Международная система единиц

Логотип СИ, созданный BIPM , показывает семь базовых единиц СИ и семь определяющих констант . ^[1]

Международная система единиц ( СИ , сокращенно от французского Système International (d'Объединяет) ) это современная форма метрической системы . Это единственная система измерения, имеющая официальный статус почти во всех странах мира. Он состоит из согласованной системы единиц измерения, начинающейся с семи основных единиц : секунда (единица времени с символом s), метр ( длина , м), килограмм ( масса , кг), ампер (электрический ток , А), кельвин ( термодинамическая температура , К), моль ( количество вещества , моль) и кандела ( сила света , кд). Система допускает неограниченное количество дополнительных единиц, называемых производными единицами , которые всегда могут быть представлены как произведения мощностей основных единиц. ^{[Примечание 1]} Двадцати двум производным единицам были присвоены специальные имена и символы. ^{[Примечание 2]} Семь базовых единиц и 22 производных единицы со специальными названиями и символами могут использоваться в комбинации для выражения других производных единиц, ^{[Примечание 3]}которые приняты для облегчения измерения различных величин. Система СИ также предоставляет двадцать префиксов к названиям единиц и символам единиц, которые могут использоваться при указании десятичных (т. Е. Десятичных) кратных и долей кратных единиц СИ. СИ задуман как развивающаяся система; В соответствии с международным соглашением создаются единицы и префиксы, а определения единиц изменяются по мере развития технологии измерения и повышения точности измерений.

С 2019 года величины всех единиц СИ определялись путем объявления точных числовых значений семи определяющих констант, выраженных в их единицах СИ. Этими определяющими константами являются скорость света в вакууме c , частота сверхтонкого перехода цезия Δ ν _Cs , постоянная Планка h , элементарный заряд e , постоянная Больцмана k , постоянная Авогадро N _A и световая отдача K _cd.. Природа определяющих констант варьируется от фундаментальных природных констант, таких как c, до чисто технической константы K _cd . До 2019 года h , e , k и N _A не определялись априори, а представляли собой довольно точно измеренные величины. В 2019 году их значения были зафиксированы по определению на основе их лучших оценок на тот момент, что обеспечивало преемственность с предыдущими определениями базовых единиц. Одним из следствий переопределения СИ является то, что различие между базовыми единицами и производными единицами в принципе не требуется, поскольку любая единица может быть построена непосредственно из семи определяющих констант. ^{[2] : 129}

Текущий способ определения системы СИ является результатом многолетнего движения к все более абстрактной и идеализированной формулировке, в которой реализация единиц концептуально отделена от определений. Следствием этого является то, что по мере развития науки и технологий могут быть введены новые и превосходные реализации без необходимости переопределения единицы. Одна из проблем с артефактами заключается в том, что они могут быть потеряны, повреждены или изменены; во-вторых, они вносят неопределенность, которую нельзя уменьшить за счет достижений науки и техники. Последним артефактом, использованным СИ, был Международный прототип килограмма , цилиндр из платины и иридия .

Первоначальной мотивацией для разработки СИ было разнообразие единиц, которые возникли в системах сантиметр-грамм-секунда (СГС) (в частности, несоответствие между системами электростатических единиц и электромагнитных единиц ) и отсутствие координации между различные дисциплины, которые их использовали. Генеральная конференция по мерам и весам (французский язык: Conférence женераль де мер и весов - CGPM), который был создан Метрической конвенции1875 г. объединил многие международные организации для разработки определений и стандартов новой системы и для стандартизации правил написания и представления измерений. Система была опубликована в 1960 году в результате инициативы, начатой ​​в 1948 году, поэтому она основана на системе единиц метр – килограмм – секунда (MKS), а не на каком-либо варианте CGS.

Введение [ править ]

Международная система единиц, или СИ, ^{[2] : 123} - это десятичная ^{[Примечание 4]} и метрическая ^{[Примечание 5]} система единиц, установленная в 1960 году и с тех пор периодически обновляемая. SI имеет официальный статус в большинстве стран, ^{[Примечание 6],} включая США , ^{[Примечание 8]} Канаду и Соединенное Королевство., хотя эти три страны относятся к горстке стран, которые в разной степени также продолжают использовать свои традиционные системы. Тем не менее, с таким почти универсальным уровнем признания система СИ «использовалась во всем мире как предпочтительная система единиц, основной язык науки, техники, промышленности и торговли». ^{[2] : 123}

Единственными другими типами систем измерения, которые до сих пор широко используются во всем мире, являются общепринятые системы измерения имперской системы и США , и они юридически определены в терминах системы СИ . ^{[Примечание 9]} Существуют и другие, менее распространенные системы измерения, которые иногда используются в определенных регионах мира. Кроме того, существует множество отдельных единиц, не относящихся к системе СИ, которые не принадлежат ни к какой всеобъемлющей системе единиц, но, тем не менее, регулярно используются в определенных областях и регионах. Обе эти категории единиц также обычно юридически определяются в единицах СИ. ^{[Примечание 10]}

Контролирующий орган [ править ]

СИ была учреждена и поддерживается Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM ^{[Примечание 11]} ). ^[4] На практике CGPM следует рекомендациям Консультативного комитета по единицам (CCU), который является фактическим органом, проводящим технические обсуждения, касающиеся новых научных и технологических разработок, связанных с определением единиц и СИ. CCU отчитывается перед Международным комитетом мер и весов (CIPM ^{[Примечание 12]} ), который, в свою очередь, отчитывается перед CGPM. Подробнее см. Ниже .

Все решения и рекомендации, касающиеся единиц, собраны в брошюре под названием Международная система единиц (СИ) ^{[Примечание 13]} , которая публикуется Международным бюро мер и весов (BIPM ^{[Примечание 14]} ) и периодически обновляется.

Обзор агрегатов [ править ]

Базовые единицы СИ [ править ]

СИ выбирает семь единиц, которые будут служить базовыми , что соответствует семи основным физическим величинам. ^{[Примечание 15]} Это вторые , с символом s , который является единицей СИ физического количества времени ; метр , символ м , блок СИ длины ; килограмм ( кг , единица массы ); ампер ( А , электрический ток ); кельвин ( K , термодинамическая температура ); моль ( моль, количество вещества ); и кандела ( кд , сила света ). ^[2] Обратите внимание, что «выбор базовых единиц никогда не был уникальным, но исторически вырос и стал привычным для пользователей СИ». ^{[2] : 126} Все единицы СИ могут быть выражены в терминах основных единиц, а базовые единицы служат предпочтительным набором для выражения или анализа отношений между единицами.

Производные единицы СИ [ править ]

Система допускает неограниченное количество дополнительных единиц, называемых производными единицами , которые всегда могут быть представлены как произведения степеней основных единиц, возможно, с нетривиальным числовым множителем. Когда этот множитель равен единице, единица называется когерентной производной единицей. ^{[Примечание 16]} Базовые и когерентные производные единицы СИ вместе образуют согласованную систему единиц ( набор когерентных единиц СИ ). ^{[Примечание 17]} Двадцать две последовательные производные единицы снабжены специальными именами и символами. ^{[Примечание 18]} Семь базовых единиц и 22 производных единицы со специальными названиями и символами могут использоваться в комбинации для выражения других производных единиц, ^{[Примечание 19]} которые приняты для облегчения измерения различных величин.

Метрические префиксы СИ и десятичный характер системы СИ [ править ]

Как и все метрические системы, СИ использует метрические префиксы для систематического построения для одной и той же физической величины набора единиц, которые являются десятичными кратными друг другу в широком диапазоне.

Например, в то время как согласованной единицей длины является метр, ^{[Примечание 20]} СИ обеспечивает полный диапазон меньших и больших единиц длины, любая из которых может быть более удобной для любого конкретного приложения - например, расстояние проезда обычно составляет указывается в километрах (обозначение км ), а не в метрах. Здесь метрический префикс « кило- » (символ «k») означает коэффициент 1000; таким образом,1 км =1000 м . ^{[Примечание 21]}

Текущая версия SI предоставляет двадцать метрических префиксов, которые обозначают десятичные степени в диапазоне от 10 ^-24 до 10 ²⁴ . ^{[2] : 143–4} За исключением префиксов 1/100, 1/10, 10 и 100, все остальные являются степенями 1000.

В общем, для любой связной единицы с отдельным именем и символом ^{[Примечание 22]} один формирует новую единицу, просто добавляя соответствующий префикс метрики к имени связной единицы (и соответствующий символ префикса к символу единицы). Поскольку метрический префикс обозначает конкретную степень десяти, новая единица всегда является кратной или долей кратной степени когерентной единицы. Таким образом, преобразование между единицами измерения в системе СИ всегда осуществляется с точностью до десяти; Вот почему систему СИ (и метрическую систему в более общем смысле) называют десятичной системой единиц измерения . ^{[6] [Примечание 23]}

Группировка, образованная символом префикса, присоединенным к символу единицы (например, « км », « см »), составляет новый неотделимый символ единицы. Этот новый символ может быть возведен в положительную или отрицательную степень и может быть объединен с другими символами единиц для образования составных символов единиц. ^{[2] : 143} Например, г / см ³ - это единица плотности в системе СИ , где см ³ следует интерпретировать как ( см ) ³ .

Когерентные и некогерентные единицы СИ [ править ]

Когда префиксы используются с согласованными единицами СИ, результирующие единицы больше не являются когерентными, потому что префикс вводит числовой коэффициент, отличный от единицы. ^{[2] : 137} Единственное исключение - килограмм, единственная связная единица СИ, название и символ которой по историческим причинам включают префикс. ^{[Примечание 24]}

Полный набор единиц СИ состоит как из когерентного набора, так и из кратных и подкратных единиц когерентных единиц, сформированных с использованием префиксов СИ. ^{[2] : 138} Так , например, метр, километр, сантиметр, нанометр и т.д., все единицы СИ длины, хотя только измеритель является когерентным единица СИ. Аналогичное утверждение справедливо и для производных единиц: например, кг / м ³ , г / дм ³ , г / см ³ , мкг / км ³ и т.д., все единицы СИ плотности, но из них лишь кг / м ³ является когерентная единица СИ.

Более того, метр - единственная связная единица измерения длины в системе СИ. Каждая физическая величина имеет ровно одну согласованную единицу СИ, хотя эту единицу можно выразить в различных формах с помощью некоторых специальных имен и символов. ^{[2] : 140} Например, когерентная единица измерения количества движения в системе СИ может быть записана как кг⋅м / с или как Нс , и обе формы используются (например, сравните соответственно здесь ^{[7] : 205} и здесь ^{[ 8] : 135} ).

С другой стороны, несколько разных величин могут использовать одну и ту же когерентную единицу СИ. Например, джоуль на кельвин - это согласованная единица СИ для двух различных величин: теплоемкости и энтропии . Кроме того, одна и та же связная единица СИ может быть базовой единицей в одном контексте, но когерентной производной единицей - в другом. Например, ампер является когерентной единицей СИ как для электрического тока, так и для магнитодвижущей силы , но в первом случае он является базовой единицей, а во втором - производной единицей. ^{[2] : 140 [Примечание 26]}

Разрешенные единицы, не относящиеся к системе СИ [ править ]

Существует специальная группа единиц, которые называются «единицами, не входящими в систему СИ, которые принимаются для использования с системой СИ». ^{[2] : 145} См. Полный список единиц, не относящихся к системе СИ, упомянутых в системе СИ . Для преобразования большинства из них в соответствующие единицы СИ требуются коэффициенты преобразования, которые не являются степенями десяти. Некоторыми распространенными примерами таких единиц являются обычные единицы времени, а именно минуты (коэффициент преобразования 60 с / мин, поскольку 1 мин =60 с ), час (3600 с ), а день (86 400  с ); градус (для измерения плоских углов,1 ° =π/180 рад ); и электронвольт (единица энергии,1 эВ =1.602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  Дж ).

Новые единицы [ править ]

СИ задуман как развивающаяся система; единицы ^{[Примечание 27]} и префиксы создаются, а определения единиц изменяются в соответствии с международным соглашением по мере развития технологии измерения и повышения точности измерений.

Определение величин единиц [ править ]

С 2019 года величины всех единиц СИ определяются абстрактно, что концептуально отделено от любой их практической реализации. ^{[2] : 126 [Примечание 28]} А именно, единицы СИ определяются заявлением, что семь определяющих констант ^{[2] : 125–9} имеют определенные точные числовые значения, когда выражаются в единицах СИ. Вероятно, наиболее широко известной из этих констант является скорость света в вакууме c , которая в СИ по определению имеет точное значение c =299 792 458  м / с . Остальные шесть констант , то частота сверхтонкого перехода цезия ; h - постоянная Планка ; е - элементарный заряд ; k - постоянная Больцмана ; N _A - постоянная Авогадро ; и К _кд , то световая эффективность монохроматического излучения с частотой${\ displaystyle \ Delta \ nu _ {\ text {Cs}}}$540 × 10 ¹²  Гц . ^{[Примечание 29]} Природа определяющих констант варьируется от фундаментальных природных констант, таких как c, до чисто технической константы K _cd . ^{[2] : 128–9} До 2019 года h , e , k и N _A не определялись априори, а представляли собой довольно точно измеренные величины. В 2019 году их значения были зафиксированы по определению на основе их лучших оценок на тот момент, что обеспечивало преемственность с предыдущими определениями базовых единиц.

Что касается реализации, то , как полагают, являются нынешние лучшие практические реализации единиц описаны в так называемых « Мизес ан Практической » , ^{[Примечание 30]} , которые также публикуются МБМВ. ^[11] Абстрактный характер определений единиц - это то, что позволяет улучшать и изменять mises en pratique по мере развития науки и техники без необходимости изменять сами определения. ^{[Примечание 33]}

В некотором смысле этот способ определения единиц СИ не более абстрактен, чем способ, которым производные единицы традиционно определяются в терминах основных единиц. Рассмотрим конкретную производную единицу, например, джоуль, единицу энергии. Его определение в базовых единицах - кг ⋅ м ² / с ² . Даже если доступны практические реализации метра, килограмма и секунды, практическая реализация джоуля потребует какой-то ссылки на лежащее в основе физического определения работы или энергии - некоторая реальная физическая процедура для реализации энергии в количестве один джоуль, чтобы его можно было сравнить с другими примерами энергии (например, с содержанием энергии бензина, подаваемого в автомобиль, или электричества, подаваемого в дом).

Аналогичная ситуация с определяющими константами и всеми единицами СИ. Фактически, чисто математически , единицы СИ определяются так, как если бы мы объявили, что это единицы определяющей константы, которые теперь являются базовыми единицами, а все остальные единицы СИ являются производными единицами. Чтобы сделать это более ясным, сначала обратите внимание, что каждая определяющая константа может быть принята как определяющая величину единицы измерения этой определяющей константы; ^{[2] : 128} например, определение c определяет единицу измерения м / с как1 м / с =c/299 792 458 ('скорость одного метра в секунду равна одному 299 792 458- я скорость света '). Таким образом, определяющие константы непосредственно определяют следующие семь единиц: герц ( Гц ), единица физической величины частоты (обратите внимание, что проблемы могут возникнуть при работе с частотой или постоянной Планка, потому что единицы угловой меры (цикл или радиан) опускаются в СИ. ^{[12] [13] [14] [15] [16]} ); метр в секунду ( м / с ), единица скорости; джоуль-секунда ( Дж⋅с ), единица действия ; кулон ( Кл ), единица электрического заряда; джоуль на кельвин ( Дж / К ) - единица энтропии и теплоемкости ; обратный моль ( моль ^-1 ), единица константы преобразования между количеством вещества и количеством элементарных объектов (атомов, молекул и т. д.); и люмен на ватт ( лм / Вт ), единица константы преобразования между физической мощностью, переносимой электромагнитным излучением, и внутренней способностью того же излучения производить визуальное восприятие яркости у людей. Далее, используя анализ размерностей , можно показать, что каждая когерентная единица СИ (базовая или производная) может быть записана как уникальный продукт мощностей единиц СИ, определяющих константы (в полной аналогии с тем фактом, что каждая когерентная производная единица СИ может быть записана как уникальный продукт мощности основных единиц СИ). Например, килограмм можно записать как кг = ( Гц ) ( Джс ) / ( м / с ) ² . ^{[Примечание 34]} Таким образом, килограмм определяется в терминах трех определяющих констант Δ ν _Cs , c и h, потому что, с одной стороны, эти три определяющие константы соответственно определяют единицы Гц , м / с., и Джс , ^{[Примечание 35],} тогда как, с другой стороны, килограмм можно записать в этих трех единицах, а именно, кг = ( Гц ) ( Джс ) / ( м / с ) ² . ^{[Примечание 36]} Действительно, вопрос о том, как фактически реализовать килограмм на практике, на данный момент все еще остается открытым, но это не сильно отличается от того факта, что вопрос о том, как на самом деле реализовать джоуль на практике, все еще остается в принципе открываются даже после того, как достигаются практические реализации метра, килограмма и секунды.

Одним из следствий переопределения СИ является то, что различие между основными и производными единицами в принципе не требуется, поскольку любая единица может быть построена непосредственно из семи определяющих констант. Тем не менее, различие сохраняется, потому что «это полезно и исторически хорошо установлено», а также потому, что серия стандартов ISO / IEC 80000 ^{[Примечание 37]} определяет базовые и производные величины, которые обязательно имеют соответствующие единицы СИ. ^{[2] : 129}

Определение фундаментальных констант по сравнению с другими методами определения [ править ]

Нынешний способ определения системы СИ является результатом десятилетнего движения к все более абстрактной и идеализированной формулировке, в которой реализация единиц концептуально отделена от определений. ^{[2] : 126}

Большим преимуществом такого способа является то, что по мере развития науки и технологий могут быть введены новые и превосходные реализации без необходимости переопределения единиц. ^{[Примечание 31]} Единицы теперь могут быть реализованы с 'точностью, которая в конечном итоге ограничена только квантовой структурой природы и нашими техническими возможностями, но не самими определениями. ^{[Примечание 32]} Любое действительное физическое уравнение, связывающее определяющие константы с единицей, может быть использовано для реализации единицы, тем самым создавая возможности для инноваций ... с увеличением точности по мере развития технологии ». ^{[2] : 122} На практике Консультативные комитеты CIPM предоставляют так называемые « mises en pratique »(практические методы), ^[11] которые представляют собой описания того, что в настоящее время считается наилучшим экспериментальным воплощением этих устройств. ^[19]

Этой системе не хватает концептуальной простоты использования артефактов (называемых прототипами ) в качестве реализации единиц для определения этих единиц: с прототипами определение и реализация являются одним и тем же. ^{[Примечание 38]} Однако использование артефактов имеет два основных недостатка, которые, как только это станет технологически и научно осуществимо, приводят к отказу от них как от средства определения единиц. ^{[Примечание 42]} Одним из основных недостатков является то, что артефакты могут быть потеряны, повреждены, ^{[Примечание 44]} или изменены. ^{[Примечание 45]} Во-вторых, они в значительной степени не могут извлечь выгоду из достижений науки и технологий. Последним артефактом, использованным СИ, был Международный прототип килограмма.(IPK), особый цилиндр из платино-иридиевого сплава ; с 1889 по 2019 год килограмм по определению равнялся массе ИПК. Опасения по поводу ее стабильности , с одной стороны, и прогресс в точных измерений постоянной Планка и постоянной Авогадро с другой, привели к пересмотру определения базовых величин , введены в действие с 20 мая 2019 года ^[26] Это было самым большим изменением в системе СИ с момента ее официального определения и введения в 1960 году, результатом которого стали определения, описанные выше. ^[27]

В прошлом существовали также различные другие подходы к определениям некоторых единиц СИ. Один использовал конкретное физическое состояние определенного вещества ( тройная точка воды , которая использовалась в определении кельвина ^{[28] : 113–4} ); другие ссылались на идеализированные экспериментальные предписания ^{[2] : 125} (как в случае прежнего определения СИ для ампера ^{[28] : 113} и прежнего определения СИ (первоначально принятого в 1979 г.) канделы ^{[28] : 115} ).

В будущем набор определяющих констант, используемых SI, может быть изменен по мере нахождения более стабильных констант или, если окажется, что другие константы могут быть более точно измерены. ^{[Примечание 46]}

История [ править ]

Первоначальной мотивацией для разработки СИ было разнообразие единиц, которые возникли в системах сантиметр-грамм-секунда (СГС) (в частности, несоответствие между системами электростатических единиц и электромагнитных единиц ) и отсутствие координации между различные дисциплины, которые их использовали. Генеральная конференция по мерам и весам (французский язык: Conférence женераль де мер и весов - CGPM), который был создан Метрической конвенции 1875 г. объединил многие международные организации для разработки определений и стандартов новой системы и для стандартизации правил написания и представления измерений.

Принятая в 1889 году система единиц MKS пришла на смену системе единиц сантиметр – грамм – секунда (CGS) в торговле и машиностроении . Система метр и килограмм послужила основой для разработки Международной системы единиц (сокращенно СИ), которая теперь служит международным стандартом. По этой причине стандарты системы CGS постепенно заменялись метрическими стандартами, включенными в систему MKS. ^[29]

В 1901 году Джованни Джорджи предложил Associazione elettrotecnica italiana  [ it ] (AEI), чтобы эта система, дополненная четвертой единицей, взятой из единиц электромагнетизма , использовалась в качестве международной системы. ^[30] Эту систему активно продвигал инженер-электрик Джордж А. Кэмпбелл . ^[31]

Международная система была опубликована в 1960 году на основе единиц MKS в результате инициативы, начатой ​​в 1948 году.

Контролирующий орган [ править ]

СИ регулируется и постоянно развивается тремя международными организациями, которые были созданы в 1875 году в соответствии с условиями Метрической конвенции . Это Генеральная конференция мер и весов (CGPM ^{[Примечание 11]} ), Международный комитет мер и весов (CIPM ^{[Примечание 12]} ) и Международное бюро мер и весов (BIPM ^{[Примечание 14]} ). Конечная власть принадлежит CGPM, который является пленарным органом, через который его государства-члены ^{[Примечание 48]} совместно действуют по вопросам, связанным с наукой об измерениях и эталонами; обычно он собирается каждые четыре года. ^[32]CGPM выбирает CIPM, который представляет собой комитет из 18 выдающихся ученых. CIPM действует на основе рекомендаций ряда его консультативных комитетов, которые объединяют мировых экспертов в своих областях в качестве советников по научным и техническим вопросам. ^{[33] [Примечание 49]} Одним из этих комитетов является Консультативный комитет по единицам (CCU), который отвечает за вопросы, связанные с разработкой Международной системы единиц (SI), подготовкой следующих друг за другом изданий брошюры SI и консультирование CIPM по вопросам, касающимся единиц измерения. ^[34]Именно CCU подробно рассматривает все новые научные и технологические разработки, связанные с определением единиц и СИ. На практике, когда дело доходит до определения SI, CGPM просто формально утверждает рекомендации CIPM, который, в свою очередь, следует рекомендациям CCU.

В состав CCU входят: ^{[35] [36]} национальных лабораторий государств-членов CGPM, которым поручено устанавливать национальные стандарты; ^{[Примечание 50]} соответствующие межправительственные организации и международные органы; ^{[Примечание 51]} международные комиссии или комитеты; ^{[Примечание 52]} научные союзы; ^{[Примечание 53]} личные члены; ^{[Примечание 54]} и как член всех Консультативных комитетов по должности, Директор МБМВ .

Все решения и рекомендации, касающиеся единиц, собраны в брошюре под названием «Международная система единиц (СИ)» ^{[2] [Примечание 13]} , которая публикуется BIPM и периодически обновляется.

Единицы и префиксы [ править ]

Международная система единиц состоит из набора основных единиц , производных единиц и набора десятичных множителей, которые используются в качестве префиксов . ^{[28] : 103–106} Единицы, за исключением единиц с префиксом, ^{[Примечание 55]} образуют согласованную систему единиц , которая основана на системе величин таким образом, что уравнения между числовыми значениями, выраженными в когерентных единицах, имеют точно та же форма, включая числовые коэффициенты, что и соответствующие уравнения между величинами. Например, 1 Н = 1 кг × 1 м / с ² означает, что один ньютон - это сила, необходимая для ускорения массыодин килограмм на один метр на секунду в квадрате , что связано через принцип согласованности с уравнением, связывающим соответствующие величины: F = m × a .

Производные единицы применяются к производным величинам, которые по определению могут быть выражены в единицах основных величин и, таким образом, не являются независимыми; например, электрическая проводимость является обратной величиной электрического сопротивления , в результате чего сименс является обратной величиной ома, и аналогично ом и сименс могут быть заменены соотношением ампера и вольта, поскольку эти величины несут определены отношения друг к другу. ^{[Примечание 56]} Другие полезные производные величины могут быть указаны в терминах основных и производных единиц СИ, которые не имеют именованных единиц в системе СИ, например, ускорение, которое в единицах СИ определяется как м / с ² .

Базовые единицы [ править ]

Базовые единицы СИ являются строительными блоками системы, а все остальные единицы являются производными от них.

Производные единицы [ править ]

Производные единицы в СИ образуются степенями, произведениями или частными базовых единиц и потенциально могут быть неограниченными по количеству. ^{[28] : 103 [39] : 14,16} Производные единицы связаны с производными величинами; например, скорость - это величина, которая выводится из основных величин времени и длины, и, следовательно, производной единицей СИ является метр в секунду (символ м / с). Размеры производных единиц могут быть выражены через размеры основных единиц.

Комбинации основных и производных единиц могут использоваться для выражения других производных единиц. Например, единицей силы СИ является ньютон (Н), единицей давления СИ является паскаль (Па), а паскаль можно определить как один ньютон на квадратный метр (Н / м ² ). ^[42]

Префиксы [ править ]

К именам единиц добавляются префиксы для получения кратных и дольных единиц исходной единицы. Все они являются целыми степенями десяти, а больше ста или меньше сотой - целыми степенями тысячи. Например, килограмм обозначает число, кратное тысяче, а милли- обозначает число, кратное тысячной, таким образом, в одном метре тысяча миллиметров, а в километре тысяча метров. Префиксы никогда не объединяются, поэтому, например, миллионная часть метра - это микрометр , а не миллимиллиметр. Множители килограмма называются так, как если бы грамм был базовой единицей, поэтому миллионная доля килограмма - это миллиграмм , а не микрокилограмм. ^{[28] : 122 [43]: 14} Когда префиксы используются для формирования кратных и подкратных базовых и производных единиц СИ, результирующие единицы больше не являются связными. ^{[28] : 7}

BIPM определяет 20 префиксов для Международной системы единиц (СИ):

Единицы, не относящиеся к системе СИ, принимаются для использования с системой СИ [ править ]

Многие единицы, не относящиеся к системе СИ, продолжают использоваться в научной, технической и коммерческой литературе. Некоторые единицы глубоко укоренились в истории и культуре, и их использование не было полностью заменено их альтернативами СИ. CIPM признал и признал такие традиции, составив список единиц, не относящихся к системе СИ, принятых для использования с системой СИ : ^[28]

Некоторые единицы времени, угла и устаревшие единицы, не относящиеся к системе СИ, имеют долгую историю использования. Большинство обществ использовали солнечный день и его недесятичные деления в качестве основы времени, и, в отличие от фута или фунта , они были одинаковыми независимо от того, где они измерялись. Радиан , существо1/2πреволюции, имеет математические преимущества, но редко используется для навигации. Кроме того, единицы, используемые в навигации по всему миру, аналогичны. Т , л и га были приняты ГК в 1879 году и были сохранены в качестве единиц , которые могут быть использованы вместе с единицами СИ, получив уникальные символы. Каталогизированные единицы представлены ниже:

Эти единицы используются в сочетании с единицами СИ в общих единицах, таких как киловатт-час (1 кВт⋅ч = 3,6 МДж).

Общие понятия о метрических единицах [ править ]

Базовые единицы метрической системы, как они были изначально определены, представляют общие количества или взаимосвязи в природе. Они по-прежнему существуют - современные точно определенные количества - это уточнения определения и методологии, но все еще с теми же величинами. В случаях, когда лабораторная точность может не требоваться или недоступна, или когда приближения достаточно хороши, исходных определений может быть достаточно. ^{[Примечание 57]}

• Секунда составляет 1/60 минуты, что составляет 1/60 часа, что составляет 1/24 дня, поэтому секунда составляет 1/86400 дня (использование базы 60 восходит к вавилонским временам). ; секунда - это время, за которое плотный объект свободно падает с высоты 4,9 метра. ^{[Примечание 58]}
• Длина экватора близка к40 000 000  м (более точно40 075 014 0,2 м ). ^[44] Фактически, размеры нашей планеты использовались Французской академией в первоначальном определении метра. ^[45]
• Измеритель близок к длине маятника с периодом 2 секунды ; ^{[Примечание 59]} большинство обеденных столов имеют высоту около 0,75 метра; ^[46] очень высокий человек (баскетбольный нападающий) имеет рост около 2 метров. ^[47]
• Килограмм - это масса литра холодной воды; кубический сантиметр или миллилитр воды имеет массу один грамм; 1 евро монета весит 7,5 г; ^[48] монета номиналом 1 доллар США из Сакагавеи весит 8,1 г; ^[49] Великобритания 50 пенсов монета весит 8,0 г. ^[50]
• Кандела - это сила света умеренно яркой свечи или сила света в 1 свечу; Лампа накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 60 Вт имеет силу света около 64 кандел. ^{[Примечание 60]}
• Моль вещества имеет массу, которая является его молекулярной массой, выраженной в граммах; масса моля углерода 12,0 г, масса моля поваренной соли 58,4 г.
• Поскольку все газы имеют одинаковый объем на моль при заданной температуре и давлении вдали от их точек сжижения и затвердевания (см. Идеальный газ ), а воздух содержит примерно 1/5 кислорода (молекулярная масса 32) и 4/5 азота (молекулярная масса 28), плотность любого почти идеального газа относительно воздуха может быть получена с хорошим приближением, разделив его молекулярную массу на 29 (поскольку 4/5 × 28 + 1/5 × 32 = 28,8 ≈ 29). Например, окись углерода (молекулярная масса 28) имеет почти такую ​​же плотность, как воздух.
• Разница температур в один кельвин равна одному градусу Цельсия: 1/100 разницы температур между точками замерзания и кипения воды на уровне моря; абсолютная температура в кельвинах - это температура в градусах Цельсия плюс около 273; температура тела человека составляет около 37 ° C или 310 К.
• Лампа накаливания мощностью 60 Вт, рассчитанная на 120 В (напряжение сети США), потребляет 0,5 А. при этом напряжении. Лампа мощностью 60 Вт, рассчитанная на 240 В (европейское сетевое напряжение), потребляет 0,25 А. при этом напряжении. ^{[Примечание 61]}

Лексикографические соглашения [ править ]

Имена юнитов [ править ]

Символы для единиц СИ должны быть идентичными, независимо от используемого языка, ^{[28] : 130–135,} но имена являются обычными существительными, используют набор символов и следуют грамматическим правилам соответствующего языка. Названия единиц следуют грамматическим правилам, связанным с нарицательными существительными : в английском и французском языках они начинаются со строчной буквы (например, ньютон, герц, паскаль), даже если единица названа в честь человека, а ее символ начинается с заглавной буквы. . ^{[28] : 148} Это также относится к «градусам Цельсия», поскольку «градус» - это начало единицы. ^{[52] [53]} Единственные исключения - в начале предложений, в заголовках и названиях публикаций.. ^{[28] : 148} на английской орфографии для некоторых единиц СИ различено: США Английских использует орфографическую deka- , метр , и литр , в то время как Международный английский использует Деку , метр , и литр .

Обозначения единиц и значения количеств [ редактировать ]

Несмотря на то, что написание названий единиц измерения зависит от языка, написание символов единиц и значений величин единообразно для всех языков, и поэтому в брошюре SI есть особые правила их написания. ^{[28] : 130–135} Руководство, разработанное Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) ^[54], разъясняет специфические для языка области в отношении американского английского, которые были оставлены открытыми в брошюре SI, но в остальном идентичны SI. Брошюра. ^[55]

Общие правила [ править ]

Общие правила ^{[Примечание 62]} для написания единиц СИ и величин применяются к тексту, который либо написан от руки, либо создан с использованием автоматизированного процесса:

• Значение количества записывается в виде числа, за которым следует пробел (представляющий знак умножения) и символ единицы; например, 2,21 кг,7,3 × 10 ²  м ² , 22 К. Это правило явно включает знак процента (%) ^{[28] : 134} и символ для градусов Цельсия (° C). ^{[28] : 133} Исключение составляют символы для плоских угловых градусов, минут и секунд (°, ′ и ″ соответственно), которые помещаются сразу после числа без пробелов.
• Символы - это математические объекты, а не аббревиатуры, и как таковые не имеют добавленной точки / точки (.), Если только правила грамматики не требуют одного по другой причине, например, для обозначения конца предложения.
• Префикс является частью единицы измерения, а его символ добавляется к символу единицы без разделителя (например, k в км, M в МПа, G в ГГц, μ в мкг). Составные префиксы не допускаются. Единица с префиксом в выражениях является атомарной (например, км ² эквивалентно (км) ² ).
• Обозначения единиц записываются римским (прямым) шрифтом независимо от шрифта, используемого в окружающем тексте.
• Символы производных единиц, образованных умножением, соединяются центральной точкой (⋅) или неразрывным пробелом; например, Н · м или Н · м.
• Символы производных единиц, образованных делением, соединяются солидусом (/) или приводятся в виде отрицательной степени . Например, «метр в секунду» можно записать в формате m / s, m s ⁻¹ , m⋅s ⁻¹ илим/s. Знак солидуса не должен использоваться более одного раза в данном выражении без скобок для устранения двусмысленности; например, кг / (м⋅с ² ) и кг⋅м ^-1 с ^-2 приемлемы, но кг / м / с ² являются неоднозначными и неприемлемыми.

• Первая буква символов единиц, производных от имени человека, пишется в верхнем регистре ; в противном случае они пишутся строчными буквами . Например, единица давления названа в честь Блеза Паскаля , поэтому ее символ пишется «Па», а символ мола - «моль». Таким образом, «T» - это символ теслы , меры напряженности магнитного поля , а «t» - символ тонны , меры массы . С 1979 г. литрв исключительных случаях может быть написано с использованием заглавной «L» или строчной «l», решение, вызванное сходством строчной буквы «l» с цифрой «1», особенно с некоторыми гарнитурами или почерком в английском стиле. Американский NIST рекомендует использовать в США букву «L», а не «l».
• Символы не имеют формы множественного числа, например, 25 кг, но не 25 кг.
• Префиксы в верхнем и нижнем регистрах не взаимозаменяемы. Например, величины 1 мВт и 1 МВт представляют две разные величины (милливатт и мегаватт).
• Символ десятичного маркера - это точка или запятая на линии. На практике десятичная точка используется в большинстве англоязычных стран и большей части Азии, а запятая - в большинстве стран Латинской Америки и в странах континентальной Европы . ^[56]
• Пробелы следует использовать как разделитель тысяч (1 000 000 ) вместо запятых или точек (1 000 000 или 1 000 000 ), чтобы уменьшить путаницу, возникающую из-за различий между этими формами в разных странах.
• Следует избегать любых разрывов строки внутри числа, внутри составной единицы или между числом и единицей. Если это невозможно, разрывы строк должны совпадать с разделителями тысяч.
• Поскольку значение «миллиард» и «триллион» варьируется в зависимости от языка , следует избегать безразмерных терминов «ppb» (частей на миллиард ) и «ppt» (частей на триллион ). Брошюра SI не предлагает альтернатив.

Печать символов SI [ править ]

Правила, касающиеся печати количеств и единиц, являются частью ISO 80000-1: 2009. ^[57]

Дополнительные правила ^{[Примечание 62]} определены в отношении создания текста с использованием печатных машин , текстовых процессоров , пишущих машинок и т.п.

Международная система количеств [ править ]

Величины и уравнения, которые обеспечивают контекст, в котором определяются единицы СИ, теперь называются Международной системой количеств (ISQ). ISQ основан на количествах, лежащих в основе каждой из семи базовых единиц СИ . Другие величины, такие как площадь , давление и электрическое сопротивление , выводятся из этих основных величин с помощью четких непротиворечивых уравнений. ISQ определяет величины, которые измеряются в единицах СИ. ^[59] ISQ частично формализован в международном стандарте ISO / IEC 80000 , который был завершен в 2009 году публикацией ISO 80000-1 ,^[60] и был в значительной степени пересмотрен в 2019–2020 гг., А остальные находятся на рассмотрении.

Реализация единиц [ править ]

Метрологи тщательно различают определение единицы и ее реализацию. Определение каждой базовой единицы СИ составлено таким образом, чтобы оно было уникальным и предоставляло прочную теоретическую основу, на которой могут быть сделаны наиболее точные и воспроизводимые измерения. Реализация определения единицы - это процедура, с помощью которой определение может использоваться для установления значения и соответствующей неопределенности величины того же вида, что и единица. Описание mise en pratique ^{[Примечание 64]} базовых единиц приводится в электронном приложении к брошюре СИ. ^{[62] [28] : 168–169}

Опубликованная mise en pratique - не единственный способ определения базовой единицы: в брошюре СИ говорится, что «любой метод, соответствующий законам физики, может быть использован для реализации любой единицы СИ». ^{[28] : 111} В текущем (2016 г.) мероприятии по пересмотру определений базовых единиц различные консультативные комитеты CIPM потребовали, чтобы было разработано более одной практической идеи для определения стоимости каждой единицы. ^[63] В частности:

• Необходимо провести по крайней мере три отдельных эксперимента, дающие значения, имеющие относительную стандартную неопределенность при определении килограмма не более5 × 10 ⁻⁸ и хотя бы одно из этих значений должно быть лучше, чем2 × 10 ⁻⁸ . И баланс Kibble, и проект Avogadro должны быть включены в эксперименты, и любые различия между ними должны быть согласованы. ^{[64] [65]}
• Когда определяется градус Кельвина , относительная погрешность постоянной Больцмана, полученная двумя принципиально разными методами, такими как акустическая газовая термометрия и газовая термометрия с диэлектрической постоянной, будет лучше, чем одна часть10 ^−6, и эти значения подтверждаются другими измерениями. ^[66]

Эволюция СИ [ править ]

Изменения в СИ [ править ]

Международное бюро мер и весов (МБМВ) описал SI как «современная форма метрической системы». ^{[28] : 95} Изменение технологии привело к эволюции определений и стандартов, которые следовали двум основным направлениям - изменениям самой СИ и разъяснению того, как использовать единицы измерения, которые не являются частью СИ, но тем не менее используются в всемирная база.

С 1960 года CGPM внесла ряд изменений в СИ для удовлетворения потребностей конкретных областей, в частности химии и радиометрии. В основном это дополнения к списку названных производных единиц и включают моль (символ моль) для количества вещества, паскаль (символ Па) для давления , сименс (символ S) для электропроводности, беккерель (символ Bq ) для « активности упоминается в радионуклид », то серый (символ Гр) для ионизирующего излучения, на зиверт (символ Зв) в качестве единицы эквивалентной дозы излучения, и катали (символ Kat) для каталитической активности. ^{[28] : 156 [67] [28] : 156 [28] : 158 [28] : 159 [28] : 165}

Диапазон определенных префиксов от пико- (10 ⁻¹² ) до тера- (10 ¹² ) был расширен с 10 ⁻²⁴ до 10 ²⁴ . ^{[28] : 152 [28] : 158 [28] : 164}

Определение стандартного метра 1960 года с точки зрения длин волн конкретного излучения атома криптона 86 было заменено расстоянием, которое свет проходит в вакууме точно за 1/299 792 458 во-вторых, так что скорость света теперь является точно определенной постоянной природы.

Некоторые изменения в условных обозначениях также были внесены для устранения лексикографической двусмысленности. Анализ под эгидой CSIRO , опубликованный в 2009 году Королевским обществом , указал на возможности завершить реализацию этой цели до точки универсальной машиночитаемости с нулевой неоднозначностью. ^[68]

Переопределения 2019 г. [ править ]

Обратные зависимости основных единиц СИ от семи физических констант , которым присвоены точные числовые значения в переопределении 2019 года. В отличие от предыдущих определений, все основные единицы являются производными исключительно от природных констант. Стрелки показаны в противоположном направлении по сравнению с типичными графиками зависимостей , т.е. на этой диаграмме означает, что зависит от .${\ displaystyle a \ rightarrow b}$${\ displaystyle b}$${\ displaystyle a}$

После переопределения метра в 1960 году Международный прототип килограмма (IPK) был единственным физическим артефактом, от которого базовые единицы (непосредственно килограмм и косвенно - ампер, моль и кандела) зависели для их определения, что делало эти единицы периодическими. сравнения национальных стандартных килограммов с ИПК. ^[69] Во время 2-й и 3-й периодической проверки национальных прототипов килограмма произошло значительное расхождение между массой IPK и всеми его официальными копиями, хранящимися по всему миру: все копии заметно увеличились по массе по сравнению с ИПК. Во время внеочередных проверокпроведенного в 2014 году в рамках подготовки к пересмотру метрических стандартов, продолжающееся расхождение не подтвердилось. Тем не менее, остаточная и неприводимая нестабильность физического IPK подорвала надежность всей метрической системы для точных измерений от малых (атомных) до больших (астрофизических) масштабов.

Было внесено предложение:

• Помимо скорости света, четыре природные константы - постоянная Планка , элементарный заряд , постоянная Больцмана и число Авогадро - должны иметь точные значения.
• Международный прототип килограмма будет отправлен в отставку
• Текущие определения килограмма, ампера, кельвина и моля должны быть пересмотрены.
• Формулировка определений базовой единицы должна изменить акцент с явной единицы на явные определения констант.

Новые определения были приняты на 26-й сессии ГКБМ 16 ноября 2018 г. и вступили в силу 20 мая 2019 г. ^[70] Изменения были приняты Европейским Союзом посредством Директивы (ЕС) 2019/1258. ^[71]

История [ править ]

Импровизация юнитов [ править ]

Единицы и единицы измерения метрической системы, которая стала СИ, были импровизированы по частям из повседневных физических величин, начиная с середины 18 века. Только позже они были преобразованы в ортогональную когерентную десятичную систему измерения.

Градус Цельсия как единица измерения температуры возник по шкале, разработанной шведским астрономом Андерсом Цельсием в 1742 году. Его шкала неожиданно обозначила 100 как точку замерзания воды и 0 как точку кипения. Независимо от этого в 1743 году французский физик Жан-Пьер Кристен описал шкалу с 0 как точкой замерзания воды и 100 как точкой кипения. Шкала стала известна как шкала сантиметров или 100 градаций температуры.

Метрическая система была разработана с 1791 года комитетом Французской академии наук , которому было поручено создать единую и рациональную систему мер. ^[73] Группа, в которую входили выдающиеся французские ученые, ^{[74] : 89} использовала те же принципы для соотношения длины, объема и массы, которые были предложены английским священником Джоном Уилкинсом в 1668 году ^{[75] [76]} и концепция использования земного меридиана в качестве основы определения длины, первоначально предложенная в 1670 году французским аббатом Мутоном . ^{[77] [78]}

В марте 1791 года Ассамблея приняла предложенные комитетом принципы новой десятичной системы измерения, включая метр, определенный как 1/1000000 длины квадранта земного меридиана, проходящего через Париж, и санкционировала исследование для точного определения длины меридиан. В июле 1792 года комитет предложил названия метр , ар , литр и могила для единиц длины, площади, емкости и массы соответственно. Комитет также предложил, чтобы кратные и частные кратные этих единиц были обозначены десятичными префиксами, такими как санти для сотых и килограмм для тысячи. ^{[79] : 82}

Позже, в процессе принятия метрической системы, латинские грамм и килограмм заменили прежние провинциальные термины могила (1/1000 могила ) и могила . В июне 1799 года на основе результатов обследования меридиональном, стандартные Mètre дез Архивы и килограммовые дезы Архивы были сданы на хранение в французском Национальном архиве . Впоследствии в том же году метрическая система была принята законом во Франции. ^{[85] [86]} Французская система просуществовала недолго из-за своей непопулярности. Наполеон высмеял это, и в 1812 году ввел замену - mesures usuelles или «обычные меры», которые восстановили многие из старых единиц, но были пересмотрены в терминах метрической системы.

В течение первой половины XIX века не было особой последовательности в выборе предпочтительных кратных базовых единиц: обычно мириаметр (10 000  метров) широко использовались как во Франции, так и в некоторых частях Германии, в то время как килограмм (1000 грамм), а не мириаграмма. ^[72]

В 1832 году немецкий математик Карл Фридрих Гаусс , которому помогал Вильгельм Вебер , неявно определил секунду как базовую единицу, когда он процитировал магнитное поле Земли в миллиметрах, граммах и секундах. ^[80] До этого сила магнитного поля Земли описывалась только в относительных терминах . Метод, использованный Гауссом, заключался в том, чтобы приравнять крутящий момент, наведенный на подвешенный магнит известной массы магнитным полем Земли, с крутящим моментом, наведенным на эквивалентную систему под действием силы тяжести. Полученные в результате расчеты позволили ему назначить размеры магнитного поля на основе массы, длины и времени. ^{[Примечание 65] [87]}

Свечи в качестве единицы освещенности первоначально была определены в 1860 году английского права , как свет производимого чистые спермацетовых свечами вес ¹ / ₆ фунта (76 грамм) и сжигание с заданной скоростью. Спермацет, воскообразное вещество, обнаруженное в головах кашалотов, когда-то использовалось для изготовления высококачественных свечей. В то время французский стандарт света основывался на освещении масляной лампой Carcel . Единица была определена как освещение, исходящее от лампы, сжигающей чистое рапсовое масло с определенной скоростью. Было принято, что десять стандартных свечей примерно равнялись одной лампе Carcel.

Соглашение о счетчике [ править ]

Вдохновленная французами инициатива по международному сотрудничеству в области метрологии привела к подписанию в 1875 году Метрической конвенции , также называемой Договором о метре, 17 странами. ^{[Note 66] [74] : 353–354} Первоначально конвенция охватывала стандарты только для метра и килограмма. В 1921 году Метрическая конвенция была расширена, чтобы включить все физические единицы, включая ампер и другие, что позволило CGPM устранять несоответствия в том, как использовалась метрическая система. ^{[81] [28] : 96}

Набор из 30 прототипов счетчика и 40 прототипов килограмма, ^{[Примечание 67]} в каждом случае из сплава 90% платины и 10% иридия , был изготовлен британской металлургической фирмой ^(кто?) И принят CGPM в 1889 году. Один из них был выбран случайным образом, чтобы стать Международным прототипом счетчика и Международным прототипом килограмма, которые заменили mètre des Archives и kilogram des Archives соответственно. Каждая страна-член имела право на один из оставшихся прототипов, которые служили национальным прототипом для этой страны. ^[88]

Соглашение также учредило ряд международных организаций для наблюдения за соблюдением международных стандартов измерения: ^{[89] [90]}

Системы CGS и MKS [ править ]

В 1860-х годах Джеймс Клерк Максвелл , Уильям Томсон (позже лорд Кельвин) и другие, работавшие под эгидой Британской ассоциации содействия развитию науки , опирались на работу Гаусса и формализовали концепцию связной системы единиц с базовыми единицами и вывели В 1874 году единицы измерения окрестили системой единиц сантиметр – грамм – секунда . Принцип согласованности был успешно использован для определения ряда единиц измерения на основе CGS, включая эрг для энергии , дину для силы , барье для давления , уравновешенность длядинамическая вязкость и стоксов для кинематической вязкости . ^[83]

В 1879 году CIPM опубликовал рекомендации по написанию символов для длины, площади, объема и массы, но публиковать рекомендации для других величин не входило в его компетенцию. Начиная примерно с 1900 года, физики, которые использовали символ «μ» (мю) для «микрометра» или «микрона», «λ» (лямбда) для «микролитра» и «γ» (гамма) для «микрограмма» начали использовать символы «мкм», «мкл» и «мкг». ^[91]

В конце XIX века для электрических измерений существовали три разные системы единиц измерения: система на основе CGS для электростатических единиц , также известная как система Гаусса или ESU, система на основе CGS для электромеханических единиц (EMU) и Международная система, основанная на единицах измерения, определенных Метрической конвенцией. ^[92] для электрических распределительных систем. Попытки определить электрические единицы с точки зрения длины, массы и времени с помощью анализа размеров были сопряжены с трудностями - размеры зависели от того, использовались ли системы ESU или EMU. ^[84] Эта аномалия была разрешена в 1901 году, когда Джованни Джорджиопубликовал статью, в которой он выступал за использование четвертого базового блока наряду с существующими тремя базовыми блоками. Четвертой единицей может быть электрический ток , напряжение или электрическое сопротивление . ^[93] В качестве базовой единицы был выбран электрический ток с названной единицей «ампер», а другие электрические величины, полученные из него, в соответствии с законами физики. Это стало основой системы единиц МКС.

В конце 19-го и начале 20-го веков ряд некогерентных единиц измерения, основанных на граммах / килограммах, сантиметрах / метрах и секундах, таких как Pferdestärke (метрическая мощность) для мощности , ^{[94] [Примечание 68]} дарсите для проницаемости ^[95] и « миллиметров ртутного столба » для барометрического и кровяного давления были разработаны или распространяться, некоторые из которых включена в стандартную гравитации в своих определениях. ^{[Примечание 69]}

В конце Второй мировой войны во всем мире использовалось несколько различных систем измерения. Некоторые из этих систем были вариациями метрической системы; другие были основаны на традиционных системах измерения, таких как обычная система США и Имперская система Великобритании и Британской империи.

Практическая система единиц [ править ]

В 1948 году 9-я конференция CGPM заказала исследование для оценки потребностей научных, технических и образовательных сообществ в измерениях и «выработки рекомендаций для единой практической системы единиц измерения, пригодной для принятия всеми странами, присоединившимися к Метрической конвенции». . ^[96] Этот рабочий документ представлял собой Практическую систему единиц измерения . Основываясь на этом исследовании, 10-я CGPM в 1954 году определила международную систему, основанную на шести базовых единицах, включая единицы температуры и оптического излучения в дополнение к единицам массы, длины и времени системы MKS, а также текущим единицам Георгия . Было рекомендовано шесть базовых единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и кандела.

Девятая сессия CGPM также утвердила первую официальную рекомендацию по написанию символов в метрической системе, когда была заложена основа правил, как они теперь известны. ^[97] Эти правила были впоследствии расширены и теперь охватывают символы и названия единиц измерения, символы префикса и названия, то, как символы количества должны быть написаны и использованы, и как значения количеств должны быть выражены. ^{[28] : 104 130}

Рождение СИ [ править ]

В 1960 году 11-я сессия CGPM объединила результаты 12-летнего исследования в набор из 16 резолюций. Система была названа Международной системой единиц , сокращенно СИ от французского названия - Le Système International d'Unités . ^{[28] : 110 [98]}

Исторические определения [ править ]

Когда Максвелл впервые представил концепцию когерентной системы, он определил три величины, которые можно использовать в качестве основных единиц: массу, длину и время. Позже Георгий определил необходимость в электрическом базовом блоке, для которого в качестве СИ была выбрана единица электрического тока. Еще три основных единицы (для температуры, количества вещества и силы света) были добавлены позже.

Ранние метрические системы определяли единицу веса как базовую единицу, в то время как СИ определяет аналогичную единицу массы. В повседневном использовании они в основном взаимозаменяемы, но в научном контексте разница имеет значение. Масса, строго говоря, инертная масса, представляет собой количество вещества. Он связывает ускорение тела с приложенной силой через закон Ньютона , F = m × a : сила равна массе, умноженной на ускорение. Сила в 1 Н (ньютон), приложенная к массе 1 кг, ускоряет ее со скоростью 1 м / с ^2.. Это верно независимо от того, плавает ли объект в космосе или в гравитационном поле, например, у поверхности Земли. Вес - это сила, действующая на тело со стороны гравитационного поля, и, следовательно, его вес зависит от силы гравитационного поля. Масса 1 кг массы у поверхности Земли равна m × g ; масса, умноженная на ускорение свободного падения, которое составляет 9,81 ньютона у поверхности Земли и примерно 3,5 ньютона у поверхности Марса. Поскольку ускорение свободного падения является локальным и зависит от местоположения и высоты на Земле, вес не подходит для точных измерений свойств тела, и это делает единицу веса непригодной в качестве базовой.

Метрические единицы, не признанные СИ [ править ]

Хотя термин « метрическая система» часто используется как неофициальное альтернативное название Международной системы единиц ^{[102], существуют и} другие метрические системы, некоторые из которых широко использовались в прошлом или даже до сих пор используются в определенных областях. Существуют также отдельные метрические единицы, такие как свердруп, которые существуют вне любой системы единиц. Большинство единиц других метрических систем не признаются СИ. ^{[Примечание 72] [Примечание 74]}

Вот несколько примеров. Система сантиметр – грамм – секунда (CGS) была доминирующей метрической системой в физических науках и электротехнике с 1860-х до, по крайней мере, 1960-х годов, и до сих пор используется в некоторых областях. Он включает такие непризнанные в системе СИ единицы, как гал , дин , эрг , барье и т. Д. В своем механическом секторе, а также равновесие и удары в гидродинамике. Что касается единиц измерения электричества и магнетизма, существует несколько версий системы CGS. Два из них устарели: электростатический CGS.(РКА-ЭС ', с СИ-нераспознанными единицами statcoulomb , statvolt , statampere и т.д.) и CGS электромагнитной системой (РКА-EMU', с abampere , abcoulomb , Эрстеды , Maxwell , abhenry , Gilbert и т.д. ). ^{[Примечание 75]} «Смесь» этих двух систем по-прежнему популярна и известна как гауссова система (которая включает гаусс в качестве специального названия для максвелл единицы CGS-EMU на квадратный сантиметр). ^{[Примечание 76]}

В машиностроении (кроме электротехники) раньше существовала давняя традиция использования гравитационной метрической системы , чьи непризнанные единицы СИ включают килограмм-силу (килопонд), техническую атмосферу , метрическую мощность в лошадиных силах и т. Д. Метр-тонна-секунда Система (mts) , используемая в Советском Союзе с 1933 по 1955 год, имела такие непризнанные в системе СИ единицы, как sthène , pièze и т. д. Другие группы метрических единиц, не признанных в системе СИ, - это различные устаревшие единицы и единицы CGS, относящиеся к ионизирующему излучению ( Резерфорд , кюри , рентген , рад ,бэры и т.д.), радиометрия ( Langley , Jansky ), фотометрия ( фот , NOx , стильб , нит , метр-свеча, ^{[106] : 17} Ламберт , апостильб , Skot , ромб , troland , Talbot , свечи , свеча ), термодинамика ( калорийность ) и спектроскопия ( обратный сантиметр ).

Ангстрем до сих пор используется в различных областях. Некоторые другие SI-непризнанный метрические единицы , которые не вписываются ни в одну из уже упомянутых категорий включают являются , бар , амбар , ферми , gradian (угольник, град, или класс) , метрический карат , мкм , миллиметр ртутного , Торр , миллиметровые (или сантиметр, или метр) воды , миллимикроны , мксит , стер , х единиц , гамма (единица массы) , γ(единица плотности магнитного потока) и λ (единица объема) . ^{[107] : 20–21} В некоторых случаях метрические единицы, не признанные в системе СИ, имеют эквивалентные единицы СИ, образованные путем объединения метрического префикса с согласованной единицей СИ. Например,1  γ (единица плотности магнитного потока) =1 нТл ,1 галлон =1 см⋅с ⁻² ,1 барье =1  деци паскаль , и т.д. (связанная группа являются соответствиями ^{[Примечание 75]} , такие как1 ампера ≘1  дека ампер ,1 абхенри ≘1  нано генри и т.д. ^{[Примечание 77]} ). Иногда дело даже не в метрическом префиксе: нераспознанная единица СИ может быть точно такой же, как когерентная единица СИ, за исключением того факта, что СИ не распознает специальное имя и символ. Например, нит - это просто нераспознанное в системе СИ название единицы СИ, кандела на квадратный метр, а талбот - это нераспознанное в системе СИ название единицы люмен-секунды . Часто метрическая единица, не относящаяся к СИ, связана с единицей СИ через степень десятичного коэффициента, но не единица с префиксом метрики, например1 дин =10 ⁻⁵  ньютон ,1 Å =10 ⁻¹⁰  м и т. Д. (И соответствия ^{[Примечание 75],} например1 гаусс ≘10 ^-4  Тл ). Наконец, существуют метрические единицы, коэффициенты преобразования которых в единицы СИ не являются степенью десяти, например1 калория =4,184  джоулей и1 килограмм-сила =9.806 650  ньютонов . Некоторые метрические единицы, не признанные в системе СИ, все еще часто используются, например, калория (в питании), бэр (в США), янский (в радиоастрономии ), обратный сантиметр (в спектроскопии), гаусс (в промышленности) и единицы CGS-Gaussian ^{[Примечание 76] в} более общем смысле (в некоторых областях физики), метрическая мощность (для мощности двигателя в Европе), килограмм-сила (для тяги ракетного двигателя в Китае, а иногда и в Европе) и т. д. Другие в настоящее время используются редко, например sthène и rutherford.

См. Также [ править ]

• Единицы, не относящиеся к системе СИ, упомянутые в системе СИ

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Международный союз чистой и прикладной химии (1993). Величины, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . Электронная версия. 
• Системы единиц в электромагнетизме
• MW Keller et al. Метрологический треугольник с использованием ваттных весов, вычисляемого конденсатора и одноэлектронного туннельного устройства
• «Текущий SI с точки зрения предлагаемого нового SI» . Барри Н. Тейлор. Журнал исследований Национального института стандартов и технологий, Vol. 116, No. 6, Pgs. 797–807, ноябрь – декабрь 2011 г.
• Б. Н. Тейлор, Эмблер Томпсон, Международная система единиц (СИ) , Национальный институт стандартов и технологий, издание 2008 г., ISBN 1437915582 . 

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме Международной системы единиц .

Официальный

• BIPM - О BIPM (домашняя страница)
  • BIPM - единицы измерения
  • Брошюра BIPM (ссылка на SI)
• ISO 80000-1: 2009 Величины и единицы - Часть 1: Общие положения
• Официальные онлайн-публикации NIST по SI
  • Специальная публикация NIST 330, издание 2019 г .: Международная система единиц (СИ)
  • Специальная публикация NIST 811, издание 2008 г .: Руководство по использованию международной системы единиц
  • NIST Special Pub 814: Интерпретация SI для политики США и федерального правительства в отношении преобразования метрической системы
• Правила использования в SAE единиц СИ (метрической)
• Международная система единиц в Curlie
• Таблица преобразования метрических единиц EngNet Онлайн-калькулятор преобразований метрических единиц по категориям

История

• Руководство к пакету LaTeX SIunits дает историческую справку о системе SI.

Исследование

• Метрологический треугольник
• Рекомендация ICWM 1 (CI-2005)