Historia del sistema métrico
La historia del sistema métrico comenzó durante el Siglo de las Luces con medidas de longitud y peso derivadas de la naturaleza, junto con sus múltiplos decimales y fracciones. El sistema se convirtió en el estándar de Francia y Europa en medio siglo. Se agregaron otras medidas con proporciones unitarias y el sistema pasó a ser adoptado en todo el mundo.
La primera realización práctica del sistema métrico se produjo en 1799, durante la Revolución Francesa, después de que el sistema de medidas existente se volvió impráctico para el comercio y fue reemplazado por un sistema decimal basado en el kilogramo y el metro. Las unidades básicas fueron tomadas del mundo natural. La unidad de longitud, el metro, se basaba en las dimensiones de la Tierra, y la unidad de masa, el kilogramo, se basaba en la masa de un volumen de agua de un litro (un decímetro cúbico). Las copias de referencia de ambas unidades se fabricaron en platino y siguieron siendo los estándares de medida durante los siguientes 90 años. Después de un período de reversión a las medidas usuales debido a la impopularidad del sistema métrico, la métrica de Francia y gran parte de Europa se completó en la década de 1850.
A mediados del siglo XIX, James Clerk Maxwell concibió un sistema coherente en el que un pequeño número de unidades de medida se definían como unidades base y todas las demás unidades de medida, llamadas unidades derivadas, se definían en términos de unidades base. Maxwell propuso tres unidades básicas de longitud, masa y tiempo. Los avances en electromagnetismo en el siglo XIX requirieron la definición de unidades adicionales, y se empezaron a utilizar múltiples sistemas incompatibles de tales unidades; ninguno podía reconciliarse con el sistema dimensional existente. El impasse fue resuelto por Giovanni Giorgi, quien en 1901 probó que un sistema coherente que incorporara unidades electromagnéticas requería una cuarta unidad base, de electromagnetismo.
El trascendental Tratado del Metro de 1875 resultó en la elaboración y distribución de artefactos de metros y kilogramos, los estándares del futuro sistema coherente que se convirtió en el SI, y la creación de un organismo internacional Conférence générale des poids et mesures o CGPM para supervisar los sistemas de pesos y medidas basados en ellos.
En 1960, la CGPM lanzó el Sistema Internacional de Unidades (en francés Système international d'unités o SI) con seis "unidades base": el metro, kilogramo, segundo, amperio, grado Kelvin (posteriormente rebautizado como "kelvin") y candela, más 16 unidades más derivadas de las unidades base. Más adelante en el siglo XX se agregaron una séptima unidad base, el mol, y otras seis unidades derivadas. Durante este período, el metro se redefinió en términos de la velocidad de la luz, y el segundo se redefinió en función de la frecuencia de microondas de un reloj atómico de cesio.
Debido a la inestabilidad del prototipo internacional del kilogramo, se emprendieron una serie de iniciativas, a partir de fines del siglo XX, para redefinir el amperio, el kilogramo, el mol y el kelvin en términos de constantes físicas invariantes, lo que finalmente resultó en la redefinición de 2019. de las unidades base del SI, que finalmente eliminó la necesidad de cualquier artefacto de referencia física; en particular, esto permitió el retiro del kilogramo estándar.
Era de iluminacion
Los aspectos fundamentales de las matemáticas, junto con una mayor comprensión del mundo natural durante la Ilustración, sentaron las bases para el surgimiento a fines del siglo XVIII de un sistema de medición con unidades racionalmente relacionadas y reglas para combinarlas.
Preámbulo
A principios del siglo IX, cuando gran parte de lo que más tarde se convertiría en Francia formaba parte del Sacro Imperio Romano Germánico, el emperador Carlomagno estandarizó las unidades de medida. Había introducido unidades de medida estándar para la longitud y la masa en todo su imperio. A medida que el imperio se desintegró en naciones separadas, incluida Francia, estos estándares divergieron. En Inglaterra, la Carta Magna (1215) había estipulado que "Habrá medidas estándar de vino, cerveza y maíz (el barrio de Londres), en todo el reino. También habrá un ancho estándar de tela teñida, bermeja y camisola., a saber, dos codos dentro de los orillos. Los pesos deben estandarizarse de manera similar".
Durante la era medieval temprana, los números romanos se usaban en Europa para representar números, pero los árabes representaban números usando el sistema de numeración hindú, una notación posicional que usaba diez símbolos. Aproximadamente en 1202, Fibonacci publicó su libro Liber Abaci (Libro del cálculo) que introdujo el concepto de notación posicional en Europa. Estos símbolos evolucionaron hasta convertirse en los números "0", "1", "2", etc. En ese momento, existía una disputa sobre la diferencia entre los números racionales y los números irracionales y no había coherencia en la forma en que se representaban las fracciones decimales.
A Simon Stevin se le atribuye la introducción del sistema decimal de uso general en Europa. En 1586, publicó un pequeño folleto llamado De Thiende ("el décimo") que los historiadores acreditan como la base de la notación moderna para las fracciones decimales. Stevin sintió que esta innovación era tan significativa que declaró que la introducción universal de monedas, medidas y pesos decimales era simplemente una cuestión de tiempo.
Medidas corporales y artefactos
Desde la época de Carlomagno, el patrón de longitud había sido una medida del cuerpo, que de punta a punta de los dedos de los brazos extendidos de un hombre corpulento, de una familia de medidas corporales llamadas brazas, originalmente usada entre otras cosas, para medir la profundidad. de agua. Se fundió un artefacto para representar el estandarte en la sustancia más duradera disponible en la Edad Media, una barra de hierro. Los problemas de un artefacto no reproducible se hicieron evidentes a lo largo de los siglos: se oxidó, fue robado, golpeado en una pared con mortajas hasta que se dobló y, en ocasiones, se perdió. Cuando se tuvo que lanzar un nuevo estandarte real, era un estandarte diferente al anterior, por lo que surgieron y se usaron réplicas de los antiguos y nuevos. El artefacto existió durante el siglo XVIII y se llamaba teise.o más tarde, a toise (del latín: extendido (brazos)). Esto conduciría a una búsqueda en el siglo XVIII de un estándar reproducible basado en alguna medida invariable del mundo natural.
Relojes y péndulos
En 1656, el científico holandés Christiaan Huygens inventó el reloj de péndulo, con su péndulo marcando los segundos. Esto dio lugar a propuestas para utilizar su longitud como unidad estándar. Pero se hizo evidente que la longitud del péndulo de los relojes calibrados en diferentes lugares variaba (debido a las variaciones locales en la aceleración debida a la gravedad), y esta no era una buena solución. Se necesitaba un estándar más uniforme.
En 1670, Gabriel Mouton, un abad y astrónomo francés, publicó el libro Observationes diametrorum solis et lunaeapearium ("Observaciones de los diámetros aparentes del Sol y la Luna") en el que propuso un sistema decimal de medida de longitud para uso de los científicos. en la comunicación internacional, para basarse en las dimensiones de la Tierra. El miliare se definiría como un minuto de arco a lo largo de un meridiano y se dividiría en 10 centuria, la centuria en 10 decuria y así sucesivamente, siendo las unidades sucesivas la virga, virgula, décima, centesima y millesima. Mouton usó la estimación de Riccioli de que un grado de arco equivalía a 321.185 pies boloñeses, y sus propios experimentos demostraron que un péndulo de longitud una vírgula batiría 3.959,2 vecesen media hora. Creía que, con esta información, los científicos de un país extranjero podrían construir una copia de la vírgula para su propio uso. Las ideas de Mouton atrajeron interés en ese momento; Picard en su obra Mesure de la Terre (1671) y Huygens en su obra Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum ("De los relojes oscilantes, o sobre el movimiento de los péndulos", 1673), ambos proponiendo que una unidad estándar de longitud esté ligada a la Frecuencia de pulsación de un péndulo.
La forma y el tamaño de la Tierra.
Desde al menos la Edad Media, la Tierra se percibía como eterna, inmutable y de forma simétrica (cercana a una esfera), por lo que era natural que se propusiera alguna medida fraccionaria de su superficie como estándar de longitud. Pero primero había que obtener información científica sobre la forma y el tamaño de la Tierra.
En 1669, Jean Picard, un astrónomo francés, fue la primera persona en medir la Tierra con precisión. En un estudio que abarcó un grado de latitud, se equivocó solo en un 0,44 % (medida del arco de Picard).
En Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1686), Isaac Newton dio una explicación teórica del "ecuador abombado", que también explicaba las diferencias encontradas en las longitudes de los "segundos péndulos", teorías que fueron confirmadas por la Misión Geodésica Francesa en el Perú emprendida por la Academia de Ciencias de Francia en 1735.
Finales del siglo XVIII: conflicto y cansancio
A mediados del siglo XVIII, se hizo evidente que era necesario estandarizar los pesos y medidas entre las naciones que comerciaban e intercambiaban ideas científicas entre sí. España, por ejemplo, había alineado sus unidades de medida con las unidades reales de Francia y Pedro el Grande alineó las unidades de medida rusas con las de Inglaterra. En 1783, el inventor británico James Watt, que tenía dificultades para comunicarse con los científicos alemanes, pidió la creación de un sistema de medición decimal global, proponiendo un sistema que utilizara la densidad del agua para vincular la longitud y la masa y, en 1788, el químico francés Antoine Lavoisier encargó un conjunto de nueve cilindros de latón (una libra [francesa] y sus subdivisiones decimales) para su trabajo experimental.
En 1790, una propuesta presentada por los franceses a Gran Bretaña y los Estados Unidos, para establecer una medida uniforme de longitud, un metrobasado en el período de un péndulo con un latido de un segundo, fue derrotado en el Parlamento Británico y el Congreso de los Estados Unidos. El problema subyacente fue la falta de acuerdo sobre la latitud de la definición, ya que la aceleración gravitatoria y, por lo tanto, la longitud del péndulo varía (entre otras cosas) con la latitud: cada parte quería una definición de acuerdo con una latitud mayor que pasa por su propia país. Las consecuencias directas del fracaso fueron el desarrollo y despliegue unilateral francés del sistema métrico y su difusión por el comercio al continente; la adopción británica del Sistema Imperial de Medidas en todo el reino en 1824; y el mantenimiento por parte de los Estados Unidos del sistema común británico de medidas vigente en el momento de la independencia de las colonias.
Implementación en la Francia revolucionaria
Pesos y medidas del Antiguo Régimen
Se ha estimado que, en vísperas de la Revolución de 1789, las aproximadamente ochocientas unidades de medida en uso en Francia tenían hasta un cuarto de millón de definiciones diferentes porque la cantidad asociada a cada unidad podía diferir de un pueblo a otro., e incluso de oficio en oficio. Aunque ciertos estándares, como el pied du roi (el pie del rey) tenían un grado de preeminencia y eran utilizados por científicos, muchos comerciantes optaron por utilizar sus propios dispositivos de medición, dando lugar al fraude y obstaculizando el comercio y la industria. Estas variaciones fueron promovidas por intereses creados locales, pero obstaculizaron el comercio y los impuestos.
Las unidades de peso y longitud.
En 1790, la Académie des sciences nombró a un panel de cinco destacados científicos franceses para investigar pesos y medidas. Eran Jean-Charles de Borda, Joseph-Louis Lagrange, Pierre-Simon Laplace, Gaspard Monge y Nicolas de Condorcet. Durante el año siguiente, el panel, después de estudiar varias alternativas, hizo una serie de recomendaciones con respecto a un nuevo sistema de pesos y medidas, incluyendo que debería tener una base decimal, que la unidad de longitud debería estar basada en un arco fraccionario de un cuadrante del meridiano de la Tierra, y que la unidad de peso debe ser la de un cubo de agua cuya dimensión sea una fracción decimal de la unidad de longitud. Las propuestas fueron aceptadas por la Asamblea francesa el 30 de marzo de 1791.
Tras la aceptación, se instruyó a la Académie des sciences para implementar las propuestas. La Académie dividió las tareas en cinco operaciones, asignando cada parte a un grupo de trabajo separado:
- Midiendo la diferencia de latitud entre Dunkerque y Barcelona y triangulando entre ellas
- Medición de las líneas de base utilizadas para la encuesta
- Verificación de la longitud del segundo péndulo a 45° de latitud.
- Verificación del peso en vacío de un volumen dado de agua destilada.
- Publicar tablas de conversión relacionando las nuevas unidades de medida con las existentes.
El panel decidió que la nueva medida de longitud debería ser igual a una diezmillonésima parte de la distancia desde el Polo Norte hasta el Ecuador (cuadrante de la Tierra), medida a lo largo del meridiano de París.
Utilizando el levantamiento de Jean Picard de 1670 y el levantamiento de Jacques Cassini de 1718, se asignó al metro un valor provisional de 443,44 lignes que, a su vez, definía las demás unidades de medida.
Mientras Méchain y Delambre completaban su estudio, la comisión había ordenado que se hiciera una serie de barras de platino basadas en el metro provisional. Cuando se conociera el resultado final, se seleccionaría la barra cuya longitud se aproximara más a la definición meridional del metro.
Después de 1792, se adoptó el nombre de la unidad de masa definida original, " gramo ", que era demasiado pequeña para servir como una realización práctica para muchos propósitos, se le agregó el nuevo prefijo "kilo" para formar el nombre " kilogramo ". ". En consecuencia, el kilogramo es la única unidad base del SI que tiene un prefijo SI como parte del nombre de su unidad. Se elaboró un estándar de kilogramo provisional y se encargó el trabajo para determinar la masa precisa de un decímetro cúbico (que luego se definiría como igual a un litro) de agua. La regulación del comercio y el comercio requería una "realización práctica": un patrón de referencia metálico de una sola pieza y mil veces más masivo que se conocería como la tumba.Esta unidad de masa definida por Lavoisier y René Just Haüy había estado en uso desde 1793. Esta nueva realización práctica finalmente se convertiría en la unidad base de masa. El 7 de abril de 1795, se decretó que el gramo, en el que se basa el kilogramo, es igual al "peso absoluto de un volumen de agua pura igual a un cubo de una centésima de metro, y a la temperatura del hielo que se derrite ". Aunque la definición del kilogramo especificaba agua a 0 °C, un punto de temperatura muy estable, se reemplazó por la temperatura a la que el agua alcanza su máxima densidad. Esta temperatura, de unos 4 °C, no se conocía con precisión, pero una de las ventajas de la nueva definición era que el valor Celsius exacto de la temperatura no era realmente importante.La conclusión final fue que un decímetro cúbico de agua en su máxima densidad equivalía al 99,92072% de la masa del kilogramo provisional.
El 7 de abril de 1795, el sistema métrico fue definido formalmente en la ley francesa. Definió seis nuevas unidades decimales:
- El mètre, por longitud, definido como una diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador a través de París.
- El área ( 100 m) por área [de tierra]
- El stère (1 m) por volumen de leña
- El litro (1 dm) para volúmenes de líquido
- El gramo, por masa, definida como la masa de un centímetro cúbico de agua.
- El franco, por moneda.
Nota histórica: solo el metro y el (kilo) gramo definidos aquí pasaron a formar parte de los sistemas métricos posteriores.
Los múltiplos decimales de estas unidades fueron definidos por prefijos griegos: "myria-" (10,000), "kilo-" (1000), "hecto-" (100) y "deka-" (10) y los submúltiplos fueron definidos por el latín prefijos "deci-" (0,1), "centi-" (0,01) y "milli-" (0,001).
Las definiciones preliminares de 1795 permitieron construir copias provisionales de los kilogramos y metros.
Encuesta Meridional
La tarea de medir el arco meridiano, que se estimó en dos años, recayó en Pierre Méchain y Jean-Baptiste Delambre. La tarea finalmente tomó más de seis años (1792-1798) con demoras causadas no solo por dificultades técnicas imprevistas sino también por el convulso período posterior a la Revolución. Además de las obvias consideraciones nacionalistas, el meridiano de París también fue una buena elección por razones científicas prácticas: una parte del cuadrante de Dunkerque a Barcelona (alrededor de 1000 km, o una décima parte del total) podría medirse con inicio y fin. -puntos al nivel del mar, y esa porción estaba aproximadamente en el medio del cuadrante, donde se esperaba que los efectos del achatamiento de la Tierra fueran los más grandes.
El proyecto se dividió en dos partes: la sección norte de 742,7 km desde el campanario, Dunkerque hasta la catedral de Rodez, que fue inspeccionada por Delambre, y la sección sur de 333,0 km desde Rodez hasta la fortaleza de Montjuïc, Barcelona, que fue inspeccionada por Méchain.
Delambre utilizó una línea de base de unos 10 km de longitud a lo largo de una carretera recta, situada cerca de Melun. En una operación que duró seis semanas, la línea de base se midió con precisión utilizando cuatro varillas de platino, cada una de dos toesas de longitud (alrededor de 3,9 m). A partir de entonces, utilizó, en la medida de lo posible, los puntos de triangulación utilizados por Cassini en su reconocimiento de Francia de 1744. La línea de base de Méchain, de similar longitud, y también en un tramo recto de carretera, estaba en la zona de Perpiñán. Aunque el sector de Méchain tenía la mitad de la longitud de Delambre, incluía los Pirineos y partes de España hasta ahora no encuestadas. Después de que los dos topógrafos se reunieran, cada uno calculó la línea de base del otro para cotejar sus resultados y luego volvieron a calcular el medidor como 443,296 líneas,notablemente más corto que el valor provisional de 1795 de 443,44 lignes. El 15 de noviembre de 1798, Delambre y Méchain regresaron a París con sus datos, habiendo completado la encuesta. El valor final del mètre se definió en 1799 como el valor calculado a partir de la encuesta.Nota histórica: pronto se hizo evidente que el resultado de Méchain y Delambre (443.296 lignes) era un poco demasiado corto para la definición meridional del metro. Méchain había cometido un pequeño error al medir la latitud de Barcelona, por lo que la volvió a medir, pero mantuvo en secreto el segundo conjunto de medidas.
El sistema métrico francés
En junio de 1799, se fabricaron prototipos de platino de acuerdo con las cantidades medidas, el mètre des archives se definió como una longitud de 443,296 lignes y el kilogram des archives se definió como un peso de 18827,15 granos de la livre poids de marc, y entró en los Archivos Nacionales de Francia. En diciembre de ese año, el sistema métrico basado en ellos se convirtió por ley en el único sistema de pesos y medidas en Francia desde 1801 hasta 1812.
A pesar de la ley, la población continuó usando las viejas medidas. En 1812, Napoleón derogó la ley y promulgó una llamada las medidas usuelles, restaurando los nombres y cantidades de las medidas habituales pero redefinidas como múltiplos redondos de las unidades métricas, por lo que era una especie de sistema híbrido. En 1837, tras la caída del Imperio Napoleónico, la nueva Asamblea volvió a imponer el sistema métrico definido por las leyes de 1795 y 1799, para entrar en vigor en 1840. La métrica de Francia tardó hasta alrededor de 1858 en completarse. Algunos de los antiguos nombres de unidades, especialmente la libra, originalmente una unidad de masa derivada de la libra romana (al igual que la libra inglesa), pero que ahora significa 500 gramos, todavía se usan en la actualidad.
Desarrollo de sistemas métricos no coherentes
A principios del siglo XIX, los artefactos de longitud y masa de la Academia Francesa de Ciencias eran las únicas unidades incipientes del sistema métrico que se definían en términos de estándares formales. Otras unidades basadas en ellos, excepto el litro, resultaron ser de corta duración. Los relojes de péndulo que podían medir el tiempo en segundos habían estado en uso durante unos 150 años, pero sus geometrías eran locales tanto para la latitud como para la altitud, por lo que no había un estándar de cronometraje. Tampoco se había reconocido una unidad de tiempo como unidad base esencial para la derivación de cosas como la fuerza y la aceleración. Se habían identificado algunas cantidades de electricidad, como carga y potencial, pero aún no se habían establecido los nombres y las interrelaciones de las unidades.Existían escalas de temperatura Fahrenheit (~1724) y Celsius (~1742), y variados instrumentos para medir unidades o grados de ellas. Aún no se había elaborado el modelo de unidades base/derivadas, ni se sabía cuántas cantidades físicas podrían estar interrelacionadas.
Un modelo de unidades interrelacionadas fue propuesto por primera vez en 1861 por la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS) basado en lo que se denominó unidades "mecánicas" (longitud, masa y tiempo). Durante las siguientes décadas, esta base permitió correlacionar unidades mecánicas, eléctricas y térmicas.
Tiempo
En 1832, el matemático alemán Carl-Friedrich Gauss realizó las primeras mediciones absolutas del campo magnético terrestre utilizando un sistema decimal basado en el uso del milímetro, el miligramo y el segundo como unidades base de tiempo. El segundo de Gauss se basó en observaciones astronómicas de la rotación de la Tierra, y fue el segundo sexagesimal de los antiguos: una partición del día solar en dos ciclos de 12 períodos, y cada período dividido en 60 intervalos, y cada intervalo dividido así de nuevo, de modo que un segundo era 1/86.400 del día. Esto estableció efectivamente una dimensión de tiempo como componente necesario de cualquier sistema útil de medidas, y el segundo astronómico como unidad base.
Trabajo y energia
En un artículo publicado en 1843, James Prescott Joule demostró por primera vez un medio para medir la energía transferida entre diferentes sistemas cuando se realiza trabajo, relacionando así la caloría de Nicolas Clément, definida en 1824 como "la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de agua de 0 a 1 °C a 1 atmósfera de presión" al trabajo mecánico. La energía se convirtió en el concepto unificador de la ciencia del siglo XIX, inicialmente al unir la termodinámica y la mecánica y luego al agregar la tecnología eléctrica.
El primer sistema métrico estructurado: CGS
En 1861, un comité de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS), que incluía a William Thomson (más tarde Lord Kelvin), James Clerk Maxwell y James Prescott Joule entre sus miembros, se encargó de investigar los "Estándares de resistencia eléctrica". En su primer informe (1862), establecieron las reglas básicas para su trabajo: se usaría el sistema métrico, las medidas de energía eléctrica deben tener las mismas unidades que las medidas de energía mecánica y se deben usar dos conjuntos de unidades electromagnéticas. derivado: un sistema electromagnético y un sistema electrostático. En el segundo informe (1863), introdujeron el concepto de un sistema coherente de unidades mediante el cual las unidades de longitud, masa y tiempo se identificaron como "unidades fundamentales" (ahora conocidas como unidades base).). Todas las demás unidades de medida podrían derivarse (por lo tanto , unidades derivadas) de estas unidades base. El metro, el gramo y el segundo se eligieron como unidades base.
En 1861, ante una reunión de la BAAS, Charles Bright y Latimer Clark propusieron los nombres de ohm, volt y farad en honor a Georg Ohm, Alessandro Volta y Michael Faraday respectivamente para las unidades prácticas basadas en el sistema absoluto CGS. Esto fue apoyado por Thomson (Lord Kelvin). El concepto de nombrar unidades de medida en honor a científicos notables se utilizó posteriormente para otras unidades.
En 1873, otro comité de la BAAS (que también incluía a Maxwell y Thomson) encargado de "la selección y nomenclatura de unidades dinámicas y eléctricas" recomendó usar el sistema de unidades cgs. El comité también recomendó los nombres de "dyne" y "erg" para las unidades cgs de fuerza y energía. El sistema cgs se convirtió en la base del trabajo científico durante los siguientes setenta años.
Los informes reconocieron dos sistemas basados en centímetro-gramo-segundo para unidades eléctricas: el sistema de unidades electromagnético (o absoluto) (EMU) y el sistema de unidades electrostático (ESU).
Unidades eléctricas
| simbolos | Significado |
|---|---|
 | fuerzas electromagnéticas y electrostáticas |
 | corrientes electricas en conductores |
 | cargos electricos |
 | longitud del conductor |
 | distancia entre cargas/conductores |
 | constante electrica |
 | constante magnética |
 | constantes de proporcionalidad |
 | velocidad de la luz |
 | estereorradianes que rodean un punto |
 | energia electrica |
 | potencial eléctrico |
 | corriente eléctrica |
 | energía |
 | carga eléctrica |
 | dimensiones: masa, longitud, tiempo |
En la década de 1820, Georg Ohm formuló la Ley de Ohm, que se puede ampliar para relacionar la potencia con la corriente, el potencial eléctrico (voltaje) y la resistencia. Durante las siguientes décadas, la realización de un sistema coherente de unidades que incorporara la medición de los fenómenos electromagnéticos y la ley de Ohm estuvo plagada de problemas: se idearon varios sistemas diferentes de unidades.
En los tres sistemas CGS, las constantes 
Las unidades de medida eléctricas no encajaban fácilmente en el sistema coherente de unidades mecánicas definido por la BAAS. Utilizando el análisis dimensional, las dimensiones de voltaje 
Sistema electromagnético (absoluto) de unidades (EMU)
El sistema electromagnético de unidades (EMU) se desarrolló a partir del descubrimiento de André-Marie Ampère en la década de 1820 de una relación entre las corrientes en dos conductores y la fuerza entre ellos, ahora conocida como la ley de Ampere:
En 1833, Gauss señaló la posibilidad de equiparar esta fuerza con su equivalente mecánico. Esta propuesta recibió más apoyo de Wilhelm Weber en 1851. En este sistema, la corriente se define fijando la fuerza magnética constante 
Sistema electrostático de unidades (ESU)
El sistema de unidades electrostáticas (ESU) se basó en la cuantificación de Coulomb en 1783 de la fuerza que actúa entre dos cuerpos cargados. Esta relación, ahora conocida como la ley de Coulomb, se puede escribir
En este sistema, la unidad de carga se define ajustando la constante de fuerza de Coulomb (
Sistema gaussiano de unidades
El sistema gaussiano de unidades se basó en la constatación de Heinrich Hertz, mientras verificaba las ecuaciones de Maxwell en 1888, de que las unidades electromagnéticas y electrostáticas estaban relacionadas por:
Usando esta relación, propuso fusionar los sistemas EMU y ESU en un solo sistema usando las unidades EMU para cantidades magnéticas (posteriormente denominadas gauss y maxwell) y unidades ESU en otros lugares. Llamó a este conjunto combinado de unidades "unidades gaussianas". Este conjunto de unidades ha sido reconocido como particularmente útil en física teórica.
Quad-undécimo gramo-segundo (QES) o sistema internacional de unidades
Las unidades de medida CGS utilizadas en el trabajo científico no eran prácticas para la ingeniería, lo que llevó al desarrollo de un sistema de unidades eléctricas más aplicable, especialmente para la telegrafía. La unidad de longitud era 10 m (aproximadamente la longitud del cuadrante terrestre), la unidad de masa era una unidad sin nombre igual a 10 gy la unidad de tiempo era el segundo. Las unidades de masa y longitud se escalaron de manera incongruente para producir unidades eléctricas más consistentes y utilizables en términos de medidas mecánicas. Llamado informalmente el sistema "práctico", se denominó correctamente sistema de unidades quad-oncethgram-second (QES) según la convención.
Las definiciones de unidades eléctricas incorporaron la constante magnética como el sistema EMU, y los nombres de las unidades se trasladaron de ese sistema, pero se escalaron de acuerdo con las unidades mecánicas definidas. El sistema se formalizó como el sistema internacional a fines del siglo XIX y sus unidades se designaron más tarde como "amperio internacional", "voltio internacional", etc.
Sistema de unidades Heaviside-Lorentz
El factor
Termodinámica
Maxwell y Boltzmann habían elaborado teorías que describían la interrelación de la temperatura, la presión y el volumen de un gas a escala microscópica, pero por lo demás, en 1900 no se comprendía la naturaleza microscópica de la temperatura.
A fines del siglo XIX, se habían formulado las leyes macroscópicas fundamentales de la termodinámica y, aunque existían técnicas para medir la temperatura utilizando técnicas empíricas, la comprensión científica de la naturaleza de la temperatura era mínima.
Convención del metro
Con la creciente adopción internacional del metro, las deficiencias del mètre des Archives como estándar se hicieron cada vez más evidentes. Los países que adoptaron el metro como medida legal compraron barras de metro estándar que debían tener la misma longitud que el mètre des Archives, pero no había una forma sistemática de garantizar que los países realmente trabajaran con el mismo estándar. La definición meridional, que pretendía garantizar la reproducibilidad internacional, pronto resultó tan poco práctica que casi se abandonó en favor de los estándares de artefactos, pero el mètre des Archives(y la mayoría de sus copias) eran "estándares finales": dichos estándares (barras que tienen exactamente un metro de longitud) son propensos a desgastarse con el uso, y se puede esperar que diferentes barras estándar se desgasten a diferentes velocidades.
En 1867, se propuso crear un nuevo metro estándar internacional y se tomó la longitud como la del mètre des Archives "en el estado en que se encuentre". La Conferencia Internacional sobre Geodesia en 1867 pidió la creación de un nuevo prototipo internacional del metro y de un sistema mediante el cual los estándares nacionales pudieran compararse con él. El prototipo internacional también sería un "patrón de línea", es decir, el metro se definió como la distancia entre dos líneas marcadas en la barra, evitando así los problemas de desgaste de los patrones finales. El gobierno francés dio apoyo práctico a la creación de una Comisión Internacional del Metro, que se reunió en París en 1870 y nuevamente en 1872 con la participación de una treintena de países.
El 20 de mayo de 1875, 17 estados firmaron un tratado internacional conocido como la Convención du Mètre (Convención del Metro). Este tratado estableció las siguientes organizaciones para realizar actividades internacionales relacionadas con un sistema uniforme de medidas:
- Conférence générale des poids et mesures (CGPM o Conferencia General sobre Pesos y Medidas), una conferencia intergubernamental de delegados oficiales de los países miembros y la autoridad suprema para todas las acciones;
- Comité international des poids et mesures (CIPM o Comité Internacional de Pesos y Medidas), compuesto por científicos y metrólogos seleccionados, que prepara y ejecuta las decisiones de la CGPM y es responsable de la supervisión de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas;
- Bureau international des poids et mesures (BIPM o International Bureau of Weights and Measures), un laboratorio permanente y centro mundial de metrología científica, cuyas actividades incluyen el establecimiento de las normas y escalas básicas de las principales magnitudes físicas, el mantenimiento de la estándares de prototipos, y supervisión de comparaciones periódicas entre el prototipo internacional y los diversos estándares nacionales.
El prototipo internacional del metro y el prototipo internacional del kilogramo se fabricaron con una aleación de 90 % de platino y 10 % de iridio, que es excepcionalmente dura y tiene buenas propiedades de conductividad eléctrica y térmica. El prototipo tenía una sección transversal especial en forma de X (Tresca) para minimizar los efectos de la tensión torsional durante las comparaciones de longitud y los kilogramos del prototipo tenían forma cilíndrica. La firma londinense Johnson Matthey entregó 30 metros prototipo y 40 kilogramos prototipo. En la primera reunión de la CGPM en 1889, la barra No. 6 y el cilindro No. X fueron aceptados como prototipos internacionales. El resto se mantuvo como copias de trabajo del BIPM o se distribuyó a los estados miembros como prototipos nacionales.
Tras la Convención del Metro, en 1889, el BIPM tenía la custodia de dos artefactos, uno para definir la longitud y el otro para definir la masa. Otras unidades de medida que no dependían de artefactos específicos estaban controladas por otros organismos.
Aunque la definición del kilogramo se mantuvo sin cambios a lo largo del siglo XX, la 3ª CGPM de 1901 aclaró que el kilogramo era una unidad de masa, no de peso. El lote original de 40 prototipos (adoptado en 1889) se complementó de vez en cuando con más prototipos para uso de los nuevos signatarios de la Convención del Metro.
En 1921, el Tratado del Metro se amplió para cubrir las unidades eléctricas, y la CGPM fusionó su trabajo con el de la IEC.
Sistemas de medición antes de la Segunda Guerra Mundial
La historia de la medición del siglo XX está marcada por cinco períodos: la definición de 1901 del sistema MKS coherente; los 50 años intermedios de coexistencia de los MKS, cgs y sistemas comunes de medidas; el prototipo del Sistema Práctico de Unidades del SI de 1948; la introducción del SI en 1960; y la evolución de la IS en el último medio siglo.
Un sistema coherente
Giorgi identificó la necesidad de una dimensión electromagnética independiente para resolver las dificultades relacionadas con la definición de tales unidades en términos de longitud, masa y tiempo en 1901. Esto llevó a Giorgi a presentar un documento en octubre de 1901 en el congreso de la Associazione Elettrotecnica Italiana. (AEI) en el que mostró que se podía obtener un sistema electromecánico coherente de unidades agregando una cuarta unidad base de naturaleza eléctrica (por ejemplo, amperio, voltio u ohmio) a las tres unidades base propuestas en el informe BAAS de 1861. Esto dio dimensiones físicas a las constantes k e y km y, por lo tanto, también a las cantidades electromecánicas ε 0 (permitividad del espacio libre) y μ 0(permeabilidad del espacio libre). Su trabajo también reconoció la relevancia de la energía en el establecimiento de un sistema de unidades coherente y racional, con el joule como unidad de energía y las unidades eléctricas en el Sistema Internacional de Unidades permaneciendo sin cambios. Sin embargo, pasaron más de treinta años antes de que el trabajo de Giorgi fuera aceptado en la práctica por la IEC.
Sistemas de medida en la era industrial
A medida que la industria se desarrollaba en todo el mundo, el sistema de unidades cgs adoptado por la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia en 1873 con su plétora de unidades eléctricas continuó siendo el sistema de medición dominante y permaneció así durante al menos los siguientes 60 años.. Las ventajas eran varias: tenía un conjunto completo de unidades derivadas que, aunque no del todo coherentes, eran al menos homólogas; el sistema MKS carecía en absoluto de una unidad definida de electromagnetismo; las unidades MKS eran inconvenientemente grandes para las ciencias; los sistemas consuetudinarios de medidas dominaron en los Estados Unidos, Gran Bretaña y el imperio británico, e incluso en cierta medida en Francia, el lugar de nacimiento del sistema métrico, que inhibió la adopción de cualquier sistema competidor. Finalmente, la guerra, el nacionalismo,
En la 8ª CGPM de 1933 se planteó la necesidad de sustituir las unidades eléctricas "internacionales" por unidades "absolutas". Se aceptó la propuesta de IEC de que se adoptara el 'sistema' de Giorgi, denominado informalmente como MKSX, pero no se tomó ninguna decisión sobre qué unidad eléctrica debería ser la cuarta unidad base. En 1935, JE Sears propuso que este fuera el amperio, pero la Segunda Guerra Mundial impidió que se formalizara hasta 1946. La primera (y única) comparación de seguimiento de los estándares nacionales con el prototipo internacional del medidor se realizó entre 1921 y 1936, e indicó que la definición del metro se conservó dentro de 0,2 µm.Durante esta comparación de seguimiento, se definió más claramente la forma en que se debe medir el prototipo del metro: la definición de 1889 había definido el metro como la longitud del prototipo a la temperatura de fusión del hielo, pero, en 1927, el 7. CGPM amplió esta definición para especificar que el medidor prototipo debe estar "soportado sobre dos cilindros de al menos un centímetro de diámetro, colocados simétricamente en el mismo plano horizontal a una distancia de 571 mm entre sí". La elección de 571 mm representa los puntos Airy del prototipo, los puntos en los que se minimiza la flexión o caída de la barra.
Borrador de trabajo del SI: Sistema práctico de unidades
La 9ª CGPM se reunió en 1948, quince años después de la 8ª CGPM. En respuesta a las solicitudes formales hechas por la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada y por el gobierno francés para establecer un sistema práctico de unidades de medida, la CGPM solicitó al CIPM que preparara recomendaciones para un único sistema práctico de unidades de medida, adecuado para adopción por parte de todos los países adheridos a la Convención del Metro. El borrador de la propuesta del CIPM fue una extensa revisión y simplificación de las definiciones, los símbolos y la terminología de las unidades métricas basadas en el sistema de unidades MKS.
De acuerdo con las observaciones astronómicas, el segundo se fijó como una fracción del año 1900. La unidad base electromagnética, tal como lo requería Giorgi, se aceptó como el amperio. Después de negociaciones con el CIS y la IUPAP, también se propusieron como unidades base otras dos unidades, el grado Kelvin y la candela. Por primera vez la CGPM hizo recomendaciones sobre unidades derivadas. Al mismo tiempo, la CGPM adoptó convenciones para la escritura e impresión de símbolos y números de unidades y catalogó los símbolos para las unidades de medida MKS y CGS más importantes.
Tiempo
Hasta la llegada del reloj atómico, el cronómetro más confiable disponible para la humanidad era la rotación de la Tierra. Por lo tanto, era natural que los astrónomos, bajo los auspicios de la Unión Astronómica Internacional (IAU), tomaran la iniciativa en el mantenimiento de los estándares relacionados con el tiempo. Durante el siglo XX, se hizo evidente que la rotación de la Tierra se estaba desacelerando, lo que resultó en que los días se alargaran 1,4 milisegundos cada siglo; esto se verificó comparando los tiempos calculados de los eclipses de Sol con los observados en la antigüedad que se remontan a los registros chinos de 763 a.C. En 1956, la 10ª CGPM encargó al CIPM que preparara una definición de la segunda; en 1958, se publicó la definición afirmando que la segunda (llamada efeméridessegundo) se calcularía por extrapolación utilizando la velocidad de rotación de la Tierra en 1900.
Unidad eléctrica
De acuerdo con las propuestas de Giorgi de 1901, el CIPM también recomendó que el amperio sea la unidad base de la que se derivarían las unidades electromecánicas. Las definiciones de ohmios y voltios que habían estado en uso anteriormente se descartaron y estas unidades se convirtieron en unidades derivadas basadas en el amperio. En 1946, el CIPM adoptó formalmente una definición de amperio basada en la definición original de EMU y redefinió el ohmio en términos de otras unidades base. Las definiciones de sistema eléctrico absoluto, basadas en el amperio, se formalizaron en 1948. Las unidades propuestas en borrador con estos nombres son muy parecidas, pero no idénticas, a las unidades internacionales.
Temperatura
En la escala Celsius del siglo XVIII, la temperatura se expresaba en grados Celsius con la definición de que el hielo se derretía a 0 °C, y a presión atmosférica estándar el agua hervía a 100 °C. Una serie de tablas de búsqueda definieron la temperatura en términos de mediciones empíricas interrelacionadas realizadas con varios dispositivos. En 1948 hubo que aclarar las definiciones relativas a la temperatura. (El grado, como medida angular, se adoptó para uso general en varios países, por lo que, en 1948, la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) recomendó que el grado Celsius, como se usa para medir la temperatura, sea renombró el grado Celsius.)
En la novena CGPM, la escala de temperatura Celsius pasó a llamarse escala Celsius y la escala misma se fijó definiendo el punto triple del agua como 0,01 °C, aunque la CGPM dejó la definición formal de cero absoluto hasta la décima CGPM cuando el nombre " Kelvin" se asignó a la escala de temperatura absoluta, y el punto triple del agua se definió como 273,16 °K.
Luminosidad
Antes de 1937, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE por su título en francés, la Comisión Internacional de l'Eclairage) junto con el CIPM produjeron un estándar de intensidad luminosa para reemplazar los diversos estándares nacionales. Este estándar, la candela (cd), que se definió como "el brillo del radiador lleno a la temperatura de solidificación del platino es de 60 nuevas velas por centímetro cuadrado", fue ratificado por la CGPM en 1948.
Unidades derivadas
La definición recientemente aceptada del amperio permitió definiciones coherentes prácticas y útiles de un conjunto de unidades derivadas electromagnéticas que incluyen farad, henry, watt, tesla, weber, volt, ohm y coulomb. Dos unidades derivadas, lux y lumen, se basaron en la nueva candela, y una, grado Celsius, equivalente al grado Kelvin. Otras cinco unidades derivadas misceláneas completaron el borrador de la propuesta: radianes, estereorradián, hercios, julios y newton.
Sistema Internacional de Unidades (SI)
En 1952, el CIPM propuso el uso de la longitud de onda de una fuente de luz específica como estándar para definir la longitud y, en 1960, la CGPM aceptó esta propuesta utilizando la radiación correspondiente a una transición entre niveles de energía específicos del átomo de criptón 86 como el nuevo estándar para el metro. Se retiró el artefacto del medidor estándar.
En 1960, las propuestas de Giorgi fueron adoptadas como base del Système International d'Unités (Sistema Internacional de Unidades), el SI. Esta definición inicial del SI incluía seis unidades básicas, el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el grado Kelvin y la candela, y dieciséis unidades derivadas coherentes.
Evolución del SI moderno
La evolución del SI después de su publicación en 1960 ha visto la adición de una séptima unidad base, el mol, y seis unidades derivadas más, el pascal para la presión, el gray, el sievert y el becquerel para la radiación, el siemens para la conductancia eléctrica, y katal para la actividad catalítica (enzimática). También se han redefinido varias unidades en términos de constantes físicas.
Nuevas unidades base y derivadas
Durante los años siguientes, el BIPM desarrolló y mantuvo correlaciones cruzadas que relacionaban varios dispositivos de medición, como termopares, espectros de luz y similares, con las temperaturas equivalentes.
El mol se conocía originalmente como átomo gramo o molécula gramo: la cantidad de una sustancia medida en gramos dividida por su peso atómico. Originalmente, los químicos y los físicos tenían puntos de vista diferentes con respecto a la definición del peso atómico: ambos asignaban un valor de 16 unidades de masa atómica (uma) al oxígeno, pero los físicos definían el oxígeno en términos del isótopo O, mientras que los químicos asignaban 16 uma al O, O y Isótopos de O mezclados en la proporción en que se dan en la naturaleza. Finalmente, un acuerdo entre la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) y la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) puso fin a esta dualidad en 1959/60, acordando ambas partes definir el peso atómico deC como siendo exactamente 12 amu. Este acuerdo fue confirmado por ISO y en 1969 el CIPM recomendó su inclusión en SI como unidad base. Esto se hizo en 1971 en la 14ª CGPM.
Inicio de la migración a definiciones constantes
La segunda tendencia importante en el SI posmoderno fue la migración de definiciones de unidades en términos de constantes físicas de la naturaleza.
En 1967, en la 13ª CGPM, el grado Kelvin (°K) pasó a llamarse "kelvin" (K).
Astrónomos del Observatorio Naval de los Estados Unidos (USNO) y del Laboratorio Nacional de Física determinaron una relación entre la frecuencia de radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133 y la tasa estimada de rotación de la tierra en 1900. Su definición atómica del segundo fue adoptada en 1968 por la 13ª CGPM.
En 1975, cuando el segundo había sido definido en términos de un fenómeno físico en lugar de la rotación de la tierra, la CGPM autorizó al CIPM a investigar el uso de la velocidad de la luz como base para la definición del metro. Esta propuesta fue aceptada en 1983.
La definición de candela resultó difícil de implementar, por lo que, en 1979, se revisó la definición y se reemplazó la referencia a la fuente de radiación definiendo la candela en términos de la potencia de una frecuencia específica de luz visible monocromática de color verde amarillento, que está cerca de la frecuencia donde el ojo humano, cuando se adapta a condiciones brillantes, tiene mayor sensibilidad.
Inestabilidad de artefactos por kilogramo
Después de que se redefiniera el metro en 1960, el kilogramo siguió siendo la única base SI definida por un artefacto físico. Durante los años que siguieron, las definiciones de las unidades base y particularmente la puesta en práctica para realizar estas definiciones se han refinado.
La tercera recalibración periódica en 1988-1989 reveló que la diferencia promedio entre el IPK y la línea de base ajustada para los prototipos nacionales fue de 50 μg; en 1889, la línea de base de los prototipos nacionales se había ajustado para que la diferencia fuera cero. Como el IPK es el kilogramo definitivo, no hay manera de saber si el IPK había ido perdiendo masa o los prototipos nacionales habían ganado masa.
A lo largo del siglo, los distintos prototipos nacionales del kilogramo fueron recalibrados frente al prototipo internacional del kilogramo (IPK) y, por tanto, entre sí. Se anularon las compensaciones iniciales del valor inicial de 1889 de los prototipos nacionales en relación con el IPK, y los cambios masivos posteriores se relacionaron con el IPK.
Reemplazos propuestos para el IPK
Se propusieron varios reemplazos para el IPK.
Desde principios de la década de 1990, el Proyecto Internacional Avogadro trabajó en la creación de una esfera de 1 kg y 94 mm hecha de un cristal uniforme de silicio-28, con la intención de poder reemplazar el IPK con un objeto físico que sería precisamente reproducible desde un punto exacto. especificación. Debido a su construcción precisa, es probable que la esfera del Proyecto Avogadro sea el objeto esférico más preciso jamás creado por humanos.
Otros grupos trabajaron en conceptos como la creación de una masa de referencia mediante la electrodeposición precisa de átomos de oro o bismuto, y la definición del kilogramo en términos de amperio relacionándolo con las fuerzas generadas por la repulsión electromagnética de las corrientes eléctricas.
Finalmente, las opciones se redujeron al uso de la balanza Watt y la esfera del Proyecto Internacional Avogadro.
En última instancia, se tomó la decisión de no crear ningún reemplazo físico para el IPK, sino definir todas las unidades SI en términos de asignar valores precisos a una serie de constantes físicas que se habían medido previamente en términos de las definiciones de unidades anteriores.
Redefinición en términos de constantes fundamentales
En su 23ª reunión (2007), la CGPM encargó al CIPM que investigara el uso de constantes naturales como base para todas las unidades de medida en lugar de los artefactos que estaban en uso en ese momento.
Al año siguiente, esto fue avalado por la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP). En una reunión de la CCU celebrada en Reading, Reino Unido, en septiembre de 2010, se acordaron en principio una resolución y un borrador de cambios al folleto SI que se presentarían en la próxima reunión del CIPM en octubre de 2010. La reunión del CIPM de octubre de 2010 encontró que "las condiciones establecidas por la Conferencia General en su 23ª reunión aún no se han cumplido por completo. Por esta razón, el CIPM no propone una revisión del IS en este momento". El CIPM, sin embargo, presentó una resolución para su consideración en la 24ª CGPM (17-21 de octubre de 2011) para acordar las nuevas definiciones en principio, pero no implementarlas hasta que se hayan finalizado los detalles.
En la redefinición, cuatro de las siete unidades básicas del SI (el kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol) se redefinieron estableciendo valores numéricos exactos para la constante de Planck (h), la carga eléctrica elemental (e), la constante de Boltzmann (k B), y la constante de Avogadro (N A), respectivamente. El segundo, el metro y la candela ya estaban definidos por constantes físicas y estaban sujetos a corrección de sus definiciones. Las nuevas definiciones tenían como objetivo mejorar el SI sin cambiar el valor de ninguna unidad, asegurando la continuidad con las mediciones existentes.
Esta resolución fue aceptada por la conferencia y, además, la CGPM adelantó la fecha de la 25ª reunión del 2015 al 2014. En la 25ª reunión del 18 al 20 de noviembre de 2014, se constató que "pese a [los avances en los necesarios requisitos] los datos aún no parecen ser lo suficientemente sólidos para que la CGPM adopte el SI revisado en su 25ª reunión", posponiendo así la revisión para la próxima reunión en 2018.
Las mediciones lo suficientemente precisas para cumplir con las condiciones estuvieron disponibles en 2017 y la redefinición se adoptó en la 26.ª CGPM (13-16 de noviembre de 2018), y los cambios finalmente entraron en vigor en 2019, creando un sistema de definiciones que pretende ser estable para el largo plazo.
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