質問: 電圧の最初の定義 もしくは電圧の昔の定義をお教えください。 また当初の電圧の測り方もご教授ください。
回答: 19 世紀の中頃には電信に代表される電気の利用が拡がったのだが、クーロンの法則等を元にした当時の電磁気の単位には電圧や抵抗が含まれていないので甚だ不便であった。このため、それとは独立に、電源である電池の電圧とか電信線の抵抗とかを基準にした実用的な単位が使われ始めた。 英国では、maxwell等の著名な物理学者を構成員にした電気測定委員会を1862 年に設けて、基礎的な単位系と実用的な単位系を整備した。この後者では,抵抗, 電圧, キャパシタの単位をそれぞれオーム(ohm), ボルト(volt), ファラッド(farad)とすることが制定された。 (以上、高田 東工大講義資料 第iv部 28.1節”電気と磁気の単位系の歴史”からの孫引き) この時、実用的なダニエルの電池の出力電圧を基準に選んで、1vと制定したのだと思います。 ——------------------ 磁気量についての質問は締め切られましたが、回答を用意していたので、ついでに書かせてもらいます。 磁気に関する発見の概略は、電荷についてのクーロンの法則が1785年に発表。ボルタの電池が1799年。エルステッドが電流による磁力の発生の観測が1820年。その直後にビオ-サバールの法則が発表された(1820年)。 この頃は、磁力を磁針の振動周期を元に算出していた。 磁力に関する最初の定義は、w. weberがクーロンの法則に倣ったf= m^2/r^2を元にして1840年に行った。もっとも、磁荷mは存在しないので、この力の定義とビオ-サバールの法則の周回電流経路が磁荷mに及ぼす力が等しいとして周回電流値を決めるという手順を踏む。 (ちなみに、weberは数学者でもあったgaussと共同で、装置に依存しない地磁気の測定方法を案出して、多数の測定値から地球上の任意場所における地磁気の強さ, 偏角, 伏角を計算した(1833年)。磁力は、やはり磁針の振動周期を観測して求めた。この過程で、gaussはガウスの発散定理と最小自乗法を発見した) これが”電磁単位系”で、weberは同時に電荷のクーロンの法則を力の定義とした”静電単位系”も提起した。さらに、h. herzが、これらを元に電荷と磁荷を対象的に扱う単位系として整備したのがcgsガウス単位系である(1888年)。 また、基礎的な単位系として、weberの用いた磁荷のクーロンの法則の代わりに、周回電流と磁荷の間に働く力(ビオ-サバールの法則)を用いた単位系をmaxwellが提起した(1873年頃)。そこではcentimeter, gram, secondを使ったので、weber(1840年)のものと区別するためにcgsを付けて、maxwellのcgs静電単位系, cgs電磁単位系と呼んだ。 さらに、1888年に、weberの単位系を元に電荷と磁荷を対象的に扱うcgsガウス単位系をhertzが提起した。(この単位系は、理論物理では未だに人気があるそうだ) ここまでの単位系は、力学と同じ[質量], [長さ], [時間]の3ヶの次元を組み合わせた次元を有しているので”絶対単位系”と呼ばれている。 weber, maxwell, hertzのどの単位系でも、同じ電磁気量に対する静電単位と電磁単位が全く異なった。例えば電荷の次元は、静電単位では[l^(3/2) m^(1/2) t^(-1)]で電磁単位では[l^(1/2) m^(1/2)]となる。 この不便は、[距離], [質量], [時間]の基本単位に、[抵抗], [電圧], [電流]の何れかを加えれば電磁単位系と静電単位系の区別やgauss単位系内の単位の重なりが取り除けることを、g. giorgiが1901年に提案して、その中から国際度量衡総会が[電流}を選んだのがmksa単位系である(1954年)。 そして、それに光のカンデラと温度のケルビンを加えたsi単位系が1956年に採択された。 (やはり、高田 東工大講義資料 第iv部 28.1節”電気と磁気の単位系の歴史”からの孫引きでした)