektrikusok neveivel ruháztattak fel. A gyakorlati egységek a következők. Az ellenállás gyakorlati egysége az elektromágnesi egységnek százmilliomszorosa (109-szerese); ez az ohm, mely közelítőleg egyenlő a Siemens-egységgel. Az elektromindító erő elektromágnesi egységének ezermilliomszorosa (108-szorosa) a volt, mely közelítőleg egyenlő a Daniell-elem elektromindító erejével. Az áramerősség gyakorlati egysége az ampere, mely Ohm törvénye szerint ekként van meghatározva: 1 ampere = 1 volt: l ohm = 108: 109 = 1/10 eredeti elektromágnesi áramegység. Az elektromosság mennyiségének gyakorlati egysége a coulomb; ez azon mennyiség, melyet 1 ampere-áram 1 sec alatt a vezető bármely keresztmetszetén átvisz; és mivel általában az áramerősséget meghatározza a vezető bármely keresztmetszetén átömlő mennyiségnek az átömlés idejéhez való viszonya, nyilvánvaló, hogy valamint az ampere az eredeti áramegység 1/10 része, éppen ugy a coulomb is 1/10 része az eredeti mennyiségegységnek. A kapacitás gyakorlati egysége azon vezetőnek, vagy a földdel összekapcsolt azon gyüjtőnek a kapacitása, mely 1 coulomb-töltéssel 1 volt potenciálra emelkedik; ezen egység neve farad; a kapacitás, mennyiség és potenciál közötti kapcsolat szerint 1 coulomb = 1 farad X 1 volt, tehát 1 farad = 1 coulomb: 1 volt = 10-1: 108 = 10-9 eredeti elektromágnesi egység. Eme megállapításokkal szerves összefüggésben a munkára és az effektusra (munkasikerre) nézve is uj egységek állapíthatók meg; nevezetesen Joule törvénye szerint, az uj munkaegység vagy áramhő-egység (1 am ere)2 X 1 ohm = (10-1)2 X 109 = 107 erg lészen, s ez a munkaegység joule nevet visel, mig a megfelelő effektus-egység, vagyis 1 joule másodpercenként, watt-nak neveztetik. Mindezek a nemzetközi gyakorlati egységek, melyek immár az egész elektrotechnika mezején kizárólag uralkodnak, az eredeti elektromágnesi C. G. S.-egységekben kifejezett értékeikkel együtt a következő táblázatban vannak összeállítva:
A gyakorlatban még a farad is tulságos nagy egység volna; még a földgömb kapacitása is csak 0,000707 farad volna. Ennélfogva egy milliomod farad vétetik egységül, s ezt mikrofaradnak nevezik. Általában, ha a szükség ugy hozza magával, a többi gyakorlati egységnek is milliomszorosait vagy milliomodrészeit vesszük egységül, mit az egység neve elé tett mega, illetőleg mikro jelzővel fejezünk ki, p. megohm = millió ohm, mikrovolt = egy milliomod volt, stb. Ezenkivül a méteres mértékrendszer kilo, milli, stb. jelzőinek megfelelő többszörösöket és hányadrészeket is képezhetünk, p. kilowatt = ezer watt, milliampere = egy ezer amp ere, stb. Tekintve, hogy az árammunka kifejezhető még a keringő elektromosság-mennyiség és az elektromindító erő szorozmányával, a joule még voltcoulomb, a watt pedig még voltampere nevet is visel. A joule egyenértékü 0,24 gr. kalóriával, vagy egyre-másra 0,102 kilogramméterrel, a watt pedig 0,00136 lóerővel, tehát a kilowatt 1,36 lóerővel. A technikai gyakorlatban tetemes erősségü és hosszabb időn át keringő áramok által átvitt elektromosságnak mérésére szolgál még a horampere (óra-amp ere), vagyis 1 ampere által 1 óra alatt átvitt elektromosság, mely tekintve, hogy 1 óra = 360 sec, egyenlő 3600 coulomb-mal; nagyobb árammunkának az áram effektusával és időtartamával való kifejezésére szolgál a horwatt vagy horvoltampere (óra-watt), mely egyenértékü 3600 joule-lal; végre a horwattok-ban kifejezett árammunkának amperekénti értékét kifejezi a horvolt, mely egyenlő ampereként 3600 joule-lal. Mivel a különböző gyakorlati mérések alkalmával az egység valamelyes mintájára van szükségünk, ilyen mintákról is kell gondoskodni, s ez már nehezebb feladat mint az egységeknek elméleti meghatározása, ugy amint például könnyü a métert mint a délkörnegyed tizmilliomodrészét meghatározni, de már nehéz egy hosszuságot ugy kiszabni, hogy eme meghatározásnak megfeleljen. A fentebb meghatározott ohm is csak az ugynevezett elméleti ohm, mely 1884. még nem volt a megkivántató pontossággal kisérletileg is megállapítva, mindazonáltal az elektrikusok kongresszusa, figyelembe véve az ohm addigi meghatározásait, a gyakorlati igényeknek megfelelőleg elég pontosnak találta, hogy törvényes ohm gyanánt egy 106 cm. hosszu és 1 mm2 keresztmetszetü és 0° -u kénesoszlopnak ellenállása vétessék. Kohlrausch Frigyes 1888. igen gondos meghatározása szerint 1 ohm = 1,0632 Siemens-egységgel. Az ampere értékének elméleti uton való közvetetlen meghatározása könnyebb mint az ohm- és volt-ból való levezetése, miért is törvényes volt-nak azon elektromindító erő vétetik, mely 1 törvényes ohm ellenállásban 1 ampere áramot gerjeszt. Kohlrausch szerint 1 ampere áram 1 sec alatt 0000093,3 g. vizet bont fel, v. 0001118,3 g. ezüstöt, 0000,328 g. rezet választ ki, vagy 0,1740 cm3 0° -u és 76 cm. nyomásu durranógázt fejleszt. Az elektromindítóerő minta-eleme a Latimer-Clark-féle elem, ez tiszta higanyból áll, mely higanyszulfátnak tiszta cinkszulfát-oldatban való főzése által nyert péppel van borítva, melybe ismét negativ sark gyanánt tiszta amalgámozott cink van merítve; elektromindító ereje 15,5 C° -nál 1,456 volt. Az ohm-nak ujezüstdrótból való másolatai kereskedelmi uton kaphatók, hasonlóképen lehet készen venni ón- és csillámlemezekből készített sűrítőket, melyek kapacitása 1 mikrofarad vagy ennek valamely hányadrésze.
Az elektrosztatikai mértékrendszer, mindamellett, hogy a gyakorlatban nem használatos, elméletileg époly jogosult, mint az elektromágnesi rendszer, sőt az utóbbi rendszerhez való viszonya révén elméleti szempontból igen nevezetes vonatkozásokat tár fel. Kiváló experimentátorok meghatározták a két rendszerbeli elektromosság-mennyiség egységnek viszonyát, s azt találták, hogy az elektromágnesi mennyiség-egység elektrosztatikai mértékre redukálva egyenértékü kerek számban harmincezer millió (3 X 1010) elektrosztatikai egységgel. Azonban ugyanez a szám adja meg a fénynek másodpercenkénti centiméterekben kifejezett sebességét, mit még nevezetesebbé tesz az a körülmény, hogy a mennyiség-egység elektrosztatikai méretének ugyanezen egység elektromágnesi méretéhez való viszonya (1 cm3/2g1/2sec-1:cm1/2g1/2) tényleg a C. G. S.-rendszerbeli sebesség-egység méretét (cm sec-1) tünteti elő. Ez a körülmény, valamint a szigetelők optikai és elektromos tulajdonságai közötti összefüggés az elektromosság és a fény természetének bensőbb kapcsolatára enged következtetni.
