Sähköyksiköt

Sähköyksiköt ovat sähköön ja magnetismiin liittyvien suureiden mittayksiköitä. Nykyisin käytetään sähkösuureille SI-järjestelmän yksiköitä, joiden perusyksikkönä on sähkövirran yksikkö ampeeri. Aikaisemmin on varsinkin teoreettisessa fysiikassa käytetty paljon myös cgs-järjestelmää ja siihen pohjautuvaa Gaussin yksikköjärjestelmää.

Historia

Kun metrijärjestelmä laadittiin Ranskassa 1700-luvun lopulla, sähköopin kehitys oli vielä siinä määrin alkuasteellaan, ettei järjestelmään alun perin katsottu tarvittavan sähkösuureiden yksiköitä. Tutkimuksen varhais­vaiheessa eri tutkijat ja teknikot käyttivät niille monia, yleensä itse jokseenkin mieli­valtaisesti määrittelemiään yksiköitä. 
Ensimmäisen huomattavan ehdotuksen yhtenäiseksi sähkö­­yksiköiden järjestelmäksi laativat Carl Friedrich Gauss ja Wilhelm Eduard Weber 1830-luvulla. Heidän ehdottamassaan järjestelmässä olivat perusyksikköinä millimetri, gramma ja sekunti; sähköyksiköt määriteltiin näiden johdannaisina niiden voimien avulla, joita sähkövaraukset ja -virrat aiheuttavat toisilleen. Gauss otti tämän järjestelmän käyttöön maan magneettikentän mittausten yhteydessä, mutta sen käyttö laajeni pian muihinkin sähköisiin mittauksiin.

Käytännöllinen järjestelmä

Gaussin yksikköjärjestelmä soveltui hyvin teoreettisen fysiikan tarpeisiin, ja monet sähköopin perusyhtälöt, erityisesti Maxwellin yhtälöt, saavat sitä käytettäessä yksinkertaisemman muodon kuin SI-järjestelmässä. Kun sähkövirta sai enenevässä määrin teknisiä sovelluksia, useimmat sen yksiköt osoittautuivat kuitenkin käytännön kannalta epäsopivan suuriksi tai pieniksi. Tämän vuoksi vuonna 1881 Pariisissa pidetyssä kansainvälisessä sähkökongressissa päätettiin ottaa käyttöön ns. käytännölliset sähköyksiköt, jotka pian vahvistettiin monissa maissa myös lainsäädännöllä. Ne määriteltiin alun perin sähkömagneettisten cgs-järjestelmän yksiköiden avulla, niiden kymmenjärjestelmän mukaisina monikertoina, koska käytännössä sähkömagneettiset mittaukset ovat paljon yleisempiä ja myös helpommin suoritettavia kuin sähköstaattiset. Perusyksiköt olivat sähkövirran yksikkö ampeeri, suuruudeltaan 1/10 sähkömagneettista virtayksikköä, ja resistanssin yksikkö ohmi, suurudeltaan 10⁹ sähkömagneettista resistanssiyksikköä. Samassa kongressissa saivat nimensä myös varauksen yksikkö coulombi, jännitteen yksikkö voltti ja kapasitanssin yksikkö faradi, jotka myöhemmin tulivat käyttöön myös SI-järjestelmässä, ja tehon yksikölle ehdotettiin nimeä watti.
Mittausvälineiden kalibrointi sähkövirtojen välisten magneettisten voimien avulla oli kuitenkin hankalaa, ja sen vuoksi ampeerille ja ohmille vahvistettiin myös materiaalistandardeihin perustuvat määritelmät. Ampeeri määriteltiin elektrolyysin avulla; se oli virta, joka vapautti hopeanitraattiliuoksesta sekunnissa 1,118 milligrammaa hopeaa.  Ohmi taas määriteltiin sellaisen elohopeajohtimen resistanssiksi veden jäätymispisteessä, jonka pituus on 160,3 senttimetriä ja massa 14,4521 grammaa. Muut yksiköt määriteltiin näiden avulla johdannaisyksikköinä.
Magneettikentälle ei vielä tuolloin katsottu tarpeelliseksi vahvistaa erityisiä käytännöllisiä yksiköitä.  Magneettivuon yksikkö weber vahvistettiinkin vasta vuonna 1933, magneettivuon tiheyden yksikkö tesla vuonna 1960,

Siirtyminen SI-järjestelmään

Vuonna 1901 italialainen sähköinsinööri Giovanni Giorgi laati ehdotuksen yhtenäiseksi yksikkö­järjestelmäksi, joka käsitti sekä mekaniikan että sähkö­suureiden yksiköt. Hänen ehdottamansa järjestelmä oli yhdistelmä metrijärjestelmästä ja sähkö­yksiköiden käytännöllisestä järjestelmästä. Perus­yksikköinä olivat metri, kilogramma ja sekunti sekä neljäntenä, sähköopillisena perusyksikkönä ampeeri tai vaihto­ehtoisesti resistanssin yksikkö ohmi.
Yhä tarkemmaksi käyneet mittaukset osoittivat, että hopean elektrolyysin avulla näiden määritelty ns. kansainvälinen ampeeri ja elohopean avulla määritelty kansainvälinen ohmi poikkesivat jonkin verran siitä, mikä niiden olisi pitänyt olla cgs-yksiköiden perusteella. Niinpä kansainvälinen ampeeri oli 0,0999850 sähkömagneettista virtayksikköä ja kansainvälinen ohmi 1 000 490 000 sähkömagneettista vastusyksikköä.  Niinpä ei näiden yksiköiden avulla määritelty joulekaan ollut tarkalleen 10⁷ ergiä, hyvin lähellä tätä arvoa kylläkin. 
Mahdollisen sekaannuksen välttämiseksi 10. kansainvälinen mitta- ja painokonferenssi päätti vuonna 1948 luopua materiaalistandardeihin perustuvista määritelmistä. Tällöin ampeeri sai sähkömangentismiin perustuvan määritelmän, jonka mukaan ampeeri oli sellainen ajallisesti muuttumaton sähkövirta, joka kulkiessaan kahdessa suorassa yhdensuuntaisessa, äärettömän pitkässä ja ohuessa johtimessa, joiden poikkileikkaus on ympyrä ja jotka ovat yhden metrin etäisyydellä toisistaan tyhjiössä, aikaansaa johtimien välille 2 · 10⁻⁷ newtonin voiman metriä kohti. Tämä määritelmä tosin muotoiltiin viittaamatta cgs-järjestelmään, mutta itse asiassa se merkitsi, että ampeeri oli nyt tarkalleen 0,1 sähkömagneettista virtayksikköä. 
Ohmi tuli tällöin johdannaisyksiköksi: 1 Ω = 1 V/A = 1 kgm²/s³A. Mittajärjestelmä, jonka perusyksiköt olivat metri, kilogramma, sekunti ja ampeeri, sai nimen MKSA-järjestelmä, ja se oli periaatteessa sama kuin Giorgin ehdottama. Myöhemmin vahvistettiin perusyksiköiksi myös lämpötilan yksikkö kelvin ja valovoiman yksikkö kandela, ja näillä täydennetty mittajärjestelmä sai vuonna 1960 nimen SI-järjestelmä.
Vuonna 2018 pidetty 26. yleinen paino- ja mittakonferenssi päätti määritellä SI-järjestelmän yksiköt uudestaan luonnonvakioihin perustuen. Tällöin myös ampeeri sai nykyisen, alkeisvaraukseen perustuvan määritelmänsä. Uudet määritelmät tulivat voimaan 20. toukokuuta 2019.