電磁學計量單位及其複現
計量是一個測量比較的過程，為了確定測量結果，必須有計量單位。每一個物理量都可以被表示為一純數與一個單位的乘積，即要把一個物理量完整地表示出來，必須要有它的數值和單位。單位是一個選定的參考量，所有同類物理量都可以用它來表示。所選單位不同，測量結果的數值也不相同。
因為各個物理量之間並不是由許多物理定義和物理規律把它們聯繫起來的。這樣，只要人們規定了少數幾個物理量的單位，其他物理量的單位就可以根據定義或物理規律推導出來。獨立定義的單位叫做基本單位，所對應的物理量叫基本量。由基本單位導出的單位叫做導出單位，對應的物理量叫導出量。
歷史上曾經形成多種單位制，這給國際間的貿易往來和科學技術交流造成一定困難，對學習和工作也帶來許多不便。例如，現在常遇到的單位制有：MTS制（米噸秒制）、MKS制（米千克秒制）、CGS制（厘米克秒制）等。
 
第一節   電磁學計量單位
一、與電磁學有關的國際單位制基本單位
    1875年國際上簽署的“米制公約”成為現在大部分國家使用的計量單位和標准基本上一致的基礎。按照米制公約，參加的國家承認了米制。1960年國際計量大會正式成立通過了一種通用的適合一切計量領域的單位制，用符號“SI”表示。我們知道國際單位制含有七個基本單位，其中與電磁學有關的有四個，即長度單位（m）、質量單位（kg）、時間單位（s）、和電流單位（A）。
二、由基本單位導出的電磁學單位
在電磁學領域同樣存在多種單位制並用的現象。例如，CGSE制（絕對靜電單位制），CGSM（絕對電磁單位制）、高斯單位制、MKSA制（絕對實用安培制）及有理化絕對實用安培制等。
SI的電磁學單位就是按有理化絕對實用安培制定義的，它以SI的前四個基本單位米、千克、秒和安培為基礎，導出了伏[特]、歐[姆]等電磁單位。常用的電磁單位如表1—2—1所示。

物理量	定義方程式	單位名稱	中文表示	單位符號	物理量量綱	單位量綱
電量	Q=It	庫（侖）	庫	C	TI	Sa
電荷面密度	σ=Q/S	庫（侖）每平方米	庫/米2	C/m2	L-2 TI	m-2sA
電荷體密度	θ=Q/V	庫（侖）每立方米	庫/米3	C/m3	L-3TI	m-3sA
電勢	U=W/Q	伏[特]	伏	V	L2MT-3I-1	m2kgs-3A-1
電容	C=Q/U	法[拉]	法	F	L-2M-1T-4I2	m-2kg-1s4A2
電阻	R=U/I	歐[姆]	歐	Ω	L2MT-3I-2	m2kgs-3A-2
電阻率	ρ=SR/L	歐[姆]米	歐·米	Ω·米	L3MT-3I-2	m3kgs-3A-2
電導	G=1/R	西[門子]	西	S	L-2M-1T-3I2	m-2kg-1s3A2
電導率	Y=1/ρ	西[門子]每米	西/米	S/m	L-3M-1T3I2	m-3kg-1s3A2
電場強度	E=U/d	伏[特]每米	伏/米	V/m	LMT-3I-1	mkgs-3A-1
介電常數	ε=dC/S	法[拉]每米	法/米	F/m	L-3M-1T4I2	m-3kg-1s4A2
電位移	D=εE	庫[侖]每平方米	庫/米	C/ m2	L-2TI	m-2sA
磁通	dΦ=Edt	韋[伯]	韋	Wb	L2MT-2I-1	m2kgs-2A-1
磁通密度	B=Φ/S	特[斯拉]	特	T	MT-2I-1	kgs-2A-1
磁場強度	H=I/2πr	安[培]每米	安/米	A/m	L-1I	m-1A
電感	L=Φ/I	亨[利]	亨	H	L2MT-2I-2	m2kgs-2A-2
磁導率	μ=B/H	亨[利]每米	亨/米	H/m	LMT-2I-2	Mkgs-2A-2

 
第二節  電學單位的複現
一、電流單位的複現和保存
電流單位——安[培]是電磁學計量單位的基礎。要想通過定義來複現電流單位是很難實現的。例如，要制作兩根無限長的載流平行導線是不可能的。然而，按照安[培]定義的等效形式，采用測量某種特定形式的載流線圈之間的作用力來複現電流單位是可行的。
在各種複現電流單位的絕對測量中，普遍采用的是電流天平法，其複現不確定度為1×10^-6。繼電流天平法之後，采用動力計法和測量質子旋磁比Yp的核磁共振法對電流單位進行絕對測量，以複現其單位，並得到了普遍應用。
儘管安[培]是國際單位制中七個基本單位之一，但目前還沒有找到實物基准器來保存它的單位量值，電流單位的保存，是通過電壓單位的實物基準器——標準電池（組）和電阻單位的實物基準器——標準電阻器（組）來實現的，即根據歐姆定律I=U/R，實現實現電流I單位的保存。
二、電壓單位的複現和保存
由於電流、電壓和電阻三個量可以通過歐姆定律聯繫起來，如果知道其中兩個量，便可以導出第三個量。因此，多年來在多數國家按電磁學理論，采用電流和電阻單位導出的方法來複現電壓單位——伏[特]。也有一些國家采用電壓天平和液體靜電計來複現電壓的方法。
1962年瑟夫森效應理論提出後，采用約瑟夫森結電壓複現電壓單位的方法，在一些國家已經得到普遍的應用，其複現不確定度為10^-8量級。約瑟夫森常數Kj的表達方式見式（1—2—1）：
Kj=2e/h
式中：h——普朗克常數；
e——電子電荷。
根據第18屆電學諮詢委員會（CCE）的建議和1988年第77屆國際計量委員會（IPM）的決議，確定自1990年1月1日起國際上正式啟用約瑟夫森效應複現電壓電位，取代原國家電壓基準，在1994年采用改值後的電單位數值，並對電流和電阻進行絕對測量，利用我國的約瑟夫森電壓基準裝置測量了Kj值，
Kj_-91NIM=483579.89(43)GHz/V，基測量不確定度為0.88×10^-6。
（一）標準電池組
由於韋斯頓飽和式標準電池具有長時間穩定性好（電動勢年變化小於0.5×10^-6）的特點，因此，長時間以來，世界各國均采用標準電池組作為實物基準器——伏[特]主基準組來保存本國的電壓單位量值。
由於飽和式標準電池的結構及物理化學特性等因素影響，選入主基準組內的標準電池，雖然經過嚴格的篩選和多年的考核，但是隨著時間的推移，其性能也有所變化。有的電池電動勢上升了一些，而有的電池又下降了一些，在一組電動勢值中可以相互抵消一部分，這就是用一組標準電池而不采用一只標準電池作為基準的道理。為避免飽和式標準電池使用時間過長而發生量值變化，需要對其量值定期更換和進行國際比對。
（二）電子式電壓標準器
由於飽和式標準電池存在電動勢溫度系數較大（約為－40μV/K）和使用條件苛刻等缺點，近年來，有些國家研制成功並普遍投入使用了電子式電壓標準裝置，即固態電壓標準，它利用硅穩壓二極管的反向雪崩特性得到穩定的直流電壓，其不確定度僅為2×10^-6，而電壓溫度系數小到1×10^-7/K，因而不需要十分嚴格的恒溫條件也可以使用。這種器件在經過不斷改進後，正在逐步取代傳統的飽和式標準電池。
三、電阻單位的複現和保存
電阻是電學計量中的基本參量之一，為複現其單位量值，各國的計量研究機構不斷改進測量技術，從多種角度對電阻進行了絕對測量。20世紀60年代初期，電阻單位的絕對測量都是由計算電感與頻率通過交流電橋獲得，後來提出了用計算電容實現電阻單位絕對測量的方法，使不確定度從1×10^-5提高到1×10^-7以上。
1980年馮·克裏青效應發現後，在建立量子化霍爾電阻基準方面，使不確定度提高到10×10^-8數量級，根據第18屆電學委員會（CCE）的建議和1988年第77屆國際計量委員會（IPM）的決議，確定從1990年起，國際上正式啟用量子化霍爾電阻來複現電阻單位，量子化霍爾電阻的表達式見式（1－2－2）：
R_H=h/ie²
式中：h——普朗克常數；
e——電子電荷；
i——正整數。
量子化霍爾電阻R_H僅由普朗克常數h、電子電荷e和正整數i決定，當正整數i=1時，R_H=25812.807Ω。
電阻單位用實物實物基準器保存，普遍采用的電阻實物基準器都是由優質錳銅材料制成的1Ω標準電阻器組，借助傳遞裝置按十進制向兩端擴展，將量值傳遞到最小標稱值為10^-4Ω，最大標稱值為10⁸Ω的標準電阻器中。
我國電阻單位中的實物基準器由10個1Ω人標準電阻器組成，取其電阻的平均值作為基準量值，其穩定性優於1×10^-7/a。
四、電容和和電感單位的複現和保存
電容單位和電感單位的實物基準是用標準電容器和標準電感器來保存。電容單位的複現采用計算電容法，由於計算電容准確度的提高，電容單位複現的不確定度可達10^-8數量級。電感單位的複現采用計算電感法和計算電容法。在計算電容法中，將計算電容通過電容電橋和電感電容諧振電橋，即可確定電感單位亨利。