Elektromanyetik birimler

Fiziğin bütün dallarında çeşitli nicelikler (büyüklükler, quantity) kullanılır. Bu niceliklerden bir bölümü günlük hayatta rahatlıkla algılanan kavramlardır; sürat, ağırlık, sıcaklık vb. Buna karşılık elektromanyetikte kullanılan nicelikler günlük hayatta duygularla algılanamayan, ama ölçü aletleriyle ölçülebilen kavramlardır.

Birçok niceliğin özel birimi vardır. Kimi niceliklerde ise diğer niceliklerin birimleri kullanılırlar. Mesela uzunluk için metre birimi kullanılırken, sürat için özel bir birim kullanılmaz; bunun yerine uzunluk ve zaman birimlerinden oluşan metre/saniye birimi kullanılır.

Fizikte problem çözmek için, birimlerin birbirleriye tutarlı olması zorunludur. Şayet birimler birbiriyle tutarsızsa, yapılacak şey, öncelikle birimleri birbiriyle tutarlı hale getirmektir. Birimlerin birbiriyle tutarlı olması yani standart ölçü birimlerinin saptanması başlı başına bir bilim konusudur. Ayrıca, bu yolla uluslararası bilimsel ve ticari ilişkilerde yeknesaklık ta sağlanabilmektedir.

Ölçü standartlarını oluşturmak için ilk uluslararası sözleşme 1875 te imzalandı. Konu ile ilgili olarak, bir komite kuruldu. Etalonları muhafaza eden, gerektiğinde birimlerde veya etalonlarda değişiklik önerisi hazırlayan, ihtiyaca bağlı olarak yeni nicelikleri tanımlayan bu uluslararası bilim komitesinin adı Ağırlıklar ve Ölçüler komitesi (Comité international des poids et mesures (CIPM)) dir. Merkezi ise Fransa’da, tarihimizde kötü anıları olan Sevres kentidir. Komite önerileri dört yılda bir defa toplanan uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler konferansında ( Conférence générale des poids et mesures (CGPM)) tartışılarak, uygun görülürse, hayata geçirilir.

Günümüzde standart ölçü sistemi MKS sistemidir. (metre kilogram saniye). Bu sisteme kimi kitaplarda (ampere birimi de eklenerek) MKSA şeklinde de rastlanır.

MKS isteminde 7 temel nicelik tarif edilmiştir. Ayrıca bu niceliklerden üretilen 60 nicelik daha vardır. Temel niceliklerle bu niceliklerden türetilmiş 20 niceliğin kendilerine özgü birimleri vardır. Askat olarak desi (1/10), santi(1/100), mili(1/1000), üstkat olarak deka (10),hekto (100) ve kilo (1000) en iyi bilinen katlardır. (Katların bütün listesi için bakınız Uluslararası Birim Sistemi.) Bütün bunların dışında çembersel hareketler için radyan ve steradyan da birimler arasında yer alırlar. Komitenin onayından geçmiş olan birimler SI birim (Le Système International d'Unités ) olarak bilinir.

Elektromanyetik için temel birim elektrik yük olmalıdır. Ancak uygulamada elektrik yükleri bir araya getirip, deneyler yapmak ve sağlıklı ölçülerle etalon saptamak çok zordur. Buna karşılık bir iletkenden birim zamanda geçen yükü ölçmek çok daha kolaydır. Bu sebepten elektromanyetik için temel birim elektrik yükü değil, elektrik akımıdır. Yük ve akım arasında şu ilişki vardır.

Burada q elektrik yükü, t zaman ve I da elektrik akımıdır. Yük birimi coulomb (C) , akım birimi ampere (A) ve zaman biri de saniyedir (s).

Elektrikte kullanılan bir başka önemli nicelik gerilimdir. Gerilim gücün bu gücü veren akıma olan oranı (ya da yapılan işin bu enerjiyi sağlayan elektrik yüküne olan oranı) olarak tanımlanabilir.

Burada V ile gerilim, P ile güç, U ile iş gösterilmiştir. Gerilim birimi volt (V) , güç birimi watt (W) ve iş (enerji) birimi de joule (J) dur.

Tablonun birinci bölmesi temel niceliklerden elektromanyetiği ilgilendiren dört tanesine ilişkindir. İkinci bölmede hem mekanik ve hem de elektromanyetikte kullanılan diğer birimler yer almıştır.Üçüncü bölme kendi özel birimi olan elektromanyetik niceliklere ilişkindir. Dördüncü bölmede özel birimi olmayan diğer elektromanyetik nicelikler yer almıştır. Bütün bu nicelikler SI biridir.En alt bölmede ise SI birim olmayan, fakat SI birimlerle birlikte kullanılabilen iki oran birimi görülmektedir.

Tablonun sol iki sütunu niceliklerin isimleri ve denklemlerde kullanılan simgelere ilişkindir. Ancak niceliklerin simgeleri için bir standart olmadığından, burada en yaygın kullanımlar gösterilmiştir.

Beşinci sütunda birimleri tanımlayan eşdeğer birimler verilmiştir. Son sütun da böyledir. Yalnız son sütunda tanımlama sadece temel birimler cinsinden yapılmıştır.Temel birimler cinsinden yapılan tanımlamalara o niceliğin boyutu da denilebilir.

Yukarıdaki tabloda mekanikteki watt biriminin temel birim karşılığının kg • m²/ s³ olduğu görülmektedir. Oysa aynı birim elektrikte de kullanılır. Ancak, elektrikte kullanılan birimler ampere temel biriminden türetilmiştir. Yukarıdaki boyutlar incelenirse, watt biriminin nasıl olup ta, elektrik te de kullanıldığı ortaya çıkar.

Fizikte (özellikle elektromanyetikte) birim olarak, genellikle bilim adamlarının isimleri kullanılır. Böylelikle, uygarlığa katkıda bulunanlar onurlandırılmış olur. Tablo 1 de belirtilen birimlere isim veren bilim adamlarının isimleri Tablo 2 de gösterilmiştir. (CGS sisteminde ve fiziğin diğer dallarında kullanılan birimler gösterilmemiştir.) İlk sütünda nicelik, ikinci sütunda bu niceliğin birimine isim veren bilim insanı ve son sütunda da bu bilim insanının doğum ve ölüm yılları vardır. Tablo bilim adamlarının doğum yılına göre düzenlenmiştir. Tablonun incelenmesi elektromanyetiği insanlık hizmetine sunan bili adamlarının genellikle 18.yüzyılın ikinci yarısı ile 19.yüzyılda hizmet ettiklerini göstermektedir.