一级计量师

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计量单位制的发展1

计量单位制是和量制（基本量及其导出量的特定组合）同步发展起来的。古老的计量单位制，首先出现在一些经济文化发达的地区，随着那里的文明共同发展。大约公元前25世纪，埃及的计量单位制中，长度的基本单位是库比特（cubit肘尺），100库比特等于1开赫特（khet）；土地面积单位斯坦塔（setat），1斯坦塔等于开赫特的平方。当时已使用十进制。这里长度与面积这两个量已构成量制，长度为基本量，面积为导出量，而库比特与斯坦塔则是这个给定量制中的单位，库比特为基本单位，斯坦塔为导出单位。可以认为这是量制和单位制的雏形。

中国从公元前五六世纪出现了明确的长度、容量、重量单位及其量制，到公元前一世纪，先人对长度基本单位尺给予了科学的定义：黄钟律管长九寸；累黍横排一百粒的长度。并由尺度导出容量和重量单位：一升的容积为十六又五分之一立方寸；一两（十六分之一斤）为一合（十分之一分）黍的重量；也公布过“黄金方寸而重一斤”、“水一升冬重十三两”的重量单位标准的测量数据，而且建立了大量单位量标准。因此，中国二千多年前，在建立了度量衡三个量的量制基础上，通过物理理论和数学形式构成了逻辑的计量单位制体系。但由于长度和容量单位的分数、倍数为十进位，而“两”的分数、倍数单位为非十进位，中国古代的度量衡制，还是非一贯计量单位制。中国古老的时间计量，发展到秦、西汉时期，用圭表测定当地的时刻，日晷和漏刻测定昼夜时刻，技术上成熟，使用普遍。这些计时器具也借助度量衡器进行测量。国家重视对度量衡和时间计量的管理，在典藉文献中，两者都列入“律历志”加以论述。但始终未能把长度、重量和时间三个基本量选定在单位制系统内，这是由于受到当时技术水平的限制。

厘米克秒单位制

18世纪后半期，力学、热学、光学、静电学已成为物理学的基础学科。测量的范围也从度量衡扩展到所有的力学量、热工量、电磁学和光学量，各种物理量都选择合适的单位，建立起数学关系加以定义。19世纪后半期，米制已被欧洲、美洲的许多国家接受，把各种单位构成逻辑关系形成一种单位制成为迫切要求。这时英国科学促进协会（BAAS）提出，需要一种由某几个基本单位按系统建立起来的一贯单位制。在力学中选择三个基本量：长度、时间和质量，它们的基本单位被选为：厘米、克和平均太阳时的秒。这个单位制中，除基本单位外，还包括按“一贯单位”的要求，导出的这个量制中所能导出的导出量的单位。所谓“一贯单位”，即用基本单位通过数字因素为1的形式所表示的导出单位。例如：厘米克秒制中力的单位达因（dyn）与其基本单位间的关系为1dyn=1（g·cm/s）/s=1g·cm/s2；功的单位尔格（erg），则1erg=1cm2·g/s2；速度的单位是厘米每秒（cm/s）。这个单位制称为厘米克秒制（CGS），这是近代计量学中第一个计量单位制。但是，事实上，有很多物理量例如光学的、电学的、热学的，是不能从这三个基本量导出的，这一量制只覆盖了物理学中的运动学、力学、声学和原子物理学，这就使得19世纪末和20世纪初的一些物理学家大伤脑筋，总想从中导出电学、磁学的计量单位。另外，还有些物理学家也主张增加量制中的基本量来解决。这样，演绎出了为数不少的量制和单位制。例如，在厘米克秒制的基础上，派生了米千克秒制、米吨秒制这样一些用较大的单位作为基本单位的单位制；英制中，相应出现了英尺磅秒单位制；在工程技术上，用得更多的是力而不是质量，因此，出现了以长度、力和时间作为基本量的三量纲制，称之为工程量制。在这个给定量制下，出现了米千克力秒单位制、英尺磅力秒单位制。这类单位制统称为重力单位制。为了和重力单位制相区别，把以长度、质量和时间作为基本量的那一些单位制，称之为绝对单位制。这两类单位制中的单位，则分别称之为重力单位和绝对单位。

绝对静电制（CGSe）和绝对电磁制（CGSm）

为了适应电、磁现象计量的需要，物理学家首先将厘米克秒单位制（CGS）推行到电磁学单位，于是出现了绝对静电制（CGSe）和绝对电磁制（CGSm）。19世纪初，德国数学家、物理学家和天文学家K.F.高斯（1777~1885）从事将数学应用于物理学、天文学和大地测量学的研究。1832年发表《用绝对单位测量地磁场强度》，论证必须以力学中力的单位进行地磁的“绝对测量”，代替用磁针进行的地磁测量。为此，高斯在与德国物理学家W.E.韦伯的合作下，在磁学测量中引用了以毫米、毫克和秒这三个单位为基础的“绝对”电学单位制。后来韦伯把它推广到其它的电磁测量，并在1851年对从电的库仑定律出发的一组物理公式中，确定了一种一贯性的绝对厘米克秒单位（由这三个基本单位按一贯导出单位的规则来导出力的单位，从一贯的意义上讲，它是“绝对”的，所以叫做“绝对单位”）制，定名为静电制（CGSe）。他又对从磁库仑定律出发的一组物理公式中，确定了一种一贯性的绝对厘米克秒单位制，定名为电磁制（CGSm）。1851年，他还做了一个成功的实验，用这一“绝对单位”，通过测量给出了导线的电阻。

厘米克秒静电制之所以成立，是在库仑定律中令比例系数α=1以及真空介电常数ε0为1，当时，他并没有认识到这一设定，实际上已选取了第四个基本量和基本单位ε0，也没有认识到已采用的是非合理化公式。

在导出其他磁学量的单位时，还要选用一个磁学公式作为基本公式，即磁的库仑定律，令其中比例系数β=1。从而导致真空磁导率 ，这里c0为真空中的电磁波传播速度。

厘米克秒电磁制则是令μ0=1构成的，同样也没有意识到这一设定已相当于选取了第四个基本量和第四个基本单位。这个单位制中使得，用的也仍都是非合理化公式。

CGSe制与CGSm都在电磁学中使用，可是同一电磁量CGSe单位（ESU）与CGSm单位（EMU）数值相差很大，量纲也不一致，很易导致误解，发生错误。

后来，高斯发现，只要把公式中的比例常数γ=c0，在α=1，β=1以及ε0=1和μ0=1的条件下，全部电学量的单位（包括量纲）都和CGSe制的一样，全部磁学量的单位都和CGSm制的一样，这就是曾广泛使用的高斯单位制，他仍选厘米、克、秒作为基本单位，而实际上第四个基本量在电学量中是ε0，在磁学量中是μ0。

高斯制综合了CGSe制和CGSm制，消除了一些混乱，但在那些既有电学量又有磁学量的公式中，即出现γ的公式需要改写。高斯制用的也仍是非合理化公式。

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