История возникновения международной системы единиц

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. История возникновения международной системы единиц

Международная система единиц, СИ (фр. Le Système International d’Unités, SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ.

СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 году во Франции были изготовлены два эталона — для единицы длины (метр) и для единицы массы (килограмм).

В 1874 году была представлена система СГС, основанная на трёх единицах — сантиметр, грамм и секунда — и десятичных приставках от микро до мега.

В 1875 году была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.

В 1889 году I Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, так как эти единицы были признаны более удобными для практического использования.

В последующем были введены основные единицы для физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 году XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

Было принято решение:

• присвоить системе, основанной на шести основных единицах, наименование «Международная система единиц»;

• установить международное сокращение для наименования системы - SI;

• ввести таблицу приставок для образования кратных и дольных единиц;

• образовать 27 производных единиц, указав, что могут быть добавлены и другие производные единицы.

В 1971 году XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).

В 1979 году XVI Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое, действующее поныне, определение канделы.

В 1983 году XVII Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое, действующее поныне, определение метра.

2. Общие сведения. Названия  и обозначения единиц

Международная система единиц (СИ) — система единиц, основанная на Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок и их наименованиями и обозначениями вместе с правилами их применения, принятая Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM).

При построении СИ исходили из следующих основных принципов:

• система базируется на основных единицах, которые являются независимыми друг от друга;

• производные единицы образуются по простейшим уравнениям связи и для величины каждого вида устанавливается только одна единица СИ;

• система является когерентной;

• допускаются наряду с единицами СИ широко используемые на практике внесистемные единицы;

• в систему входят десятичные кратные и дольные единицы.

СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин, а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например, радиану.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Наименования и обозначения всех единиц СИ пишутся маленькими буквами (например, метр и его обозначение м). У этого правила есть исключение: обозначения единиц, названных фамилиями учёных, пишутся с заглавной буквы (например, ампер обозначается символом А).

Многие внесистемные единицы, такие как, например, тонна, час, литр и электронвольт не входят в СИ, но они «допускаются к применению наравне с единицами СИ».

Преимущества СИ:

• универсальность, т.к. она охватывает все области измерений;

• унификация единиц для всех видов измерений – применение одной единицы для данной физической величины, например, для давления, работы, энергии;

• единицы СИ по своему размеру удобны для практического применения;

• переход на нее повышает уровень точности измерений, т.к. основные единицы этой системы могут быть воспроизведены более точно, чем единицы других систем;

• это единая международная система и ее единицы распространены.

В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых в стране. В стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы СИ, а также десятичные кратные и дольные этих единиц. 

Кроме того, допускается применять некоторые единицы, не входящие в СИ, и их дольные и кратные единицы. В стандарте указаны также внесистемные единицы и единицы относительных величин.

3. Единицы СИ

3.1 Основные единицы

Основные единицы СИ — единицы, определяемые через некоторый эталон, точная величина этих единиц определяется посредством измерения эталона. Для всех единиц, кроме килограмма эталонами являются некоторые физические объекты или явления. Для килограмма эталоном является металлический цилиндр, называемый международным эталоном килограмма, хранящийся в Международном бюро мер и весов.

Основные единицы Международной системы единиц (СИ) – семь единиц измерения основных величин Международной системы величин, принятые Генеральной конференцией по мерам и весам.

Основными величинами Международной системы величин являются длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света.

Единицы измерения для них — основные единицы СИ -метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела.

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений, связывающих друг с другом физические величины Международной системы величин.

Основная единица может использоваться и для производной величины той же размерности. Например, количество осадков определяется как частное от деления объёма на площадь и в СИ выражается в метрах. В этом случае метр используется в качестве когерентной производной единицы.

Основные единицы СИ представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Основные единицы СИ

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			Рус ское	Международное
Длина	L	метр	м	m
Масса	M	килограмм	кг	kg
Время	T	секунда	с	s
Электрический ток	I	ампер	А	A
Термодинамическая температура		кельвин	К	K
Количество вещества	N	моль	моль	mol
Сила света	J	кандела	кд	cd

 

3.2 Производные единицы

Производная единица системы — единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными.

Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости м/с (метр в секунду).

Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц. Однако, на практике, используются установленные выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины.

 

 Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

Таблица 2 - Производные единицы с собственными названиями

Производные единицы с собственными названиями
Величина	Единица измерения		Обозначение		Выражение
	русское название	французское/английское название	русское	международное
Плоский угол	радиан	radian	рад	rad	м·м−1 = 1
Телесный угол	стерадиан	steradian	ср	sr	м2·м−2 = 1
Температура по шкале Цельсия¹	градус Цельсия	degré Celsius/degree Celsius	°C	°C	K
Частота	герц	hertz	Гц	Hz	с−1
Сила	ньютон	newton	Н	N	кг·м·c−2
Энергия	джоуль	joule	Дж	J	Н·м = кг·м2·c−2
Мощность	ватт	watt	Вт	W	Дж/с = кг·м2·c−3
Давление	паскаль	pascal	Па	Pa	Н/м2 = кг·м−1·с−2
Световой поток	люмен	lumen	лм	lm	кд·ср
Освещённость	люкс	lux	лк	lx	лм/м² = кд·ср/м²
Электрический заряд	кулон	coulomb	Кл	C	А·с
Разность потенциалов	вольт	volt	В	V	Дж/Кл = кг·м2·с−3·А−1
Сопротивление	ом	ohm	Ом	Ω	В/А = кг·м2·с−3·А−2
Электроёмкость	фарад	farad	Ф	F	Кл/В = с4·А2·кг−1·м−2
Магнитный поток	вебер	weber	Вб	Wb	кг·м2·с−2·А−1
Магнитная индукция	тесла	tesla	Тл	T	Вб/м2 = кг·с−2·А−1
Индуктивность	генри	henry	Гн	H	кг·м2·с−2·А−2
Электрическая проводимость	сименс	siemens	См	S	Ом−1 = с3·А2·кг−1·м−2
Активность (радиоактивного источника)	беккерель	becquerel	Бк	Bq	с−1
Поглощённая доза ионизирующего излучения	грэй	gray	Гр	Gy	Дж/кг = м²/c²
Эффективная доза ионизирующего излучения	зиверт	sievert	Зв	Sv	Дж/кг = м²/c²
Активность катализатора	катал	katal	кат	kat	моль/с