CGS systém ve zkratce
CGS systém je historická metrická soustava jednotek založená na centimetru, gramu a sekundě. Název CGS vznikl z anglických názvů těchto jednotek: centimetre, gram, second.
Soustava CGS byla důležitá hlavně ve fyzice 19. a první poloviny 20. století. Pro laboratorní měření byly centimetry a gramy často pohodlnější než metry a kilogramy. Později začal převládat MKS systém a na jeho vývoj navázala dnešní soustava SI.
Proč vznikl CGS systém
Vědci se v 19. století snažili používat jednotný a výpočtově přehledný systém měření. Starší lokální a oborové jednotky byly pro přesnou vědeckou komunikaci nepraktické. Metrický základ umožnil snadné převody pomocí desítkové soustavy a odvozování dalších jednotek z několika jednotek základních.
Komise British Association for the Advancement of Science nejprve pracovala s metrickými jednotkami a v 70. letech 19. století se ve fyzice prosadil absolutní systém centimetr–gram–sekunda. Roku 1874 se CGS stal důležitým standardem vědecké práce, zejména pro mechaniku a elektromagnetismus.
Základní jednotky CGS
| Veličina | CGS jednotka | Značka | Vztah k SI |
|---|---|---|---|
| délka | centimetr | cm | 1 cm = 0,01 m |
| hmotnost | gram | g | 1 g = 0,001 kg |
| čas | sekunda | s | shodná jednotka jako v SI |
Odvozené mechanické jednotky CGS
V mechanice jsou převody mezi CGS a SI poměrně přímočaré. Rozdíl vyplývá hlavně z toho, že CGS používá centimetr a gram, zatímco MKS a SI používají metr a kilogram.
| Veličina | CGS jednotka | Vztah k SI |
|---|---|---|
| síla | dyne (dyn) | 1 dyn = 10-5 N |
| energie, práce | erg | 1 erg = 10-7 J |
| tlak | barye (Ba) | 1 Ba = 0,1 Pa |
| dynamická viskozita | poise (P) | 1 P = 0,1 Pa·s |
| kinematická viskozita | stokes (St) | 1 St = 10-4 m2·s-1 |
CGS v elektromagnetismu
U elektrických a magnetických veličin je CGS složitější než u mechaniky. Vzniklo několik příbuzných soustav, které používají stejný mechanický základ centimetr–gram–sekunda, ale liší se způsobem definice elektrických a magnetických veličin.
- CGSE – elektrostatická větev CGS, vycházející z elektrostatických vztahů.
- CGSM – elektromagnetická větev CGS, vycházející z magnetických účinků elektrického proudu.
- Gaussova soustava – prakticky používaná kombinace CGSE a CGSM pro elektromagnetické veličiny.
Proto u elektromagnetismu nejde vždy jen o prosté vynásobení převodním koeficientem. Některé veličiny mají v CGS a SI odlišné definiční vztahy a v rovnicích se objevuje také rychlost světla ve vakuu.
Příklady CGS jednotek
| CGS jednotka | Veličina | Jednotka SI |
|---|---|---|
| barye (Ba) | tlak | 0,1 pascal (Pa) |
| biot (Bi) | elektrický proud | 10 ampér (A) |
| calorie (cal) | práce, tepelná energie | 4,1868 joule (J) |
| darcy | permeabilita | 0,98692·10-12 čtverečný metr (m2). Henry Darcy |
| debye (D) | elektrický dipólový moment | 3,33564·10-30 coulomb metr (C·m) |
| dyne (dyn) | síla | 10-5 newton (N) |
| emu | magnetický dipólový moment | 0,001 ampér čtv. metr (A·m2) |
| erg | práce, energie | 10-7 joule (J) |
| franklin (Fr) | elektrický náboj | 3,3356·10-10 coulomb (C) |
| galileo (Gal) | zrychlení | 0,01 metr za sekundu na druhou (m·s-2) |
| gauss (G) | magnetická indukce | 10-4 tesla (T) |
| gilbert (Gi) | elektromagnetické napětí | 0,795 775 volt (V) |
| kayser (K) | vlnové číslo | 100 (m-1) |
| lambert (Lb) | jas | 3183,099 kandela na metr čtverečný (cd·m-2) |
| langley | prostup tepla | 41,84 kilojouly na čtv. metr (kJ·m-2). Samuel Pierpont Langley |
| line (li) | magnetický indukční tok | 10-8 weber (Wb) |
| maxwell (Mx) | magnetický indukční tok | 10-8 weber (Wb) |
| oersted (Oe) | intenzita magnetického pole | 79,577 472 ampér na metr (A·m-1) |
| phot (ph) | osvětlení | 104 lux (lx) |
| poise (P) | dynamická viskozita | 0,1 pascal sekunda (Pa·s) |
| stilb (sb) | jas | 104 kandela na metr čtverečný (cd·m-2) |
| stokes (St) | kinematická viskozita | 10-4 metr čtv. za sekundu (m2·s-1) |
| unit pole (ang.) | magnetický pól | 1,256 637·10-7 weber (Wb) |
CGS, MKS a SI
| Soustava | Základní jednotky | Charakteristika |
|---|---|---|
| CGS | centimetr, gram, sekunda | historická vědecká soustava vhodná pro laboratorní měření a starší fyzikální literaturu |
| MKS | metr, kilogram, sekunda | metrický základ technických a mechanických výpočtů; důležitý předchůdce SI |
| SI | sedm základních jednotek SI | současná mezinárodní soustava jednotek používaná ve vědě, technice, průmyslu i obchodě |
Kde se s CGS setkáme dnes
V současné metrologii a vědecké komunikaci se používá především soustava SI. CGS však zůstává důležitý při čtení starší odborné literatury a v některých oborech, kde se tradiční CGS jednotky stále objevují jako praktická zkratka.
Typickými příklady jsou jednotky gauss pro magnetickou indukci, oersted pro intenzitu magnetického pole, poise a stokes ve viskozitě nebo erg ve starší fyzikální a astrofyzikální literatuře.
Zdroje a souvislosti
- IEC: The history of the SI – historický vývoj metrických soustav
- BIPM: The International System of Units (SI) – současná soustava SI
- NIST: Magnetic Units – převody jednotek gauss, maxwell a oersted
- MKS systém – soustava metr, kilogram, sekunda
- Gaussova soustava – CGS soustava pro elektromagnetismus
- Jednotky SI – dnešní mezinárodní soustava jednotek