MKS 단위계

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1. 개요
2. 역사
3. 주요 단위
4. 전자기학으로의 확장
참조

1. 개요

MKS 단위계는 길이(미터), 질량(킬로그램), 시간(초)을 기본 단위로 사용하는 단위계이다. 19세기 미터법에서 시작되어 CGS 단위계와 병행 사용되다가, 1960년 국제단위계(SI)로 확장되어 세계 표준이 되었다. MKS 단위계는 전자기학의 발전에 따라 암페어를 기본 단위로 하는 MKSA 단위계로 확장되었으며, 현재는 SI 단위계의 기반이 되었다.

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MKS 단위계
MKS 단위계
정의	미터, 킬로그램, 초를 기본 단위로 하는 물리량의 단위계
파생 단위	뉴턴 (힘) 줄 (에너지) 와트 (일률) 파스칼 (압력) 쿨롱 (전하량) 볼트 (전압) 패럿 (정전 용량) 옴 (전기 저항) 지멘스 (전기 전도율) 테슬라 (자기장) 웨버 (자기 선속) 헨리 (인덕턴스)
역사적 맥락	CGS 단위계 대체 시도 SI 단위계의 전신
주요 특징
기본 단위	길이: 미터 (m) 질량: 킬로그램 (kg) 시간: 초 (s)
장점	거시 세계 현상 기술에 적합
단점	원자 수준 미시 세계 기술에 다소 불편
관련 개념
확장 단위	필요에 따라 확장 가능 (톤, 리터)
호환성	SI 단위계와 밀접한 관련
참고 사항
CGS 단위계	센티미터, 그램, 초 기반 단위계
SI 단위계	국제단위계, MKS 단위계를 확장 및 개선
단위 환산	MKS <-> SI 단위 환산 용이
추가 정보
MKS 단위계에서 유도된 전자기 단위	쿨롱 암페어 볼트 옴 와트 패럿 테슬라 웨버 헨리

2. 역사

미터법 초기에는 질량 기본 단위를 그라브(grave)로 정했으나, 여러 문제로 1/1000 그라브를 그램, 1 그라브를 킬로그램으로 사용했다. 킬로그램 원기는 기술 문제로 킬로그램 크기로 만들어졌다.

1832년 카를 프리드리히 가우스가 CGS 단위계를 제창했다. 1874년 영국 과학 진흥 협회(BAAS)에서 공식 단위계로 채택, 1881년 국제 전기 회의에서 전자기 단위로 확장되었다. MKS 단위계는 1889년 국제 도량형국(BIPM)에서 채택되었다. CGS 단위계는 과학자, MKS 단위계는 기술자가 주로 사용했다.

전자기학 발전과 함께 CGS 단위계는 전자기 단위를 포함했으나, 단위 크기가 부적절하여 십진배수나 분수를 사용한 실용 단위가 등장했다. MKS 단위계는 초기에는 전자기 단위를 다루지 않았지만, 전기 공학 발달로 필요성이 커져 실용 단위와 결합한 MKSA 단위계가 제안되었다.

1901년 조반니 조르지는 전자기학 실용 단위(볼트, 옴, 암페어 등)를 MKS에 추가하는 방안을 제시, 조지 A. 캠벨이 추진했다. 1935년 국제 전기 기술 위원회(IEC)는 이를 채택했으나, 네 번째 단위는 명시하지 않았다. 1939년 암페어를 네 번째 단위로 권고, 1954년 국제 도량형 총회(CGPM)에서 승인되었다.

1946년 국제 도량형 위원회(CIPM)와 1950년 국제 전기 표준 회의(IEC)에서 MKSA 단위계를 채택했다. 1954년 국제 도량형 총회에서 켈빈과 칸델라를 추가했다. 1960년 MKS를 확장한 국제단위계(SI)가 세계 표준이 되었고, CGS 단위계는 점차 사용되지 않게 되었다.

2. 1. 미터법의 기원과 초기 혼란

미터법을 처음 만들 때 질량의 기본 단위로 그라브(grave)를 구상했으나, 시행 시에는 1/1000 그라브를 그램, 1 그라브를 1 킬로그램이라는 명칭을 사용했다. 그러나 킬로그램 원기는 기술적인 문제로 킬로그램 크기로 만들었다. 이러한 혼란은 훗날 두 개의 단위계가 나타나는 원인이 되었다.^[4]

2. 2. CGS 단위계와 MKS 단위계의 등장

미터법을 처음 만들 때 질량의 기본 단위는 그라브(grave)였으나, 시행 시에는 1/1000 그라브를 그램, 1 그라브를 킬로그램으로 사용했다. 그러나 질량 원기는 기술적인 문제로 킬로그램 크기로 만들어졌다.

CGS 단위계는 1832년 카를 프리드리히 가우스가 제창했다.^[4] 1874년 영국 과학 진흥 협회(BAAS)가 CGS 단위계를 공식 채택했고,^[4] 1881년 국제 전기 회의에서 CGS 단위계를 전자기학으로 확장했다. 1889년 국제 도량형국(BIPM)에서 MKS 단위계를 채택했다.^[7] CGS 단위계는 실험실 규모에 적합하여 과학자들이 선호했으며, MKS 단위계는 기술자들이 선호했다.

당시는 전자기학이 탄생하던 시기로, CGS 단위계는 전자기를 다룰 수 있도록 확장되었다. 그러나 CGS 단위계의 전자기 단위는 양이 매우 크거나 작아 사용하기 어려웠고, 십진배수나 분수를 이용하여 크기를 조절한 실용 단위가 나타났다. MKS 단위계도 처음에는 전자기를 취급하지 않았으나, 전기공학의 성장과 함께 그 필요성이 생겼다. 실용 단위는 CGS 단위계보다 MKS 단위계와 궁합이 좋았기 때문에, MKS 단위계와 실용 단위를 조합한 단위계(후의 MKSA 단위계)가 제창되고 퍼져나갔다.

2. 3. 전자기학의 발전과 MKSA 단위계

CGS 단위계는 전자기학 탄생 시기에 전자기 단위를 포함하도록 확장되었으나, 그 양이 매우 크거나 작아서 사용하기 어려웠다. 그래서 십진배수나 분수를 이용하여 크기를 조절한 실용 단위가 등장했다.^[4] MKS 단위계는 초기에는 전자기를 다루지 않았으나, 전기 공학의 발전에 따라 그 필요성이 증가했다. 실용 단위는 CGS 단위계보다 MKS 단위계와 결합하기 좋았기 때문에, MKS 단위계와 실용 단위를 조합한 단위계가 제안되었다.

1901년, 조반니 조르지는 전자기학의 실용 단위(볼트, 옴, 암페어 등)에서 가져온 네 번째 단위를 MKS 단위계에 추가하여 실용 단위를 사용하는 일관성 있는 시스템을 만들 것을 제안했다.^[8]^[6] 이 시스템은 전기 기술자 조지 A. 캠벨에 의해 강력하게 추진되었다.^[9]

1935년 국제 전기 기술 위원회(IEC)는 조르지의 제안을 '조르지의 M.K.S. 시스템'으로 채택했지만, 네 번째 기본 단위를 명시하지는 않았다.^[10] 1939년, 전기 자문 위원회(CCE)는 암페어를 네 번째 기본 단위로 사용할 것을 권고했고, 이는 1954년 국제 도량형 총회(CGPM)에서 승인되었다.

이렇게 암페어를 네 번째 기본 단위로 하는 MKS 단위계를 '''MKSA 단위계'''라고도 부른다.

2. 4. 국제단위계(SI)로의 발전

1946년 국제 도량형 위원회(CIPM)와 1950년 국제 전기 표준 회의(IEC)에서 MKSA 단위계를 채택했다.^[4] 1954년 국제 도량형 총회(CGPM)에서는 MKSA 단위계에 켈빈(K)과 칸델라(cd)를 추가한 단위계를 채택했다.^[4] 1960년에는 MKS 단위계를 확장한 국제단위계(SI)가 세계 표준으로 채택되었고,^[4]^[7] 1971년에는 몰(mol)이 일곱 번째 기본 단위로 추가되었다.^[6]^[7]

3. 주요 단위

명칭	영어 명칭	기호	물리량	CGS 단위 환산
미터	metre	m	길이	100 cm
킬로그램	kilogram	kg	질량	g
초	second	s	시간	1 s
제곱미터	square metre	m²	면적	cm²
세제곱미터	cubic metre	m³	부피	cm³
미터당	reciprocal of meters	m^-1	파수	0.01 K
미터 매 초	metre per second	m/s	속도	100 cm/s
미터 매 초 매 초	metre per second squared	m/s²	가속도	100 Gal
킬로그램 매 세제곱미터	kilogram per cubic metre	kg/m³	밀도	g/cm³
뉴턴	newton	N	힘	dyn
줄	joule	J	일·열량	erg
와트	watt	W	일률·전력	erg/s
뉴턴 미터	newton metre	N·m	토크	dyn·cm
파스칼	pascal	Pa	압력	10 b
파스칼 초	pascal second	Pa·s	점성	10 poise

조립 단위의 명칭은 사람 이름에서 따온 것이다. 이에 반해 CGS 단위에는 에르그, 다인과 같이 그리스어에서 명명된 단위가 있다.

3. 1. 역학 단위

명명된 MKS 역학 유도 단위^[7]
수량	수량 기호	단위	단위 기호	MKS 등가
주파수	f	헤르츠	Hz	s^-1
힘	F	뉴턴	N	kg⋅m⋅s^-2
압력	p	파스칼	Pa	kg⋅m^-1⋅s^-2
에너지	E	줄	J	kg⋅m²⋅s^-2
일률	P	와트	W	kg⋅m²⋅s^-3

MKS 역학 유도 단위
명칭	기호	물리량	CGS 환산
미터 매 초	m/s	속도	100 cm/s
미터 매 초 매 초	m/s²	가속도	100 Gal
킬로그램 매 세제곱미터	kg/m³	밀도	10^-3 g/cm³
뉴턴	N	힘	10⁵ dyn
줄	J	일・열량	10⁷ erg
와트	W	일률・전력	10⁷ erg/s
뉴턴 미터	N⋅m	토크	10⁷ dyn⋅cm
파스칼	Pa	압력	10 b
파스칼 초	Pa⋅s	점성	10 poise

조립 단위의 명칭은 인명에서 명명되었다.

3. 2. 전자기 단위

MKS 단위계로 명명된 전자기 유도 단위^[7]
물리량	물리량 기호	단위	단위 기호	MKS 등가
전하	Q	쿨롬	C	s⋅A
전압	U	볼트	V	kg⋅m²⋅s^-3⋅A^-1
전기 용량	C	패럿	F	kg^-1⋅m^-2⋅s⁴⋅A²
전기 저항	R	옴	Ω	kg⋅m²⋅s^-3⋅A^-2
전기 전도도	G	지멘스	S	kg^-1⋅m^-2⋅s³⋅A²
자기 선속	'ΦB/sub>	웨버	Wb	kg⋅m²⋅s^-2⋅A^-1
자속 밀도	B	테슬라	T	kg⋅s^-2⋅A^-1
인덕턴스	L	헨리	H	kg⋅m²⋅s^-2⋅A^-2

3. 3. 기타 단위

명칭	영어 명칭	기호	조립	물리량	CGS 단위 환산
미터	metre	m		길이	100 cm
킬로그램	kilogram	kg		질량	g
초	second	s		시간	1 s
제곱미터	square metre	m²		면적	cm²
세제곱미터	cubic metre	m³		부피	cm³
미터당	reciprocal of meters	m^-1		파수	0.01 K
미터 매 초	metre per second	m/s		속도	100 cm/s
미터 매 초 매 초	metre per second squared	m/s²		가속도	100 Gal
킬로그램 매 세제곱미터	kilogram per cubic metre	kg/m³		밀도	g/cm³
뉴턴	newton	N	kg·m/s²	힘	dyn
줄	joule	J	kg·m²/s²	일・열량	erg
와트	watt	W	kg·m²/s³	일률・전력	erg/s
뉴턴 미터	newton metre	N·m	kg·m²/s²	토크	dyn·cm
파스칼	pascal	Pa	kg/m·s²	압력	10 b
파스칼 초	pascal second	Pa·s	kg/m·s	점성	10 poise

조립 단위의 명칭은 인명에서 명명되었다. 이에 반해 CGS 단위에는 에르그, 다인과 같이 그리스어에서 명명된 단위가 있다.

4. 전자기학으로의 확장

MKSA 단위계는 MKS 단위계를 전자기학으로 확장한 것으로, 전류의 단위인 암페어(A)를 기본 단위로 추가하였다. 암페어 대신 전하의 단위인 쿨롬(C)을 추가한 MKSC 단위계도 있지만, C = A·s, A = C/s 이므로, 정의 순서만 다를 뿐 내용은 MKSA 단위계와 같다.

한편, CGS 단위계를 전자기학으로 확장한 단위계는 CGS-emu, CGS-esu, 가우스 단위계, 헤비사이드 단위계 등 여러 종류가 있다. 이는 물리학자들이 CGS 단위를 선호하여 전자기학으로의 확장이 먼저 이루어졌기 때문이며, MKS 단위계와 CGS 단위계의 차이로 인한 것은 아니다. (예를 들어, 이론상 MKS-emu 단위계를 만들 수도 있다.)

MKS 단위계와 CGS 단위계 간의 차이는 어떤 방식으로 확장했는지에 따라 달라진다. 네 번째 기본 단위를 도입하는 방법(4원 단위계)을 사용한 것은 MKSA 단위계뿐이며, 그것이 주요 차이를 만들어낸다.^[6]

참조

_[1] 서적 A Dictionary of Physics http://www.oxfordref[...] Oxford University Press 2009-01-01
_[2] 서적 Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology http://www.oxfordref[...] Oxford University Press 2006-01-01
_[3] 웹사이트 mks units https://farside.ph.u[...] University of Texas at Austin 2006-02-02
_[4] 웹사이트 Units: CGS and MKS https://www.ibiblio.[...] University of North Carolina at Chapel Hill 2018-05-02
_[5] 웹사이트 What makes a system of units coherent? https://www.sizes.co[...] Sizes, Inc. 2003
_[6] 웹사이트 Brief history of the SI https://physics.nist[...] National Institute of Standards and Technology 2017-12-12
_[7] 웹사이트 The International System of Units (SI) https://www.physik.u[...] Bureau International des Poids et Mesures 2006
_[8] 간행물 Unità Razionali de Elettromagnetismo 1901
_[9] 논문 Some Unanswered Questions JSTOR
_[10] 논문 Adoption of the Metre–Kilogram-Mass–Second (M.K.S.) Absolute System of Practical Units by the International Electrotechnical Commission (I.E.C.), Bruxelles, June, 1935 1935

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