Enhetssystem, gruppe av måleenheter som brukes sammen etter vedtatte regler. Å måle en størrelse eller egenskap vil si å sammenligne den med en annen størrelse (egenskap) av samme art. For å angi resultatet av en måling kvantitativ må man ha en enhet (måleenhet) som sammenligningsstørrelse. Resultatet av målingen angis som et produkt av et tall, måltallet, og måleenheten. Ved for eksempel måling av temperatur (egenskap/størrelse), angis denne ved et måltall (f.eks. 15) og en måleenhet (°C). I prinsippet er valg av enheter fritt og ubegrenset. I praksis er det hensiktsmessig å arbeide med få enheter som er internasjonalt godkjente – i internasjonale enhetssystemer.
Oppbygning
I fysikken er størrelser av forskjellig art knyttet sammen ved matematiske ligninger som enten uttrykker naturlover eller definerer nye størrelser. I slike ligninger inngår også konstanter som avhenger av enhetene som er valgt. Selv om valget av enheter er fritt, er det hensiktsmessig å velge noen få størrelser som grunnstørrelser og for hver av disse en tilsvarende enhet som grunnenhet. For andre størrelser, som er knyttet sammen med grunnstørrelsene ved ligninger, kan enhetene som velges uttrykkes matematisk ved grunnenhetene og en tallfaktor som fastlegger størrelsen av enheten. Slike enheter kalles avledede. Til sammen utgjør grunnenhetene og de avledede enhetene et enhetssystem. Hvis de avledede enhetene er valgt slik at de fysiske ligningene blir korrekte om man istedenfor størrelsene som inngår, bare skriver måltallene for dem, kalles enhetssystemet koherent eller samstemt.
Grunnenhetene bør kunne reproduseres med nøyaktig samme verdi som de definisjonsmessig har. Målet har vært å avlede dem av naturkonstanter som gis en bestemt verdi, men måleteknisk har dette vist seg vanskelig. Isteden har man derfor for enkelte grunnstørrelser valgt å fastsette normaler (prototyper) som forutsettes å være uforanderlige, og å definere grunnenhetene ved hjelp av disse. Et system som bygger på grunnenheter som ikke forandrer seg fra sted til sted eller med tiden, kalles absolutt. Det er et krav til et godt enhetssystem at det skal være både koherent og absolutt.
Ulike systemer
Metersystemet
Enheter for bruk ved handel og vandel (masse-, lengde- areal- og volumenheter) har vært underkastet lovgivning helt fra oldtiden. Men enhetene har variert fra land til land og ofte også fra vareslag til vareslag. På grunn av det store internasjonale handelssamkvemmet som oppstod på 1700-tallet, meldte det seg et sterkt behov for internasjonalt godkjente absolutte enheter for mål og vekt. Forsøkene førte den gang ikke frem. Men som et resultat av arbeidet vedtok Frankrike under revolusjonen i 1791 et eget absolutt enhetssystem, metersystemet. Det bestod av tre enheter: meter, gram og liter. Det ble innført desimalinndeling, og desimale multipletter ble uttrykt ved hjelp av prefikser (centi-, desi-, kilo- m.fl.). Som lengdeenhet valgte man meter som ble definert som 1/10 000 000 av avstanden fra ekvator til Nordpolen. Masseenheten gram skulle være massen av én cm3 rent vann og volumenheten liter, særlig beregnet til bruk for væsker, ble satt lik volumet av ett kg vann. Meteren definert på denne måten ble for vanskelig å bestemme, og ble før systemet kunne tas i bruk fastsatt som lengden av Arkivmeteren. Det ble også laget en egen kilogramnormal.
Cgs-systemet
Metersystemet var ikke noe fullstendig enhetssystem. For bruk innen mekanikk ble det snart utviklet videre i CGS-systemet som bygde på centimeter, gram og sekund som grunnenheter. I litt forskjellige varianter fikk det anvendelse for vitenskapelig bruk også innen elektrostatikk og elektromagnetisme, men ingen av CGS-systemene var egnet for praktisk bruk.
Det tekniske systemet
Innen mekanikk var i en periode Det tekniske systemet mye brukt. Det bygde på meter, sekund og kilopond (tyngden av ett kilogram) som grunnenheter for lengde, tid og kraft. Tyngden av et legeme varierer fra sted til sted, og kraftenheten kilopond avhenger derfor av hvor på jorden en befinner seg. Det tekniske systemet betegnes derfor som et gravitasjonssystem. Innen systemet ble det definert en del ikke-koherente enheter med praktisk anvendelse, som hestekraft og teknisk atmosfære. Systemet var altså verken absolutt eller koherent. Det har etter hvert veket plass for MKS-systemet som bygger på grunnenhetene meter, kilogram (for masse) og sekund. MKS-systemet er både absolutt og koherent, og inngår nå i SI (se nedenfor).
Det internasjonale praktiske systemet
For bruk i elektroteknikk ble det i slutten av forrige århundre definert en rekke praktiske enheter. De ble opprinnelig fastsatt i forhold til CGS-enhetene, og utgjorde et absolutt system. Av måletekniske grunner ble enhetene for volt og ohm senere fastsatt uavhengig av de teoretisk definerte verdiene. Systemet som bygde på disse enhetene ble kalt Det internasjonale praktiske systemet. De internasjonale enhetene for volt og ohm viste seg etter hvert å avvike fra de absolutte. Det ble nødvendig å innføre korrigerende tall i ligningene som knyttet dem sammen – dette gjorde at systemet ikke ble koherent. Som en variant av Det absolutte praktiske systemet, med enheter med samme størrelse og navn, utviklet italieneren G. Giorgi et system med meter, kilogram, sekund og ampere som grunnenheter. Ved å velge ampere som grunnenhet ble den magnetiske konstanten (μ0) en størrelse med dimensjon newton/ampere. Måltallet for μ0 fastlegger størrelsen på enheten ampere. I den endelige utformingen av systemet ble μ0 satt lik 4π ·10–7 N/A. Samtidig ble en faktor 4π omplassert i noen elektromagnetiske ligninger. Ampere fikk samme størrelse som den hadde hatt i Det absolutte praktiske systemet og de elektromagnetiske ligningene fikk en mer symmetrisk form. Systemet fikk betegnelsen Det rasjonaliserte MKSA-systemet (se elektrisitet (måleenheter)).
Si
I 1954 vedtok Generalkonferansen for mål og vekt (CGPM) Det rasjonaliserte MKSA-systemet som internasjonalt enhetssystem. På Generalkonferansen i 1960 ble systemet supplert med to grunnenheter, kelvin for temperatur og candela for lysstyrke, og systemet ble kalt Det internasjonale system for enheter med internasjonal forkortelse SI. På Generalkonferansen i 1971 ble mol vedtatt som grunnenhet for stoffmengde. Dermed dekker systemet enheter for de fleste fysiske størrelsene. Gjennom årene er grunnenhetene i SI definert på ny flere ganger for å få dem knyttet til naturkonstanter som de med stor nøyaktighet kan bestemmes ut fra. Se SI for en nærmere beskrivelse av systemet.
Andre systemer
En rekke variasjoner av de nevnte enhetssystemene har vært i bruk i kortere perioder og i enkelte land. For eksempel har det i engelsktalende land innen mekanikk vært brukt et koherent, absolutt enhetssystem med foot, pound og sekund som grunnenheter (LBS-systemet) og et gravitasjonssystem basert på foot, slug (tyngden av ett pound) og sekund (LSS-systemet). Særlig i USA er LBS-systemet fremdeles mye brukt.
I tillegg er det innen teoretisk fysikk brukt såkalte naturlige systemer med fundamentale fysiske konstanter som grunnenheter. I det mest brukte, Hartree-systemet, som blir nyttet innen atomfysikk, er elektronmassen (me), elementærladningen (e), Planck-konstanten dividert med 2π (ℏ) og den elektriske konstanten (ε0), valgt som grunnenheter. Enheter for lengde og tid blir avledede enheter med en størrelse som passer for beskrivelse av atomære forhold. I Det kvante-elektrodynamiske systemet er lyshastigheten i tomt rom valgt som grunnenhet istedenfor elektronladningen.